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专利名称：基于高精度滤波器的谐波检测与报警装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用高精度开关电容滤波器的谐波检测与报警装置。
技术背景
交直流电力变换过程中会产生大量的谐波，精确地检测和监控到其中相关谐波参数，不但能为电力变换装置的控制机制提供定量的物理参考依据，而且还能为其可靠运行提供一定的保证，又可改善电力变换装置的工作质量和提高控制技术性能指标。从繁杂的众多谐波中筛选出待测频率的谐波信号，检测电路中的高精度谐波滤波器设计是最关键的所在。传统的谐波滤波器可分为无源滤波器和有源滤波器两大类。无源滤波器主要由电阻、 电容和电感元件组成，有源滤波器主要由电阻、电容和运算放大器组成。无源滤波器滤波效果往往不太理想，特别是在较低频率下工作时，电感L的体积和重量相对较大；而且无源滤波器和有源滤波器均由于必须采用实际电容值与标称值之间必然有较大偏差的电容器，使得低通滤波器的(或带通滤波器)截止频率(或中心频率)和频率带宽的实际值与设计值之间的误差较大，存在着谐波检测数值不准确的缺陷，从而无法保证与之相关的检测与报警装置可靠运行。当前数字化控制的电力变换装置日趋盛行，这类基于高精度滤波器的谐波检测与报警装置的运用就显得力不从心了。发明内容
本发明旨在克服上述存在的问题，提供了一类灵活多便、测量准确、可靠性强、可编程的基于高精度滤波器的谐波检测与报警装置。
本发明所采取的技术方案是一类基于高精度滤波器的谐波检测与报警装置，其特征在于含有基于高精度滤波器的谐波检测电路1，信号调理电路2和报警电路3三大部分。其中的高精度谐波检测电路1又由高精度的可编程开关电容滤波器组成的高精度低通滤波器1-1、若干个高精度带通滤波器1-2、基于CPLD器件的高精度时钟信号发生器1-3组成；信号调理电路2又由若干个高精度的绝对值运放电路2-1、峰值检测电路2-2和相对应的比较电路2-3组成，以及报警电路3由信号合成电路3-1、抗干扰电路3-2和报警及显示电路3-3组成，其中信号合成电路3-1和抗干扰电路3-2是在CPLD器件中采用软件实现。
本发明的有益效果是采用了高精度的可编程开关电容滤波器和CPLD器件，在很多情况下无需更换元件，只需改变时钟频率和对CPLD器件的相关引脚进行现场在线编程就可以在一定的范围内准确地改变低通(或带通)滤波器的截止频率(或中心频率)和Q值。 可直接处理模拟信号，而不必像数字滤波器那样需要A/D、D/A变换，实时性好，简化了电路设计，提高了系统的可靠性、灵活性和通用性，适用范围更为广泛。


图1为本发明的一类基于高精度滤波器的谐波检测与报警装置工作示意图。
图2为本发明的一类基于高精度滤波器的谐波检测与报警装置运用实例工作原理图。
具体实施方式
以下结合附图，对依据本发明提供的具体实施方式
，结构、特征、运用实例详述如下参见图1，一类基于高精度滤波器的谐波检测与报警装置工作示意图，其特征在于含有基于高精度滤波器的谐波检测电路1，信号调理电路2和报警电路3三大部分。其中的高精度谐波检测电路1又由高精度的可编程开关电容滤波器组成的高精度低通滤波器1-1、 若干个高精度的带通滤波器1-2、高精度的CPLD时钟信号发生器1-3组成；信号调理电路 2又由若干个高精度的绝对值运放电路2-1、峰值检测电路2-2和相对应的比较电路2-3组成，以及报警电路3由基于CPLD器件的信号合成电路3-1和抗干扰电路3-2、以及报警及显示电路3-3组成。
本发明所述的一类基于高精度滤波器的谐波检测与报警装置，是根据用户的实际需求(包含谐波参数指标和通道数量)进行现场在线可编程操作。
在图1中，本发明所述的高精度谐波检测电路1中，待测信号Sign_in输入到本发明所述的基于高精度滤波器的谐波检测电路1的低通滤波器1-1中，经过滤除高频噪声后再同时输入到若干个高精度带通滤波器1-2中进行带通滤波处理。基于可编程的高精度开关电容滤波器组成的高精度低通滤波器1-1和若干个高精度带通滤波器1-2正常工作的时钟频率都是由基于CPLD器件的高精度时钟信号发生器1-3提供。这主要是基于高精度开关电容滤波器的特点，其截止频率(或中心频率)和频率带宽的精度都由时钟频率的精度所决定的。由于本发明采用的基于高精度开关电容滤波器实现的低通(或带通)滤波器电路没有外接电容器，只有少量的外接高精度电阻，就可以使低通(或带通)滤波器截止频率(或中心频率)和频率带宽的精度可以控制在0. 之内。这样，只要合理选择时钟频率和外接高精度电阻阻值，就可构成高精度的低通滤波器(或带通滤波器)。
在图1中，本发明所述的信号调理电路2中，上述若干个高精度带通滤波器1-2处理后的带通信号，经过若干个高精度的绝对值运放电路2-1、峰值检测电路2-2和相对应比较电路2-3进行信号调理后，得到了所需频率的谐波峰值。同样要处理多少个所需频率的谐波信号，就有多少个带通滤波器通道，紧跟着就接有相同数量通道的高精度的绝对值运放电路2-1、峰值检测电路2-2和相对应的比较电路2-3。
在图1中，本发明所述的报警电路3，上述信号调理电路2处理过的若干个高精度谐波峰值信号，经由基于CPLD器件的信号合成电路3-1和抗干扰电路3-2处理后，最后送至报警及显示电路3-3，是否驱动报警电路进行报警和显示报警的类型主要由CPLD软件算法决策来予以确定。另外，由基于CPLD的信号合成电路3-1合成信号的数量，取决于上述信号调理电路2处理过的若干个高精度谐波峰值信号数量。
参见图2，一种高精度滤波器的谐波检测与报警装置运用实例工作原理图。
在图2中含有本发明所述基于高精度滤波器的谐波检测电路11，其组成结构与上述图1所述的相关部分一致。小于等于士 IV的待测信号Sign_in经检测输入端进入高精度的低通滤波器11-1，初步滤除掉高频噪声后，再经带通滤波器11-2进行带通滤波处理。 在图2中共有两个通道的带通滤波器，分别为25Hz带通滤波器和50Hz带通滤波器，对低通滤波器11-1的输出信号进行带通滤波处理。所有的滤波器都由可编程的高精度开关电容滤波器组成。其中，低通滤波器采用了二阶低通滤波电路(2LPF)，25Hz带通滤波器和50Hz 带通滤波器分别采用二阶带通滤波电路(2BPF)，其带宽为中心频率的10%。在图2中，基于 CPLD器件的高精度时钟信号发生器11-3采用IOMHz有源晶振，主要给上述低通(或带通) 滤波器分别提供了相应工作的高精度时钟频率，分别为233kHz、2. 5kHz和5kHz，相应的低通滤波器11-1的截止频率为2. 33kHz，带通滤波器11-2中的25Hz带通滤波器的中心频率和带宽(BW)分别为25Hz和2. 5Hz，50Hz带通滤波器的中心频率和带宽(BW)分别为50Hz和 5Hz。
图2中含有本发明所述的信号调理电路22，其组成结构与上述图1所述的相关部分一致，对应前端高精度谐波检测电路11中有待处理的谐波信号的通道数量为2，故所选择的绝对值检测电路22-1、峰值检测电路22-2和相对应比较电路22-3的通道数量也为2。 其中，绝对值检测电路22-1的时间常数T为0. ans，用于滤除尖峰干扰，比较电路22-3中的比较基准Ugl和Ug2的数值，要根据实际电力变换装置的技术指标来现场在线编程。
图2中含有本发明所述的报警电路33，其组成结构与上述图1所述的相关部分一致，对应前端信号调理电路22中有待处理的谐波信号的通道数量为2 (待测频率分别为 25Hz和50Hz)，其输入端待处理的谐波信号的数量也为2。同样来自信号调理电路22处理过的两个高精度谐波峰值信号，经由基于CPLD的信号合成电路33-1和抗干扰电路33-2处理后，最后送至报警及显示电路33-3，是否驱动报警电路进行报警和显示报警的类型主要由CPLD软件算法决策后来予以确定。
以上所述的本发明的实施方式，并非成为本发明保护范围的限定，倘若对本发明实施方式进行各种变形或修改，但尚在本发明的精神和原则之内，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
权利要求
1.基于高精度滤波器的谐波检测与报警装置，其特征在于包含有基于高精度滤波器的谐波检测电路1，信号调理电路2和报警电路3三大部分。
2.根据权利要求1所述的基于高精度滤波器的谐波检测与报警装置，其特征在于高精度谐波检测电路1又由高精度开关电容滤波器组成的高精度低通滤波器1-1、若干个高精度的带通滤波器1-2、高精度的CPLD时钟信号发生器1-3组成。
3.根据权利要求1所述的基于高精度滤波器的谐波检测与报警装置，其特征在于信号调理电路2又由若干个高精度的绝对值运放电路2-1、峰值检测电路2-2和相对应的比较电路2-3组成。
4.根据权利要求1所述的基于高精度滤波器的谐波检测与报警装置，其特征在于报警电路3由基于CPLD的信号合成电路3-1、抗干扰电路3-2及报警及显示电路3_3组成。
全文摘要
基于高精度滤波器的谐波检测与报警装置，主要含有基于高精度滤波器的谐波检测电路、信号调理电路和报警电路三大部分。其中的高精度谐波检测电路由可编程开关电容滤波器组成的高精度低通滤波器、若干个高精度带通滤波器、高精度CPLD时钟信号发生器组成；信号调理电路又由若干个高精度绝对值运放电路、峰值检测电路和相对应的比较电路组成；报警电路由CPLD信号合成电路、抗干扰电路和报警及显示电路组成。本发明克服了采用传统谐波滤波器时检测谐波数值不准确，无法保证与之相关的谐波检测与报警装置可靠运行的缺陷，提供了一种灵活多便、测量准确、可靠性强、可编程的基于高精度滤波器的谐波检测与报警装置。
文档编号G01R23/165GK102495286SQ20111042181
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者刘峻铭, 廖无限, 张阳, 易吉良, 李燕林, 肖强晖, 龙永红 申请人:湖南工业大学