CN101871984A

CN101871984A - 船舶电能质量检测装置及检测方法

Info

Publication number: CN101871984A
Application number: CN 201010190235
Authority: CN
Inventors: 陈馨; 张聪; 付志超; 姜波; 罗文明
Original assignee: 712th Research Institute of CSIC
Current assignee: 712th Research Institute of CSIC
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2010-10-27

Abstract

本发明涉及船舶电能质量检测装置及检测方法，包括电压传感器、电流传感器、信号调理电路、数据采集卡及计算机；还包括：启动界面模块、参数修正模块、数据采集模块、谐波分析模块、波形显示模块、报警模块、数据存储模块、远程监控模块、报表生成模块、数据重现回放模块；电压传感器、电流传感器通过插件与信号调理电路连接；所述的数据采集卡，其数据采集通道为3-12个，分辨率大于等于19位、小于等于36位。方法包括开始、启动、数据预处理程序。本发明的优点为：检测实时性好、检测指标多、测量误差小、工作量小及效率高，还能远程监控；依据测试结果指导船舶电力系统的技术改造，提高能源利用效率，降低功率损耗。

Description

船舶电能质量检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及船舶电能质量检测装置及检测方法，属于电力系统检测技术领域，特别适用于采用变频调速装置的船舶综合电力推进系统中电力系统的检测。

背景技术

电能质量检测装置是用于对电力系统的电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、三相电压不平衡度、三相电流不平衡度和功率因数进行测量。利用测量结果，了解电能质量，提高用电效率，降低损耗，改善电气环境，增加总体效益。

20世纪80年代以来，综合电力推进技术已经逐步成为现代船舶动力发展的趋势，并得到广泛应用。船舶综合电力推进系统之所以能快速发展，很大程度上归功于近年来电力电子技术、现代控制技术、微电子技术和计算机技术的进步，使交流调速技术取得了突破性进展，交流电动机的调速性能已经达到甚至超过直流电动机，而且交流电动机功率很大，可以满足现代船舶电力推进对电动机容量的要求。

交流推进电动机的调速主要采用变频调速，这就要求向交流电机供电的电源能够同时改变电压幅值和频率。在采用电力电子器件实现变频调速的过程中，由于电力半导体器件的开关特性，在其输入和输出侧的电压和电流都会出现波形的畸变，产生大量的谐波。此外，船舶上使用了较多的非线性负载，如冲击负荷设备等也会产生谐波，特别是大功率的设备及其相应的电力变换装置的投入使用，必将产生更加丰富的谐波。

对船舶综合电力推进系统而言，大量的谐波存在，会使发电、输出和用电设备的效率降低、电气设备出现过热，产生震动和噪音，并导致绝缘老化、使用寿命缩短，甚至发生设备故障或烧毁；谐波还会引起船舶继电保护设备和自动控制装置的可靠性降低，导致产生误动作；另外，谐波对通信设备和电子设备也会产生严重干扰。所以，在采用综合电力推进的船舶上，谐波是一个必须认真解决的问题。

目前船舶电能质量检测装置，绝大部分采用第三代测试仪器——智能仪器，如便携式电能质量检测装置、手持式电能质量检测装置，它们主要利用数字技术和硬件来实现，很容易受到外界环境的影响，且测量精度不是很高，在检测不同指标时，需要更换相应硬件，这给检测和分析带来很多不便，为实现更多参数的测试，就必须额外配有辅助硬件，大大增加了体积和成本，而且给仪器的升级带来不便。传统的电能检测装置实时性较差，不能实时地保存大量数据，不便于观察历史数据，而现代的电能质量监测系统需要处理和保存大量数据。现有技术目前广泛采用的是统计型电压表检测电压合格率，采用便携式谐波分析仪测量谐波水平。这种电能质量检测手段和管理模式存在实时性差、检测指标少、测量误差大、工作量大及效率低等局限性。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术存在的缺点，实现对船舶电力系统的电能进行检测，包括对船舶电力系统的电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、三相电压不平衡度、三相电流不平衡度、频率进行测量，同时能对信号数据进行记录存储、报警、数据重现回放、报表打印、远程监控，实现检测实时性好、检测指标多、测量误差小、工作量小及效率高的目的。依据测试结果指导船舶电力系统的技术改造，提高能源利用效率，降低功率损耗。

本发明的船舶电能质量检测装置的技术方案是：它包括电压传感器、电流传感器、信号调理电路、数据采集卡及计算机；软件模块包括：启动界面模块、参数修正模块、数据采集模块、谐波分析模块、波形显示模块、报警模块、数据存储模块、远程监控模块、报表生成模块、数据重现回放模块；所述的电压传感器、电流传感器通过插件与信号调理电路连接，该信号调理电路通过信号线与数据采集卡连接，用于将电压传感器、电流传感器输出的电压信号、电流信号转换成数据采集卡能接收的信号；所述的数据采集卡，其数据采集通道为3-12个，数据采集卡的分辨率大于等于19位、小于等于36位。

本发明所述的数据采集卡，它与变频器Δ绕组和Y绕组的a相和b相及c相连接，用于接收包括变频器Δ绕组和Y绕组的a相和b相及c相的电压及电流信号。

本发明所述的数据采集卡选用0-10V输入、24位分辨率、50ks/s/ch、通道同步采样、抗混叠和防泄漏的数据采集卡。

本发明所述的数据采集卡与计算机是USB即插即用的插口连接。

本发明所述的谐波分析模块，用于分析计算采集卡采集的数据信号，计算出电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、三相电压不平衡度、三相电流不平衡度以及频率。

本发明所述的数据重现回放模块，它是一个包括历史数据加载、数据通道选择、数据图形变换、波形左/右移动、波形暂停、快/慢速回放、回放时段选择、幅基选择、时基选择部分的数据重现回放模块。

本发明所述的远程监控模块，它与多个独立的本地检测装置用网线接到局域网，用于实现单个远程监控或多个同时远程监控。

本发明所述的报表生成模块，它与ActiveX自动化服务器相连接，用于控制Word的属性和方法，从而生成报表。

本发明的船舶电能质量检测方法的技术方案是：

a)开始：将电压传感器与插件中的A、B插件连接，电流传感器与插件中的C、D插件连接；

b)启动：打开控制柜空开，按下控制柜操作面板的系统启动按钮，打开计算机启动程序；

c)数据预处理：包括打开Labview平台，调用软件包，系统初始化；

d)数据采集与测试：启动数据采集卡，多通道数据采集；

e)数据处理：包括数据重现回放、数据读写、数据打印、远程通信；

f)停止：退出运行程序。

本发明的船舶电能质量检测方法，所述的开始步骤a)，是将插件A对应的电压传感器a、b、c分别接到变压器副边的Δ绕组的a、b、c相；将插件B对应的电压传感器a、b、c分别接到变压器副边的Y绕组的a、b、c相；将插件C对应的电流传感器a、b、c分别接到变压器副边的Δ绕组的a、b、c相；将插件D对应的电流传感器a、b、c分别接到变压器副边的Y绕组的a、b、c相；所述的数据预处理步骤c)，是在进入“非正弦条件下电能检测系统”界面时，在主菜单下的查看栏中，点击“参数修正”，输入各个通道的修正参数；在“变压器Y绕组测试”插页中，在“数据输入路径”中输入检测数据要保存的路径；在“报警查询”插页中，清除报警历史。

本发明的效果是：本船舶电能质量检测装置及检测方法是用于对船舶综合电力推进系统的电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、三相电压不平衡度、三相电流不平衡度和频率进行测量，同时能对信号数据进行存储记录，数据重现回放和分析及远程监控。具有易用性和高性价比、性能优越、灵活性大、快速和高精度的测量功能，实现检测实时性好、检测指标多、测量误差小、工作量小及效率高的目的。依据测试结果指导船舶电力系统的技术改造，提高能源利用效率，降低功率损耗。

附图说明

图1为本发明检测装置总体结构图；

图2为本发明检测装置整体框图；

图3为采用本发明装置的船舶电能质量检测方法流程图；

图4为有效值计算流程图；

图5为功率计算流程图；

图6为电压不平衡度计算流程图；

图7为频率计算流程图；

图8为数据回放流程图；

图9为远程监控添加用户流程图。

图中标记的名称为：1.1-电压传感器；1.2-电流传感器；2-信号调理电路；3-数据采集卡；4-计算机；5-插件。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明船舶电能质量检测装置作进一步说明如下：

实施例1：如附图1、2、3所示，一种船舶电能质量检测装置，它有一个电压传感器1.1、电流传感器1.2，信号调理电路2，数据采集卡3及计算机4；软件模块包括：启动界面模块、参数修正模块、数据采集模块、谐波分析模块、波形显示模块、报警模块、数据存储模块、远程监控模块、报表生成模块、数据重现回放模块；所述的电压传感器1.1、电流传感器1.2通过插件与信号调理电路2连接，该信号调理电路2通过信号线与数据采集卡3连接，用于将电压传感器1.1、电流传感器1.2输出的电压信号、电流信号转换成数据采集卡3能接收的信号。所述的数据采集卡3，其数据采集通道为3-12个，本实施例如图1所示有12个，数据采集卡3的分辨率大于等于19位、小于等于36位，本实施例为24位。所述的数据采集卡3，它与变频器Δ绕组和Y绕组的a相和b相及c相连接，用于接收包括变频器Δ绕组和Y绕组的a相和b相及c相的电压及电流信号。所述的数据采集卡3选用±10V输入、50ks/s/ch、通道同步采样、抗混叠和防泄漏的数据采集卡。所述的数据采集卡3与计算机是USB即插即用的插口连接。所述电压传感器1.1是原边电压测量范围为0-±1500V的电压感器，电流传感器1.2是原边电流测量范围为0-±2000A的电流传感器。所述的谐波分析模块，用于分析计算采集卡采集的数据信号，计算出电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、三相电压不平衡度、三相电流不平衡度以及频率。所述的数据重现回放模块，它是一个包括历史数据加载、数据通道选择、数据图形变换、波形左/右移动、波形暂停、快/慢速回放、回放时段选择、幅基选择、时基选择部分的数据重现回放模块。所述的远程监控模块，它与多个独立的本地检测装置用网线接到局域网，用于实现单个远程监控或多个同时远程监控。所述的报表生成模块，它与ActiveX自动化服务器相连接，用于控制Word的属性和方法，从而生成报表。

实施例2：与上述实施例1不同的是：所述的数据采集卡3选用36位分辨率，8个采集通道同步采集。

实施例3：与上述实施例1不同的是：与上述实施例1不同的是：所述的数据采集卡3选用19位分辨率，4个采集通道同步采集。

实施例4：如附图示，采用本发明装置的船舶电能质量检测方法实施例如下：

a)开始：将电压传感器1.1与插件5中的A、B插件连接，电流传感器1.2与插件5中的C、D插件连接；将插件A对应的电压传感器1.1的a、b、c分别接到变压器副边的Δ绕组的a、b、c相；将插件B对应的电压传感器1.1的a、b、c分别接到变压器副边的Y绕组的a、b、c相；将插件C对应的电流传感器1.2的a、b、c分别接到变压器副边的Δ绕组的a、b、c相；将插件D对应的电流传感器1.2的a、b、c分别接到变压器副边的Y绕组的a、b、c相；

b)启动：打开控制柜空开，按下控制柜操作面板的系统启动按钮，打开计算机4启动程序；

c)数据预处理：包括打开Labview平台，调用软件包，系统初始化；进入“非正弦条件下电能检测系统”界面，在主菜单下的查看栏中，点击“参数修正”，输入各个通道的修正参数；在“变压器Y绕组测试”插页中，在“数据输入路径”中输入检测数据要保存的路径；在“报警查询”插页中，清除报警历史；

d)数据采集与测试：启动数据采集卡，多通道数据采集；在“变压器Δ绕组测试”的插页中，用鼠标按下“运行”按钮，开始采集数据，这时在“变压器Δ绕组测试”和“变压器Y绕组测试”插页中都实时显示各种数据；在“报警查询”插页中会及时显示报警情况并有相应的提示和说明；在“谐波分析”插页中，可以选择单独查看每个通道的波形图、FFT(均方根)和相应的幅值谱；在“波形显示”插页中，可以选择显示多个通道的波形并可以设置相应波形的显示方式和颜色；

e)数据处理：包括数据重现回放、数据读写、数据打印、远程通信；数据回放是针对在采集系统中存储的数据，选择要回访的数据文件，选择要回放的数据通道，这里有12个通道，可以设置每个波形的显示样式和颜色，同时可以选择波形左移、波形右移、波形暂停、快/慢速回放、回放时段选择、幅基选择、时基选择等；

f)停止：退出运行程序；数据采集完毕后，在菜单的操作选项里选择“停止”，选择“退出”退出运行程序。

在实施本发明船舶电能质量检测方法时数据处理流程如下：

如图4所示：为有效值计算流程；如图5所示：为功率计算流程；如图6所示：为电压不平衡度计算流程；如图7所示：为频率计算流程；如图8所示：为数据回放流程；如图9所示：为远程监控添加用户流程.

本发明的权利要求保护范围不限于上述实施例。

Claims

1.一种船舶电能质量检测装置，其特征在于，它包括电压传感器、电流传感器、信号调理电路、数据采集卡及计算机；软件模块包括：启动界面模块、参数修正模块、数据采集模块、谐波分析模块、波形显示模块、报警模块、数据存储模块、远程监控模块、报表生成模块、数据重现回放模块；所述的电压传感器、电流传感器通过插件与信号调理电路连接，该信号调理电路通过信号线与数据采集卡连接，用于将电压传感器、电流传感器输出的电压信号、电流信号转换成数据采集卡能接收的信号；所述的数据采集卡，其数据采集通道为3-12个，数据采集卡的分辨率大于等于19位、小于等于36位。

2.根据权利要求1所述的船舶电能质量检测装置及检测方法，其特征在于，所述的数据采集卡，它与变频器Δ绕组和Y绕组的a相和b相及c相连接，用于接收包括变频器Δ绕组和Y绕组的a相和b相及c相的电压信号及电流信号。

3.根据权利要求1或2所述的船舶电能质量检测装置及检测方法，其特征在于，所述的数据采集卡选用0-10V输入、24位分辨率、50ks/s/ch、通道同步采样、抗混叠和防泄漏的数据采集卡。

4.根据权利要求1或2所述的船舶电能质量检测装置及检测方法，其特征在于，所述的数据采集卡与计算机是USB即插即用的插口连接。

5.根据权利要求1所述的船舶电能质量检测装置及检测方法，其特征在于，所述的谐波分析模块，用于分析计算采集卡采集的数据信号，计算出电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、三相电压不平衡度、三相电流不平衡度以及频率。

6.根据权利要求1所述的船舶电能质量检测装置及检测方法，其特征在于，所述的数据重现回放模块，它是一个包括历史数据加载、数据通道选择、数据图形变换、波形左/右移动、波形暂停、快/慢速回放、回放时段选择、幅基选择、时基选择部分的数据重现回放模块。

7.根据权利要求1所述的船舶电能质量检测装置，其特征在于，所述的远程监控模块，它与多个独立的本地检测装置用网线接到局域网，用于实现单个远程监控或多个同时远程监控。

8.根据权利要求1所述的船舶电能质量检测装置及检测方法，其特征在于，所述的报表生成模块，它与ActiveX自动化服务器相连接，用于控制Word的属性和方法，从而生成报表。

9.一种采用权利要求1所述的装置进行船舶电能质量检测方法，其特征在于，它包括下述步骤：

d)数据采集与测试：启动数据采集卡，多通道数据采集；

f)停止：退出运行程序。

10.根据权利要求9所述的船舶电能质量检测方法，其特征在于，所述的开始步骤a)，是将插件A对应的电压传感器a、b、c分别接到变压器副边的Δ绕组的a、b、c相；将插件B对应的电压传感器a、b、c分别接到变压器副边的Y绕组的a、b、c相；将插件C对应的电流传感器a、b、c分别接到变压器副边的Δ绕组的a、b、c相；将插件D对应的电流传感器a、b、c分别接到变压器副边的Y绕组的a、b、c相；所述的数据预处理步骤c)，是在进入“非正弦条件下电能检测系统”界面时，在主菜单下的查看栏中，点击“参数修正”，输入各个通道的修正参数；在“变压器Y绕组测试”插页中，在“数据输入路径”中输入检测数据要保存的路径；在“报警查询”插页中，清除报警历史。