CN102305892A - 一种新型电网谐波检测分析装置 - Google Patents

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吴维华
章关明
陶俊杰
郭佳伟
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Abstract

本发明涉及一种新型电网谐波检测分析装置,包括主控计算机,所述主控计算机上连接有能实现人机对话的键盘、显示屏和打印机,主控计算机上还通过RS485接口连接有实现数据的通讯、执行mudbus协议的电网数据采集模块、谐波监测分析模块和高压瞬态尖峰信号采集模块。本发明主要解决了在电能质量管理中对高次谐波的分析问题,尤其是小波和小波包变换方法的应用,对于高次谐波、高频噪声、尖峰信号等杂波信号的检测及分析发挥了重要作用。

Description

一种新型电网谐波检测分析装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种分析装置,特别是涉及一种新型电网谐波检测分析装置。 背景技术
[0002] 随着电力电子技术的迅猛发展,越来越多的控制设备、自动化设备对电能质量要求敏感,且被广泛应用于工农业生产和人们的日常生活。这些都对电能质量提出了越来越高的要求。广大用电客户在关注电能质量的同时,在电力系统内却增加了大量的非线性负载,从低压小容量家用电器到高压大容量工业交直流变换装置,如静止变流器,由于静止变流器是以开关方式工作的,会引起电网电流、电压波形畸变,产生电网的谐波污染。此外,电弧炉、大型轧钢机、电力机车等冲击性、波动性负荷,运行中不仅会产生大量的高次谐波,而且使得电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重。这些不利影响非但会导致供用电设备的安全性降低,而且会严重削弱和干扰电网的安全经济运行,造成电网的“公害”,甚至导致继电保护误动、计量失准和用户电器设备损坏。
[0003] 国内的谐波研究工作在上世纪80年代已起步,但由于对谐波的危害认识不足,特别是对高频率的高次谐波(如50次以上的高次谐波)、电涌、高频噪声、尖峰信号等杂波的危害认识不足,采取的措施力度不大。大功率变频器、电子整流器、调光器、开关电源的普遍应用已给电网上产生新的谐波污染,因此电网质量日趋恶化,对电网和用电设备的安全带来严重危害,有的已造成事故。据国外研究表明,高频率的高次谐波的危害性与低频率的高次谐波(如3,5,7,9次谐波)的危害性之比是9 : 1。实际我国对电网污染的研究主要是针对25次谐波以下,而在50次以上高次谐波的研究基本还是空白。针对高频率的高次谐波(如50次以上的高次谐波)、电涌、高频噪声、尖峰信号等杂波的检测和治理,几乎无同类技术和产品。
发明内容
[0004] 针对上述问题,本发明的主要目的在于提供一种在电能质量管理中对高次谐波的分析问题,尤其是小波和小波包变换方法的应用,对于高次谐波、高频噪声、尖峰信号等杂波信号的检测及分析发挥了重要作用的新型电网谐波检测分析装置。
[0005] 本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:一种新型电网谐波检测分析装置,所述装置包括主控计算机,所述主控计算机上连接有能实现人机对话的键盘、显示屏和打印机,主控计算机上还通过RS485接口连接有实现数据的通讯、执行mudbus协议的电网数据采集模块、谐波监测分析模块和高压瞬态尖峰信号采集模块。
[0006] 在本发明的具体实施例子中,所述电网数据采集模块由一个包括采样保持电路、 A/D转换电路和LED数码管显示及小键盘输入的单片机系统构成,用户电网通过互感器接入电网数据采集模块,模块将电网实时参数在LED上显示出来,通过键盘,所述电网数据采集模块设置限位值,一旦出现实时电网超出限位值,则模块可以输出报警信号。
[0007] 在本发明的具体实施例子中,所述实时参数包括电压、电流、频率。[0008] 在本发明的具体实施例子中,所述谐波监测分析模块包括电压输入采样电路、电流输入采样电路、信号调理电路、A/D转换电路和单片机系统,电压输入采样电路输出的电压和电流输入采样电路输出的电流经过信号调理电路后进入A/D转换电路,然后进入单片机系统。
[0009] 在本发明的具体实施例子中,所述电压输入采样电路采用电阻分压及补偿电容电路,电流输入采样电路采用频率相应达IOOkHz的宽频的电流钳子,采样后的电压、电流信号经过调理,通过选择开关分别由高速A/D转换器进行模数转换,并进行数字信号处理。
[0010] 在本发明的具体实施例子中,所述数字信号处理包括将信号的高频和低频部分分别进行处理,对于包含噪音和奇异信息的高频成分,利用小波和小波包变换确定信号突变点和高频谐振的发生时刻及幅值;对于低频成分通过快速傅立叶变换,确定各次谐波的含量。
[0011] 在本发明的具体实施例子中,所述高压瞬态尖峰信号采集模块包括电压输入采样电路、采样保持电路、A/D转换电路及单片机系统,电压输入采样电路采用电阻分压电路组成,输入端加接提高采样瞬变信号的能力的补偿电容,使设备既能采集到2500V高压、1 μ s 的尖峰信号,又能检测电网电压的高低的变动,采样后的电压信号经采样保持、A/D转换器进行模数转换后存储在非易失存储器内,并能传送到自动检测系统的主控计算机中。
[0012] 本发明的积极进步效果在于:本发明提供的新型电网谐波检测分析装置具有以下优点:本发明主要解决了在电能质量管理中对高次谐波的分析问题,尤其是小波和小波包变换方法的应用,对于高次谐波、高频噪声、尖峰信号等杂波信号的检测及分析发挥了重要作用。
附图说明
[0013] 图1是本发明的电网谐波监测分析装置结构示意图。
[0014] 图2是本发明的电网数据采集模块的结构示意图。
[0015] 图3是本发明的高压瞬态尖峰信号采集模块的结构示意图。
[0016] 图4是本发明的谐波检测分析模块的结构示意图。
具体实施方式
[0017] 下面结合附图给出本发明较佳实施例,以详细说明本发明的技术方案。
[0018] 图1是本发明的电网谐波监测分析装置结构示意图,如图1所示:本发明包括主控计算机,所述主控计算机上连接有能实现人机对话的键盘、显示屏和打印机,主控计算机上还通过RS485接口连接有实现数据的通讯、执行mudbus协议的电网数据采集模块、谐波监测分析模块和高压瞬态尖峰信号采集模块。
[0019] 图2是本发明的电网数据采集模块的结构示意图,如图2所示:电网数据采集模块由一个包括采样保持电路、A/D转换电路和LED数码管显示及小键盘输入的单片机系统构成,用户电网通过互感器接入电网数据采集模块,模块将电网实时参数(包括电压、电流、 频率等)在LED上显示出来。通过键盘,模块可设置限位值,一旦出现实时电网超出限位值, 则模块可以输出报警信号。
[0020] 图3是本发明的高压瞬态尖峰信号采集模块的结构示意图,如图3所示:高压瞬态尖峰信号采集模块主要由电压输入采样、采样保持、A/D转换电路及单片机系统组成。电压输入采样端采用电阻分压电路组成,输入端加接补偿电容以提高采样瞬变信号的能力,使设备既能采集到2500V高压、1 μ s的尖峰信号,又能检测电网电压的高低的变动。采样后的电压信号经采样保持、A/D转换器进行模数转换后存储在非易失存储器(如固态硬盘、CF 卡等)内,并可传送到自动检测系统的主控计算机中。
[0021 ] 图4是本发明的谐波检测分析模块的结构示意图。根据附图4,谐波分析模块主要由电压输入采样、电流输入采样、信号调理、A/D转换电路及单片机系统组成。电压输入采样端采用电阻分压及补偿电容电路,还提高了采样信号的带宽,以有利于对高频信号的频谱分析;电流输入采样端采用频率相应达IOOkHz的宽频的电流钳子。采样后的电压、电流信号经过调理,通过选择开关分别由高速A/D转换器进行模数转换,并进行数字信号处理。
[0022] 模块采用不同的滤波器将信号的高频和低频部分分离,分别进行处理。对于包含噪音和奇异信息的高频成分,利用小波和小波包变换,建立足够小的时域或频域分析数学模型,取得最佳的分辨率,然后确定信号突变点和高频谐振的发生时刻,并通过谐振的幅值来计算谐波的能量状况;对于相对连续性较好的低频成分则通过FFT (快速傅立叶变换), 确定各次谐波的含量。
[0023] 各模块的实时采样数据包括谐波分析的数据都存入相应的非易失性存储器中, 主控计算机可通过RS485接口用指令调用接收各模块的实时数据,并建立对应的数据库。 RS485接口带红外线光耦隔离,以防止高压窜入计算机及提高系统通讯的抗干扰能力。主控计算机通过键盘、显示屏、打印机实现人机对话,操作员可通过键盘输入查询信息,或者进行数据分析。
[0024] 本发明主要解决了在电能质量管理中对高次谐波的分析问题,尤其是小波和小波包变换方法的应用,对于高次谐波、高频噪声、尖峰信号等杂波信号的检测及分析发挥了重要作用。
[0025] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内,本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1. 一种新型电网谐波检测分析装置,其特征在于:所述装置包括主控计算机,所述主控计算机上连接有能实现人机对话的键盘、显示屏和打印机,主控计算机上还通过RS485 接口连接有实现数据的通讯、执行mudbus协议的电网数据采集模块、谐波监测分析模块和高压瞬态尖峰信号采集模块。
2.根据权利要求1所述的新型电网谐波检测分析装置,其特征在于:所述电网数据采集模块由一个包括采样保持电路、A/D转换电路和LED数码管显示及小键盘输入的单片机系统构成,用户电网通过互感器接入电网数据采集模块,模块将电网实时参数在LED上显示出来,通过键盘,所述电网数据采集模块设置限位值,一旦出现实时电网超出限位值,则模块可以输出报警信号。
3.根据权利要求2所述的新型电网谐波检测分析装置,其特征在于:所述实时参数包括电压、电流、频率。
4.根据权利要求1所述的新型电网谐波检测分析装置,其特征在于:所述谐波监测分析模块包括电压输入采样电路、电流输入采样电路、信号调理电路、A/D转换电路和单片机系统,电压输入采样电路输出的电压和电流输入采样电路输出的电流经过信号调理电路后进入A/D转换电路,然后进入单片机系统。
5.根据权利要求4所述的新型电网谐波检测分析装置,其特征在于:所述电压输入采样电路采用电阻分压及补偿电容电路,电流输入采样电路采用频率相应达IOOkHz的宽频的电流钳子,采样后的电压、电流信号经过调理,通过选择开关分别由高速A/D转换器进行模数转换,并进行数字信号处理。
6.根据权利要求5所述的新型电网谐波检测分析装置,其特征在于:所述数字信号处理包括将信号的高频和低频部分分别进行处理,对于包含噪音和奇异信息的高频成分,利用小波和小波包变换确定信号突变点和高频谐振的发生时刻及幅值;对于低频成分通过快速傅立叶变换,确定各次谐波的含量。
7.根据权利要求1所述的新型电网谐波检测分析装置,其特征在于:所述高压瞬态尖峰信号采集模块包括电压输入采样电路、采样保持电路、A/D转换电路及单片机系统,电压输入采样电路采用电阻分压电路组成,输入端加接提高采样瞬变信号的能力的补偿电容, 使设备既能采集到2500V高压、1 μ s的尖峰信号,又能检测电网电压的高低的变动,采样后的电压信号经采样保持、A/D转换器进行模数转换后存储在非易失存储器内,并能传送到自动检测系统的主控计算机中。
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