專利名稱：一種電網(wǎng)諧波檢測分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型公開了一種電網(wǎng)諧波檢測分析裝置，提供了一種電網(wǎng)用戶端的電網(wǎng)質(zhì)量分析設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來越多的控制設(shè)備、自動化設(shè)備對電能質(zhì)量要求敏感，且被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活。這些都對電能質(zhì)量提出了越來越高的要求。廣大用電客戶在關(guān)注電能質(zhì)量的同時，在電力系統(tǒng)內(nèi)卻增加了大量的非線性負載，從低壓小容量家用電器到高壓大容量工業(yè)交直流變換裝置，如靜止變流器，由于靜止變流器是以開關(guān)方式工作的，會引起電網(wǎng)電流、電壓波形畸變，產(chǎn)生電網(wǎng)的諧波污染。此外，電弧爐、大型軋鋼機、電力機車等沖擊性、波動性負荷，運行中不僅會產(chǎn)生大量的高次諧波，而且使得電壓波動、閃變、三相不平衡日趨嚴重。這些不利影響非但會導(dǎo)致供用電設(shè)備的安全性降低，而且會嚴重削弱和干擾電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行，造成電網(wǎng)的“公害”，甚至導(dǎo)致繼電保護誤動、計量失準(zhǔn)和用戶電器設(shè)備損壞。國內(nèi)的諧波研究工作在上世紀(jì)80年代已起步，但由于對諧波的危害認識不足，特別是對高頻率的高次諧波(如50次以上的高次諧波)、電涌、高頻噪聲、尖峰信號等雜波的危害認識不足，采取的措施力度不大。大功率變頻器、電子整流器、調(diào)光器、開關(guān)電源的普遍應(yīng)用已給電網(wǎng)上產(chǎn)生新的諧波污染，因此電網(wǎng)質(zhì)量日趨惡化，對電網(wǎng)和用電設(shè)備的安全帶來嚴重危害，有的已造成事故。據(jù)國外研究表明，高頻率的高次諧波的危害性與低頻率的高次諧波(如3，5，7，9次諧波)的危害性之比是9:1。實際我國對電網(wǎng)污染的研究主要是針對25 次諧波以下，而在50次以上高次諧波的研究基本還是空白。針對高頻率的高次諧波(如50 次以上的高次諧波)、電涌、高頻噪聲、尖峰信號等雜波的檢測和治理，幾乎無同類技術(shù)和產(chǎn)品。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種能滿足用戶不斷提高的對電能質(zhì)量分析功能的要求，基于虛擬儀器技術(shù)、計算機技術(shù)及總線式自動檢測系統(tǒng)技術(shù)， 能實時監(jiān)測電網(wǎng)運行狀況，并針對高頻高次諧波及電壓突變進行采樣分析的電力質(zhì)量分析
直O(jiān)要實現(xiàn)上述功能，本實用新型采用了如下的技術(shù)方案一種電網(wǎng)諧波檢測分析裝置，由電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊、高壓瞬態(tài)尖峰信號采集模塊、諧波檢測分析模塊、主控計算機組成，模塊與主控計算機之間通過RS485接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊，執(zhí)行mudbus協(xié)議。主控計算機通過鍵盤、顯示屏、打印機實現(xiàn)人機對話，并通過RS485接口接收各模塊的實時數(shù)據(jù)，并建立對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫供用戶查詢。電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊由一個包括采樣保持電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和LED數(shù)碼管顯示及小鍵盤輸入的單片機系統(tǒng)構(gòu)成，用戶電網(wǎng)通過互感器接入電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊，電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊將電網(wǎng)實時參數(shù)(包括電壓、電流、頻率)在LED上顯示出來。高壓瞬態(tài)尖峰信號采集模塊由電壓輸入采樣端、采樣保持模塊、A/D轉(zhuǎn)換電路及單片機系統(tǒng)組成，所述電壓輸入采樣端采用電阻分壓電路，輸入端加接補償電容以提高采樣瞬變信號的能力。諧波檢測分析模塊由電壓輸入采樣端、電流輸入采樣端、信號調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換電路及單片機系統(tǒng)組成，所述電壓輸入采樣端采用電阻分壓及補償電容電路，電流輸入采樣端采用相應(yīng)寬頻的電流鉗子，采樣后的電壓、電流信號經(jīng)過調(diào)理，通過選擇開關(guān)分別由高速A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并進行數(shù)字信號處理，諧波檢測分析模塊將信號的高頻和低頻部分分別進行處理，對于包含噪音和奇異信息的高頻成分，利用小波和小波包變換確定信號突變點和高頻諧振的發(fā)生時刻及幅值；對于低頻成分通過FFT，確定各次諧波的含量。本實用新型將高速數(shù)據(jù)采樣與快速傅立葉變換(FFT)技術(shù)、小波變換和小波包變換技術(shù)相結(jié)合，對電網(wǎng)諧波進行測量與高精度分析，可分析高達IOOkHz諧波，解決了在電能質(zhì)量管理中對高次諧波的分析問題，尤其是小波和小波包變換方法的應(yīng)用，對于高次諧波、高頻噪聲、尖峰信號等雜波信號的檢測及分析發(fā)揮了重要作用。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為高壓瞬態(tài)尖峰信號采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為諧波檢測分析模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，
以下結(jié)合附圖，進一步闡述本發(fā)明。如圖1所示，本實用新型的電網(wǎng)諧波檢測分析裝置由電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊、高壓瞬態(tài)尖峰信號采集模塊、諧波檢測分析模塊、主控計算機組成，模塊與主控計算機之間通過 RS485接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊，執(zhí)行mudbus協(xié)議。如圖2所示，電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊由一個包括采樣保持電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和LED數(shù)碼管顯示及小鍵盤輸入的單片機系統(tǒng)構(gòu)成，用戶電網(wǎng)通過互感器接入電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊， 電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊將電網(wǎng)實時參數(shù)(包括電壓、電流、頻率等)在LED上顯示出來，通過鍵盤， 電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊可設(shè)置限位值，一旦出現(xiàn)實時電網(wǎng)參數(shù)超出限位值，電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊輸出報警信號。如圖3所示，高壓瞬態(tài)尖峰信號采集模塊由電壓輸入采樣端、采樣保持電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路及單片機系統(tǒng)組成，電壓輸入采樣端采用電阻分壓電路，輸入端加接補償電容以提高采樣瞬變信號的能力，使設(shè)備既能采集到2500V高壓、 μ8的尖峰信號，又能檢測電網(wǎng)電壓的高低的變動。采樣后的電壓信號經(jīng)采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后存儲在非易失存儲器(如固態(tài)硬盤、CF卡等)內(nèi)，并可傳送到自動檢測系統(tǒng)的主控計算機中。如圖4所示，諧波檢測分析模塊由電壓輸入采樣端、電流輸入采樣端、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路及單片機系統(tǒng)組成，電壓輸入采樣端采用電阻分壓及補償電容電路，提高了采樣信號的帶寬，有利于對高頻信號的頻譜分析；電流輸入采樣端采用頻率相應(yīng)達 IOOkHz的寬頻的電流鉗子，采樣后的電壓、電流信號經(jīng)過調(diào)理，通過選擇開關(guān)分別由高速 A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并進行數(shù)字信號處理。模塊采用不同的濾波器將信號的高頻和低頻部分分離，分別進行處理。對于包含噪音和奇異信息的高頻成分，利用小波和小波包變換，建立足夠小的時域或頻域分析數(shù)學(xué)模型，取得最佳的分辨率，然后確定信號突變點和高頻諧振的發(fā)生時刻，并通過諧振的幅值來計算諧波的能量狀況；對于相對連續(xù)性較好的低頻成分則通過FFT(快速傅立葉變換)，確定各次諧波的含量。各模塊的實時采樣數(shù)據(jù)包括諧波檢測分析的數(shù)據(jù)都存入相應(yīng)的非易失性存儲器中，主控計算機可通過RS485接口用指令調(diào)用接收各模塊的實時數(shù)據(jù)，并建立對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。RS485接口帶紅外線光耦隔離，以防止高壓竄入計算機及提高系統(tǒng)通訊的抗干擾能力。 主控計算機通過鍵盤、顯示屏、打印機實現(xiàn)人機對話，操作員可通過鍵盤輸入查詢信息，或者進行數(shù)據(jù)分析。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
權(quán)利要求1.一種電網(wǎng)諧波檢測分析裝置，其特征在于，由電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊、高壓瞬態(tài)尖峰信號采集模塊、諧波檢測分析模塊、主控計算機組成，模塊與主控計算機之間通過RS485接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊，執(zhí)行mudbus協(xié)議。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)諧波檢測分析裝置，其特征在于，所述主控計算機通過鍵盤、顯示屏、打印機實現(xiàn)人機對話，通過RS485接口接收各模塊的實時數(shù)據(jù)，并建立對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫供用戶查詢。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)諧波檢測分析裝置，其特征在于，所述電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊由一個包括采樣保持電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和LED數(shù)碼顯示管及小鍵盤輸入的單片機系統(tǒng)構(gòu)成，用戶電網(wǎng)通過互感器接入所述電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊，所述電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊將電網(wǎng)實時參數(shù)在LED上顯示出來。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)諧波檢測分析裝置，其特征在于，所述高壓瞬態(tài)尖峰信號采集模塊由電壓輸入采樣端、采樣保持模塊、A/D轉(zhuǎn)換電路及單片機系統(tǒng)組成，所述電壓輸入采樣端采用電阻分壓電路，輸入端加接補償電容以提高采樣瞬變信號的能力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)諧波檢測分析裝置，其特征在于，所述諧波檢測分析模塊由電壓輸入采樣端、電流輸入采樣端、信號調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換電路及單片機系統(tǒng)組成，所述電壓輸入采樣端采用電阻分壓及補償電容電路，電流輸入采樣端采用相應(yīng)寬頻的電流鉗子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)諧波檢測分析裝置，其特征在于，所述RS485接口帶紅外線光耦隔離。
專利摘要本實用新型公開了一種電網(wǎng)諧波檢測分析裝置，由電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊、高壓瞬態(tài)尖峰信號采集模塊、諧波檢測分析模塊、主控計算機組成，模塊與主控計算機之間通過RS485接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊，執(zhí)行mudbus協(xié)議。本實用新型將高速數(shù)據(jù)采樣與快速傅立葉變換(FFT)技術(shù)、小波變換和小波包變換技術(shù)相結(jié)合，對電網(wǎng)諧波進行測量與高精度分析，可分析高達100kHz諧波，解決了在電能質(zhì)量管理中對高次諧波的分析問題，尤其是小波和小波包變換方法的應(yīng)用，對于高次諧波、高頻噪聲、尖峰信號等雜波信號的檢測及分析發(fā)揮了重要作用。
文檔編號G01R23/16GK201974477SQ201020622138
公開日2011年9月14日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者吳維華, 章關(guān)明, 郭佳偉, 陶俊杰 申請人:上海儀器儀表研究所