一种钳形电流表的自适应信号处理系统及方法技术方案

一种钳形电流表的自适应信号处理系统及方法，包括电流输入，利用高精度电流互感器取样模块取样后得到的交流电压同步输入到峰峰值获取环节和AGC信号处理环节；峰峰值获取，电流输入环节得到的交流电压经过整流滤波模块之后连接到MCU,MCU控制进行同步双频采样，获取采样的最大电流值，作为电流峰峰值；AGC信号处理，基于获取的电流峰峰值，MCU自适应调节输入AGC处理模块的控制电平，调节放大倍数，处理电流输入环节输入AGC处理模块的信号；处理信号采样计算，MCU控制在周期T内采样计算。本发明专利技术可提高采样覆盖率，减少测量误差，提高采样速率，提高测量精度。提高测量精度。提高测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种钳形电流表的自适应信号处理系统及方法


[0001]本专利技术涉及电力设备谐波测量领域，具体涉及一种钳形电流表的自适应信号处理系统及方法。

技术介绍

[0002]随着用电设备的多样化和复杂化，谐波源的数量和比重在电网中增大，导致线路损耗增加、电能质量降低、变压器使用效率降低等问题，高次谐波虽然含有率相对较小，但也加重电力网的谐波污染。部分钳形电流表已推出谐波电流测量功能，但由于谐波电流本身的计算和测量比较复杂，大多数装置在系统频率偏移50Hz时，测量误差偏大，如何准确的测量电流谐波含有率(HR)成为谐波测量领域研究的重点。
[0003]谐波测量领域最广泛的检测方法是傅里叶变换(FFT)方法，鉴于FFT不具有时域局部性，现有技术中通过加窗、小波变化、神经网络等处理算法优化，但程序处理复杂、计算时间增加；现有技术CN112462138A针对FFT运算量大的问题，提出“一种谐波测量方法及系统”，根据采样电压计算基波频率得到每周波的采样点N数，获取N个不同次谐波幅值的平均值作为谐波测量结果；此方法通过平均值减小测量误差不能从根本上不能提高谐波测量准确度，固定的采样频率度存在采样盲区；对于没有测量到的高次谐波量只能忽略。
[0004]现有技术对于采取的PGA等电路对信号进行放大处理，但是放大倍数固定，无法自动调整，对于谐波信号测量，幅值较小时测量精度下降，幅值过大就会导致失真；现有技术CN114966202A提出“一种自适应信号的谐波测量系统及测量方法”，被测信号的幅值和频率发生变化时，通过调整PWM波的占空比，调整压控电路的放大倍数，保证测量幅值在范围内，同时利用插值法减小系统对采样频率的要求；此方法对未知信号根据采样频率设置最小步距进行PWM占空比调整，再调整压控电路的放大倍数，每调整一次需计算一次直至设定范围内，其处理流程繁琐，同时不能很好的还原信号细节。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中谐波测量存在不足，更加准确还原信号细节、测量电流谐波含有率，本专利技术提出一种钳形电流表的自适应信号处理系统及方法，对谐波信号进行满度自适应放大。
[0006]本专利技术提供了一种钳形电流表的自适应信号处理系统，所述系统包括：
[0007]电源模块，通过电池供电，经升压和降压的电源转换电路，将电池电压转换成系统工作电压给系统供电；
[0008]高精度电流互感器运放取样模块，用于电流输入环节输入电流取样后得到的交流电压同步输入到峰峰值获取环节和AGC信号处理环节；
[0009]整流滤波模块，用于峰峰值获取环节前的输入交流电压处理，交流电压经整流滤波电路变成直流电压；
[0010]MCU，用于峰峰值获取环节和处理信号采样计算环节，对整流滤波模块输出的信号
通过内部ADC采样进行双频采样获取输入信号的峰峰值，获取峰峰值后MCU控制，进行AGC信号处理环节的自适应放大倍数调节，将调节后的信号输入MCU，MCU和内部ADC实现采样计算，得到电流基波幅值、相位、频率及多次谐波的幅值、相位、谐波含有率和总畸变率；
[0011]AGC处理模块，用于AGC信号处理环节，通过获取的MCU控制电平，调节电流输入环节输入电流取样后得到的交流电压，进行自适应放大输出。
[0012]进一步，所述高精度电流互感器取样模块包括高精度电流互感器T1、电阻R1、电阻R2、精密电阻R3和运放U1,高精度电流互感器T1采用IVY
‑
CT
‑
PCB
‑
01
‑
10A,运放U1采用高精度运放OPA277UA；通过测量外部负荷线路，将一次交流电流经过高精度电流互感器T1转换成二次交流电流I
‑
IN输入，经过由电阻R1、R2及R3和运放U1组成的运放取样，转换成交流电压输入后级电路。
[0013]进一步，所述AGC处理模块采用高精度数字电位器U3及外围元件C3和运放U4，高精度数字电位器U3采用MAX54系列芯片，所述运放U4采用ISL28114，通过MCU对Control
‑
1和Control
‑
2的控制，将连接到运放U4的Vref进行自适应信号放大处理。
[0014]本专利技术提供了一种钳形电流表的自适应信号处理方法，包括：
[0015]电流输入，利用高精度电流互感器取样模块取样后得到的交流电压同步输入到峰峰值获取环节和AGC信号处理环节；
[0016]峰峰值获取，电流输入环节得到的交流电压经过整流滤波模块之后连接到MCU,MCU控制进行同步双频采样，获取采样的最大电流值，作为电流峰峰值；
[0017]AGC信号处理，基于获取的电流峰峰值，MCU自适应调节输入AGC处理模块的控制电平，调节放大倍数，处理电流输入环节输入AGC处理模块的信号；
[0018]处理信号采样计算，MCU控制在周期T内采样计算，得到电流基波幅值、相位、频率及2～50次多次谐波的幅值、相位、谐波含有率和总畸变率。
[0019]优选地，其中所述在峰峰值获取环节，电流输入环节得到的交流电压经过整流滤波之后连接到MCU，MCU控制进行同步双频采样，获取采样的最大电流值，作为电流峰峰值，包括：
[0020]以第一采样频率f
S1
和第二采样频率f
S2
＝f
S1
+f在一个周期T内采样，计算采样点N1＝f
S1
/f，N2＝f
S2
/f；
[0021]对T/2内，将f
S1
和f
S2
连续两次同步获得的采样值I
11
、I
12
、I
21
、I
22
；
[0022]比较I
11
、I
12
、I
21
、I
22
的大小，得到最大电流值I
MAX
；
[0023]将I
MAX
设为比较阈值，继续采样，获取下一个同步采样点数据I
N
(I
N
∈(I
1N
，I
2N
)和I
12
)与I
MAX
进行比较，判断I
N
是否大于I
MAX
，当I
N
＞I
MAX
,I
N
为I
newMAX
，当I
N
≤I
MAX
,I
MAX
＝I
newMAX
；
[0024]获得电流的峰峰值I
pp
＝I
newMAX
。
[0025]优选地，所述AGC信号处理环节，基于获取的电流峰峰值，MCU自适应调节输入AGC的控制电平，调节放大倍数，处理电流输入环节输入AGC的信号，包括：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钳形电流表的自适应信号处理系统，其特征是：包括：高精度电流互感器运放取样模块，用于电流输入环节输入电流取样后得到的交流电压同步输入到峰峰值获取环节和AGC信号处理环节；整流滤波模块，用于峰峰值获取环节前的输入交流电压处理，交流电压经整流滤波电路变成直流电压；MCU，用于峰峰值获取环节和处理信号采样计算环节，对整流滤波模块输出的信号通过内部ADC采样进行双频采样获取输入信号的峰峰值，获取峰峰值后MCU控制，进行AGC信号处理环节的自适应放大倍数调节，将调节后的信号输入MCU，MCU和内部ADC实现采样计算，得到电流基波幅值、相位、频率及各次谐波的幅值、相位、谐波含有率和总畸变率；AGC处理模块，用于AGC信号处理环节，通过获取的MCU控制电平，调节电流输入环节输入电流取样后得到的交流电压，进行自适应放大输出。2.根据权利要求1所述的一种钳形电流表的自适应信号处理系统，其特征是：所述高精度电流互感器取样模块包括高精度电流互感器T1、电阻R1、电阻R2、精密电阻R3和运放U1,高精度电流互感器T1采用IVY
‑
CT
‑
PCB
‑
01
‑
10A,运放U1采用高精度运放OPA277UA；通过测量外部负荷线路，将一次交流电流经过高精度电流互感器T1转换成二次交流电流I
‑
IN输入，经过由电阻R1、R2及R3和运放U1组成的运放取样，转换成交流电压输入后级电路。3.根据权利要求1所述的一种钳形电流表的自适应信号处理系统，其特征是：包括：所述AGC处理模块采用高精度数字电位器U3及外围元件C3和运放U4，高精度数字电位器U3采用MAX54系列芯片，所述运放U4采用ISL28114，通过MCU对Control
‑
1和Control
‑
2的控制，将连接到运放U4的Vref进行自适应信号放大处理。4.一种钳形电流表的自适应信号处理方法，其特征是：包括：电流输入，利用高精度电流互感器取样模块取样后得到的交流电压同步输入到峰峰值获取环节和AGC信号处理环节；峰峰值获取，电流输入环节得到的交流电压经过整流滤波模块之后连接到MCU,MCU控制进行同步双频采样，获取采样的最大电流值，作为电流峰峰值；AGC信号处理，基于获取的电流峰峰值，MCU自适应调节输入AGC处理模块的控制电平，调节放大倍数，处理电流输入环节输入AGC处理模块的信号；处理信号采样计算，MCU控制在周期T内采样计算，得到电流基波幅值、相位、频率及多次谐波的幅值、相位、谐波含有率和总畸变率。5.根据权利要求4所述的一种钳形电流表的自适应信号处理方法，其特征是：所述峰峰值获取环节，电流输入环节得到的交流电压经过整流滤波之后连接到MCU，MCU控制进行同步双频采样，获取采样的最大电流值，作为电流峰峰值，包括：以第一采样频率f
S1
和第二采样频率f
S2
＝f
S1
+f在一个周期T内采样，计算采样点N1＝f
S1
/f，N2＝f
S2
/f；对T/2内，将f
S1
和f
S2
连续两次同步获得的采样值I
11
、I
12
、I
21
、I
22
；比较I
11
、I
12
、I
21
、I
22
的大小，得到最大电流值I
MAX
；将I
MAX
设为比较阈值，继续采...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾欣然，郭祎珅，王顺江，管文，刘杨，杨金哲，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：