作者：陳小橋　周水斌等

    1　引　言

    在電力系統(tǒng)中，電壓和頻率是反應(yīng)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的兩個(gè)重要參數(shù)。同時(shí)，在繼電保護(hù)行業(yè)，電壓和頻率也是繼電保護(hù)、測(cè)控、同期合閘等裝置進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作的重要判據(jù)。

    電力系統(tǒng)中，一般為了節(jié)省測(cè)頻回路，頻率的測(cè)量傳統(tǒng)上都是利用電壓的采樣瞬時(shí)值來(lái)計(jì)算頻率〔2〕〔3〕，這種方法由于采樣精度和諧波的原因，雖然采用了各種補(bǔ)償措施，實(shí)際測(cè)量精度仍然不能滿足像自動(dòng)準(zhǔn)同期等以頻率或頻差作為動(dòng)作判據(jù)的裝置的要求。電壓的計(jì)算，傳統(tǒng)上一般采用傅立葉算法。傅立葉算法有著把基波及各次諧波分量分離的優(yōu)點(diǎn)，可以得到各分量的大小，從而得到了廣泛的應(yīng)用。但是這種算法中相關(guān)系數(shù)固定，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率變化時(shí)，會(huì)帶來(lái)較大的測(cè)量誤差。對(duì)于這種情況，有采用鎖相倍頻采樣觸發(fā)電路〔4〕〔5〕的方法，來(lái)保證每一信號(hào)周期內(nèi)獲取相同的采樣點(diǎn)數(shù)，提高計(jì)算精度，但同時(shí)，這種專門的鎖相倍頻采樣觸發(fā)電路增加了設(shè)計(jì)成本和調(diào)試難度。

    本文提出了一種利用80c196的his（high speedinput，高速輸入）對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率測(cè)量的方法，測(cè)量精度高，通過(guò)測(cè)得的頻率相應(yīng)地改變電壓采樣頻率，實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤，很好地提高電壓計(jì)算精度。這種方法既簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，又在得到高精度頻率測(cè)量的同時(shí)提高了電壓計(jì)算精度。

    2　硬件設(shè)計(jì)

    2．1　硬件構(gòu)成

    電力系統(tǒng)中，三相電壓頻率是一樣的，任選其中一相作為頻率測(cè)量的信號(hào)。硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    測(cè)頻信號(hào)需要實(shí)行濾波和整形電路。濾波是為了濾除諧波和紋波，為整形提供較好的檢測(cè)信號(hào)。整形電路將濾波后的正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)。電壓測(cè)量不需要濾波，以便保留更多的波形信息。

    2．2　濾波整形電路

    因?yàn)闇y(cè)量頻率只需要周期信號(hào)，而無(wú)需相位信息，所以，整形電路無(wú)須過(guò)零檢測(cè)，考慮到這一點(diǎn)，整形電路實(shí)現(xiàn)就比較方便。實(shí)際設(shè)計(jì)中，為了簡(jiǎn)化電路，濾波電路與整形電路功能采用一片集成芯片mc1489來(lái)完成。mc1489是單片集成四路電平轉(zhuǎn)換器，其中每一路都可實(shí)現(xiàn)整形功能，外加電容起到濾波的作用。電路如圖2所示。

    3　軟件實(shí)現(xiàn)

    3．1　測(cè)頻原理及誤差分析

    用hsi事件實(shí)現(xiàn)測(cè)頻，實(shí)際上是測(cè)量周期的方法，對(duì)于80c196單片機(jī)來(lái)說(shuō)，即，在觸發(fā)的時(shí)間內(nèi)，每8個(gè)晶振周期對(duì)信號(hào)周期的計(jì)數(shù)。當(dāng)晶體振蕩頻率為20 mhz時(shí)，內(nèi)部晶振周期為0．1μs（因?yàn)閮?nèi)部經(jīng)過(guò)了2分頻），每0．8μs計(jì)數(shù)一次。從這可以看出，測(cè)量絕對(duì)最大誤差為信號(hào)前后邊界共1．6μs，對(duì)于周期為20 ms的50 hz的信號(hào)，最大誤差折算到頻率約為0．004 hz，所以，頻率測(cè)量精度可達(dá)到0．01 hz。當(dāng)晶體振蕩頻率越高或被測(cè)信號(hào)周期越長(zhǎng)時(shí)，相對(duì)誤差就越小。

    3．2　頻率測(cè)量的實(shí)現(xiàn)思路

    hsi事件可以采用中斷方式和查詢方式讀取，因?yàn)闇y(cè)頻的同時(shí)要改變采樣中斷間隔，在采樣中斷中以查詢方式實(shí)現(xiàn)更為方便簡(jiǎn)潔。

    查詢方式下，hsi事件主要依靠配置或讀取寄存器ioc0、hsi　mode、ios1、hsi　status以及hsi　time的內(nèi)容來(lái)實(shí)現(xiàn)。 ioc0用于事件引腳選擇。由hsi引腳輸入的外部事件有四種觸發(fā)方式，分別為負(fù)跳變觸發(fā)、正跳變觸發(fā)、正負(fù)跳變觸發(fā)、每8個(gè)正跳變觸發(fā)，各觸發(fā)方式通過(guò) hsi　mode來(lái)設(shè)置。ios1記錄了有hsi部件保存寄存器數(shù)據(jù)是否有效的信息。hsi　status存放每個(gè)輸入引腳的兩種信息，一是說(shuō)明該引腳是否有事件發(fā)生，二是記錄當(dāng)前該引腳電平狀態(tài)。hsi　time存放的是保持寄存器所存事件的時(shí)間值〔1〕。

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