[发明专利]一种基于FPGA实现电压瞬变信号检测电路及方法

说明书

本发明公开了一种基于FPGA实现电压瞬变信号检测电路及方法，属于电能质量分析领域，包括3个电压输入信号通道、频率测量电路、FPGA和CPU系统；本发明中的3路电压输入信号通过频率测量电路后，输出至FPGA，实现输入信号频率测量，从而确定A/D转换器的采样频率；在A/D转换器进行持续数据采集与存储的同时，实现电压瞬变信号的检测。本发明具有频率测量功能，可动态改变A/D转换器采样频率，以确保电压瞬变信号检测宽度；持续进行数据采集与存储，以保证不会出现采集数据丢失或电压瞬变信号漏检测现象；可同时检测电压慢瞬变信号和电压快瞬变信号；电压瞬变信号检测算法全部在FPGA中实现，速度快、可移植性高。

技术领域

本发明属于电能质量分析领域，具体涉及一种基于FPGA实现电压瞬变信号检测电路及方法。

背景技术

最近几年，由于电压瞬变、冲击性、不对称性和非线性负荷的不断增加，造成对电网的污染越来越严重，各种精密仪器设备对电网的质量有着严格的要求，由于电能质量问题，而导致的仪器设备损坏也是频频发生。因此，目前电能质量问题也越来越受到人们的关注。

电压瞬变又称为瞬时脉冲或突波，是指两个连续的稳态之间的电压值发生快速的变化，其持续时间很短，可持续数毫秒或更短，电压瞬变幅值可以达到几千伏。电压瞬变根据电压波形的不同可以分为两类：一是电压瞬时脉冲，是指叠加在稳态电压上的任意单方向变动的电压非工频分量；二是电压瞬时振荡，是指叠加在稳态电压的同时包括两个方向变动的电压非工频分量，呈现衰减振荡特性。电压瞬变产生的原因主要有雷击、静态放电、瞬间加入大型感性或者容性负载等情况。为了改善或抑制电压瞬变信号的产生，目前主要有增加隔离变压器或者滤波器、加浪涌放电器和压敏电阻等措施。

电压瞬变信号的特征和判断依据主要有两点：波形快速变化和超过设定的阈值。常规的电压瞬变信号检测，是通过A/D转换器完成电压输入信号的数据采集与存储，CPU系统直接读取原始A/D采集数据，电压瞬变信号检测算法都在软件中实现。在电能质量分析仪中，软件工作量较大，需要完成电压异常、电压闪变、三相不平衡度、谐波分析等工作，如果电压瞬变信号检测也放在软件中实现，将会大大增加CPU系统负担，存在检测速度慢、容易出现电压瞬变漏检测等现象。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于FPGA实现电压瞬变信号检测电路及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于FPGA实现电压瞬变信号检测电路，包括3个电压输入信号通道、频率测量电路、FPGA和CPU系统；

每个电压输入信号通道又包括两个通路；

第一个通路，主要由第一信号处理电路和普通A/D转换器组成，第一信号处理电路和普通A/D转换器通过线路连接，被配置为用于进行电压慢瞬变信号的采集；

第一信号处理电路，被配置为用于对电压输入信号，进行处理；

普通A/D转换器，被配置为用于对电压输入信号，进行数据采集与存储，同时，实现电压慢瞬变信号的检测；其设置有两段存储器；

第二个通路，主要由第二信号处理电路和高速A/D转换器组成，第二信号处理电路和高速A/D转换器通过线路连接，被配置为用于进行电压快瞬变信号的采集；

第二信号处理电路，被配置为用于对电压输入信号，进行处理；

高速A/D转换器，被配置为用于对电压输入信号，进行数据采集与存储，同时，实现电压快瞬变信号的检测；其设置有另外两段不同的存储器；

频率测量电路，主要由通道切换电路和高速比较器组成；

通道切换电路，被配置为用于根据FPGA设置的切换时钟，将3路电压输入信号轮流送入高速比较器；