本實(shí)用新型涉及一種基于多通道采樣的并聯(lián)電力濾波器監(jiān)控保護(hù)裝置，屬于電能質(zhì)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著整流裝置、變頻器、開關(guān)電源、電弧加熱設(shè)備、氣體放電類光源等非線性設(shè)備越來越多的投入使用，產(chǎn)生了大量危及電網(wǎng)及用電設(shè)備安全運(yùn)行的諧波。此外傳統(tǒng)的變壓器或鐵心電抗器也會(huì)產(chǎn)生諧波。因此就需要在電力系統(tǒng)中裝設(shè)各類有源或無源并聯(lián)電力濾波器，用來濾除電力系統(tǒng)中的高次諧波，同時(shí)也可以降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電質(zhì)量，改善供電環(huán)境。所以并聯(lián)電力濾波器在電力供電系統(tǒng)中處在一個(gè)非常重要的位置。合理的設(shè)計(jì)、裝設(shè)并聯(lián)電力濾波器，可以有效降低供電系統(tǒng)中的諧波含量，使電網(wǎng)質(zhì)量提高。然而，如選擇或使用不當(dāng)，也可能造成特定諧波頻率下的系統(tǒng)參數(shù)諧振、損壞其他用電設(shè)備等情況出現(xiàn)。

目前投入使用的并聯(lián)電力濾波器種類較多，部分投入使用的并聯(lián)電力濾波器使用年限已經(jīng)較長，設(shè)備也已逐步老化，而且并聯(lián)電力濾波器在投運(yùn)后很少再去進(jìn)行系統(tǒng)的測試。在供電系統(tǒng)中，用電設(shè)備也可能較供電系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)時(shí)有較大變化，而并聯(lián)電力濾波器卻較少改動(dòng)，這些因素都可能導(dǎo)致并聯(lián)電力濾波器的濾波性能下降。由于設(shè)計(jì)缺陷，有些并聯(lián)電力濾波器長期使用后會(huì)導(dǎo)致元件參數(shù)變化，更有可能導(dǎo)致諧振現(xiàn)象的產(chǎn)生，危及電網(wǎng)安全。

目前市場上有很多測量諧波的儀器，如FLUKE 1760等，但絕大多數(shù)諧波檢測儀器僅提供單個(gè)電流和電壓檢測通道來進(jìn)行諧波電流、諧波電壓的檢測。如果想對正在使用中的并聯(lián)電力濾波器進(jìn)行性能測試，則必須分別對系統(tǒng)和并聯(lián)電力濾波器進(jìn)行分開測試。并且由于供電系統(tǒng)的負(fù)載的不斷變化，無法對掛網(wǎng)運(yùn)行的并聯(lián)電力濾波器進(jìn)行系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性、快捷性的濾波性能檢測，也就無法實(shí)現(xiàn)對并聯(lián)電力濾波器進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種基于多通道采樣的并聯(lián)電力濾波器監(jiān)控保護(hù)裝置，能夠?qū)?fù)雜供電系統(tǒng)中在網(wǎng)運(yùn)行的并聯(lián)電力濾波器進(jìn)行較長時(shí)間段的諧波濾除性能測試，綜合判斷并聯(lián)電力濾波器的利用效率，并實(shí)時(shí)分析供電系統(tǒng)的諧波發(fā)生狀況，保護(hù)并聯(lián)電力濾波器設(shè)備。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種基于多通道采樣的并聯(lián)電力濾波器監(jiān)控保護(hù)裝置，包括：電壓采集模塊，所述電壓采集模塊與母線或220V/380V主回路連接，用于測量并聯(lián)電力濾波器所在母線的母線電壓信號(hào)；電流采集模塊，所述電流采集模塊與總進(jìn)線電流互感器二次側(cè)相連接，用于測量總進(jìn)線的電流信號(hào)；多個(gè)濾波支路電流采集模塊，各濾波支路電流采集模塊分別與各濾波支路的電流互感器二次側(cè)相連接，用于測量各濾波支路的電流信號(hào)；其中，各采集模塊的采樣信號(hào)經(jīng)濾波、放大后送至A/D轉(zhuǎn)換模塊，DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊，DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊包括芯片以及與芯片通過電路連接的FFT變換計(jì)算單元、基本諧波參數(shù)計(jì)算單元、并聯(lián)電力濾波器濾波性能計(jì)算單元，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的電壓、電流信號(hào)輸送入FFT變換計(jì)算單元，F(xiàn)FT變換計(jì)算單元將采集的電壓、電流經(jīng)快速傅里葉變換，分解為直流分量、基波分量和高次諧波分量，基本諧波參數(shù)計(jì)算單元接收FFT變換計(jì)算單元傳輸?shù)幕ê透叽沃C波分量，并計(jì)算出電力參數(shù)，并聯(lián)電力濾波器濾波性能計(jì)算單元調(diào)用基本諧波參數(shù)計(jì)算單元中的計(jì)算數(shù)據(jù)，結(jié)合并聯(lián)電力濾波器濾波性能計(jì)算單元內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，比較得出并聯(lián)電力濾波器的各次諧波濾除能力，同時(shí)計(jì)算各濾波支路是否產(chǎn)生諧振。

優(yōu)選地，DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊還包括非易失性存儲(chǔ)單元以及LCD顯示模塊，DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊通過通訊接口分別與所述非易失性存儲(chǔ)單元、LCD顯示模塊連接，所述LCD顯示模塊隨時(shí)調(diào)用非易失性存儲(chǔ)單元內(nèi)所有數(shù)據(jù)并顯示并聯(lián)電力濾波器性能及供電系統(tǒng)電能質(zhì)量各項(xiàng)參數(shù)。

優(yōu)選地，DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊還連接有4×4矩陣式鍵盤，通過4×4矩陣式鍵盤輸入并聯(lián)電力濾波器供電系統(tǒng)參數(shù)以及各濾波支路設(shè)備參數(shù)、電抗器、并聯(lián)電力濾波器接線方式參數(shù)，F(xiàn)FT變換計(jì)算單元依據(jù)輸入的參數(shù)計(jì)算出濾波支路的基波電流。

優(yōu)選地，DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊根據(jù)總進(jìn)線電流變換后的諧波分量電流有效值、并聯(lián)電力濾波器濾波支路的諧波電流有效值，計(jì)算出并聯(lián)電力濾波器諧波濾除率，計(jì)算出的并聯(lián)電力濾波器諧波濾除率經(jīng)與4×4矩陣式鍵盤輸入的設(shè)定值比較，判斷各濾波支路的諧波濾除率是否低于設(shè)定值，如某路濾波支路濾除率低于設(shè)定值，則LCD顯示模塊顯示該路濾波支路報(bào)警。

優(yōu)選地，并聯(lián)電力濾波器濾波性能計(jì)算單元經(jīng)與內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)比較，判斷各濾波支路的諧波電壓含有率是否超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，以確定濾波支路是否產(chǎn)生諧振，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送給LCD顯示模塊顯示。

優(yōu)選地，DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊的I/O接口與跳閘繼電器連接，跳閘繼電器與濾波支路的斷路器/接觸器連接，當(dāng)并聯(lián)電力濾波器濾波性能計(jì)算單元判斷i次濾波支路產(chǎn)生諧振時(shí)，DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊通過I/O接口向跳閘繼電器發(fā)出跳閘信號(hào)，跳閘繼電器發(fā)送信號(hào)給斷路器/接觸器，依次斷開最高次至i次濾波支路，同時(shí)LCD顯示模塊顯示諧振報(bào)警，其中i為大于1的自然數(shù)。

附圖說明

通過結(jié)合下面附圖對其實(shí)施例進(jìn)行描述，本實(shí)用新型的上述特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚和容易理解。

圖1是表示本實(shí)用新型實(shí)施例涉及的并聯(lián)電力濾波器監(jiān)控保護(hù)裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是表示本實(shí)用新型實(shí)施例涉及的DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊計(jì)算單元原理框圖。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖來描述本實(shí)用新型所述的基于多通道采樣的并聯(lián)電力濾波器監(jiān)控保護(hù)裝置的實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式或其組合對所描述的實(shí)施例進(jìn)行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。此外，在本說明書中，附圖未按比例畫出，并且相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。

為系統(tǒng)地對電網(wǎng)中掛網(wǎng)運(yùn)行的并聯(lián)電力濾波器，特別是高壓并聯(lián)電力濾波器的濾波性能進(jìn)行在線監(jiān)測，并準(zhǔn)確、快速地進(jìn)行濾波性能測試分析，保護(hù)高壓并聯(lián)電力濾波器的安全運(yùn)行，同時(shí)獲得電網(wǎng)的諧波發(fā)生量的狀況及特點(diǎn)信息，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

該并聯(lián)電力濾波器監(jiān)控保護(hù)裝置由電壓采集模塊、電流采集模塊、濾波支路電流采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊組成，其中，濾波支路電流采集模塊的數(shù)量和濾波支路的數(shù)量是一致的。

如圖1所示，電壓采集模塊與連接于母線上的電壓互感器連接，或者與220V/380V主回路連接，對被測并聯(lián)電力濾波器所在母線的母線電壓進(jìn)行采樣。電流采集模塊與本段總進(jìn)線電流互感器二次側(cè)連接，用于測量本段總進(jìn)線電流。電路中會(huì)有多次濾波，針對每次濾波均形成一個(gè)濾波支路。對各個(gè)濾波支路的電流進(jìn)行采集，采用濾波支路電流采集模塊分別和各個(gè)濾波支路的電流互感器二次側(cè)連接，測量濾波支路的電流，如圖1所示，對應(yīng)2次濾波支路，設(shè)置有1個(gè)濾波支路電流采集模塊，對應(yīng)3次濾波，也設(shè)置有1個(gè)濾波支路電流采集模塊，對應(yīng)i次濾波，也設(shè)置有1個(gè)濾波支路電流采集模塊。濾波支路電流采集模塊分別與各個(gè)濾波支路的電流互感器的二次側(cè)相連接，以測量并聯(lián)電力濾波器各個(gè)濾波支路電流。所有采樣信號(hào)經(jīng)各采集模塊濾波、放大后送至A/D轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的各信號(hào)送至DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊，用以計(jì)算電能質(zhì)量參數(shù)。

DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊包括TMS320F28335芯片以及與芯片具有電路連接的FFT變換計(jì)算單元、基本諧波參數(shù)計(jì)算單元、并聯(lián)電力濾波器濾波性能計(jì)算單元。TMS320F28335芯片是監(jiān)控保護(hù)裝置的主控制器，具有150MHz的高速處理能力，具備32位浮點(diǎn)處理單元，用于完成監(jiān)控保護(hù)裝置的各項(xiàng)內(nèi)部運(yùn)算、通信處理等工作。FFT變換計(jì)算單元、基本諧波參數(shù)計(jì)算單元、并聯(lián)電力濾波器濾波性能計(jì)算單元可以是可插接式硬件設(shè)備，分別與芯片接口具有電路連接。并且，芯片與復(fù)位電路、時(shí)鐘電路連接，并具有JTAG仿真接口、外擴(kuò)I/O接口、電源接口、通訊接口。外擴(kuò)I/O接口與跳閘繼電器、指示燈等連接，用于監(jiān)控保護(hù)裝置報(bào)警、跳閘等保護(hù)動(dòng)作輸出。

電源模塊采用TPS767D301芯片，為DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊等提供3.3V控制電源和1.9V內(nèi)核電源。通訊接口包括RS232、RS485、CAN總線通訊接口，可與外部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接，例如傳輸數(shù)據(jù)和控制指令。

復(fù)位電路與外部復(fù)位按鈕或復(fù)位轉(zhuǎn)換開關(guān)連接，為防止外部干擾，RC復(fù)位電路接斯密特電路后再接入DSP RST引腳。當(dāng)復(fù)位按鈕或復(fù)位轉(zhuǎn)換開關(guān)置復(fù)位時(shí)，DSP RST引腳為高電平，DSP芯片恢復(fù)至初始狀態(tài)，重新開始執(zhí)行程序。FFT變換計(jì)算單元、基本諧波參數(shù)計(jì)算單元、并聯(lián)電力濾波器濾波性能計(jì)算單元重新執(zhí)行計(jì)算程序，跳閘繼電器失電，LCD顯示模塊中報(bào)警消失。

時(shí)鐘電路采用外部石英晶振，與DSP上的X1和X2連接，為DSP芯片、A/D轉(zhuǎn)換、通訊接口等提供外設(shè)時(shí)鐘。

此外，如圖1所示，監(jiān)控保護(hù)裝置還具有LCD顯示模塊，LCD顯示模塊作為監(jiān)控保護(hù)裝置人機(jī)界面一部分，由LCD控制器、LCD驅(qū)動(dòng)電路、LCD顯示裝置等構(gòu)成，用于顯示監(jiān)控保護(hù)裝置的各項(xiàng)參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)等信息。DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊中設(shè)置有FFT變換計(jì)算單元、基本諧波參數(shù)計(jì)算單元、并聯(lián)電力濾波器濾波性能計(jì)算單元。利用測量的母線電壓、本段總進(jìn)線電流、各次濾波電流計(jì)算基本諧波參數(shù)，并和國際、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的參數(shù)進(jìn)行比較，從而判斷濾波器的諧波濾除能力是否達(dá)標(biāo)。并聯(lián)電力濾波器濾波性能計(jì)算單元還設(shè)置有比較單元，用于將各計(jì)算出的電力參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行比較。例如，并聯(lián)電力濾波器濾波性能計(jì)算單元可以連接嵌入式的比較器，或外接多個(gè)門電路等，門電路采用集成電路的形式。并聯(lián)電力濾波器濾波性能計(jì)算單元調(diào)用其他計(jì)算單元的計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步計(jì)算出諧波濾除率，并發(fā)送給比較單元，比較單元將諧波濾除率與4×4矩陣式鍵盤輸入的設(shè)定值比較，判斷各濾波支路的諧波濾除率是否低于設(shè)定值，如某路濾波支路濾除率低于設(shè)定值，則比較單元發(fā)送信號(hào)使LCD顯示模塊顯示該路濾波支路報(bào)警。

而且，并聯(lián)電力濾波器濾波性能計(jì)算單元調(diào)用基本諧波參數(shù)計(jì)算單元中計(jì)算出的各濾波支路的諧波電壓含有率，比較單元判斷諧波電壓含有率是否超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，以確定濾波支路是否產(chǎn)生諧振，并將比較結(jié)果發(fā)送給LCD顯示模塊顯示。

進(jìn)入DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊的信號(hào)由FFT變換計(jì)算單元進(jìn)行快速傅里葉變換后分解為直流分量、基波和各高次諧波分量。如圖2所示，母線電壓經(jīng)FFT變換后分解為包含直流電壓、基波峰值電壓、2次諧波峰值電壓、3次諧波峰值電壓、直至i次諧波峰值電壓的一組數(shù)據(jù)。本段總進(jìn)線電流經(jīng)FFT變換后分解為包含直流電流、基波峰值電流、2次諧波峰值電流、3次諧波峰值電流、直至i次諧波峰值電流的一組數(shù)據(jù)。對應(yīng)每個(gè)濾波支路電流，每個(gè)濾波支路電流經(jīng)FFT變換后分解為包含濾波支路直流電流、基波峰值電流、2次濾波支路諧波峰值電流、3次濾波支路諧波峰值電流、直至i次濾波支路諧波峰值電流的一組數(shù)據(jù)。分解后的電流和電壓分量送入基本諧波參數(shù)計(jì)算單元，通過各個(gè)計(jì)算單元進(jìn)行各項(xiàng)電能質(zhì)量參數(shù)計(jì)算?；局C波參數(shù)計(jì)算單元內(nèi)包含有諧波電壓含有率計(jì)算單元、諧波電流含有率計(jì)算單元、諧波電壓含量計(jì)算單元、諧波電流含量計(jì)算單元、電壓總諧波畸變率計(jì)算單元、電流總諧波畸變率計(jì)算單元、并聯(lián)電力濾波器無功功率計(jì)算單元。計(jì)算得到包含第i次諧波電壓含有率、第i次諧波電流含有率、諧波電壓含量、諧波電流含量、電壓總諧波畸變率、電流總諧波畸變率、第i次諧波峰值電壓、第i次諧波峰值電流、并聯(lián)電力濾波器無功功率的一組數(shù)據(jù)。

經(jīng)基本諧波參數(shù)計(jì)算單元得出的各項(xiàng)參數(shù)再被并聯(lián)電力濾波器濾波性能計(jì)算單元調(diào)用，在并聯(lián)電力濾波器濾波性能計(jì)算單元中計(jì)算諧波濾除率、諧波諧振。例如，根據(jù)總進(jìn)線電流變換后的諧波分量電流有效值、并聯(lián)電力濾波器濾波支路的諧波電流有效值，計(jì)算出并聯(lián)電力濾波器諧波濾除率。對應(yīng)2次諧波支路，計(jì)算出2次諧波濾除率、2次諧波諧振。對應(yīng)i次諧波支路，則計(jì)算出2至i次諧波濾除率、2至i次諧波諧振。并且，在并聯(lián)電力濾波器濾波性能計(jì)算單元中已經(jīng)輸入了各項(xiàng)國標(biāo)、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的參數(shù)指標(biāo)，尤其是GB14549-93中規(guī)定的各項(xiàng)電流、電壓參數(shù)的限值，從而比較得出并聯(lián)電力濾波器的各次諧波濾除能力。

優(yōu)選地，還設(shè)置有4×4矩陣式鍵盤，通過4×4矩陣式鍵盤輸入并聯(lián)電力濾波器供電系統(tǒng)參數(shù)(公共連接點(diǎn)的電壓等級(jí)、基準(zhǔn)短路容量、公共連接點(diǎn)的最小短路容量等)以及各濾波支路設(shè)備參數(shù)(公共連接點(diǎn)的基準(zhǔn)短路容量、公共連接點(diǎn)的最小短路容量、電容值、額定電壓、串并聯(lián)數(shù)等)、電抗器(電感量、品質(zhì)因數(shù)、調(diào)諧頻率等)、并聯(lián)電力濾波器接線方式等參數(shù)，并依據(jù)輸入的參數(shù)計(jì)算出濾波支路的基波電流，并且，判斷各濾波支路的諧波電壓含有率是否超出行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)范圍，以確定濾波支路是否產(chǎn)生諧振，并在LCD顯示模塊中作狀態(tài)顯示。

此外，如圖1所示，DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊的外擴(kuò)I/O接口與跳閘繼電器連接，具體地說，是對應(yīng)每個(gè)濾波支路電流采集模塊，均與一個(gè)跳閘繼電器連接。在每個(gè)濾波支路上，還設(shè)置有濾波支路斷路器/接觸器，通過跳閘繼電器來控制斷路器/接觸器的通斷。DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)監(jiān)控保護(hù)裝置分析得出并聯(lián)電力濾波器中i次濾波支路產(chǎn)生諧振時(shí)，會(huì)發(fā)出跳閘信號(hào)，依次斷開最高次至i次濾波支路，同時(shí)LCD顯示模塊顯示諧振報(bào)警，其中i為大于1的自然數(shù)。

本實(shí)用新型利用電壓采集模塊、電流采集模塊、濾波支路電流采集模塊采集得到母線電壓數(shù)據(jù)、本段總進(jìn)線電流數(shù)據(jù)、各濾波支路的電流數(shù)據(jù)，并經(jīng)過DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊運(yùn)算得到濾波諧振數(shù)據(jù)，從而判斷濾波支路是否產(chǎn)生諧振。并且，如產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，則通過跳閘繼電器及時(shí)控制斷路器或接觸器分閘，保護(hù)并聯(lián)電力濾波器不受損壞。本實(shí)用新型的基于多通道采樣的并聯(lián)電力濾波器監(jiān)控保護(hù)裝置可以對復(fù)雜供電系統(tǒng)中在網(wǎng)運(yùn)行的并聯(lián)電力濾波器進(jìn)行較長時(shí)間段的諧波濾除性能測試，綜合判斷并聯(lián)電力濾波器的利用效率，并實(shí)時(shí)分析供電系統(tǒng)的諧波發(fā)生狀況，保護(hù)并聯(lián)電力濾波器設(shè)備。并且，同時(shí)對總進(jìn)線和并聯(lián)電力濾波器的電流電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，可以對系統(tǒng)側(cè)和并聯(lián)電力濾波器側(cè)諧波進(jìn)行同步計(jì)算、分析，避免了系統(tǒng)和并聯(lián)電力濾波器分別測試，因外部干擾因素而造成的數(shù)據(jù)分析的誤差。

此外，DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊外接有非易失性存儲(chǔ)單元，用以保存DSP處理運(yùn)行中的臨時(shí)數(shù)據(jù)以及FFT變換計(jì)算單元、基本諧波參數(shù)計(jì)算單元、并聯(lián)電力濾波器濾波性能計(jì)算單元計(jì)算得出的各種用于保存和顯示的數(shù)據(jù)，供用戶查閱和數(shù)據(jù)分析。而LCD顯示模塊可以隨時(shí)調(diào)用非易失性存儲(chǔ)單元內(nèi)所有數(shù)據(jù)并顯示并聯(lián)電力濾波器性能及供電系統(tǒng)電能質(zhì)量各項(xiàng)參數(shù)，同時(shí)可通過通訊接口模塊讀取非易失性存儲(chǔ)單元內(nèi)的所有數(shù)據(jù)。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。