專利名稱：基于鎖相環(huán)的交錯同步采樣實時補償裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)中所用的同步采樣實時補償裝置和方法，尤其涉及一種基于鎖 相環(huán)的交錯同步采樣實時補償裝置及其方法。
背景技術(shù)：
在將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的過程中存在"地"通道的零點補償，即將"地"通道采樣的 數(shù)字量作為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字零來校準(zhǔn)補償采樣其他模擬量的數(shù)字量結(jié)果。傳統(tǒng)的補償方法一般為 在采樣其他模擬量之前先采樣"地"，然后以此值來作為以后采樣的參考，該值在以后的采樣 過程中一般不會變化。由于外界干擾以及數(shù)字高頻信號對模擬地的干擾等因素，模擬參考"地" 往往存在一波動，上述補償方式由于對采樣的模擬量不是實時動態(tài)補償，所以在一定程度上對 由于"地"的波動造成的采樣誤差的抑制效果不是很理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決目前在模數(shù)轉(zhuǎn)換時現(xiàn)有補償方式對采樣誤差抑制效果不好等 問題，同時兼顧同步采樣的要求，提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可有效抑制采樣誤差， 實現(xiàn)實時補償?shù)葍?yōu)點的基于鎖相環(huán)的交錯同步采樣實時補償裝置及其方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種基于鎖相環(huán)的交錯同步采樣實時補償裝置，它包括二階低通濾波電路、過零電壓比 較電路、鎖相環(huán)電路、分頻電路、微處理器采樣控制電路、AD轉(zhuǎn)換電路以及模擬多路開關(guān)電 路；其中，二階低通濾波電路輸入端接收電網(wǎng)同步信號，其輸出端依次與過零電壓比較電路 和鎖相環(huán)電路連接，鎖相環(huán)電路與分頻電路雙向閉環(huán)連接；同時分頻電路輸出端還與微處理 器采樣控制電路連接，該電路輸出端與模擬多路開關(guān)連接，該模擬多路開關(guān)輸入端還與地信
號和電壓電路輸入通道連接，其輸出端與AD轉(zhuǎn)換器輸入端連接，AD轉(zhuǎn)換器輸出端與微處理
器采樣控制電路的輸入端連接。
所^二階低通濾波電路濾除電網(wǎng)中的二次及二次以上的諧波，得到純凈的基波信號。 所述過零電壓比較電路將二階低通濾波器的基波信號轉(zhuǎn)換為方波信號。 所述鎖相環(huán)電路和分頻電路對信號進(jìn)行同步倍頻，其可為128或256或512等倍頻。 微處理器采樣控制電路為DSP電路，它依據(jù)鎖相環(huán)的同步倍頻信號控制模擬多路開關(guān)電
路交錯地切換地信號和有效電源電流信號，以進(jìn)行交錯AD轉(zhuǎn)換。
一種基于鎖相環(huán)的交錯同步采樣實時補償裝置的補償方法，它的方法為，
1) 電網(wǎng)同步信號經(jīng)過二階有源低通濾波器，濾除電網(wǎng)中的二次及二次以上的諧波，從而 得到純凈的基波信號，過零電壓比較電路負(fù)責(zé)將二階低通濾波器得到的基波信號轉(zhuǎn)換為方波 信號，輸出給后端的鎖相環(huán)及分頻電路進(jìn)行基于電網(wǎng)頻率的倍頻；
2) 鎖相環(huán)對信號同步倍頻后觸發(fā)微控制器采樣中斷；
3) 判斷中斷是否為奇數(shù)次；如果是，則采樣"地信號"通道，通道切換；如果不是，則 采樣有效數(shù)據(jù)通道，通道切換；
4) 實時校正后得出新的校正采樣值進(jìn)行計算。
所述步驟2)中，鎖相環(huán)將電網(wǎng)頻率同步倍頻到設(shè)定值后，微處理器采樣控制電路以該 方波信號作為采樣周期的控制信號，即在信號的上升沿進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣,通過上述交替采樣，微 控制器以當(dāng)前次所采集的"地"信號的數(shù)字量來補償當(dāng)前次采集的電壓電流信號，做到對"地" 的實時動態(tài)補償，消除"地"上的紋波對系統(tǒng)采樣精度的影響。
本發(fā)明提出了一種新型的補償方法，即基于鎖相環(huán)的交錯同步采樣實時補償技術(shù)。整個 系統(tǒng)由二階低通濾波電路、過零電壓比較電路、鎖相環(huán)電路、分頻電路、微處理器采樣控制 電路、AD轉(zhuǎn)換電路以及模擬多路開關(guān)電路等七部分組成。
電網(wǎng)同步信號經(jīng)過二階有源低通濾波器，濾除電網(wǎng)中的二次及二次以上的諧波，從而得 到純凈的基波信號；過零電壓比較電路負(fù)責(zé)將二階低通濾波器得到的基波信號轉(zhuǎn)換為方波信
號，輸出給后端的鎖相環(huán)及分頻電路進(jìn)行基于電網(wǎng)頻率的同步倍頻，此倍頻信號(可以為128、 256、 512等倍頻)即做為AD采樣的周期信號；得到的倍頻信號輸出給微控制器部分電路， 從而控制AD轉(zhuǎn)換器的采樣，同時控制模擬多路開關(guān)電路交錯地切換"地信號"和"有效電壓 電流信號"，以進(jìn)行交錯AD轉(zhuǎn)換。
鎖相環(huán)將電網(wǎng)頻率同步倍頻到12.8KHz (50HzX256)， DSP以該方波信號作為采樣周期的 控制信號，即在信號的上升沿進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，在所采樣的256點中，交錯采樣系統(tǒng)的"地" 信號和電壓電流信號。
通過上述交替采樣，微控制器以當(dāng)前次所采集的"地"信號的數(shù)字量來補償當(dāng)前次采集 的電壓電流信號，做到對"地"的實時動態(tài)補償，從而能夠最大程度的消除"地"上的紋波 對系統(tǒng)采樣精度的影響。
本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，.補償效果好，采用精度高，可滿足同步采 樣的要求。


圖1為本發(fā)明的鎖相環(huán)-同步采樣周期控制電路原理圖2為基于鎖相環(huán)的數(shù)據(jù)實時補償采樣中斷服務(wù)子程序流程圖。
其中，1、 二階低通濾波電路，2、過零電壓比較電路，3、鎖相環(huán)電路，4、分頻電路，5、 微處理器采樣控制電路，6、 AD轉(zhuǎn)換電路，7、模擬多路開關(guān)電路。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖i中，本發(fā)明包括二階低通濾波電路、過零電壓比較電路、鎖相環(huán)電路、分頻電路、 微處理器采樣控制電路、AD轉(zhuǎn)換電路以及模擬多路開關(guān)電路；其中，二階低通濾波電路輸入 端接收電網(wǎng)同步信號，其輸出端依次與過零電壓比較電路和鎖相環(huán)電路連接，鎖相環(huán)電路則 與分頻電路雙向連接；同時分頻電路輸出端還與微處理器采樣控制電路連接，該電路輸出端 與模擬多路開關(guān)連接，該模擬多路開關(guān)輸入端還與地信號和電壓電路輸入通道連接，其輸出 端與AD轉(zhuǎn)換器輸入端連接，AD轉(zhuǎn)換器輸出端與微處理器采樣控制電路的輸入端連接。二階 低通濾波電路濾除電網(wǎng)中的二次及二次以上的諧波，得到純凈的基波信號。過零電壓比較電 路將二階低通濾波器的基波信號轉(zhuǎn)換為方波信號。鎖相環(huán)電路和分頻電路對信號進(jìn)行同步倍 頻，其可為128或256或512等倍頻。
本發(fā)明的補償方法為-
1) 電網(wǎng)同步信號經(jīng)過二階有源低通濾波器，濾除電網(wǎng)中的二次及二次以上的諧波，從而 得到純凈的基波信號，過零電壓比較電路負(fù)責(zé)將二階低通濾波器得到的基波信號轉(zhuǎn)換為方波 信號，輸出給后端的鎖相環(huán)及分頻電路進(jìn)行基于電網(wǎng)頻率的同步倍頻；
2) 鎖相環(huán)對信號同步倍頻后觸發(fā)微控制器采樣中斷；
3) 判斷中斷是否為奇數(shù)次；如果是，則采樣"地信號"通道，通道切換；如果不是，則 采樣有效數(shù)據(jù)通道，通道切換；
4) 實時校正后得出新的校正采樣值進(jìn)行計算。
所述步驟2)中，鎖相環(huán)將電網(wǎng)頻率同步倍頻到設(shè)定值后，微處理器采樣控制電路以該 方波信號作為采樣周期的控制信號，即在信號的上升沿進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣,通過上述交替采樣，微 控制器以當(dāng)前次所采集的"地"信號的數(shù)字量來補償當(dāng)前次采集的電壓電流信號，做到對"地" 的實時動態(tài)補償，消除"地"上的紋波對系統(tǒng)采樣精度的影響。如圖2所示。
權(quán)利要求
1、一種基于鎖相環(huán)的交錯同步采樣實時補償裝置，其特征是它包括二階低通濾波電路、過零電壓比較電路、鎖相環(huán)電路、分頻電路、微處理器采樣控制電路、AD轉(zhuǎn)換電路以及模擬多路開關(guān)電路；其中，二階低通濾波電路輸入端接收電網(wǎng)同步信號，其輸出端依次與過零電壓比較電路和鎖相環(huán)電路連接，鎖相環(huán)電路則與分頻電路雙向通訊；同時分頻電路輸出端還與微處理器采樣控制電路連接，該電路輸出端與模擬多路開關(guān)連接，該模擬多路開關(guān)輸入端還與地信號和電壓電路輸入通道連接，其輸出端與AD轉(zhuǎn)換器輸入端連接，AD轉(zhuǎn)換器輸出端與微處理器采樣控制電路的輸入端連接。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于鎖相環(huán)的交錯同步采樣實時補償裝置，其特征是所述二 階低通濾波電路濾除電網(wǎng)中的二次及二次以上的諧波，得到純凈的基波信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于鎖相環(huán)的交錯同步采樣實時補償裝置，其特征是所述過 零電壓比較電路將二階低通濾波器的基波信號轉(zhuǎn)換為方波信號。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于鎖相環(huán)的交錯同步采樣實時補償裝置，其特征是所述鎖相環(huán)電路和分別電路對信號進(jìn)行倍頻，其可為128或256或512等倍頻。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于鎖相環(huán)的交錯同步采樣實時補償裝置，其特征是微處理器采樣控制電路為DSP電路，它控制模擬多路開關(guān)電路交錯地切換地信號和有效電源電流信 號，以進(jìn)行交錯AD轉(zhuǎn)換。
6、 一種采用權(quán)利要求1所述基于鎖相環(huán)的交錯同步采樣實時補償裝置的補償方法，其特征是它的方法為，1)電網(wǎng)同步信號經(jīng)過二階有源低通濾波器，濾除電網(wǎng)中的二次及二次以上的諧波，從而 得到純凈的基波信號，過零電壓比較電路負(fù)責(zé)將二階低通濾波器得到的基波信號轉(zhuǎn)換為方波信號，輸出給后端的鎖相環(huán)及分頻電路進(jìn)行基于電網(wǎng)頻率的同步倍頻； —2)鎖相環(huán)對信號同步倍頻后觸發(fā)微控制器采樣中斷；3) 判斷中斷是否為奇數(shù)次；如果是，則采樣"地信號"通道，通道切換；如果不是，則 采樣有效數(shù)據(jù)通道，通道切換；4) 實時校正后得出新的校正采樣值進(jìn)行計算。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于鎖相環(huán)的交錯同步采樣實時補償裝置的補償方法，其特征 是所述步驟2)中，鎖相環(huán)將電網(wǎng)頻率同步倍頻到設(shè)定值后，微處理器采樣控制電路以該 方波信號作為采樣周期的控制信號，即在信號的上升沿進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣,通過上述交替采樣，微 控制器以當(dāng)前次所采集的"地"信號的數(shù)字量來補償當(dāng)前次采集的電壓電流信號，做到對"地" 的實時動態(tài)補償，消除"地"上的紋波對系統(tǒng)采樣精度的影響。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于鎖相環(huán)的交錯同步采樣實時補償裝置及其方法。它解決了目前模數(shù)轉(zhuǎn)換時現(xiàn)有補償方式對采樣誤差抑制效果不好等問題，同時兼顧同步采樣，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可有效抑制采樣誤差，實現(xiàn)實時補償?shù)葍?yōu)點。其結(jié)構(gòu)為二階低通濾波電路輸入端接收電網(wǎng)同步信號，其輸出端依次與過零電壓比較電路和鎖相環(huán)電路連接，鎖相環(huán)電路則與分頻電路雙向通訊；同時分頻電路輸出端還與微處理器采樣控制電路連接，該電路輸出端與模擬多路開關(guān)連接，該模擬多路開關(guān)輸入端還與地信號和電壓電路輸入通道連接，其輸出端與AD轉(zhuǎn)換器輸入端連接，AD轉(zhuǎn)換器輸出端與微處理器采樣控制電路的輸入端連接。
文檔編號H03M1/10GK101188422SQ20071011482
公開日2008年5月28日 申請日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者徐家恒, 徐新光, 曲效武, 王運全, 王金亮, 袁紹軍, 陳偉斌, 鹿凱華 申請人:山東電力研究院