一种快速高精度测频装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种快速高精度测频装置，其包括电源插件、CPU插件及AI插件，其中：电源插件包括一电源模块，用于为整个装置供电；CPU插件包括一数据通信模块、一处理器单元及一调试接口，数据通信模块与电源模块连接，其包括TCP网络通信电路和RS485串口通信电路；处理器单元与电源模块及数据通信模块连接；调试接口为JTAG接口并与处理器单元连接；AI插件包括一模拟量采集模块，模拟量采集模块与处理器单元连接，其包括AI模拟量采集电路与AD转换输入电路，AI模拟量采集电路包括至少3路电流输入采样电路与至少6路电压输入采样电路，AD转换输入电路包括虚拟地电压抬高电路与差分电压输入电路。入电路。入电路。

【技术实现步骤摘要】
一种快速高精度测频装置


[0001]本技术涉及测频设备
，具体而言，涉及电力系统中的基波频率测量
，更具体地涉及一种快速高精度测频装置。

技术介绍

[0002]在电力系统中，基波频率关系到系统的安全稳定及经济地运行。频率异常将危及电力系统的安全运行和用户的切身利益，会损坏电力系统及用户的设备，造成电网瓦解事故，导致大面积停电，因此，基波频率作为系统运行状态的重要反馈量，对其进行快速、准确地测量，有利于调频机组的合理运行配置，确保电力系统的安全稳定运行，对于研究和治理电能质量问题具有重要意义，且我国规定电力系统频率测量误差不能超过
±
0.01Hz。在工程
中，需要从有噪声的信号中提取基波信息，如在电力系统的故障诊断、电能质量的分析中，需要检测电压和电路信号的基波分量，又例如，在仪器仪表输出信号的处理中，需要测量信号的基波频率。
[0003]目前，频率测量算法主要有周期法及其改进算法、解析法、误差最小化原理算法、傅里叶算法和信号去调制法等。周期法及其改进算法类主要包括为水平交点法、过零检测法、高次修正函数法等，其优点是实时性较好，缺点是精度比较低。解析法采用简单的信号模型用于观测，且在算法的推导过程中有近似化过程，只能适合对精度和实时性要求都不高的场合。误差最小化原理算法一般包括最小绝对值近似法、最小二乘法、离散(扩展)卡尔曼滤波算法以及牛顿类算法，其对白噪声干扰信号拥有非常好的抑制性能，但是一直处于离线分析状态，近年来才随着数字信号处理技术的发展进入实时控制领域。傅里叶类算法，其测量精度和计算量难以兼得，且栅栏效应和频谱泄漏还会降低频率测量计算的准确度。信号去调制法，需要精细的滤波技术与之配合，与此同时还需要避免噪声的干扰以及冲击频率动态的干扰。另外，随着电力系统中非线性负荷的不断增加，电力系统基波频率波动也呈现出变化快、持续时间短的现象，然而现有频率测量算法在精度和实时性两方面往往无法兼顾，电力系统频率的准确、实时测量面临新的挑战。
[0004]随着高精度频率测量技术的发展，能够实现的频率测量精度也越来越高，但很多高精度的频率测量技术都是针对高频信号的，并不适用于较低频率的测量。测量低频信号频率的通常方法是零交法，该方法通过检测信号波形的过零点，利用1个或数个周期过零点的时间间隔来推算出此段波形的频率。然而，研究结果表明，在有噪声干扰情况下该方法测量出的频率值不是很精确，尽管如此，在实际的低频率测量中零交法仍然被大量的运用。旧有产品无论是在采样精度还是采样速率方面都无法满足现有的技术要求，因而需要一种能够高精度且快速测频的设备。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本技术提供一种快速高精度测频装置，其采集的数据可为现场一次调频系统或是AGC/AVC系统提供可靠的计算基础，为实施稳健的控制策略提供
良好的硬件技术支撑，是新能源及能耗监测系统中必不可少的数据采集设备，
[0006]为达到上述目的，本技术提供了一种快速高精度测频装置，其包括电源插件、CPU插件及AI插件，其中：
[0007]所述电源插件包括一电源模块，用于为整个装置供电；
[0008]所述CPU插件包括一数据通信模块、一处理器单元及一调试接口，其中，所述数据通信模块与所述电源模块连接，其包括TCP网络通信电路和RS485 串口通信电路；所述处理器单元与所述电源模块及所述数据通信模块连接；所述调试接口为JTAG接口并与所述处理器单元连接；
[0009]所述AI插件包括一模拟量采集模块，所述模拟量采集模块与所述处理器单元连接，其包括AI模拟量采集电路与AD转换输入电路，其中，所述AI 模拟量采集电路包括至少3路电流输入采样电路与至少6路电压输入采样电路，其中：
[0010]任一路电流输入采样电路包括：一电流互感器，其输入端为待采样电流，所述电流互感器的两个输出端之间连接一电流采样电阻，所述电流采样电阻的两端经过第一RC滤波电路输出稳定的第一电压信号，用于连接到所述处理器单元的AD输入管脚；
[0011]任一路电压输入采样电路包括：一电压互感器，其一个输入端通过并联的第一限流电阻与第二限流电阻后连接到待采样电压的一输入端，其另一个输入端连接到待采样电压的另一输入端，所述电压互感器的两个输出端之间连接一电压采样电阻，所述电压采样电阻的两端经过第二RC滤波电路输出稳定的第二电压信号；
[0012]所述AD转换输入电路包括虚拟地电压抬高电路与差分电压输入电路，其中，所述差分电压输入电路为：在任一路电压输入采样电路的输出端与
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3.3V电压端之间连接一芯片采样电阻，在所述芯片采样电阻的两端连接一两级滤波电路输出两路差分信号，用于连接到高精度AD采样芯片。
[0013]在本技术一实施例中，其中，所述处理器单元为ARM Cortex
‑
M4F 内核的CPU。
[0014]在本技术一实施例中，其中，所述虚拟地电压抬高电路为：
[0015]3.3V电压输入端依次串联第一滤波电感(L22)、第三限流电阻(R118)、第二滤波电感(L21)及第三滤波电感(L20)后连接到虚拟地，且在第三限流电阻(R118)和第二滤波电感(L21)的连接点与
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3.3V电压端之间连接第一滤波电容(C49)，第一输出采样电阻(R112)与第二输出采样电阻(R113) 串联后与第一滤波电容(C49)并联，一三端稳压器(U21)的输入端连接到第三限流电阻(R118)和第二滤波电感(L21)之间，三端稳压器(U21)的输出端连接到第一输出采样电阻(R112)与第二输出采样电阻(R113)之间，三端稳压器(U21)的接地端连接到
‑
3.3V电压端，在第二滤波电感(L21) 和第三滤波电感(L20)连接点与
‑
3.3V电压端之间并联第二滤波电容(C32) 与稳压电容(EC17)。
[0016]在本技术一实施例中，其中，所述RS485串口通信电路包括一带隔离的485芯片(U3)，其中：
[0017]485芯片(U3)的D管脚通过上拉电阻(R25)连接到3.3V电压端，且 485芯片(U3)的D管脚与单路反相器(U4)的A脚连接后连接到所述处理器单元的芯片的数据通信输出管脚(U3Tx)，485芯片(U3)的DE和RE 管脚连接到单路反相器(U4)的Y脚；
[0018]485芯片(U3)的R管脚通过限流电阻(R32)连接到所述处理器单元的芯片的数据通信输入管脚(U3Rx)，485芯片(U3)的A管脚依次连接限流电阻(R18)与上拉电阻(R20)后连接
到5V电压端，485芯片(U3)的 B管脚依次连接限流电阻(R19)与下拉电阻(R13)后连接到
‑
5V电压端；
[0019]在485通信接线端子座(J1)的1脚与
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5V电压端之间连接第一瞬态抑制二极管(T2)，485通信接线端子座(J1)的2脚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速高精度测频装置，其特征在于，包括电源插件、CPU插件及AI插件，其中：所述电源插件包括一电源模块，用于为整个装置供电；所述CPU插件包括一数据通信模块、一处理器单元及一调试接口，其中，所述数据通信模块与所述电源模块连接，其包括TCP网络通信电路和RS485串口通信电路；所述处理器单元与所述电源模块及所述数据通信模块连接；所述调试接口为JTAG接口并与所述处理器单元连接；所述AI插件包括一模拟量采集模块，所述模拟量采集模块与所述处理器单元连接，其包括AI模拟量采集电路与AD转换输入电路，其中，所述AI模拟量采集电路包括至少3路电流输入采样电路与至少6路电压输入采样电路，其中：任一路电流输入采样电路包括：一电流互感器，其输入端为待采样电流，所述电流互感器的两个输出端之间连接一电流采样电阻，所述电流采样电阻的两端经过第一RC滤波电路输出稳定的第一电压信号，用于连接到所述处理器单元的AD输入管脚；任一路电压输入采样电路包括：一电压互感器，其一个输入端通过并联的第一限流电阻与第二限流电阻后连接到待采样电压的一输入端，其另一个输入端连接到待采样电压的另一输入端，所述电压互感器的两个输出端之间连接一电压采样电阻，所述电压采样电阻的两端经过第二RC滤波电路输出稳定的第二电压信号；所述AD转换输入电路包括虚拟地电压抬高电路与差分电压输入电路，其中，所述差分电压输入电路为：在任一路电压输入采样电路的输出端与
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3.3V电压端之间连接一芯片采样电阻，在所述芯片采样电阻的两端连接一两级滤波电路输出两路差分信号，用于连接到高精度AD采样芯片。2.根据权利要求1所述的快速高精度测频装置，其特征在于，所述处理器单元为ARM Cortex
‑
M4F内核的CPU。3.根据权利要求1所述的快速高精度测频装置，其特征在于，所述虚拟地电压抬高电路为：3.3V电压输入端依次串联第一滤波电感(L22)、第三限流电阻(R118)、第二滤波电感(L21)及第三滤波电感(L20)后连接到虚拟地，且在第三限流电阻(R118)和第二滤波电感(L21)的连接点与
‑
3.3V电压端之间连接第一滤波电容(C49)，第一输出采样电阻(R112)与第二输出采样电阻(R113)串联后与第一滤波电容(C49)并联，一三端稳压器(U21)的输入端连接到第三限流电阻(R118)和第二滤波电感(L21)之间，三端稳压器(U21)的输出端连接到第一输出采样电阻(R112)与第二输出采样电阻(R113)之间，三端稳压器(U21)的接地端连接到
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3.3V电压端，在第二滤波电感(L21)和第三滤波电感(L20)连接点与
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3.3V电压端之间并联第二滤波电容(C32)与稳压电容(EC17)。4.根据权利要求1所述的快速高精度测频装置，其特征在于，所述RS485串口通信电路包括一带隔离的485芯片(U3)，其中：485芯片(U3)的D管脚通过上拉电阻(R25)连接到3.3V电压端，且485芯片(U3)的D管脚与单路反相器(U4)的A脚连接后连接到所述处理器单元的芯片的数据通信输出管脚(U3Tx)，485芯片(U3)的DE和RE管脚连接到单路反相器(U4)的Y脚；485芯片(U3)的R管脚通过限流电阻(R32)连接到所述处理器单元的芯片的数据通信输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：张林峰，
申请(专利权)人：北京汇能达电力技术有限公司，
类型：新型
国别省市：