阅读说明：本技术 动态电压恢复器的多数据电压频率信号采集系统及方法 (Multi-data voltage frequency signal acquisition system and method of dynamic voltage restorer ) 是由 徐杰 葛愿 高文根 孙驷洲 庞伟 雍鉨晨 田智汇 于 2019-11-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电压频率信号采集系统,包括采集模块、主控模块、检测模块,所述采集模块与主控模块连接,所述采集模块用于根据主控模块的控制指令将采集的电压信息传输至主控模块,所述主控模块根据传来的电压信息处理后得到电压频率信号；所述主控模块与检测模块连接,所述检测模块用于对由采集模块传来的数据进行检测故障检测并将故障信号反馈给主控模块,所述主控模块根据故障检测模块确认额是否重新驱动采集模块上传采集的电压信息。本发明的优点在于：采用三个模块分贝采集三相的电压频率信号,具备模块化的特点,有利于集成和故障检测；对检测来的数据进行故障判断,出现故障后及时驱动采集模块重新采集,可以保证采集数据的稳定。(The invention discloses a voltage frequency signal acquisition system which comprises an acquisition module, a main control module and a detection module, wherein the acquisition module is connected with the main control module, the acquisition module is used for transmitting acquired voltage information to the main control module according to a control instruction of the main control module, and the main control module processes the transmitted voltage information to obtain a voltage frequency signal; the main control module is connected with the detection module, the detection module is used for detecting faults of the data transmitted by the acquisition module and feeding fault signals back to the main control module, and the main control module determines whether to re-drive the acquisition module to upload acquired voltage information according to the fault detection module. The invention has the advantages that: three modules are adopted to collect three-phase voltage frequency signals, so that the modularized characteristic is achieved, and integration and fault detection are facilitated; and the detected data is subjected to fault judgment, and the acquisition module is timely driven to acquire again after a fault occurs, so that the stability of the acquired data can be ensured.)

动态电压恢复器的多数据电压频率信号采集系统及方法

技术领域

本发明涉及电压检测技术领域，尤其涉及一种面向动态电压恢复器系统的一种多数据电压频率信号采集的系统。

背景技术

信号采集对于电力系统的反馈控制、数据统计等有较为重要的意义，如何才能有效的对多种不同的电压信号进行采集是解决许多问题的重要一步。市场上对于多数据多功能电压频率信号采集模板较少存在，且设计较为复杂，价格较为昂贵。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供能够精确采集电压频率信号的采集系统，用于采集电网的电压频率信号。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种电压频率信号采集系统，包括采集模块、主控模块、检测模块，所述采集模块与主控模块连接，所述采集模块用于根据主控模块的控制指令将采集的电压信息传输至主控模块，所述主控模块根据传来的电压信息处理后得到电压频率信号；所述主控模块与检测模块连接，所述检测模块用于对由采集模块传来的数据进行检测故障检测并将故障信号反馈给主控模块，所述主控模块根据故障检测模块确认额是否重新驱动采集模块上传采集的电压信息。

所述主控模块包括DSP处理器。

所述采集模块个数为三个，分别包括A相采集模块、B相采集模块、C相采集模块，分别对应三相电的其中一相。通过采集模块集成方式分别采用三个模块分别检测一相，方便在故障时及时确认故障模块以及方便驱动控制对应的一相采集模块重新检测数据。

采集模块包括霍尔电压传感器、锁相环电路、采样保持电路、AD转换电路、加法电路，所述霍尔电压传感器的输出端分别连接采样保持电路和锁相环电路，所述锁相环电路的输出端输出同步采样脉冲至采样保持电路，用于监管电压信号的采样频率，所述采样保持电路的输出端与AD转换电路连接，所述AD转换电路的输出端经加法电路后与DSP控制器的I/O接口连接。

检测模块用于检测DSP控制器的I/O接口输入的电压信息，当三个电压采集模块中的任一一个输入的电压存在故障或没有电压数据传递至I/O，则判断该I/O接口对应的采集模块传来的数据故障，此时DSP控制器输出控制信号至采集模块重新采样数据。

一种动态电压恢复器的多数据电压频率信号采集方法，通过三个电压传感器分别对应的采集三相电中的一相的电压数据，分别对每一相的采集信号进行故障判别，当出现故障时重新进行采集，当未出现故障时，对三相信号进行采样通过锁相环实现采集与被测电压信号同步，然后将采集的电压信号经加法电路后送入到DSP控制器的I/O口中。

本发明的优点在于：采用三个模块分贝采集三相的电压频率信号，具备模块化的特点，有利于集成和故障检测；对检测来的数据进行故障判断，出现故障后及时驱动采集模块重新采集，可以保证采集数据的稳定；经由加法电路后才输入到DSP中，避免输入电压信号过大过大引起的DSP的损坏。本发明基于DSP的采样系统，通过具有加法电路，实现了DSP电路在动态电压器采样。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明采集模块的结构原理图；

图2为本发明采集系统的整体结构框图；

图3为本发明采集系统的采集原理流程图；

图4为锁相环电路图；

图5为锁相环的原理图；

图6为DSP芯片原理图；

图7为被测电压的正弦波及锁相环的比较器输出的同频率的方波；

图8为锁相环的输出波形图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明提供一种电压频率采集系统，用于采集负载或网侧电压频率数据，如图1、2、3所示，电压频率信号采集系统，包括采集模块、主控模块、检测模块，采集模块与主控模块连接，采集模块用于根据主控模块的控制指令将采集的电压信息传输至主控模块，主控模块根据传来的电压信息处理后得到电压频率信号；主控模块与检测模块连接，检测模块用于对由采集模块传来的数据进行检测故障检测并将故障信号反馈给主控模块，所述主控模块根据故障检测信号确认是否重新驱动采集模块上传采集的电压信息。

主控模块采用DSP处理器为核心的DPS控制系统。所述采集模块个数为三个，分别包括A相采集模块、B相采集模块、C相采集模块，分别对应三相电的其中一相。通过采集模块集成方式分别采用三个模块分别检测一相，方便在故障时及时确认故障模块以及方便驱动控制对应的一相采集模块重新检测数据。

采集模块包括霍尔电压传感器、锁相环电路、采样保持电路、AD转换电路、加法电路，所述霍尔电压传感器的输出端分别连接采样保持电路和锁相环电路，所述锁相环电路的输出端输出同步采样脉冲至采样保持电路，用于监管电压信号的采样频率，所述采样保持电路的输出端与AD转换电路连接，所述AD转换电路的输出端经加法电路后与DSP控制器的I/O接口连接。

检测模块用于检测DSP控制器的I/O接口输入的电压信息，当三个电压采集模块中的任一一个输入的电压存在故障或没有电压数据传递至I/O，则判断该I/O接口对应的采集模块传来的数据故障，此时DSP控制器输出控制信号至采集模块重新采样数据。

如图3所示一种动态电压恢复器的多数据电压频率信号采集系统的采集方法，通过三个电压传感器分别对应的采集三相电中的一相的电压数据，分别对每一相的采集信号进行故障判别，当出现故障时重新进行采集，当未出现故障时，对三相信号进行采样通过锁相环实现采集与被测电压信号同步，然后将采集的电压信号经加法电路后送入到DSP控制器的I/O口中。从负载侧采集电压频率信号进行并反馈于网侧。通过网侧计算该电压是否在上下限内和补偿是否有效来决定取样电压是否有效。若取样电压不符合要求，则再次进入网侧计算循环直至取样电压符合要求即可进行采样本。发明提供的采集模块版本检测系统对采集模块的版本检测准确，操作简便，效率高，人工成本低。

本发明具有单相采集和三相采集共用的特点，通过A相、B相、C相对应的采集模块分别采集每一相的电压频率数据，由单相采集构成三相采集，具有模块化和集成化的特点，对于由单相构成三相，并具有故障检测便捷特点。

本申请采用的电压传感器的型号为VSM025A型霍尔电压传感器的元器件参数，应用此芯片的主要优点在于能在电隔离条件下测量直流、交流、脉冲以及各种不规则电压，从而实现多功能多输入电压信号的采集。

在图中1为本发明的采集系统的主要采集原理图，其中包括主要的锁相环环节和电网电压采样技术，锁相环环节其作用在于锁相环可产生同步采样脉冲，输入电压频率严格被采样脉冲频率监管。由于锁相环是闭环调节系统，两个信号的相位不断减少趋于0后锁相环进入锁定状态，实现了采样脉冲和被检测电压的同步。电网电压采样技术其作用在于在采样检测中采样的精度有很重要的地位，因此电网电压选择了高压差分放大输入端口。

图4为本发明的锁相环电路图，图5为锁相环的原理图。芯片TLC272为电源选择芯片；芯片CD4046为实现锁相环，3号引脚接芯片CD4518上14号引脚，4号引脚接CD4518上1号引脚，接与门芯片7408的2号引脚，5号引脚接地，6号和7号引脚间接0.25uf电容，8号引脚接地，9号引脚通过100k电阻R3和电容C2接地，11号引脚通过电阻R1接地，13号引脚通过1M电阻R4和100K电阻R3电容C2接地，14号引脚接节点B16号节点接15V电源。CD4046锁相的意义是相位同步的自动控制，功能是完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环，简称PLL。锁相环主要由相位比较器(PC)、压控振荡器(VCO)。低通滤波器三部分组成。芯片CD4518是二、十进制(8421编码)同步加计数器；电源选择芯片TLC272：与门，实现逻辑上与运算；VSM025A型霍尔电压传感器的元器件：1号引脚接电源正极，2号引脚通过电阻R7接电源负极，3号引脚接-15V电源，4号引脚接+15V电源，5号引脚通过100K电阻R6和100K可变电阻R5接地。

加法电路，供电采用单电源，板载负压发生器，根据需要选择供电范围，这也就决定了信号的输出有效范围供电12V时：板载内部电压有效+9V和-9V，有效输出理论范围±7.5V，供电24V时：板载内部电压有效+12V和-12V，有效输出理论范围±11.5V。可以实现两路交直流电压的加法或者减法功能；加减法运算电路以集成运算放大器为核心元件构成，多个输入信号分别作用于运放的同相输入端或反相输入端，实现对输入信号的加、减运算，外部电阻决定输入信号的比例系统。加减法运算电路中运放的输入端有共模信号成分，为使共模输出为零，同时补偿运放平均偏置电流及其漂移影响，通常要求运放的输入端电阻平衡，即运放反相输入端、同相输入端所接的电阻相等。

本发明采集系统的三相电压，具有单相可以实现，三相进行测试，具有模块化特性，有利集成和故障检测，实现了输入信号的电压和频率的采集，整体效果具有模块化的特点，易于采样模块进行检测，同时对3组单相进行检测，易于单相和三相模块实现和故障检测。三相采集系统是经由三个单相采集系统，所采信信号传入DSP主控系统进行信号处理，实现输入同频方波、N倍脉冲、反相输出波形的锁相回路波形，及经由加法电路输出到DSPI/O口的信号等。在图3中，三相信号采样流程图，由采相信号经过传感器进进入比较电路，比较两个电压的大小，其中用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系，当”+”输入端电压高于”－”输入端时，电压比较器输出为高电平；当”+”输入端电压低于”－”输入端时，电压比较器输出为低电平；可工作在线性工作区和非线性工作区。

进一步输出控制采样信号，同时进行故障信号判别，如果识别到故障信号，则进入具有采样信号的比较电路再次采样，如果没有故障，则进入到三相信号采集的集成模块，则同时使采样电种与被测电压信号同步，最后输入到主控制MCU。

如图6为本申请采用的DSP的芯片引脚原理图，给出DSP与采样接口部分的接线图。

本文采用软件进行模块对输入端的交流信号设置为220V，50HZ电压进行采样。如图7所示波形为被测电压的正弦波经电压传感器VSM025A，再通过比较器LM339变为同频率的方波，(图7中，被测电压波形为上半部分的正弦波下、下半部分为同频率方波)。如图8所示(上半部分方波为锁相环相位比较器输出波形，下半部分为锁相环内部压控振荡器脉冲波形)，相位比较器输出波形，此脉冲信号由锁相环内部压控振荡器脉冲波形。通过波形可以随被测信号频率的改变，实现采样脉冲频率可以始终保持在一个周期内的具有固定采样点，测量准确度进一步提高。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。