专利名称：一种三相电力谐波标准源的制作方法
技术领域：
一种三相电力谐波标准源技术领域[0001]本实用新型涉及一种三相电力谐波标准源。
技术背景[0002]随着我国国民经济的蓬勃发展，电力负荷急剧加大，特别是冲击性和非线性负荷容量的不断增长，使得电网发生波形畸变、电压波动与闪变和三相不平衡等电能质量问题。 电能质量问题直接影响高灵敏度负荷，也影响节能减排，于是电能质量越来越受到重视，出现了很多电能质量监测装置，但关于它的校准装置的发展相对滞后，还没有成熟稳定的专门校准设备。[0003]目前国内外的谐波标准源为了保证输出幅度的准确，都是将输出信号转换成直流信号，通过与机内的直流基准信号进行比较，用差值进行控制，使输出信号幅度保证一定的准确度。在相位控制方面，大都采用过零触发来检测相位，然后通过计算再控制相位的准确度。[0004]现有控制方法在无谐波的幅度控制上是可取的，但在有谐波的信号和相位控制上存在两个弊端一是相位检测时引入的过零触发计数会带来诸多误差，最终将影响相位的控制精度二是由于相位控制环节过多，从相位检测一计算一输出控制一相位平衡这一过程需反复几次才能确定输出相位的最终值，这就会大降低测量效率。当三相标准源有多个参量要进行调节控制时，如果采用上述原理将使系统非常复杂，且难于实现。发明内容[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单且易实现的三相电力谐波标准源。[0006]本实用新型所采用的技术方案是一种三相电力谐波标准源，其包括主控模块、 与主控模块相连的波形发生器、与波形发生器相连的功率放大器、与功率放大器相连的矢量采样模块、以及与矢量采样模块和主控模块均相连的测量模块。[0007]在上述技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案[0008]优选的，所述主控模块分别与输入模块、输出模块相连，并包括复杂可编程逻辑器件和内存。[0009]优选的，所述功率放大器包括信号输入、低通滤波器、与低通滤波器相连的幅度控制器、与幅度控制器相连的比较器、与比较器的输出相连的功放前级模块、与功放前级模块相连的功率放大模块、由功率放大模块输出的信号输出、将信号输出反馈至比较器的自动增益控制模块、以及对信号输出进行取样的取样模块，其中取样模块取样后将信号再反馈给矢量采样模块。[0010]所述矢量采样模块包括用于电压矢量采样的精密电阻、用于电流矢量采样的有源补偿式电流互感器、和用于电流/电压变换的高精度运算放大器。[0011]所述测量模块采用高精度16位A/D电路。[0012]本实用新型的优点采用交流信号的全信息采样，省去了转换环节的误差，精度更高，直接进行交流信号的比对，省去了相位控制时反复计算、输出控制、相位平衡等过程，效率更高，速度更快。
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以下结合附图对本实用新型进一步说明。[0014]图1是本实用新型的内部结构示意图。[0015]图2是本实用新型的主控模块和波形发生器的连接关系图。[0016]图3是本实用新型的功率放大器的内部结构示意图。
具体实施方式
[0017]如图1-3所示，为本实用新型的一种三相电力谐波标准源的具体实施例，其包括主控模块10、与主控模块10相连的波形发生器20、与波形发生器20相连的功率放大器30、 与功率放大器30相连的矢量采样模块40、以及与矢量采样模块40和主控模块10均相连的测量模块50。其中主控模块10分别与输入模块12、输出模块14相连，并包括复杂可编程逻辑器件(CPLD) 102和内存104。[0018]如图2所示，根据输入模块12的输入，控制信号经过复杂可编程逻辑器件 102 (CPLD)和内存104，然后分为三路并经过相应的数模转换模块200，合成六相基准信号源UA、IA、UB、IB、UC、IC。而合成六相基准信号源产生的基准信号电压U=Esin(2 π f+0), 即U通过直流基准溯源于直流基准电压E，六相信号源的频率f直接溯源于内部频率基准， 由恒温石英晶体振荡器的振荡频率给频率合成器合成所需要的频率，六相信号源的相位0 直接溯源于时分割移相电路。由于E的准确度可优于0. 002%，而f的准确度优于0. 002Hz。 由此所构成的六相基准信号源可达到以下技术指标UA，UB, UC, ΙΑ, IB, IC的幅度准确度可优于量程的0. 01%，而之间的相位优于士0. 002度，以上指标均是长期稳定指标，这样就完成了一个长期稳定可靠的六相基准量的建立。[0019]如图3，由于六相交流基准量须通过功率放大器30放大，才能使输出的电压、电流具有一定的带负载能力，而功率放大器30采用了复合反馈控制带采样的电压、电流功率放大器，近似为理想的功率放大器。功率放大器30包括信号输入300、低通滤波器301、与低通滤波器301相连的幅度控制器302、与幅度控制器302相连的比较器303、与比较器303 的输出相连的功放前级模块304、与功放前级模块304相连的功率放大模块305、由功率放大模块305输出的信号输出306、将信号输出306反馈至比较器303的自动增益控制模块 307、以及对信号输出306进行取样的取样模块308，其中取样模块308取样后反馈给矢量采样模块40。而功率放大器30的工作原理由波形发生器20合成的交流基准信号为功率放大器30的信号输入300。由于在传输的过程中，交流基准信号会感应一部分无用的高频电信号，所以通过低通滤波器301把高于3KHz以上的中高频干扰信号滤除。然后将滤波后的交流基准信号送至幅度控制器302，幅度控制器302主要由16位高精度数字电位器构成以调节输出电量的细度，经过幅度调节后的交流电压信号送至比较器303与自动增益控制模块307通过输出端取回的输出比例信号进行比较，而自动增益控制模块307主要取输出量的幅值比例信号、相位信号及部分高频电信号成份，比较得出的一误差信号送至功放前级模块304去驱动功率放大模块305。功率放大模块305则主要完成升压或升流及功率放大功能。由此功率放大模块305放大后的交流信号接至输出端输出，同时还送至取样模块 308进行取样后反馈给矢量采样模块40。[0020]从实际电路中发现，三相谐波源的最终输出值Uo的准确度不仅取决于三相基准信号Ui的准确度，而且和矢量采样的比例系数β有关。由于本实用新型是以交流信号做为基准信号，其在放大过程中必然产生幅值误差和相移误差，因此要求取样信号必需包含这两项误差，且取样信号带来的附加误差必须很小，才能使输出的电压，电流及相位值严格跟踪交流基准。由此矢量采样模块40包括用于电压矢量采样的精密电阻、用于电流矢量采样的有源补偿式电流互感器、和用于电流/电压变换的高精度运算放大器。在电压矢量采样中，采用高稳定性的精密电阻，其温度系数为2ppm，比差及角差可达0.002%。在电流矢量采样中，采用有源补偿式电流互感器，这样可以大大降低激磁误差。由精密电阻和高精度运算放大器，组成电流/电压变换，使电流互感器次级工作于近似短路状态，经过ΙΛ变换后的电压信号就反映了电流的幅值与相位，其附加的比差及角差优于0. 005%。由此采用该技术完成的三相标准源，其幅值误差可以控制在0. 05%。相位误差可以控制在0. 02度范围以内。[0021]测量模块50采用高精度16位A/D电路，主要是对输出值进行高精度测量，再与设定值进行比对，自动调节完成输出的闭环控制。[0022]采用交流信号的全信息采样，省去了转换环节的误差，精度更高，直接进行交流信号的比对，省去了相位控制时反复计算、输出控制、相位平衡等过程，效率更高，速度更快。[0023]当然上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种三相电力谐波标准源，其特征在于其包括主控模块(10)、与主控模块(10)相连的波形发生器(20)、与波形发生器00)相连的功率放大器(30)、与功率放大器(30)相连的矢量采样模块GO)、以及与矢量采样模块00)和主控模块(10)均相连的测量模块 (50)。
2.根据权利要求1所述的一种三相电力谐波标准源，其特征在于所述主控模块(10) 分别与输入模块(12)、输出模块(14)相连，并包括复杂可编程逻辑器件(10 和内存 (104)。
3.根据权利要求2所述的一种三相电力谐波标准源，其特征在于所述功率放大器 (30)包括信号输入(300)、低通滤波器(301)、与低通滤波器(301)相连的幅度控制器 (302)、与幅度控制器(30 相连的比较器(30 、与比较器(30 的输出相连的功放前级模块(304)、与功放前级模块(304)相连的功率放大模块(305)、由功率放大模块(305)输出的信号输出(306)、将信号输出(306)反馈至比较器(303)的自动增益控制模块(307)、以及对信号输出(306)进行取样的取样模块(308)，其中取样模块(308)取样后将信号再反馈给矢量采样模块GO)。
4.根据权利要求3所述的一种三相电力谐波标准源，其特征在于所述矢量采样模块 (40)包括用于电压矢量采样的精密电阻、用于电流矢量采样的有源补偿式电流互感器、和用于电流/电压变换的高精度运算放大器。
5.根据权利要求4所述的一种三相电力谐波标准源，其特征在于所述测量模块(50) 采用高精度16位A/D电路。
专利摘要本实用新型揭示了一种三相电力谐波标准源，其包括主控模块、与主控模块相连的波形发生器、与波形发生器相连的功率放大器、与功率放大器相连的矢量采样模块、以及与矢量采样模块和主控模块均相连的测量模块。本实用新型采用交流信号的全信息采样，省去了转换环节的误差，精度更高，直接进行交流信号的比对，省去了相位控制时反复计算、输出控制、相位平衡等过程，效率更高，速度更快。
文档编号G01R35/00GK202256648SQ20112036553
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者唐陆生 申请人:南京丹迪克科技开发有限公司