專(zhuān)利名稱(chēng)：電網(wǎng)中電能質(zhì)量污染源的監(jiān)測(cè)與定向系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測(cè)裝置，特別是一種電網(wǎng)中電能質(zhì)量污染源的監(jiān)測(cè)與定向系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著大量非線性電力電子元器件的應(yīng)用和非線性負(fù)荷的出現(xiàn)，諸如電壓間斷、短 時(shí)沖擊、閃變及陷波等波形干擾越來(lái)越多的從用戶端饋入系統(tǒng)，對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造 成干擾。此外，雷擊引起的絕緣子閃絡(luò)或放電、電力系統(tǒng)設(shè)備引起的各種故障和振蕩現(xiàn)象， 均可能誘發(fā)電力系統(tǒng)事故，造成供電的暫時(shí)中斷，降低供電可靠性。 電能質(zhì)量不良有多種情況，用戶對(duì)電能質(zhì)量的敏感程度也各不相同，隨著各種用 電設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量敏感度的變化，電能質(zhì)量的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，分類(lèi)更細(xì)，要求更高。目前 絕大部分電能質(zhì)量的限值是單獨(dú)針對(duì)電壓或者電流的，主要用來(lái)評(píng)估供電系統(tǒng)的某個(gè)供電 結(jié)點(diǎn)在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)的電能質(zhì)量等級(jí)。然而，單純監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量指標(biāo)只給出了多個(gè)符合對(duì) 電網(wǎng)的影響總和，不能指出電能質(zhì)量污染的來(lái)源，也不能指導(dǎo)確定電能質(zhì)量的最優(yōu)治理地 點(diǎn)。 電壓驟升驟降在電網(wǎng)中較少出現(xiàn)，但是危害較大。隨著計(jì)算機(jī)，可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器等大 規(guī)模敏感性電力電子器件在控制自動(dòng)化中的應(yīng)用，只持續(xù)幾十分之一秒的電壓驟升或者驟 降都可能導(dǎo)致生產(chǎn)的中斷，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，電壓驟升驟降被認(rèn)為是影響用戶設(shè)備正 常運(yùn)行的最嚴(yán)重的暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題。但是由于電壓驟升驟降持續(xù)時(shí)間短，難以捉摸，因此 其定向一直工程中的難題。 傳統(tǒng)的對(duì)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)主要是針對(duì)諧波污染源的監(jiān)測(cè)，主要使用臨界阻抗法和 功率流向法，臨界阻抗法是經(jīng)過(guò)理論假設(shè)，難以得到實(shí)際參數(shù)，不便于在線應(yīng)用，沒(méi)有實(shí)用 價(jià)值?，F(xiàn)在經(jīng)常使用的是功率流向法，其基于"污染源是向外輸送能量"的假設(shè)，而實(shí)際上， 在復(fù)雜的多諧波源供電網(wǎng)絡(luò)中，線性負(fù)荷單純消耗而不會(huì)注入諧波功率，但諧波源卻有可 能吸收諧波功率，這就容易發(fā)生"漏判"情況，因此不能用"是否向網(wǎng)絡(luò)注入諧波功率"作為 諧波源的判斷依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種可全面監(jiān)測(cè)并定向電網(wǎng) 中閃變污染源的電網(wǎng)中電能質(zhì)量污染源的監(jiān)測(cè)與定向系統(tǒng)。
本發(fā)明是通過(guò)以下途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的 電網(wǎng)中電能質(zhì)量污染源的監(jiān)測(cè)與定向系統(tǒng)，其要點(diǎn)在于，包括如下組成部分
提供一種監(jiān)測(cè)和定向裝置，包括有信號(hào)采集裝置、信號(hào)處理模塊、第一存儲(chǔ)裝置和 第二存儲(chǔ)裝置； 信號(hào)采集裝置實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)中的電壓和電流波形信號(hào)，并將該波形信號(hào)存儲(chǔ)到第 一存儲(chǔ)裝置中作為原始數(shù)據(jù)，
信號(hào)處理模塊包括有一種電壓驟升驟降分析處理裝置，該處理裝置分析處理如
下根據(jù)信號(hào)采集裝置所采集的各個(gè)通道的電壓和電流數(shù)據(jù)信號(hào)； 基于周期的小波變換，提取電壓幅值變化曲線； 跟蹤電壓幅值在持續(xù)的設(shè)定時(shí)間內(nèi)是否超過(guò)設(shè)定值的10% ; 如果電壓幅值在設(shè)定時(shí)間內(nèi)超過(guò)設(shè)定值，則計(jì)算對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)母線上的每條線路上 的電流，并基于周期的小波變換提取電流幅值變化曲線； 對(duì)比電壓幅值變化曲線和電流幅值變化曲線，如果二者同時(shí)升降，則該線路為非
電壓驟升驟降污染，如果二者為一升一降，則該線路為電壓驟升驟降污染源。 將分析和處理過(guò)程及結(jié)果存儲(chǔ)到第二存儲(chǔ)裝置中，作為污染源處理的基礎(chǔ)值。 電壓驟降持續(xù)時(shí)間短，且發(fā)生時(shí)間隨機(jī)性大，傳統(tǒng)的傅立葉變換、短時(shí)傅立葉變換
時(shí)間窗長(zhǎng)，時(shí)域分辨率差，對(duì)諸如電壓驟降、電壓驟升等電能質(zhì)量的突變信號(hào)和非平穩(wěn)信號(hào)
的檢測(cè)無(wú)能為力。本系統(tǒng)采用小波變換法，對(duì)于分析突變的短暫信號(hào)特別有效。由于線路電
流的驟升會(huì)導(dǎo)致公共連接點(diǎn)電壓的驟降，線路電流的驟降會(huì)導(dǎo)致公共連接點(diǎn)電壓的驟升，
當(dāng)電壓發(fā)生驟升驟降時(shí)，非干擾源的線路電流也會(huì)發(fā)生波動(dòng)，但在濾除驟升驟降的過(guò)渡過(guò)
程以后，干擾源的電流與節(jié)點(diǎn)電壓變化呈現(xiàn)不同的關(guān)系。因此可以通過(guò)監(jiān)測(cè)負(fù)荷阻抗判斷
電壓驟升驟降的來(lái)源。本系統(tǒng)研究了電壓驟升驟降的監(jiān)測(cè)和定向，使用小波分析方法從實(shí)
時(shí)電壓波形捕捉電壓驟升驟降，一旦監(jiān)測(cè)到相應(yīng)的暫態(tài)過(guò)程，就監(jiān)測(cè)線路電流的有效值變
化曲線，判斷電壓驟升驟降是否與本線路有關(guān)，從而達(dá)到電壓驟升驟降的監(jiān)測(cè)和定向目的。 本發(fā)明所屬的監(jiān)測(cè)和定向系統(tǒng)從電壓和電流兩個(gè)電網(wǎng)重要參數(shù)的聯(lián)合分析中，監(jiān)
測(cè)并定向電壓驟升驟降污染源，避免了現(xiàn)有技術(shù)中單純利用電壓進(jìn)行辨識(shí)污染源的缺陷，全
面而有效尋找電壓驟升驟降污染源，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和定向，具有良好的在線應(yīng)用能力，可確
定污染源的位置，從而能提供有效的集中處理，避免污染信號(hào)的大范圍傳播，提高了電網(wǎng)供電
質(zhì)量，為電壓驟升驟降污染源的解決方式提供了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和理論的基礎(chǔ)，對(duì)電網(wǎng)的污染源監(jiān)
測(cè)和定向的技術(shù)發(fā)展有著重大意義，為供電系統(tǒng)治理電能污染源提供良好的基礎(chǔ)。 本發(fā)明可以進(jìn)一步具體為 信號(hào)處理模塊還包括一種諧波分析處理裝置，該諧波分析處理裝置對(duì)第一存儲(chǔ)裝
置中的原始信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理根據(jù)電壓和電流波形信號(hào)在頻域定義并計(jì)算負(fù)荷的非 線性度NLR，并將NLR與系統(tǒng)設(shè)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)NLR值大于設(shè)定值，則 此NLR值所對(duì)應(yīng)的電壓和電流波形信號(hào)的來(lái)源處為諧波污染源。
諧波分析處理裝置的分析處理過(guò)程具體如下 根據(jù)信號(hào)采集裝置所采集的各個(gè)通道的電壓和電流數(shù)據(jù)信號(hào)，對(duì)一個(gè)基頻周期的 電壓以及電流信號(hào)進(jìn)行變換計(jì)算，得到各次諧波的電壓幅值、電流幅值以及電壓相位和電 流相位；進(jìn)一步計(jì)算功率因素； 根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和負(fù)荷協(xié)議容量計(jì)算負(fù)荷的諧波電流限值，將變換所得的電流幅值 與負(fù)荷的諧波電流限值進(jìn)行比較，尋找超過(guò)電流限值的諧波；
針對(duì)電流幅值超過(guò)限值的諧波，計(jì)算其諧波阻抗， 在頻域定義并計(jì)算對(duì)應(yīng)負(fù)荷的非線性度NLR，并根據(jù)設(shè)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，在設(shè) 定的時(shí)間內(nèi)NLR值大于設(shè)定值，則此NLR值所對(duì)應(yīng)的電壓和電流波形信號(hào)的來(lái)源處為諧波 污染源。
這是一種諧波污染源的分析定向方法，通過(guò)定義阻抗的非線性度實(shí)現(xiàn)諧波污染源 的在線定向，解決了以往技術(shù)只能找到部分諧波源，也無(wú)法對(duì)其進(jìn)行定向的技術(shù)問(wèn)題，可以 明確造成污染的責(zé)任人，建立合理的電力市場(chǎng)環(huán)境。 本發(fā)明在電壓驟升驟降污染源的監(jiān)測(cè)和定向基礎(chǔ)上增加了諧波污染源的監(jiān)測(cè)和 定向，進(jìn)一步對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行污染源的監(jiān)測(cè)，能提供更有效、多類(lèi)型的污染源集中處 理，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。 諧波問(wèn)題主要是由供電網(wǎng)絡(luò)中的非線性負(fù)荷引起的，因此諧波污染源定向問(wèn)題其 實(shí)就是非線性負(fù)荷的鑒別。本發(fā)明在存在波形污染的運(yùn)行工況下，監(jiān)測(cè)負(fù)荷阻抗參數(shù)的波 動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而可以通過(guò)計(jì)算其非線性度來(lái)比較不同負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)波形污染的影響程度。在上 述的分析處理中，參數(shù)波動(dòng)較大的負(fù)荷，其非線性度NLR更大，對(duì)電網(wǎng)的波形污染影響也就 更大。本發(fā)明所述監(jiān)測(cè)和定向系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路電壓和電流波形，并進(jìn)行分析和處理，得到 負(fù)荷的非線性度指標(biāo)，以此作為諧波污染源的判斷依據(jù)，避免了諧波功率流向法的理論缺 陷，全面的監(jiān)測(cè)和定向電網(wǎng)中諧波污染源。
本發(fā)明還可以進(jìn)一步具體為 信號(hào)處理模塊還包括有一種閃變分析處理裝置，分析處理過(guò)程具體如下 根據(jù)信號(hào)采集裝置所采集的各個(gè)通道的電壓和電流數(shù)據(jù)信號(hào)，跟蹤基波的幅值和
相位，進(jìn)而計(jì)算基波阻抗，跟蹤基波阻抗的變化趨勢(shì)； 然后計(jì)算負(fù)荷單獨(dú)接入時(shí)，公共連接點(diǎn)的電壓變化曲線； 根據(jù)變換計(jì)算作定量時(shí)間內(nèi)的頻譜分析，得到設(shè)定時(shí)間內(nèi)的閃變強(qiáng)度； 將得到的閃變強(qiáng)度值與系統(tǒng)設(shè)定的基準(zhǔn)閃變強(qiáng)度值進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)玫介W變強(qiáng)度值
大于設(shè)定值，則將該通道的信號(hào)源定為閃變污染源； 將分析和處理過(guò)程及結(jié)果存儲(chǔ)到第二存儲(chǔ)裝置中。 電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)——閃變，其是指電壓波動(dòng)妨礙連接在公共連接點(diǎn)上的 其他電器設(shè)備的正常運(yùn)行，即當(dāng)大容量負(fù)荷的參數(shù)發(fā)生周期性變化，將會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)電壓波 動(dòng)或閃變，并在供電系統(tǒng)中傳播，影響其他負(fù)荷的正常運(yùn)行。由于公共連接點(diǎn)往往連接有多 個(gè)用電負(fù)荷，單純監(jiān)測(cè)單個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓只能評(píng)估電壓波動(dòng)或閃變的嚴(yán)重程度，并不能判斷閃 變干擾的來(lái)源。當(dāng)前研究工作中采用的閃變模型基本遵循IEC的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為閃變是由 于電壓的幅值受調(diào)制引起的，所以目前使用的閃變儀均遵循幅值調(diào)制的約定，但是在存在 閃變干擾的運(yùn)行環(huán)境中，恒定負(fù)荷的電流也是波動(dòng)的，且次諧波和間諧波引起的閃變，諧波 電壓調(diào)制產(chǎn)生的閃變也存在，因此單純從電壓幅值調(diào)制模型提煉定位特征，計(jì)算閃變強(qiáng)度 是不夠的。 電網(wǎng)閃變的監(jiān)測(cè)采用了小波變換法，實(shí)時(shí)采集線路的電壓和電流波形數(shù)據(jù)，跟蹤 電壓和電流的有效變化曲線，進(jìn)一步辨識(shí)污染性負(fù)荷的特征參數(shù)，并得到污染性負(fù)荷的污 染強(qiáng)度。該系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)了電壓、電流信號(hào)的聯(lián)合分析，鑒別負(fù)荷電壓或電流中含有的閃變 污染成分的來(lái)源，從而達(dá)到對(duì)閃變污染源監(jiān)測(cè)和定向的目的。 本發(fā)明所屬的監(jiān)測(cè)和定向系統(tǒng)從電壓和電流兩個(gè)電網(wǎng)重要參數(shù)的聯(lián)合分析中，監(jiān) 測(cè)并定向閃變污染源，避免了現(xiàn)有技術(shù)中單純利用電壓幅值調(diào)制進(jìn)行辨識(shí)閃變污染源的缺 陷，全面而有效尋找各種原因引起的閃變污染源，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和定向，具有良好的在線 應(yīng)用能力，可確定污染源的位置，從而能提供有效的集中處理，避免污染信號(hào)的大范圍傳播，提高了電網(wǎng)供電質(zhì)量，為閃變污染源的解決方式提供了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和理論的基礎(chǔ)，對(duì)電網(wǎng)的閃變污染源監(jiān)測(cè)和定向的技術(shù)發(fā)展有著重大意義。 事實(shí)上，由于電壓是區(qū)域內(nèi)的多個(gè)負(fù)荷共同作用的結(jié)果，單純分析區(qū)域里的電壓波形尚不能判斷閃變污染源來(lái)自哪個(gè)負(fù)荷。本發(fā)明是通過(guò)直接檢測(cè)負(fù)荷的電量參數(shù)，包括電壓和電流參數(shù)來(lái)分析、計(jì)算和處理，并得到對(duì)應(yīng)負(fù)荷的閃變強(qiáng)度值進(jìn)行判斷，這樣就可以直接、精確的找到污染源，為進(jìn)一步明確污染源責(zé)任，治理電網(wǎng)污染源提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
監(jiān)測(cè)和定向裝置可以進(jìn)一步具體為 信號(hào)采集裝置包括有模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、抗混疊濾波器和可編程數(shù)字采集器，并依序串接。 模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置將電壓電流的波形信號(hào)經(jīng)過(guò)高精度變換成為數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)由抗混疊濾波器進(jìn)行濾波，最后通過(guò)可編程數(shù)字采集器進(jìn)行高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。采集后的數(shù)據(jù)可以通過(guò)USB數(shù)據(jù)總線與工業(yè)控制卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，傳送到信號(hào)處理模塊中進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理，實(shí)時(shí)分析處理的結(jié)果可以通過(guò)以太口上傳的系統(tǒng)中心。 模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置可以選擇A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7656，抗混疊濾波器和可編程數(shù)字采集器可以選擇ALTERA公司生產(chǎn)的FPGA單片機(jī)芯片，型號(hào)為EP1K30QC208。
第一存儲(chǔ)裝置可以采用雙口 RAM芯片，型號(hào)為CY7C025。 AD7656的工作時(shí)序由FPGA芯片EP1K30QC208提供，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，F(xiàn)PGA讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，并把轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)到雙口 RAM。 信號(hào)處理模塊可以選Ti公司生產(chǎn)的型號(hào)為T(mén)MS320VC33的DSP處理芯片。
第二存儲(chǔ)裝置同第一存儲(chǔ)裝置，采用可以采用雙口 RAM芯片，型號(hào)為CY7C025。
除此之外，第二存儲(chǔ)裝置還包括有擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置和程序存儲(chǔ)裝置。
具體為擴(kuò)展數(shù)據(jù)的RAM空間和程序存儲(chǔ)的FLASH。
系統(tǒng)還可以提供一種輔助管理模塊 由ARM9處理器和CF卡組成系統(tǒng)輔助管理模塊。ARM9 CPU是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤16/32位的LPC2292微控制器，帶有256KB嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。
綜上所述，本發(fā)明的特點(diǎn)在于，提供了一種電網(wǎng)中電能質(zhì)量污染源的監(jiān)測(cè)和定向系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了三種電網(wǎng)污染源的監(jiān)測(cè)和定向首先是電壓驟升驟降的監(jiān)測(cè)和定向，使用小波分析方法從實(shí)時(shí)電壓波形捕捉電壓驟升驟降，一旦監(jiān)測(cè)到相應(yīng)的暫態(tài)過(guò)程，就監(jiān)測(cè)線路電流的有效值變化曲線，判斷電壓驟升驟降是否與本線路有關(guān)，從而達(dá)到電壓驟升驟降的監(jiān)測(cè)和定向目的；其次是諧波污染源的監(jiān)測(cè)和定向，其避免了傳統(tǒng)的諧波功率流向的理論缺陷，分析處理簡(jiǎn)單可靠，具有良好的在線應(yīng)用能力；最后是閃變污染源的監(jiān)測(cè)和定向，其首次實(shí)現(xiàn)了電壓、電流信號(hào)的聯(lián)合分析，鑒別負(fù)荷電壓或電流中含有的閃變污染成分來(lái)源，達(dá)到閃變污染定向的技術(shù)目的。系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)了電能質(zhì)量污染源的在線定向功能，為供電系統(tǒng)提供有效的集中處理，避免污染信號(hào)的大范圍傳播，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量，為電能污染源的解決方式提供了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和理論的基礎(chǔ)，對(duì)電網(wǎng)的污染源監(jiān)測(cè)和定向的技術(shù)發(fā)展有著重大意義。


圖1所示為本發(fā)明所述電網(wǎng)中電能質(zhì)量污染源的監(jiān)測(cè)和定向裝置的結(jié)構(gòu)示意 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
具體實(shí)施例 最佳實(shí)施例 參照附圖1，電網(wǎng)中電能質(zhì)量污染源的監(jiān)測(cè)與定向系統(tǒng)，包括如下組成部分
—種監(jiān)測(cè)和定向裝置，包括有信號(hào)采集裝置、信號(hào)處理模塊、第一存儲(chǔ)裝置和第二存儲(chǔ)裝置；信號(hào)采集裝置包括有模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、抗混疊濾波器和可編程數(shù)字采集器，并依序串接。模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置將電壓電流的波形信號(hào)經(jīng)過(guò)高精度變換成為數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)由抗混疊濾波器進(jìn)行濾波，最后通過(guò)可編程數(shù)字采集器進(jìn)行高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。采集后的數(shù)據(jù)可以通過(guò)USB數(shù)據(jù)總線與工業(yè)控制卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，傳送到信號(hào)處理模塊中進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理，實(shí)時(shí)分析處理的結(jié)果可以通過(guò)以太口上傳的系統(tǒng)中心。 模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置可以選擇A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7656，抗混疊濾波器和可編程數(shù)字采集器可以選擇ALTERA公司生產(chǎn)的FPGA單片機(jī)芯片，型號(hào)為EP1K30QC208。第一存儲(chǔ)裝置可以采用雙口 RAM芯片，型號(hào)為CY7C025。 AD7656的工作時(shí)序由FPGA芯片EP1K30QC208提供，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，F(xiàn)PGA讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，并把轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)到作為第一存儲(chǔ)裝置的雙口 RAM。 信號(hào)處理模塊可以選Ti公司生產(chǎn)的型號(hào)為T(mén)MS320VC33的DSP處理芯片。第二存儲(chǔ)裝置包括有擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置和程序存儲(chǔ)裝置，具體為擴(kuò)展數(shù)據(jù)的RAM空間和程序存儲(chǔ)的FLASH。同第一存儲(chǔ)裝置，第二存儲(chǔ)裝置采用可以采用雙口 RAM芯片，型號(hào)為CY7C025。
由ARM9處理器和CF卡組成系統(tǒng)輔助管理模塊。ARM9CPU是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤16/32位的LPC2292微控制器，帶有256KB嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。
下面詳細(xì)描述本發(fā)明監(jiān)測(cè)和定向系統(tǒng)的工作原理和過(guò)程 1、信號(hào)采集裝置實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)中的電壓和電流波形信號(hào)，并將該波形信號(hào)存儲(chǔ)到第一存儲(chǔ)裝置中作為原始數(shù)據(jù)，信號(hào)處理模塊中包括有電壓驟升驟降分析處理裝置，諧波分析處理裝置以及閃變分析處理裝置； 2、電壓驟升驟降分析處理裝置，其分析處理過(guò)程如下 根據(jù)信號(hào)采集裝置所采集的各個(gè)通道的電壓和電流數(shù)據(jù)信號(hào)； 基于周期的小波變換，提取電壓幅值變化曲線； 跟蹤電壓幅值在持續(xù)的設(shè)定時(shí)間內(nèi)是否超過(guò)設(shè)定值的10% ; 如果電壓幅值在設(shè)定時(shí)間內(nèi)超過(guò)設(shè)定值，則計(jì)算對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)母線上的每條線路上的電流，并基于周期的小波變換提取電流幅值變化曲線； 對(duì)比電壓幅值變化曲線和電流幅值變化曲線，如果二者同時(shí)升降，則該線路為非電壓驟升驟降污染，如果二者為一升一降，則該線路為電壓驟升驟降污染源。
將分析和處理過(guò)程及結(jié)果存儲(chǔ)到第二存儲(chǔ)裝置中。 3、上述的電壓驟升驟降分析處理裝置的工作過(guò)程，本發(fā)明提供一個(gè)具體實(shí)例
從電壓有效值U(t)判斷是否存在變化幅度>0. lp.u、持續(xù)0.5 3周波的驟升驟降； 如果存在電壓驟升，從電流有效值I (t)捕捉電流有效值> 1. lp. u、持續(xù)0. 5 10周波的驟降過(guò)程，計(jì)算驟降的點(diǎn)數(shù)；
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如果存在電壓驟降，跟蹤電流有效值，捕捉電流有效值< 0. 9p. u、持續(xù)0. 5 10周波的驟升過(guò)程，計(jì)算驟升的點(diǎn)數(shù)；
計(jì)算驟升驟降定向指標(biāo)。 4、諧波分析處理裝置的分析處理過(guò)程具體如下 根據(jù)信號(hào)采集裝置所采集的各個(gè)通道的電壓和電流數(shù)據(jù)信號(hào)，對(duì)一個(gè)基頻周期的電壓以及電流信號(hào)進(jìn)行變換計(jì)算，得到各次諧波的電壓幅值、電流幅值以及電壓相位和電流相位；進(jìn)一步計(jì)算功率因素； 根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和負(fù)荷協(xié)議容量計(jì)算負(fù)荷的諧波電流限值，將變換所得的電流幅值與負(fù)荷的諧波電流限值進(jìn)行比較，尋找超過(guò)電流限值的諧波；
針對(duì)電流幅值超過(guò)限值的諧波，計(jì)算其諧波阻抗， 在頻域定義并計(jì)算對(duì)應(yīng)負(fù)荷的非線性度NLR，并根據(jù)設(shè)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)NLR值大于設(shè)定值，則此NLR值所對(duì)應(yīng)的電壓和電流波形信號(hào)的來(lái)源處為諧波污染源。 5、上述的諧波分析處理裝置的工作過(guò)程，本發(fā)明提供一個(gè)具體實(shí)例采集電壓、電流波形信號(hào)； 對(duì)一個(gè)基頻周期的電壓信號(hào)進(jìn)行FFT計(jì)算，得到各次諧波幅值Un和相位；對(duì)一個(gè)基頻周期的電流信號(hào)進(jìn)行FFT計(jì)算，得到各次諧波幅值In和相位；
計(jì)算功率因數(shù)pf; 根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和負(fù)荷協(xié)議容量計(jì)算負(fù)荷的諧波電流限值，針對(duì)電流越限的諧波計(jì)算諧波阻抗Zn ; 在頻域定義并計(jì)算負(fù)荷的非線性度NLR ; 根據(jù)NLR對(duì)負(fù)荷進(jìn)行排序，在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)NLR大于設(shè)定值的可認(rèn)為是諧波源。
6、閃變分析處理裝置對(duì)接收到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理 根據(jù)信號(hào)采集裝置所采集的各個(gè)通道的電壓和電流數(shù)據(jù)信號(hào)，跟蹤基波的幅值和
相位，進(jìn)而計(jì)算基波阻抗，跟蹤基波阻抗的變化趨勢(shì)； 然后計(jì)算負(fù)荷單獨(dú)接入時(shí)，公共連接點(diǎn)的電壓變化曲線； 根據(jù)變換計(jì)算作定量時(shí)間內(nèi)的頻譜分析，得到設(shè)定時(shí)間內(nèi)的閃變強(qiáng)度； 將得到的閃變強(qiáng)度值與系統(tǒng)設(shè)定的基準(zhǔn)閃變強(qiáng)度值進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)玫介W變強(qiáng)度值
大于設(shè)定值，則將該通道的信號(hào)源定為閃變污染源； 將分析和處理過(guò)程及結(jié)果存儲(chǔ)到第二存儲(chǔ)裝置中。 7、以上閃變的分析處理，本發(fā)明給出一種具體分析處理方式 采集電壓、電流波形信號(hào)； 跟蹤電壓信號(hào)幅值U(t); 以16個(gè)周波長(zhǎng)度作為分析單位，計(jì)算電壓波形的平方u2(t); 選擇db45作為基函數(shù)，采用Mallat算法對(duì)u2 (t)進(jìn)行周期小波分解，得到小波包
節(jié)點(diǎn)(6，0)上的小波系數(shù)； 對(duì)小波系數(shù)重構(gòu)即得到電壓有效值的平方U2(t);
跟蹤電流信號(hào)幅值I (t); 根據(jù)分析單位內(nèi)的平均功率因數(shù)計(jì)算負(fù)荷的等效波動(dòng)阻抗Z ;
從系統(tǒng)阻抗和Z計(jì)算等效電壓Ul (t); 用FFT計(jì)算Ul (t)在0 35Hz之間的頻譜； 根據(jù)IEC建議從Ul (t)計(jì)算閃變強(qiáng)度Pst ; 根據(jù)Pst比較閃變污染源強(qiáng)弱。 本發(fā)明未述部分與現(xiàn)有技術(shù)相同。
權(quán)利要求
電網(wǎng)中電能質(zhì)量污染源的監(jiān)測(cè)與定向系統(tǒng)，其特征在于，包括如下組成部分提供一種監(jiān)測(cè)和定向裝置，包括有信號(hào)采集裝置、信號(hào)處理模塊、第一存儲(chǔ)裝置和第二存儲(chǔ)裝置；信號(hào)采集裝置采集電網(wǎng)中的電壓和電流波形信號(hào)，并將該波形信號(hào)存儲(chǔ)到第一存儲(chǔ)裝置中作為原始數(shù)據(jù)，信號(hào)處理模塊包括有一種電壓驟升驟降分析處理裝置，該處理裝置進(jìn)行分析處理如下根據(jù)信號(hào)采集裝置所采集的各個(gè)通道的電壓和電流數(shù)據(jù)信號(hào)；基于周期的小波變換，提取電壓幅值變化曲線；跟蹤電壓幅值在持續(xù)的設(shè)定時(shí)間內(nèi)是否超過(guò)設(shè)定值的10％；如果電壓幅值在設(shè)定時(shí)間內(nèi)超過(guò)設(shè)定值，則計(jì)算對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)母線上的每條線路上的電流，并基于周期的小波變換提取電流幅值變化曲線；對(duì)比電壓幅值變化曲線和電流幅值變化曲線，如果二者同時(shí)升降，則該線路為非電壓驟升驟降污染，如果二者為一升一降，則該線路為電壓驟升驟降污染源。將計(jì)算和分析結(jié)果存儲(chǔ)到第二存儲(chǔ)裝置中，作為污染源處理的基礎(chǔ)值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)中電能質(zhì)量污染源的監(jiān)測(cè)與定向系統(tǒng)，其特征在于，信 號(hào)處理模塊還包括一種諧波分析處理裝置，該諧波分析處理裝置對(duì)第一存儲(chǔ)裝置中的原 始信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理根據(jù)電壓和電流波形信號(hào)在頻域定義并計(jì)算負(fù)荷的非線性度 NLR，并將NLR與系統(tǒng)設(shè)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)NLR值大于設(shè)定值，則此NLR 值所對(duì)應(yīng)的電壓和電流波形信號(hào)的來(lái)源處為諧波污染源。
3. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電網(wǎng)中電能質(zhì)量污染源的監(jiān)測(cè)與定向系統(tǒng)，其特征在于，諧 波分析處理裝置的分析處理過(guò)程如下根據(jù)信號(hào)采集裝置所采集的各個(gè)通道的電壓和電流數(shù)據(jù)信號(hào)，對(duì)一個(gè)基頻周期的電壓 以及電流信號(hào)進(jìn)行變換計(jì)算，得到各次諧波的電壓幅值、電流幅值以及電壓相位和電流相 位；進(jìn)一步計(jì)算功率因素；根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和負(fù)荷協(xié)議容量計(jì)算負(fù)荷的諧波電流限值，將變換所得的電流幅值與負(fù) 荷的諧波電流限值進(jìn)行比較，尋找超過(guò)電流限值的諧波；針對(duì)電流幅值超過(guò)限值的諧波，計(jì)算其諧波阻抗，在頻域定義并計(jì)算對(duì)應(yīng)負(fù)荷的非線性度NLR，并根據(jù)設(shè)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，在設(shè)定的 時(shí)間內(nèi)NLR值大于設(shè)定值，則此NLR值所對(duì)應(yīng)的電壓和電流波形信號(hào)的來(lái)源處為諧波污染 源。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的電網(wǎng)中電能質(zhì)量污染源的監(jiān)測(cè)與定向系統(tǒng)，其特征在于， 信號(hào)處理模塊還包括有閃變分析處理裝置，其分析處理過(guò)程具體如下根據(jù)信號(hào)采集裝置所采集的各個(gè)通道的電壓和電流數(shù)據(jù)信號(hào)，跟蹤基波的幅值和相位，進(jìn)而計(jì)算基波阻抗，跟蹤基波阻抗的變化趨勢(shì)；然后計(jì)算負(fù)荷單獨(dú)接入時(shí)，公共連接點(diǎn)的電壓變化曲線；根據(jù)變換計(jì)算作定量時(shí)間內(nèi)的頻譜分析，得到設(shè)定時(shí)間內(nèi)的閃變強(qiáng)度；將得到的閃變強(qiáng)度值與系統(tǒng)設(shè)定的基準(zhǔn)閃變強(qiáng)度值進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)玫介W變強(qiáng)度值大于設(shè)定值，則將該通道的信號(hào)源定為閃變污染源；將分析和處理過(guò)程及結(jié)果存儲(chǔ)到第二存儲(chǔ)裝置中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)中電能質(zhì)量污染源的監(jiān)測(cè)與定向系統(tǒng)，其特征在于，信 號(hào)采集裝置包括有模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、抗混疊濾波器和可編程數(shù)字采集器，并依序串接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)中電能質(zhì)量污染源的監(jiān)測(cè)與定向系統(tǒng)，其特征在于，模 數(shù)轉(zhuǎn)換裝置選擇A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7656 ，抗混疊濾波器和可編程數(shù)字采集器選擇ALTERA公司 生產(chǎn)的FPGA單片機(jī)芯片，型號(hào)為EP1K30QC208。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)中電能質(zhì)量污染源的監(jiān)測(cè)與定向系統(tǒng)，其特征在于，信 號(hào)處理模塊可以選Ti公司生產(chǎn)的型號(hào)為T(mén)MS320VC33的DSP處理芯片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測(cè)裝置，特別是一種電網(wǎng)中電能質(zhì)量污染源的監(jiān)測(cè)與定向系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供了電網(wǎng)電壓驟升驟降污染源的監(jiān)測(cè)和定向首次使用小波分析方法從實(shí)時(shí)電壓波形捕捉電壓驟升驟降，一旦監(jiān)測(cè)到相應(yīng)的暫態(tài)過(guò)程，就監(jiān)測(cè)線路電流的有效值變化曲線，判斷電壓驟升驟降是否與本線路有關(guān)，從而達(dá)到電壓驟升驟降的監(jiān)測(cè)和定向目的；并進(jìn)一步提供了諧波以及閃變污染源的監(jiān)測(cè)和定向。系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)了電能質(zhì)量污染源的在線定向功能，為供電系統(tǒng)提供有效的集中處理，避免污染信號(hào)的大范圍傳播，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量，為電能污染源的解決方式提供了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和理論的基礎(chǔ)，對(duì)電網(wǎng)的污染源監(jiān)測(cè)和定向的技術(shù)發(fā)展有著重大意義。
文檔編號(hào)G01R31/00GK101762758SQ20091025286
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者吳丹岳, 張榕林, 楊明星, 林焱, 邵振國(guó), 陳金祥, 黃智敏 申請(qǐng)人:福建省電力試驗(yàn)研究院;福州大學(xué)