CN103439569A - 一种宽范围量程自适应电压质量监测方法 - Google Patents

Abstract

一种宽范围量程自适应的电压质量监测方法，它包括以下步骤：对采样得到的电压以及频率的有效值进行滑窗平均滤波，在频率偏差有效范围内，计算滤波输出电压与各标称电压的最小电压偏差率，对连续多周期最小电压偏差率进行分析，得到当前系统电压等级。本发明通过计算采样电压与各标称电压的电压偏差率，对连续计算的电压偏差率结果进行智能分析，推导出当前系统的额定电压，实现电压监测量程自适应，无需人工干预的情况下，完成电压质量监测，统计电压合格率等。

Description

一种宽范围量程自适应电压质量监测方法

技术领域

 本发明涉及一种用于电压质量监测装置中宽范围、量程自适应的电压质量监测方法。

背景技术

目前，在过去很长一段时间内，我国的电力供应一直比较紧张，人们把关注的焦点放在电力供应上面，对电能质量关注不多。自动20世纪80年代以来，随着电力供应紧张局面的逐步缓解、电能质量的日益恶化以及电力用户对电能质量要求的不断提高，电能质量已经成为电力部门和用户日益关注的问题。电能质量是供电部门和用户都十分关注的问题，因为它不仅涉及供电部门的利益，也涉及用户的利益，电压质量是电能质量非常重要的组成部分，近几年来，随着冶金工业、化学工业及电气铁路的发展，非线性用电设备越来越多，造成电力系统电压波形严重畸变，不仅给发、供电设备及用户用电设备带来严重危害，而且给国民经济带来较大损失。 

随着电力系统对电压质量监测越来越重视，电压监测装置被广泛应用，我国供配电系统，常见的模式有高供低计、低供低计；高供低计，通常电压监测装置位于变压器二次侧，电压等级为3*57.7/100V；低供低计，电压等级为3*220/380V。通常不同的电压等级、不同的电网频率需要不同的电压监测装置，并且配置当前额定电压、频率等参数，才能进行电压质量的监测，增加了设备管理、维护的复杂度，提高了维护成本；如果要一种装置，同时适应不同电压等级、电网频率、无需人工干预量程自适应，必须要有一种新的方法。

发明内容

本发明的目的是针对目前不同的电压等级、不同的电网频率需要不同的电压监测装置，并且配置当前额定电压、频率等参数，才能进行电压质量的监测，设备管理、维护的复杂度高，维护成本高的问题，提出一种宽范围量程自适应电压质量监测方法。本发明的电压监测装置可以适应不同电压等级、电网频率并且具有量程自适应功能。

本发明的技术方案是：

一种宽范围量程自适应的电压质量监测方法，它包括以下步骤：对采样得到的的电压以及频率的有效值进行滑窗平均滤波，在频率偏差有效范围内，计算滤波输出电压与各标称电压的最小电压偏差率，对连续多周期最小电压偏差率进行分析，得到当前系统电压等级。

本发明的频率偏差有效范围是频率偏差率为：-10%～+10%。

本发明的方法具体包括以下步骤：

（A）、对采样的电压有效值进行滑窗平均滤波，得到滤波输出电压和滤波输出频率；

（B）、计算频率偏差率：频率偏差率=（滤波输出频率-工频频率）/工频频率×100%，如果频率偏差率在有效范围内，则转步骤C，否则跳转步骤A，继续进行滑窗平均滤波；

（C）、将滤波输出电压与各系统标称电压计算电压偏差率，电压偏差率=（滤波输出电压 – 系统标称电压）/系统标称电压×100%，将偏差率最小的标称电压及时间标签进行记录，如果一定周期内最小电压偏差率稳定的对应为同一种标称电压，则计算过程结束，此标称电压即为系统当前输入电压等级。

本发明的系统标称电压包括57.5V、100V、220V和380V。

本发明的步骤C中，周期为一分钟，如果一分钟内即计算5～10次电压偏差率，记录的标称电压均相同，则计算过程结束，此标称电压即为系统当前输入电压等级。

本发明中，如果连续十个周期内均不能得到稳定的标称电压，则取1小时内，以出现概率最高的最小偏差率对应的标称电压为当前系统输入额定电压。

本发明的有益效果：

本发明通过计算采样电压与各标称电压的电压偏差率，对连续计算的电压偏差率结果进行智能分析，推导出当前系统的额定电压，实现电压监测量程自适应，无需人工干预的情况下，完成电压质量监测，统计电压合格率等。

 

附图说明

图1是本发明的流程图。

 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明中，对输入交流电压信号进行A/D采样，对采样后的数据进行软件数字滤波，消除偶尔脉冲干扰以及周期性的干扰型号，确保后续运算的精确度，滤波后的采样数据，通过软件过零点检测，获取一个完整有效的周波信号（采用申请人为：江苏林洋电子股份有限公司、南京林洋电力科技有限公司；专利号为201310327370.1的一种低成本快速高精度交流电压信号采样系统获取周波信号），根据GB12325-2008，对电能质量的电压偏差约定，对连续十个完整周波通过均方根运算，计算电压有效值，及周波频率。周波频率根据第一个上升过零点与第二个上升过零点之间的点数间隔，乘以采样频率间隔，计算得到频率。

根据采样频率（50Hz工频，采样十个完整周波，耗时200ms），每秒计算得到5个电压有效值及频率值，对电压有效值及频率取滑窗平均，滑窗尺寸取10S（50点）。我国电力系统正常允许频率偏差是+/-0.2Hz，当系统容量较小时，频率偏差最大允许+/-0.5Hz，当供电系统出现故障时，频率值可能偏出最大允许范围，此时采样的电压有效值也属于故障电压。当频率误差在允许范围内时，再通过电压有效值及相应的电压偏差率反推系统标称电压。

为计算准确的电压偏差率，对采样计算的电压有效值进行滑窗平均滤波，滑窗时间尺寸取10S，将10秒内50个电压有效值取平均，作为计算电压偏差率的采样电压，即每10秒产生一个采样电压。滑窗平均算法如下：

根据公式：

电压偏差率=（滤波输出电压 – 系统标称电压）/系统标称电压×100%；

按GB12325-2008，对计算电压偏差率滑窗时间推荐为3S、1分钟、10分钟、1小时，在此，将计算电压偏差率滑窗取1小时。将采样电压，与各系统标称电压（57.5V、100V、220V、380V）计算电压偏差率，将偏差率最小的标称电压及时间标签，记录到电压偏差率滑窗，如果一分钟内（即计算6次电压偏差率），记录的标称电压相同，推导过程结束，取此标称电压为当前系统标称电压（额定电压）。

如果一分钟内，电压偏差率出现跳变（即计算得到的标称电压出现跳变），在后续十分钟内，继续捕捉连续一分钟稳定的标称电压计算值，如果十分钟未能捕捉到稳定的计算值，在此后一小时内，将不再继续捕捉连续一分钟稳定值，一小时采样计算结束后，对一小时滑窗内的计算值，进行概率统计，取出现概率最高的标称电压值为当前系统输入标称电压，推导过程结束。

通常，在电压监测装置上电后一分钟内，即可稳定可靠的推导出当前系统输入的标称电压，如果装置所处电网电压波动较大且频繁，通过长时间（1小时）概率统计分析，得到当前系统输入标称电压。当整个推导过程结束后，在整个系统运行过程中，以此标称电压为依据，分析电压质量，及统计电压合格率；系统下次上电，将再次重新推导，确保系统运行的稳定可靠。

具体实施时：

开关电源芯片选择美国仙童公司的FAN6300，外置1200V MOSfET，实现超宽电压输入范围（50Vac～450Vac）,MCU选择STM32系列32为ARM Cortex处理器，A/D采样使用MCU内置12位高精度A/D 通道，A/D采样通过硬件定时器驱动，每工频周期采样128个点，确保采样精度，A/D通道DMA使能，当一个ADC转换完成，发出ADC DMA请求，DMA直接将转换结果缓存至内存缓冲区，进一步减轻MCU负荷，保证采样实时性。

A/D采样的数据，经过两级数字滤波，首先通过限幅滤波消除偶尔脉冲干扰，再通过一阶滞后滤波，消除周期性的噪音信号，确保后续运算的精确度，抑制信号的失真。经过滤波后的采样值，通过软件过零检测，找到连续三个过零点，并且相邻两个过零点上升、下降趋势相反，即为一个完整周波，第一个过零点与第三个过零点时间差，即为周波频率，对十个完整周波进行均方根运算，获得稳定的电压有效值。

当频率偏差在允许范围内（+/-0.5Hz）时，对电压有效值与各电压等级标称电压计算偏差率，记录最小偏差率及时标；连续1分钟内，最小偏差率为同一标称电压，则此标称电压为当前系统输入的标称电压。如果计算过程中，频率偏差超过允许范围，所有计算结果清空，重新开始推导过程。

如果1分钟内，最小偏差率出现跳变（计算的标称电压出现跳变），则以此点为基准，重新观测是否能1分钟连续稳定，在十分钟内，任意出现连续1分钟稳定的同一最小偏差率，以此为当前系统输入的标称电压。

如果在十分钟内，不能计算出当前系统的标称电压，则表示当前电网电压波动过大，并且波动频繁，此时，通过长时间（1小时）统计各最小偏差率出现的概率，以出现概率最高的额定电压为当前系统输入的标称电压。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种宽范围量程自适应的电压质量监测方法，其特征是它包括以下步骤：对采样得到的的电压以及频率的有效值进行滑窗平均滤波，在频率偏差有效范围内，计算滤波输出电压与各标称电压的最小电压偏差率，对连续多周期最小电压偏差率进行分析，得到当前系统电压等级。

2.根据权利要求1所述的宽范围量程自适应的电压质量监测方法，其特征是频率偏差有效范围是频率偏差率为：-10%～+10%。

3.根据权利要求1所述的宽范围量程自适应的电压质量监测方法，其特征是该方法具体包括以下步骤：

（A）、对采样的电压有效值进行滑窗平均滤波，得到滤波输出电压和滤波输出频率；

（B）、计算频率偏差率：频率偏差率=（滤波输出频率-工频频率）/工频频率×100%，如果频率偏差率在有效范围内，则转步骤C，否则跳转步骤A，继续进行滑窗平均滤波；

（C）、将滤波输出电压与各系统标称电压计算电压偏差率，电压偏差率=（滤波输出电压 – 系统标称电压）/系统标称电压×100%，将偏差率最小的标称电压及时间标签进行记录，如果一定周期内最小电压偏差率稳定的对应为同一种标称电压，则计算过程结束，此标称电压即为系统当前输入电压等级。

4.根据权利要求3所述的宽范围量程自适应的电压质量监测方法，其特征是所述的系统标称电压包括57.5V、100V、220V和380V。

5.根据权利要求3所述的宽范围量程自适应的电压质量监测方法，其特征是步骤C中，周期为一分钟，如果一分钟内5～10次计算得到的电压偏差率，记录的标称电压均相同，则计算过程结束，此标称电压即为系统当前输入电压等级。

6.根据权利要求5所述的宽范围量程自适应的电压质量监测方法，其特征是如果连续十个周期内均不能得到稳定的标称电压，则取1小时内，以出现概率最高的最小偏差率对应的标称电压为当前系统输入额定电压。

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