CN105044498A - 一种暂态电能质量扰动的扑捉装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种暂态电能质量扰动的扑捉装置，包括：测量系统电流电压的传感器装置，扑捉电能质量扰动的检测装置，采集电流电压的微机装置，用于计算和储存暂态电能质量扰动，描绘暂态电能质量扰动的显示装置，所述测量系统电流电压的传感器装置和扑捉电能质量扰动的检测装置得到电能质量扰动的起止点，微机装置通过计算得到暂态电能质量扰动的幅值、持续时间和时标，微机装置辅以硬件的方式检测暂态电能质量扰动的起止点，大大降低了电能质量监测对微机装置硬件的高要求，对控制电能质量监测装置的成本有很好的作用。

Description

一种暂态电能质量扰动的扑捉装置

技术领域

本发明涉电气设备领域，具体涉及一种暂态电能质量扰动的扑捉装置。

背景技术

随着社会对电力系统供电质量越来越高的要求，无论是发电、输电、配电还是用电，都提出了电能质量治理的要求。除了谐波、功率因数问题外，比较突出的暂态电能质量扰动问题就是电压问题，电压波动与闪变、三相电压不平衡、电压偏差、单相接地电容电流、杂散电流等问题。

要治理电能质量问题，就要先监测电能质量问题，暂态电能质量扰动的扑捉就是这类监测装置成本居高不下的问题所在，此类装置成本高，售价高也成为制约该类产品销售和推广的瓶颈。

目前，国内外关于暂态电能质量扰动的扑捉方法的内容已经有很多介绍。其中，公知的暂态电能质量扰动的扑捉方法是傅里叶变换法、小波变换发、S变换法等，这些方法各有利弊，其中使用最多最好的方法是小波变换法，由于其强大的多尺度分析特性和时——频局部化特点及自适应特点，所以在暂态电能质量扰动的扑捉检测上有一定的优势。但是，由于以上的方法软件计算量大要求微机装置计算速度快，所有以软件方法扑捉暂态电能质量扰动的都对微机装置硬件有很高的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是一种暂态电能质量扰动的扑捉装置，利用传感器装置将系统一次电流电压转换为适合AD转换的电压信号，该信号以硬件的方式实现电压波动与闪变、三相电压不平衡、电压偏差等产生的暂态电能质量扰动的扑捉，其判据为：，得到电能质量扰动的起止点，微机装置通过计算得到暂态电能质量扰动的幅值、持续时间和时标，微机装置辅以硬件的方式检测暂态电能质量扰动的起止点，微机装置启动采样，存储数据，处理数据，显示扰动情况，完成暂态电能质量扰动分析。大大降低了电能质量监测对微机装置硬件的高要求，对控制电能质量监测装置的成本有很好的作用。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种暂态电能质量扰动的扑捉装置，包括：

一测量系统电流电压的传感器装置，所述传感器装置用于将检测到的系统一次侧电流电压转换为适合AD转换的电压信号，其中该电压信号为被测信号；

一扑捉电能质量扰动的检测装置，所述检测装置用于检测输入的电压信号的暂态扰动的突变量，并得出电能质量扰动的起止点；

一微机装置，所述微机装置检测到暂态电能质量扰动的起止点后，微机装置启动采样，存储数据以及处理数据，完成暂态电能质量扰动分析。

在本发明的一个优选实施例中，还包括一显示装置，用于描绘暂态电能质量扰动情况。

在本发明的一个优选实施例中，所述检测装置包括锁相倍频电路，信号延时电路和信号比较电路，

所述锁相倍频电路获得与被测信号f（t）周期相同的同步脉冲信号；

所述信号延时电路对被测信号f（t）的一个周波的精确延迟，获得输出电压信号f（t-T）；

所述信号比较电路将输出的电压信号f（t-T）与被测信号f（t）比较输出测量为：

其中为暂态扰动的突变量检测值。

在本发明的一个优选实施例中，针对突变量检测值设置一个门槛值UΔ门槛，当UΔ>UΔ门槛时，设置时标，同时启动数据保存，将再次出现UΔ>UΔ门槛前的数据保存在存储器中，待CPU“空闲”时计算。

在本发明的一个优选实施例中，所述UΔ门槛为0.5V。

在本发明的一个优选实施例中，所述微机装置包括计算暂态电能质量扰动的幅值、持续时间的低价ARM芯片STM32F407、接收北斗时标的通讯芯片MAX488E和存储芯片。

在本发明的一个优选实施例中，所述传感器装置包括一采集系统一次侧电流电压信号的传感器，一将所述电流电压信号转换为AD转换器可接受的电压信号的转换器，以及一保护AD转换器的保护电路和将测量范围以外的噪声信号滤除的滤波电路。

在本发明的一个优选实施例中，所述传感器为电流电压互感器，其输出电压为0~10V，非线性度：比差<±0.1%;角差<±5″；频率特性：45~3000Hz。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

利用传感器装置将系统一次电流电压转换为适合AD转换的电压信号，该信号以硬件的方式实现电压波动与闪变、三相电压不平衡、电压偏差等产生的暂态电能质量扰动的扑捉，得到电能质量扰动的起止点，微机装置通过计算得到暂态电能质量扰动的幅值、持续时间和时标，微机装置辅以硬件的方式检测暂态电能质量扰动的起止点，微机装置启动采样，存储数据，处理数据，显示扰动情况，完成暂态电能质量扰动分析。大大降低了电能质量监测对微机装置硬件的高要求，对控制电能质量监测装置的成本有很好的作用。

该方法易于实现，对微机装置硬件要求不高，可实时的扑捉暂态电能质量扰动为在线监测电能质量提供了一个有效的解决方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的扑捉电能质量扰动的检测装置的示意图。

图2为本发明的显示装置和微机装置示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参照图1和图2所示，一种暂态电能质量扰动的扑捉装置，包括：

测量系统电流电压的传感器装置，其中使用的传感器为电流电压互感器，测量系统电流电压时直接转换为AD转换器可接受的0~10V电压信号，其技术指标为：非线性度：比差<±0.1%;角差<±5″；频率特性：45~3000Hz；

扑捉电能质量扰动的检测装置，包括锁相倍频电路，信号延时电路和信号比较电路，所述扑捉电能质量扰动的检测装置其目的是为了完成输入信号的暂态扰动的突变量检测；

其锁相倍频电路由振荡器CD4060（IC1）、电阻R4和电容C1滤波、压控振荡外部电阻R2、R3、电容C2及计数器CD4040（IC2）组成，CD4046的14脚输入被测信号，目的是得到与被测信号f（t）（传感器装置转换后的电压信号）周期相同的同步脉冲信号，CD4046的VCO（管脚4）输出信号接入CD4040的时钟输入端（管脚10），经2¹¹分频后，从Q11（管脚15）输出到CD4046的比较器输入端（管脚3），经与CD4046的管脚14输入的同步信号比较，实现相位的锁定，经512倍频的信号由CD4040的Q2（管脚7）输出；

信号延时电路由MN3101（IC3）和MN3007（IC4）组成，MN3007是1024阶模拟延迟器件，能对信号实现1024级精确延迟，MN3101作为BBD用时钟信号发生器，可为MN3007提供一对高速互补的驱动脉冲，锁相倍频电路产生的512倍频信号接入MN3101进行整形和倍频后产生2个倒相的1024倍频方波信号由MN3101的CP1（管脚2）、CP2（管脚4）输出，分别接入MN3007的CP1（管脚2）、CP2（管脚6），它们作为MN3007的1024级延迟的时钟信号，实现对被测信号一个周波的精确延迟，获得输出电压信号为：f（t-T）

如图1所示，信号比较电路为运放74LS324与匹配电阻R9~R12组成的差分电路，其将MN3007输出的电压信号f（t-T）与被测信号f（t）比较输出为：

参照图2，为被测信号和被测信号比较输出接入微机装置电路示意图，微机装置通过AD转换采集处理。

UΔ在无电能质量扰动时理论上等于零，由于MN3007会有0.5%的轻度失真，所以在微机装置判断中加入一门槛值，我们设这个值为：UΔ门槛=0.5V;

当UΔ>UΔ门槛时，设置时标，同时启动数据保存，将再次出现UΔ>UΔ门槛前的数据保存在存储器中，待CPU“空闲”是计算。

微机装置处理的结果可以通过打印接口打印，并可显示在显示器上。这个结果在在线监测系统中已可使用。

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 (8)

1.一种暂态电能质量扰动的扑捉装置，其特征在于，包括：

一测量系统电流电压的传感器装置，所述传感器装置用于将检测到的系统一次侧电流电压转换为适合AD转换的电压信号，其中该电压信号为被测信号；

一扑捉电能质量扰动的检测装置，所述检测装置用于检测输入的电压信号的暂态扰动的突变量，并得出电能质量扰动的起止点；

一微机装置，所述微机装置检测到暂态电能质量扰动的起止点后，微机装置启动采样，存储数据以及处理数据，完成暂态电能质量扰动分析。

2.根据权利要求1所述一种暂态电能质量扰动的扑捉装置，其特征在于，还包括一显示装置，用于描绘暂态电能质量扰动情况。

3.根据权利要求1所述一种暂态电能质量扰动的扑捉装置，其特征在于，所述检测装置包括锁相倍频电路，信号延时电路和信号比较电路，

所述锁相倍频电路获得与被测信号f（t）周期相同的同步脉冲信号；

所述信号延时电路对被测信号f（t）的一个周波的精确延迟，获得输出电压信号f（t-T）；

所述信号比较电路将输出的电压信号f（t-T）与被测信号f（t）比较输出测量为：

其中为暂态扰动的突变量检测值。

4.根据权利要求3所述一种暂态电能质量扰动的扑捉装置，其特征在于，针对突变量检测值设置一个门槛值UΔ门槛，当UΔ>UΔ门槛时，设置时标，同时启动数据保存，将再次出现UΔ>UΔ门槛前的数据保存在存储器中，待CPU“空闲”时计算。

5.根据权利要求4所述一种暂态电能质量扰动的扑捉装置，其特征在于，所述UΔ门槛为0.5V。

6.根据权利要求1所述一种暂态电能质量扰动的扑捉装置，其特征在于，所述微机装置包括计算暂态电能质量扰动的幅值、持续时间的低价ARM芯片STM32F407、接收北斗时标的通讯芯片MAX488E和存储芯片。

7.根据权利要求1所述一种暂态电能质量扰动的扑捉装置，其特征在于，所述传感器装置包括一采集系统一次侧电流电压信号的传感器，一将所述电流电压信号转换为AD转换器可接受的电压信号的转换器，以及一保护AD转换器的保护电路和将测量范围以外的噪声信号滤除的滤波电路。

8.根据权利要求7所述一种暂态电能质量扰动的扑捉装置，其特征在于，所述传感器为电流电压互感器，其输出电压为0~10V，非线性度：比差<±0.1%;角差<±5″；频率特性：45~3000Hz。