一种谐波检测系统
阅读说明：本技术 一种谐波检测系统 (Harmonic detection system ) 是由 陈建锋 王晓亮 张明 徐京生 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种谐波检测系统,包括：电压谐波分析模块：利用电压采样电路对外部电压进行采样后输入至MCU进行分析后存储并输出结果；电流谐波分析模块：利用电流采样电路对外部电压进行采样后输入至MCU进行分析后存储并输出结果；报警模块：通过查询相关状态位或芯片中的中断输出信号,判断当前谐波分量值和预设值的大小,作为计算引擎是否启动的条件。本发明提供的技术方案能够避免两个芯片之间的通讯干扰问题,且只设计了一个主芯片就完成谐波检测及智能电表的另外的功能,降低了成本。(The invention relates to a harmonic detection system, comprising: a voltage harmonic analysis module: sampling external voltage by using a voltage sampling circuit, inputting the external voltage to the MCU for analysis, storing and outputting a result; a current harmonic analysis module: sampling external voltage by using a current sampling circuit, inputting the sampled external voltage to the MCU for analysis, storing and outputting a result; an alarm module: the sizes of the current harmonic component value and the preset value are judged by inquiring the relevant state bit or the interrupt output signal in the chip, and the values are used as the conditions for calculating whether the engine is started or not. The technical scheme provided by the invention can avoid the problem of communication interference between the two chips, and only one main chip is designed to complete harmonic detection and other functions of the intelligent ammeter, so that the cost is reduced.)
技术领域
本发明属于电测量技术领域，具体涉及一种谐波检测系统。
背景技术
随着电力系统的发展，非线性负载得到大规模的应用，它们向电网注入大量谐波，使电力系统电压电流波形畸变越来越严重，严重影响了电能质量和用电安全。因此，谐波检测和抑制有重大现实和经济意义。目前，关于电力系统中谐波检测方法大体可分为基于频域的检测方法和基于时域的检测方法两大类。基于频域的检测方法以傅里叶变换为基础，包括快速傅里叶变换法(FFT)、离散傅里叶变换法(DFT)和迭代傅里叶变换方法(RDFT)。
在专利公开号为CN202817707U的专利中一种智能化低压无功补偿控制系统的保护电路，所述控制系统包括主控CPU和与主控CPU相连的三相投切电路、采样电路和输入输出电路，保护电路与主控CPU相连，保护电路包括与主控CPU相连的DSP控制芯片、继电器、基波发生电路和温度传感器，DSP控制芯片内设有A/D转换单元和谐波检测单元，A/D转换单元与谐波检测单元相连，A/D转换单元分别与采样电路、基波发生电路和温度传感器相连，继电器与DSP控制芯片相连。当控制系统设备运行出现过温、相序不正常或谐波过量的情况导致设备故障时，控制系统通过DSP控制芯片发出报警信息，使主控CPU控制切断工作电路保证系统正常运行。
上述专利中的谐波检测是由一块DSP芯片来实现，另外还需有一块主CPU来进行智能电表另外功能的实现，成本高，设计复杂。且两个芯片之间的通讯会出现信号干扰的情况。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种谐波检测系统，能够避免两个芯片之间的通讯干扰问题，且只设计了一个主芯片就完成谐波检测及智能电表的另外的功能，降低了成本。
本发明技术方案如下所示：
一种谐波检测系统，包括：
电压谐波分析模块：利用电压采样电路对外部电压进行采样后输入至MCU进行分析后存储并输出结果；
电流谐波分析模块：利用电流采样电路对外部电压进行采样后输入至MCU进行分析后存储并输出结果；
报警模块：通过查询相关状态位或芯片中的中断输出信号，判断当前谐波分量值和预设值的大小，作为计算引擎是否启动的条件。
优选的，所述MCU中利用计算引擎对输入的电压与电流进行2-32次谐波分析或33次-42次谐波分析。
优选的，所述计算引擎采用DFT计算引擎，所述计算DFT计算引擎前设置有预放大器，用于放大输入信号。
优选的，所述电压采样电路、电流采样电路均通过AD检测口接入MCU，所述MCU的AD采样的频率设置在1KHz～20KHz之间，所述DFT计算通过截取采样点进行，所述采样点的数量设置在1028～8224之间，所述DFT引擎的单次计算时间设置于0.1～20秒之间。
优选的，所述2-32次谐波分析的具体流程为：
1)、设置DFT计算引擎，向寄存器写入电压和电流的预放大倍数；
2)、启动DFT计算引擎，向控制寄存器写入0001H；
3)、检测DFT控制寄存器，当DFT_CRUAL＝0时，结束DFT计算；
4)、读取寄存器值，转换后得到谐波分量值、基波电压、基波电流。
优选的，所述谐波分量值＝寄存器值/163.84，寄存器地址为100H～1BFH；所述基波电流＝寄存器值×1.6328×10-3/电流预放大倍数，寄存器地址为1C0H、1C2H、1C4H；所述基波电压＝寄存器值×1.6328×10-2/电压预放大倍数，寄存器地址为1C1H、1C3H、1C5H。
优选的，所述谐波分量值的计算公式为：
其中X(k)表示第k次谐波分量的值，X(0)为基波的值。
优选的，所述33次-42次谐波分析的具体流程为：
1)、读频率寄存器【1D7H】的值，并写入到【1D4H】的寄存器中；
2)、将频率寄存器【1D7H】的值转换为HEX格式，并将高字节写入【1D2H】，将低字节写入【1D3H】；
3)、启动DFT计算引擎；
4)、将谐波分量值写入得到对应的寄存器中。
优选的，所述谐波分量值的计算公式为：
其中X(k)表示第k次谐波分量的值，X(0)为基波的值。
优选的，所述报警模块中的具体流程为：
1)、设置THD+N监识标志；
2)、查询THD+N监识标志，判断当前谐波分量值是否大于预设值，是则启动DFT计算引擎，否则继续查询查询THD+N监识标志；
3)、查询DFT完成标识，确认DFT计算是否完成，是则直接读取DFT计算结果，否则继续查询DFT完成标识。
本发明的有益效果为：
本发明通过整体系统的设计，能够避免传统谐波检测中因两个芯片之间的通讯产生的干扰问题，且只设计了一个主芯片就完成谐波检测及智能电表的另外的功能，降低了成本。
附图说明
图1为本发明的整体结构框图。
图2为本发明实施例中的THD1的计算流程。
图3为本发明实施例中的THD2的计算流程。
图4为本发明实施例中预警模块中的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1所示，一种谐波检测系统，包括：利用电压采样电路对外部电压进行采样后输入至MCU进行分析后存储并输出结果的电压谐波分析模块、利用电流采样电路对外部电压进行采样后输入至MCU进行分析后存储并输出结果的电流谐波分析模块、通过查询相关状态位或芯片中的中断输出信号，判断当前谐波分量值和预设值的大小，作为计算引擎是否启动的条件的报警模块。
作为本发明的一种实施方式，MCU中利用计算引擎对输入的电压与电流进行2-32次谐波分析或33次-42次谐波分析。
作为本发明的一种实施方式，计算引擎采用DFT计算引擎，计算DFT计算引擎前设置有预放大器，用于放大输入信号。MCU内部的DFT计算引擎可完成6个通道2-32次或者33-42次的谐波分析功能，当输入信号较小的时候，谐波分析的计算误差将变大，所以需要先经过预放大器处理信号。
作为本发明的一种实施方式，电压采样电路、电流采样电路均通过AD检测口接入MCU，所述MCU的AD采样的频率设置在1KHz～20KHz之间，所述DFT计算通过截取采样点进行，所述采样点的数量设置在1028～8224之间，所述DFT引擎的单次计算时间设置于0.1～20秒之间。本实施例中MCU的AD采样的频率设置为8KHZ，DFT计算通过截取4096个采样点进行，DFT引擎的单次计算时间为0.5秒。
作为本发明的一种实施方式，如图2所示，2-32次谐波分析的具体流程为：
1)、设置DFT计算引擎，向寄存器写入电压和电流的预放大倍数；
2)、启动DFT计算引擎，向控制寄存器写入0001H；
3)、检测DFT控制寄存器，当DFT_CRUAL＝0时，结束DFT计算；
4)、读取寄存器值，转换后得到谐波分量值、基波电压、基波电流。
本实施例中，预放大倍数设置为10倍。
作为本发明的一种实施方式，谐波分量值＝寄存器值/163.84，寄存器地址为100H～1BFH；基波电流＝寄存器值×1.6328×10-3/电流预放大倍数，寄存器地址为1C0H、1C2H、1C4H；基波电压＝寄存器值×1.6328×10-2/电压预放大倍数，寄存器地址为1C1H、1C3H、1C5H。
作为本发明的一种实施方式，谐波分量值的计算公式为：
其中X(k)表示第k次谐波分量的值，X(0)为基波的值。
作为本发明的一种实施方式，如图3所示，33次-42次谐波分析的具体流程为：
1)、读频率寄存器【1D7H】的值，并写入到【1D4H】的寄存器中；
2)、将频率寄存器【1D7H】的值转换为HEX格式，并将高字节写入【1D2H】，将低字节写入【1D3H】；
3)、启动DFT计算引擎；
4)、将谐波分量值写入得到对应的寄存器中。
作为本发明的一种实施方式，谐波分量值的计算公式为：
其中X(k)表示第k次谐波分量的值，X(0)为基波的值。
总的谐波分量THDT的计算公式为：
作为本发明的一种实施方式，在实际应用中，可设置三相电压和电流的THD1～THD42的阀值报警功能，通过查询相关状态位或芯片中的中断输出信号，判断当前THD1～THD42是否大于设定的值。如果大于设定的值，则可以启动DFT计算引擎，对线路中的谐波信号进行分析和记录，如图4所示，具体流程为：
1)、设置THD+N监识标志；
2)、查询THD+N监识标志，判断当前谐波分量值是否大于预设值，本实施例中预设值为20H，是则启动DFT计算引擎，否则继续查询查询THD+N监识标志；
3)、查询DFT完成标识，确认DFT计算是否完成，是则直接读取DFT计算结果，否则继续查询DFT完成标识。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。