引 言

頻率是電力系統(tǒng)的重要參數(shù)，穩(wěn)定的頻率是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要保障，因此保持頻率在允許范圍內(nèi)是電力系統(tǒng)運行的重要任務(wù)之一。隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴大，電力系統(tǒng)頻率更是直接影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平和電能質(zhì)量。如果電力系統(tǒng)頻率異常，電力系統(tǒng)的正常運行將會受到影響，甚至還會導(dǎo)致頻率穩(wěn)定被破壞的事故發(fā)生?；诖?，本文深入研究和分析了電力系統(tǒng)的頻率特性，提出用LM393 作為過零比較器，將正弦信號轉(zhuǎn)換成方波，利用dsPIC33FJ256GP710A 處理器自身攜帶的輸入捕捉接口捕捉該方波信號，使用抗脈沖干擾測周法，進(jìn)而完成對頻率的高精度測量。對電力系統(tǒng)的運行及控制具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值。

1 交流采樣轉(zhuǎn)換測量硬件設(shè)計原理

1.1 信號調(diào)理模塊

本微機綜保主要用于采集電流值和頻率，通過采集A 相路電流頻率的方法來節(jié)省端口，由于AD 只能采集電壓值，所以需要將大范圍的電流輸入變換為小范圍的電壓輸入，這就需要用到電抗變換器或電流變換器。三相交流分別接到了三個TR0139-2B（規(guī)格為100 A/3.3 V）電流變換器上，零序電流接到了 TR0139-2C（規(guī)格為 6 A/3.3 V）電流變換器上，它們線性轉(zhuǎn)換后的輸出電壓大小都在 3.3 V 以下，波形基本保持與電流波形相同且同相。圖1 所示為電流- 電壓調(diào)理模塊的電路圖。

當(dāng)電路發(fā)生短路故障時，工頻電流中往往會摻雜有高頻諧波分量，所以電路中就需要進(jìn)行低通濾波處理，圖中電流變換器右側(cè)的串聯(lián)電阻和接地電容組成的RC 低通濾波電路就是為此而設(shè)計的。OP777 負(fù)反饋中電阻與電容并聯(lián)也能降低高頻諧波分量對電路產(chǎn)生的影響，這是因為輸出端的高頻信號有一部分會通過電容返回到輸入端，且反饋回來的信號跟輸入的信號是不同相的，所以就會有一部分高頻信號被抵消掉。

1.2 頻率測量電路的設(shè)計

圖 2 所示為正弦波- 方波轉(zhuǎn)換的硬件電路。LM393 是由兩個獨立的、高精度電壓比較器組成的集成電路，失調(diào)電源比較低，最大為 2.0 mV。LM393 在電路中起到過零比較器的作用，將正弦波轉(zhuǎn)換為方波。這樣 dsPIC33FJ256GP710 處理器就可以利用自身攜帶的輸入捕捉接口捕捉該方波信號，采用防脈沖干擾測周法算出A 相輸入的頻率值大小，完成高精度頻率測量。

2 算法分析

目前用于頻率測量的方法有很多，被測對象的特點和測量的頻率范圍決定了頻率測量的精準(zhǔn)度。

計數(shù)測頻方法的優(yōu)點是 ：測量簡潔方便，在較寬頻率范圍內(nèi)可以得到較高的測量精度。缺點為會產(chǎn)生 ±1 個數(shù)字的測量誤差，對于較低的被測頻率來說，測頻精度不高。多周期同步測頻方法比直接測頻法有較大改進(jìn)，但也有不足：一方面， 多周期同步測頻法不能實現(xiàn)連續(xù)測量 ；另一方面，在快速測量時，由于測量精度較高的要求，時基頻率必須較高，從而需要的標(biāo)頻計數(shù)位數(shù)就會增多，造成硬件資源的消耗增多并且會占用過多的指令周期。而周期所產(chǎn)生的誤差只和單片機自身的晶振頻率有關(guān)，頻率和誤差成反比關(guān)系。因此，單片機的晶振頻率提高時，誤差也就相應(yīng)變小，所以適合低頻信號頻率測量的周期同步測頻法。我們選用的處理器芯片其最高工作頻率可達(dá) 40MHz，在變電站現(xiàn)場測量時，屬于脈沖干擾比較嚴(yán)重的巧合，如果采用一般的平均值法，則干擾將會“平均”到結(jié)果中去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾而引起的誤差。為此，本文采用防脈沖干擾的測周法。在微機綜保的信號采集中優(yōu)勢明顯。

3 軟件設(shè)計

信號測量模塊是軟件的核心模塊。本系統(tǒng)采用防脈沖干擾的測周法，測量信號一個周期的脈寬。若一個脈寬是 T，則首先判斷輸入口是否為低，如果不為低則等待，為低則此時達(dá)到A 點，再判斷是否為高，如果為高，則此時達(dá)到B 點，啟動計時器計時，當(dāng)測量完一個周期 T 后，關(guān)閉計時器，然后將計時器的 TH、TL 分別存入數(shù)據(jù)存儲器中，進(jìn)而計算頻率。圖 3 所示為測量模塊的軟件流程圖。

4 測 試

本文中微機綜保的頻率為 40 MHz， 周期法測量誤差公式可得理論誤差為 1/40 M，實際測量值用昂立（ONLLY） AD431 微型機繼電保護測試儀測試， 并用當(dāng)前顯示程序顯示頻率來計算測量誤差。現(xiàn)在穩(wěn)定的程序精度普遍在0.00% ～ 0.03% 之間，可達(dá)到頻率的精確測量。實驗室測量數(shù)據(jù)對比見表 1 所列。

5 結(jié)語

本文提出了一種基于正弦波 - 方波轉(zhuǎn)換的硬件電路，并運用抗干擾的測周期方式進(jìn)行頻率的精確測量，將頻率準(zhǔn)確地控制在允許范圍內(nèi)，從而為電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行提供了保障，具有較高的推廣價值。