CN103575987B - 基于dsp间谐波检测仪器及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于DSP间谐波检测仪器及其检测方法，其结构为，三相电压和三相电流分别通过电压互感器和电流互感器连接滤波电路；滤波电路的输出端分别连接过零比较电路和A/D采样电路；过零比较电路的输出端连接选相合闸电路，选相合闸电路的输出端连接锁相倍频电路，锁相倍频电路的输出端连接A/D采样电路，A/D采样电路的输出端连接DSP芯片。本发明可以对电网的间谐波进行测试，并且测试精确、快速，达到预期目标，对防止设备遭受间谐波的损害起到作用，并为间谐波的治理工作提供依据。

Description

基于DSP间谐波检测仪器及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统检测仪器，尤其涉及一种基于DSP间谐波检测仪器及其检测方法，属于智能变电站技术领域。

背景技术

随着电力电子装置等非线性元件在电网中的广泛使用，电网中除了产生基频的整数倍频率的谐波外，还可能产生基频非整数倍频率的间谐波，如1/2、1/3、1/4工频谐波。间谐波会给电网带来一些新的问题，如次同步振荡，电压波动和闪变。

间谐波会造成如电气设备过热和使用寿命降低；造成滤波器谐振、过负荷，引起通讯干扰；还会造成过零工作的数字继电器误动作；间谐波能使电动机和变压器的噪声和振动增大；间谐波能使电压互感器发生分频谐振，导致互感器或避雷器爆炸事故。

现有技术中，检测间谐波的方法主要有FFT方法、小波分析法、AR法及神经网络法等，FFT方法应用比较普通，但容易频谱泄漏；小波分析法容易出现混频现象，而AR法及神经网络法等受外界干扰比较大。变电站经常发生电压互感器和所带的避雷器爆炸事故，怀疑由间谐波造成的分频谐振引起，但是现有技术中间谐波检测仪器不能提取任意频次的间谐波信号，所以无法使用仪器进一步进行验证。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种基于DSP间谐波检测仪器，将HHT(Hilbert-HuangTransform，HHT)变换用于间谐波检测中，解决了现有技术中无法提取任意频次的间谐波信号的问题。

本发明的另一目的在于提供一种基于DSP间谐波检测仪器的检测方法。

本发明的技术方案如下：

三相电压和三相电流分别通过电压互感器和电流互感器连接滤波电路；滤波电路的输出端分别连接过零比较电路和A/D采样电路；过零比较电路的输出端连接选相合闸电路，选相合闸电路的输出端连接锁相倍频电路，锁相倍频电路的输出端连接A/D采样电路，A/D采样电路的输出端连接DSP芯片。

所述的A/D采样电路选用ADS1178芯片。

所述的DSP芯片为TMS320VC5509A芯片。

所述的DSP芯片输出端连接RS232接口、键盘输入口及显示器。

本发明检测方法的步骤如下：

步骤1，将电网三相电流、三相电压分别通过电流互感器、电压互感器发送至滤波电路；滤波电路将接收的电流、电压模拟信号输入至A/D采样电路，A/D采样电路将电流、电压模拟信号转换为数字信号输出给DSP芯片；

步骤2，滤波电路将电压电流信号送到过零比较电路、选相合闸电路、锁相环电路；锁相环电路输出信号作为A/D采样电路的采样时钟进行采样测频；同时将HHT变换用于间谐波检测中；

步骤3，首先运用EMD对含有间谐波的原信号进行分解得到一组有实际物理意义的固有模态函数IMF；

步骤4，再对IMF分量进行Hilbert变换，从而得到解析式；

对于任一连续的时间信号x(t)，其Hilbert变换定义为：

$\hat{x}\left(t\right)=\frac{1}{\mathrm{\π}}{\∫}_{-\∞}^{+\∞}\frac{x\left(\mathrm{\τ}\right)}{t-\mathrm{\τ}}\mathrm{d\τ}---\left(4.1\right)$

其反变换为：

$x\left(t\right)=\frac{1}{\mathrm{\π}}{\∫}_{-\∞}^{+\∞}\frac{\hat{x}\left(\mathrm{\τ}\right)}{\mathrm{\τ}-t}\mathrm{d\τ}---\left(4.2\right)$

将x(t)和组成解析信号：

$Z\left(t\right)=x\left(t\right)+i\hat{x}\left(t\right)=a\left(t\right)e^{\mathrm{i\φ}\left(t\right)}---\left(4.3\right)$

信号的瞬时幅值a(t)为

$a\left(t\right)={[x{\left(t\right)}^2+\hat{x}{\left(t\right)}^2]}^{\frac{1}{2}}---\left(4.4\right)$

瞬时相位cosφ(t)为

$\mathrm{\φ}\left(t\right)=\arctan \frac{\hat{x}\left(t\right)}{x\left(t\right)}---\left(4.5\right)$

瞬时频率f(t)为

$f\left(t\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{\mathrm{d\φ}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}---\left(4.6\right)$

步骤5，利用式(4.4)～(4.6)得到每个模态分量的瞬时幅值、瞬时相位和瞬时频率，实现对谐波和间谐波的检测，得出间谐波的幅值、相位和频率。

本发明的优点效果如下：

首先，运用经验模态分解处理含间谐波的信号，得到一组平稳的固有模态函数(IntrinsicModeFunction,IMF)分量。然后，对每个固有模态函数分量进行希尔伯特变换，得到每个模态分量的瞬时幅值和瞬时频率，从而检测出各种分量的谐波和间谐波的参数。测试精确、快速；有效地降低监测误差；功耗降低。

本装置的核心处理器选用的是TMS320VC5509A。该芯片是一款性价比很高的l6bit定点DSP芯片，它对C54x有着很好的继承性，继承了其低功耗、低成本的发展趋势，但与其相比性能更高，而功耗降却更低。处理速度更快，双核结构，处理速度400MIPS。

A/D转换电路选用ADS1178芯片，它是一种高速的8通道、16位的数据采集系统芯片，可以同时对4路电压和4路电流信号进行采样，能够消除信号由于采样问题而导致的相位延时，有效地降低监测误差。

附图说明

图1为本发明的结构示意框图。

图2为本发明的步骤流程图。

具体实施方式

实施例

三相电压和三相电流分别通过电压互感器和电流互感器连接滤波电路；滤波电路的输出端分别连接过零比较电路和A/D采样电路；过零比较电路的输出端连接选相合闸电路，选相合闸电路的输出端连接锁相倍频电路，锁相倍频电路的输出端连接A/D采样电路，A/D采样电路的输出端连接DSP芯片。

所述的A/D采样电路选用ADS1178芯片。

所述的DSP芯片为TMS320VC5509A芯片。

所述的DSP芯片输出端连接RS232接口、键盘输入口及显示器。

本发明检测方法的步骤如下：

步骤1，将电网三相电流、三相电压分别通过电流互感器、电压互感器发送至滤波电路；滤波电路将接收的电流、电压模拟信号输入至A/D采样电路，A/D采样电路将电流、电压模拟信号转换为数字信号输出给DSP芯片；

步骤2，滤波电路将电压电流信号送到过零比较电路、选相合闸电路、锁相环电路；锁相环电路输出信号作为A/D采样电路的采样时钟进行采样测频；同时将HHT(Hilbert-HuangTransform，HHT)变换用于间谐波检测中；

步骤3，首先运用EMD对含有间谐波的原信号进行分解得到一组有实际物理意义的固有模态函数IMF(IntrinsicModeFunction,IMF)；

步骤,4，再对IMF分量进行Hilbert变换，从而得到解析式；

对于任一连续的时间信号x(t)，其Hilbert变换定义为：

$\hat{x}\left(t\right)=\frac{1}{\mathrm{\π}}{\∫}_{-\∞}^{+\∞}\frac{x\left(\mathrm{\τ}\right)}{t-\mathrm{\τ}}\mathrm{d\τ}---\left(4.1\right)$

其反变换为：

$x\left(t\right)=\frac{1}{\mathrm{\π}}{\∫}_{-\∞}^{+\∞}\frac{\hat{x}\left(\mathrm{\τ}\right)}{\mathrm{\τ}-t}\mathrm{d\τ}---\left(4.2\right)$

将x(t)和组成解析信号：

$Z\left(t\right)=x\left(t\right)+i\hat{x}\left(t\right)=a\left(t\right)e^{\mathrm{i\φ}\left(t\right)}---\left(4.3\right)$

信号的瞬时幅值a(t)为

$a\left(t\right)={[x{\left(t\right)}^2+\hat{x}{\left(t\right)}^2]}^{\frac{1}{2}}---\left(4.4\right)$

瞬时相位cosφ(t)为

$\mathrm{\φ}\left(t\right)=\arctan \frac{\hat{x}\left(t\right)}{x\left(t\right)}---\left(4.5\right)$

瞬时频率f(t)为

$f\left(t\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{\mathrm{d\φ}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}---\left(4.6\right)$

步骤5，利用式(4.4)～(4.6)得到每个模态分量的瞬时幅值、瞬时相位和瞬时频率，实现对谐波和间谐波的检测，得出间谐波的幅值、相位和频率。

本发明在66kV变电站进行间谐波测试试验，测试精确、快速，达到预期目标。

以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.基于DSP间谐波检测仪器的检测方法，基于DSP间谐波检测仪器为：三相电压和三相电流分别通过电压互感器和电流互感器连接滤波电路；滤波电路的输出端分别连接过零比较电路和A/D采样电路；过零比较电路的输出端连接选相合闸电路，选相合闸电路的输出端连接锁相倍频电路，锁相倍频电路的输出端连接A/D采样电路，A/D采样电路的输出端连接DSP芯片；所述的A/D采样电路选用ADS1178芯片；所述的DSP芯片为TMS320VC5509A芯片；所述的DSP芯片输出端连接RS232接口、键盘输入口及显示器；

其特征在于包括下述步骤：

步骤1，将电网三相电流、三相电压分别通过电流互感器、电压互感器发送至滤波电路；滤波电路将接收的电流、电压模拟信号输入至A/D采样电路，A/D采样电路将电流、电压模拟信号转换为数字信号输出给DSP芯片；

步骤2，滤波电路将电压和电流信号送到过零比较电路、选相合闸电路、锁相环电路；锁相环电路输出信号作为A/D采样电路的采样时钟进行采样测频；同时将HHT变换用于间谐波检测中；

步骤3，首先运用EMD对含有间谐波的原信号进行分解得到一组有实际物理意义的固有模态函数IMF；

步骤4，再对IMF分量进行Hilbert变换，从而得到解析式；

对于任一连续的时间信号x(t)，其Hilbert变换定义为：

$\hat{x}\left(t\right)=\frac{1}{\mathrm{\π}}{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{+\mathrm{\∞}}\frac{x\left(\mathrm{\τ}\right)}{t-\mathrm{\τ}}d\mathrm{\τ}---\left(4.1\right)$

其反变换为：

$x\left(t\right)=\frac{1}{\mathrm{\π}}{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{+\mathrm{\∞}}\frac{\hat{x}\left(\mathrm{\τ}\right)}{\mathrm{\τ}-t}d\mathrm{\τ}---\left(4.2\right)$

将x(t)和组成解析信号：

$Z\left(t\right)=x\left(t\right)+i\hat{x}\left(t\right)=a\left(t\right)e^{i\mathrm{\φ}\left(t\right)}---\left(4.3\right)$

信号的瞬时幅值a(t)为

$a\left(t\right)={\[x{\left(t\right)}^2+\hat{x}{\left(t\right)}^2\]}^{\frac{1}{2}}---\left(4.4\right)$

瞬时相位cosφ(t)为

$\mathrm{\φ}\left(t\right)=arctan\frac{\hat{x}\left(t\right)}{x\left(t\right)}---\left(4.5\right)$

瞬时频率f(t)为

$f\left(t\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{d\mathrm{\φ}\left(t\right)}{dt}---\left(4.6\right)$

步骤5，利用式(4.4)～(4.6)得到每个模态分量的瞬时幅值、瞬时相位和瞬时频率，实现对谐波和间谐波的检测，得出间谐波的幅值、相位和频率。