频率跟踪是防止保护装置误动的一项重要措施。发生器具有自动调节频率的性能即通常称作自动频率跟踪或简称频率跟踪。

傅立叶变换是分析电力系统运行状态的重要数学工具,直到今天仍在微机型继电保护装置中广泛应用。为了减少傅立叶变换的频谱泄漏,频率跟踪技术成为现代微机型继电保护装置必不可少的重要组成部分。从实现手段来看,频率跟踪有硬件法和软件法两种方案。硬件法由于需要增加锁相环或波形整形电路,因此成本高、实现复杂,不适应保护装置微型化的发展方向。目前常用的软件频率跟踪算法有过零检测、傅氏变换与小波分析等多种方法,但都存在计算繁琐、稳定度差等缺点。也有一些文献提出过其它原理的频率测量技术,但其计算误差远大于测控装置的指标要求,因此需要加以改进电网技术。

本频率跟踪算法的主要实施步骤为:l)利用全周傅氏变换计算原信号相量形式的实部Fl与虚部凡;2)利用数字滤波器滤除傅氏变换结果中的和频分量;3)利用滤波后的变换结果计算相邻两采样点间变换结果的相位差△毋)利用数字滤波器1对相位差计算结果进行数字滤波;5)计算频率变化；6)计算原信号频率。

实施频率跟踪算法时应注意以下凡个问题:①相位差计算在傅氏积分峰值处存在较大跃变,此时宜用前点计算结果取代本次计算结果,单纯的多次平均算法在这种情况下仍会导致较大的误差;②式(16)中的fA之所以取负,是因为变换结果中差频分量与原信号转向相反,假如在计算时采用前点减后点的方式,则fA的符号应取正;③尽管本文所提算法对任何电压和电流信号都有效,但本文还是强烈推荐在实践中选取正序电压或电流分量作为计算的基准信号。

遥测的综合误差需达到0.5级,其中电流、电压的综合误差需达到0.2级。为了达到遥测的精度,除了采用高字长微处理器或高精度A/D转换器外,提高频率测量的精度也是非常关键的。频率测量的常用方法有:①交流信号整形变成方波后,测量方波的跳变时间宽度,在交流过零时,运放和光电隔离器存在线性区,容易产生方波的抖动,引起频率测量误差。②相似三角形的频率计算方法,是利用交流波形过零时近似直线的特点计算两个过零点的时间差,这种方法对A/D采样精度要求较高,采样值在过零时数值较小,离散性较大,频率测量结果不稳定。③频率跟踪方法,可通过硬件或软件完成。硬件频率跟踪可以采用锁相环,能实时调整采样周期,但不方便测量频率,对于采样间隔,软件不能控制,完成毫秒级的延时还需另外提供定时中断,不方便使用。

电力系统运行时,系统频率往往会发生变化。现场运行情况表明,小电源系统的频率变化范围可为47Hz一53Hz,甚至更大。如果忽略频率的变化,计算结果就会产生较大的误差。测试的测控装置采用每个周期24点采样,全周期傅里叶算法。信号为单相电流IA,电压60V,相角o0。理想的测量结果为电流IA,有功60W。频率超出49.8Hz一50.

2Hz时有功测量结果已不能满足0.5级精度的要求。频率偏离50Hz越多,测量误差越大。

超声波发生器是超声设备的重要组成部分担负着向超声换能器提供超声频电能的任务。为了使换能器高效率地工作不但要求发生器提供的电能有足够的功率,而且要求其频率与换能器的谐振频率一致。通常,换能器的谐振频率会由于发热、负载变化、老化等原因发生改变。对于超声波清洗设备来说这种现象尤为显著。因为除了换能器自身的损耗引起发热外清洗液的温度也会传至换能器而清洗槽中液面高度的变化或被清洗物件的变化是难以避免的。所有这些因素都会引起换能器谐振频率的漂移。如不及时调整发生器的振荡频率换能器的工作状态就会变化轻则效率下降,重则停止振动。用手动(即人工)方式调整频率不但效率低下,而且不适应自动化生产的要求。因止。需要发生器具有自动调节频率的性能即通常称作自动频率跟踪或简称频率跟踪。

功率超声电源广泛使用在超声电机、超声清洗、超声焊接、超声加工等许多领域,它是各种超声设备驱动换能器的关键器件。它产生超声频率的电压波形驱动压电换能器,换能器再将电能转换为同频率的机械振动,产生超声波。换能器有其谐振频率,当工作在谐振频率下,换能器有着最大的功率输出和振幅。由于超声压电换能器的机械品质因数较小,而处于高频振动中的弹性体本身也会发热,因此压电换能器的介电系数、等效电容及漏电阻都会随温度的升高发生变化,这将导致谐振频率有±1kHz的变化,振幅成指数下降。为了稳定地驱动换能器,有必要根据温度的变化自动跟踪换能器谐振频率的变化。针对在工作中换能器的谐振频率漂移问题,提出一种基于锁相环技术的频率跟踪方法,利用锁相环芯片CD4046实现了谐振频率的自动跟踪,解决了这个问题,保证了换能器的输出效率。