CN107238750A - 一种基于运放电路的电网波形侦测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于运放电路的电网波形侦测方法，采用了一种侦测电路配合侦测，利用一个运放电路将电网正弦波变为同步的方波，从而获得电网周期值，再利用另一个运放电路将电网进行压缩，通过主控芯片的AD采样端口按照预设的采样点数N进行采样，同时获得采样周期值，通过输入捕捉中断电路对方波进行捕捉，在出现上升沿时则表示该时刻为电网过零点，AD采样端口就将该时刻的采样点送入采样窗口作为第一个采样起始点，后续按照采样周期值进行N个点的采样，且每一个点的采样都在采样窗口内覆盖前一次的采样点值，这种操作可以确保采样窗口内每一次的周期波形起始点均为过零点，且采样窗口内采样点数量始终为N，且波形始终同步。

Description

一种基于运放电路的电网波形侦测方法

技术领域

本发明涉及电网波形侦测，尤其涉及一种基于运放电路的电网波形侦测方法。

背景技术

近年来，随着家用储能***技术的日益成熟，具有清洁、便捷、智能化的电力送入了千家万户。但是不同的用户处于不同的电网环境，电网质量的好差也直接影响到了储能***是否能将干净、健康的能源带给用户。比如电网谐波含量的增加将会导致电气设备寿命缩短,甚至损坏,网损加大,***发生谐波谐振的可能性增加,同时可能引起继电保护和自动装置误动,仪表指示和电度计量不准以及通信受干扰等一系列问题。如果电网质量很差，而用户又安装了家用储能***，因电网质量差而使电气设备寿命缩短甚至损坏，储能***也随之崩溃，造成不可挽回的损失，所以需要一种安全、可靠、自动化的电网波形侦测方法来监测电网的健康指数。

电网有电压、电流、频率、功率等多个参数，但是这些参数的计算需要对电网波形进行一个周期的采集后才能得到。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于运放电路的电网波形侦测方法，通过对采样窗口内采样起始点的设定，使得采样窗口内采样点值精确，采样点数固定且波形同步，使得电网在1/5个周期就可以对电网健康指数作出判断。

本发明揭示了一种电网波形侦测电路，包括主控芯片MCU，AD采样运放电路连接主控芯片MCU的AD采样端口，输入捕捉运放电路连接主控芯片MCU的I/O端口，其中AD采样运放电路连接电网，实现对电网波形的压缩，输入捕捉运放电路连接点网，形成与电网波形同步的方波。

一种基于运放电路的电网波形侦测方法，包括如下内容：

a、利用输入捕捉运放电路与电网连接，形成与电网波形同步的方波，利用AD采样运放电路与电网连接，形成与电网波形同步且振幅减小的正弦波；

b、利用主控芯片的I/O端口连接输入捕捉运放电路，开启主控芯片内的输入捕捉中断，检测输入捕捉运放电路形成的方波并计算获得方波周期T；

c、利用主控芯片的AD采样端口连接AD采样运放电路，根据采样周期t对电网电压进行采样，其中AD采样周期t=T/N，N为预先设定的一个周期内的采样点数；

d、在主控芯片内设定专门存储区作为采样窗口对一个周期内N个采样点的瞬时电压值u_m进行存储，其中瞬时电压值u_m=AD_{数据寄存器值}*AD_精度值*AD_{参考电压值}*L，m=1~N，L表示运放电路的比例值，为1：100，该瞬时电压值在进行AD采样时为边采样边计算存储；

e、通过步骤d获得的瞬时电压值计算获得平均值，并获得瞬时电压值偏移量u₀=，A表示标准波形下的电压平均值，为0，并根据该瞬时电压值偏移量获得实际电压值u_s=u_m-u₀；

f、设定专门存储区的存储范围为一个周期，其内部只能存储N个采样点电压值，为确保专门存储区的起始点为电网周期过零点，在输入捕捉中断中设置起存触发点，该触发点为方波的上升沿，当输入捕捉中断检测到上升沿，则表示该时刻为存储触发点，从该时刻开始的每个采样点的采样值均存储至专门存储区内，形成一个电网周期的N个采样点的电压值；

g、随着电网变化，后续周期内的N个采样值一一覆盖原先专门存储区内的对应采样点的采样值；

h、设定分析周期为T/5，在进行新一轮周期采样时，当采样点数从1进行到N/5时，对1/5周期的采样点数值进行有效值计算，获得有效值u=，将该1/5个周期的有效值与标准值进行比较，并判断是否在偏差范围内，从而可以提前侦测电网质量。

本发明所揭示的一种基于运放电路的电网波形侦测方法，其要实现1/5周期就可对电网质量健康做出判断，对于1/5周期判断电网质量最大的难点就是如何保证采样窗口内起始采样点为电网周期的过零点，保证采样窗口内采样点值精确，数量一定且波形同步，针对这个难点，本发明采用了一种侦测电路配合侦测，其中利用一个运放电路将电网正弦波变为同步的方波，从而获得电网周期值，再利用另一个运放电路将电网进行压缩，通过主控芯片的AD采样端口按照预设的采样点数N进行采样，同时获得采样周期值，通过输入捕捉中断电路对方波进行捕捉，在出现上升沿时则表示该时刻为电网过零点，AD采样端口就将该时刻的采样点送入采样窗口作为第一个采样起始点，后续按照采样周期值进行N个点的采样，且每一个点的采样都在采样窗口内覆盖前一次的采样点值，这种操作可以确保采样窗口内每一次的周期波形起始点均为过零点，且采样窗口内采样点数量始终为N，且波形始终同步。

在此基础上通过对1/5个周期的采样点数的有效值与标准波形对应的1/5周期有效值进行比对，就可以做出电网质量判断，无需进行整个周期采集运算进行判断。

与现有技术相比，本发明的一种基于运放电路的电网波形侦测方法及方法，具有如下有益之处：

可以实现1/5周期快速检测电网质量，对于50Hz的电网，在4ms之内就可快速检测出电网故障，设定采样窗口，通过对采样起始点的控制，确保其为过零点，为后续采样运算提供可靠保证，在采样时可以自动计算电网偏移量，确保获得的瞬时电压的精准度，对于1/5周期电网有效值的运算采用均方根计算，减小电网中小毛刺的影响。

附图说明

图1是本发明所揭示的电网波形侦测电路的原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1所示，本发明所揭示的一种电网波形侦测电路，本发明揭示了一种电网波形侦测电路，包括主控芯片MCU，AD采样运放电路连接主控芯片MCU的AD采样端口，输入捕捉运放电路连接主控芯片MCU的I/O端口，其中AD采样运放电路连接电网，实现对电网波形的压缩，输入捕捉运放电路连接点网，形成与电网波形同步的方波。

一种基于运放电路的电网波形侦测方法，包括如下内容：

a、利用输入捕捉运放电路与电网连接，形成与电网波形同步的方波，利用AD采样运放电路与电网连接，形成与电网波形同步且振幅减小的正弦波；

b、利用主控芯片的I/O端口连接输入捕捉运放电路，开启主控芯片内的输入捕捉中断，检测输入捕捉运放电路形成的方波并计算获得方波周期T；

c、利用主控芯片的AD采样端口连接AD采样运放电路，根据采样周期t对电网电压进行采样，其中AD采样周期t=T/N，N为预先设定的一个周期内的采样点数；

d、在主控芯片内设定专门存储区作为采样窗口对一个周期内N个采样点的瞬时电压值u_m进行存储，其中瞬时电压值u_m=AD_{数据寄存器值}*AD_精度值*AD_{参考电压值}*L，m=1~N，L表示运放电路的比例值，为1：100，该瞬时电压值在进行AD采样时为边采样边计算存储；

e、通过步骤d获得的瞬时电压值计算获得平均值，并获得瞬时电压值偏移量u₀=，A表示标准波形下的电压平均值，为0，并根据该瞬时电压值偏移量获得实际电压值u_s=u_m-u₀；

f、设定专门存储区的存储范围为一个周期，其内部只能存储N个采样点电压值，为确保专门存储区的起始点为电网周期过零点，在输入捕捉中断中设置起存触发点，该触发点为方波的上升沿，当输入捕捉中断检测到上升沿，则表示该时刻为存储触发点，从该时刻开始的每个采样点的采样值均存储至专门存储区内，形成一个电网周期的N个采样点的电压值；

g、随着电网变化，后续周期内的N个采样值一一覆盖原先专门存储区内的对应采样点的采样值；

g、设定分析周期为T/5，在进行新一轮周期采样时，当采样点数从1进行到N/5时，对1/5周期的采样点数值进行有效值计算，获得有效值u=，将该1/5个周期的有效值与标准值进行比较，并判断是否在偏差范围内，从而可以提前侦测电网质量。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (1)

1.一种基于运放电路的电网波形侦测方法，其特征在于包括如下步骤：

a、利用输入捕捉运放电路与电网连接，形成与电网波形同步的方波，利用AD采样运放电路与电网连接，形成与电网波形同步且振幅减小的正弦波；

b、利用主控芯片的I/O端口连接输入捕捉运放电路，开启主控芯片内的输入捕捉中断，检测输入捕捉运放电路形成的方波并计算获得方波周期T；

c、利用主控芯片的AD采样端口连接AD采样运放电路，根据采样周期t对电网电压进行采样，其中AD采样周期t=T/N，N为预先设定的一个周期内的采样点数；

d、在主控芯片内设定专门存储区作为采样窗口对一个周期内N个采样点的瞬时电压值u_m进行存储，其中瞬时电压值u_m=AD_{数据寄存器值}*AD_精度值*AD_{参考电压值}*L，m=1~N，L表示运放电路的比例值，为1：100，该瞬时电压值在进行AD采样时为边采样边计算存储；

e、通过步骤d获得的瞬时电压值计算获得平均值，并获得瞬时电压值偏移量u₀=，A表示标准波形下的电压平均值，为0，并根据该瞬时电压值偏移量获得实际电压值u_s=u_m-u₀；

f、设定专门存储区的存储范围为一个周期，其内部只能存储N个采样点电压值，为确保专门存储区的起始点为电网周期过零点，在输入捕捉中断中设置起存触发点，该触发点为方波的上升沿，当输入捕捉中断检测到上升沿，则表示该时刻为存储触发点，从该时刻开始的每个采样点的采样值均存储至专门存储区内，形成一个电网周期的N个采样点的电压值；

g、随着电网变化，后续周期内的N个采样值一一覆盖原先专门存储区内的对应采样点的采样值；

h、设定分析周期为T/5，在进行新一轮周期采样时，当采样点数从1进行到N/5时，对1/5周期的采样点数值进行有效值计算，获得有效值u=，将该1/5个周期的有效值与标准值进行比较，并判断是否在偏差范围内，从而可以提前侦测电网质量。