本發明專利技術屬于諧波測量技術領域，具體涉及一種同步跟蹤的諧波測量裝置及方法，諧波測量裝置包括：主控單元、同步采樣跟蹤單元和模擬信號采樣單元，主控單元中設置有第一雙口RAM模塊和FFT計算模塊，同步采樣跟蹤單元中設置有第二雙口RAM模塊、時鐘模塊A、時鐘模塊B、數據轉存模塊、頻率跟蹤模塊、ADC計算模塊、頻率計算模塊和ADC控制器，時鐘模塊A和時鐘模塊B根據輸入的CNV調節參量K對時鐘進行任意倍數分頻，得到目標頻率時鐘，輸入ADC控制器控制ADC采樣頻率；FFT計算模塊對讀取的ADC采樣數據進行傅里葉變換并進行諧波數據處理。本發明專利技術精度高、易計算，低成本、易擴展，模塊化程度高。模塊化程度高。模塊化程度高。
【技術實現步驟摘要】
一種同步跟蹤的諧波測量裝置及方法
[0001]本專利技術屬于諧波測量
，具體涉及一種同步跟蹤的諧波測量裝置及方法。
技術介紹
[0002]在電力系統的測量中，對交流電壓(或電流)的諧波測量是一個十分重要的測量項目，尤其是針對目前正熱的新能源領域汽車電子、光伏等行業，諧波測量逐步成為國標要求中的產品出廠檢測項，生產測量中對模塊化擴展與測量精度提出了更高的要求。
[0003]目前，應用最多的諧波測量方法有兩種，一種為加窗插值法，一種為硬件鎖相環倍頻采樣法。
[0004]加窗插值法的優點是：對硬件要求比較低，可在低采樣率時通過插值保證足夠計算點數，有效防止諧波測量時點數不夠帶來的柵欄效應而引起的頻率泄露誤差。加窗插值法的缺點是：雖然可以通過Hanning窗等濾波算法修正誤差，但由于是模擬信號插值，插值相位終究有誤差，測量精度會受到影響，此種方式測量精度普遍不高且特殊頻率下會出現誤差偏大的風險。
[0005]硬件鎖相法是通過硬件鎖相電路對基波進行倍頻，其優點是：準確度較高，隨時跟蹤基波頻率進行倍頻采樣，響應快。硬件鎖相法的缺點是：受硬件制約，對鎖相環倍頻的穩定性與準確度要求較高，若想與加窗插值法達到相同基波頻率的諧波測量能力，電路復雜且成本高，且每次擴展均需要擴展硬件，若進行多路不同步諧波測量，則需要有多路獨立鎖相環電路，硬件冗余嚴重。其次，由于諧波測量往往伴隨其它數據測量，硬件鎖相環倍頻直接產生采樣頻率，控制采樣速度，導致采樣率低于正常采樣，影響其它數值精度，包括有效值Rms、諧波分量Hrms等。
[0006]所以，如何獲得更精準的諧波測量，更標準的模塊和更便捷的擴展，是本專利技術要解決的問題。
技術實現思路
[0007]為了解決現有技術中存在的技術問題，本專利技術提供一種同步跟蹤的諧波測量裝置及方法。本專利技術所采用的技術方案如下：
[0008]一種同步跟蹤的諧波測量裝置，包括：主控單元、同步采樣跟蹤單元和模擬信號采樣單元，所述的主控單元采用MCU，所述的采樣跟蹤單元采用FPGA，所述的模擬信號采樣單元為若干個測量卡；主控單元中設置有第一雙口RAM模塊和FFT計算模塊，同步采樣跟蹤單元中設置有第二雙口RAM模塊、時鐘模塊A、時鐘模塊B、數據轉存模塊、頻率跟蹤模塊、ADC計算模塊、頻率計算模塊和ADC控制器，頻率計算模塊和ADC控制器分別與測量卡進行數據交互；頻率計算模塊從測量卡讀取信號過零點信息，計算當前頻率；ADC控制器接收跟蹤處理后的時鐘信號，并轉化為CNV控制ADC轉換速度，通過SPI總線與ADC進行數據傳輸；頻率跟蹤模塊實時同步跟蹤頻率計算模塊所得頻率，結合當前諧波倍頻數換算并控制時鐘模塊A和時鐘模塊B的時鐘輸出；時鐘模塊A和時鐘模塊B根據輸入的CNV調節參量K對時鐘進行任意
倍數分頻，得到目標頻率時鐘，輸入ADC控制器控制ADC轉換頻率；ADC控制器向ADC計算模塊傳輸數據，ADC計算模塊除處理原始波點外同時計算均方根值和峰值，ADC計算模塊將數據發送至數據轉存模塊，第二雙口RAM模塊通過FSMC數據總線與MCU建立連接進行通信，通過尋址進行RAM區數據讀取，進行ADC采樣數據傳輸；第一雙口RAM模塊通過第二雙口RAM模塊讀取數據轉存模塊中的數據，FFT計算模塊對讀取的ADC采樣數據進行傅里葉變換并進行諧波數據處理。
[0009]一種同步跟蹤的諧波測量方法，應用前述的一種同步跟蹤的諧波測量裝置，包括以下步驟：
[0010]①
捕獲模擬信號采樣單元中過零點信息，采樣同步跟蹤單元通過頻率計算模塊計算得到被采集信號的頻率；
[0011]②
在采樣同步跟蹤單元中計算目標采樣頻率f
n
，f
n
＝f
×
Ct，f為被采集信號頻率，Ct為單周期進行采樣的次數；
[0012]③
在采樣同步跟蹤單元中計算FPGA最大采樣頻率f
nmax
，f
nmax
＝f
n
×
P
max
，P
max
為不高于采樣能力的最大整數倍；
[0013]④
計算CNV調節參量K值，使用K值控制時鐘，K值根據被測頻率及目標頻率進行計算，K＝f
nmax
÷
f0，f0等于時鐘模塊的最大支持頻率除以計數器的滿值；
[0014]⑤
根據K值切換ADC轉換速度，接到K值的時鐘模塊A分頻，生成目標CNV并輸出給ADC控制器，ADC控制器根據該信號改變采樣CNV，采樣過程中，頻率跟蹤模塊再次重新計算K值，并下發給時鐘模塊B，當本周期達到采樣點數時，切換ADC控制器的時鐘模塊B，時鐘模塊A和時鐘模塊B交錯使用，在采樣頻率發生變化時，ADC快速切換無相位延遲；
[0015]⑥
根據采樣頻率f
nmax
控制CNV信號進行ADC轉換，得到整周期數組S(i)，Sf(i)＝S(P
max
×
i)，分別取Sf(0)＝S(0)，Sf(1)＝S(3)，Sf(2)＝S(6)，Sf(i)＝S(P
max
×
i)，
……
，i指第n個數，得到新數組Sf(Ct)，得到原始采樣點，滿足FFT運算條件；
[0016]⑦
將Sf(Ct)送入主控單元中，運用FFT模塊進行FFT快速傅里葉變換，得到諧波數據。
[0017]本專利技術的有益效果：
[0018]1、精度高、易計算：保證數據基于基波頻率整數倍采樣，可使用FFT快速傅里葉變換進行計算，方便快捷，準確度高，保證了測量精度。
[0019]2、低成本、易擴展：多路諧波測量不需額外增加硬件，增加FPGA軟核節省成本與空間，解決現有產品難以升級的問題。
[0020]3、模塊化程度高，系統架構清晰，可擴展性強，保持高采樣率，測量精度不會受鎖相環帶來的降頻影響。
附圖說明
[0021]圖1是本專利技術實施例的原理拓撲圖；
[0022]圖2是本專利技術實施例的測量步驟流程圖。
具體實施方式
[0023]下面將結合附圖對本專利技術的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施
例是本專利技術的一部分實施例，而不是全部的實施例。
[0024]如圖1所示，是本專利技術實施例的原理拓撲圖，圖1中的箭頭表示數據傳輸。本專利技術使用模擬信號同步跟蹤采樣技術，靈活控制采樣頻率，達到保證精度的同時實現快速諧波測量的目的，系統總共分為三部分：
[0025]模塊一：主控單元MCU。主控單元MCU中設置有第一雙口RAM模塊(M1)和FFT計算模塊(M2)，第一雙口RAM模塊(M1)和FFT計算模塊(M2)均為軟件功能模塊，第一雙口RAM模塊(M1)通過FSMC總線與模塊二中的第二雙口RAM模塊(F1)進行數據交互。
[0026]FFT計算模塊(M2)主要用來進行數據處理，將M1采集到的ADC采樣數據進行傅里葉本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種同步跟蹤的諧波測量裝置，包括：主控單元、同步采樣跟蹤單元和模擬信號采樣單元，所述的主控單元采用MCU，所述的采樣跟蹤單元采用FPGA，所述的模擬信號采樣單元為若干個測量卡；其特征在于，主控單元中設置有第一雙口RAM模塊和FFT計算模塊，同步采樣跟蹤單元中設置有第二雙口RAM模塊、時鐘模塊A、時鐘模塊B、數據轉存模塊、頻率跟蹤模塊、ADC計算模塊、頻率計算模塊和ADC控制器，頻率計算模塊和ADC控制器分別與測量卡進行數據交互；頻率計算模塊從測量卡讀取信號過零點信息，計算當前頻率；ADC控制器接收跟蹤處理后的時鐘信號，并轉化為CNV控制ADC轉換速度，通過SPI總線與ADC進行數據傳輸；頻率跟蹤模塊實時同步跟蹤頻率計算模塊所得頻率，結合當前諧波倍頻數換算并控制時鐘模塊A和時鐘模塊B的時鐘輸出；時鐘模塊A和時鐘模塊B根據輸入的CNV調節參量K對時鐘進行任意倍數分頻，得到目標頻率時鐘，輸入ADC控制器控制ADC轉換頻率；ADC控制器向ADC計算模塊傳輸數據，ADC計算模塊除處理原始波點外同時計算均方根值和峰值，ADC計算模塊將數據發送至數據轉存模塊，第二雙口RAM模塊通過FSMC數據總線與MCU建立連接進行通信，通過尋址進行RAM區數據讀取，進行ADC采樣數據傳輸；第一雙口RAM模塊通過第二雙口RAM模塊讀取數據轉存模塊中的數據，FFT計算模塊對讀取的ADC采樣數據進行傅里葉變換并進行諧波數據處理。2.根據權利要求1所述的一種同步跟蹤的諧波測量裝置，其特征在于，時鐘模塊A和時鐘模塊B兩組時鐘模塊交替使用，當一組正在使用時，另一組進行配置、初始化新的時鐘，當頻率更改時快速切換并輸出控制信號。3.一種同步跟蹤的諧波測量方法，其特征在于，應用如權利要求2所述的一種同步跟蹤的諧波測量裝置，包括以下步驟：
①
捕獲模擬信號采樣單元中過零點信息，采樣同步跟蹤單元通過頻率計算模塊計算得到被采集信號的頻率；
②
【專利技術屬性】
技術研發人員：許曉東，白洪超，
申請(專利權)人：青島艾諾智能儀器有限公司，
類型：發明
國別省市：
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