CN106019020A - 一种电能质量电压波动的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电能质量电压波动的检测方法，包括：利用传感器装置将系统一次电压转换为适合AD转换的电压信号，该信号经AD转换后以工频一个周波进行电压方均根值计算得出电压有效值，对连续的电压有效值进行比较得出峰值U（峰）、谷值U（谷），微机装置通过计算出持续时间、时标和电压波动值，微机装置启动存储数据，处理数据，显示波动情况，完成电压扰动分析，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。

Description

一种电能质量电压波动的检测方法

技术领域

本发明涉电气设备领域，具体涉及一种电能质量电压波动的检测方法。

背景技术

随着大量的基于计算机系统的控制设备和自动化程度很高的用电设备相继投入使用，工业用户对电能质量的要求越来越高，甚至几分之一秒的不正常就可造成的巨大的损失。据统计，自动化程度很高的工业用户一般每年要遭受10～50次与电能质量问题有关的干扰，其中因包括电压波动在内的动态电压质量问题造成的事故数约占事故总数的大多数。电压波动已成为威胁许多重要用户供电可靠性的主要原因之一，必须对其进行有效地监视。

要治理电能质量问题，就要先监测电能质量问题，监测方法的简单化可以解决此类监测装置成本居高不下的问题，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，国内外关于电压波动的测量方法的内容已经有很多介绍。其中，公知的电压波动的检测方法有：调幅波检测，就是要准确的提取出波动信号，通常将波动电压看成以工频额定电压为载波、其电压的幅值受频率范围在0.05～35Hz的电压波动分量调制的调幅波。因此，电压波动分量的检出方法可采用通信理论中大功率载波调制信号解调方法，用与载波信号同频同相的周期信号乘以被调信号，将电压波动分量与工频载波电压分离，通过带通滤波器得到波动分量；平方解调检波法，国际电工委员会(IEC)推荐平方解调检测法，即将u(t)平方，然后利用解调带通滤波器检测出调幅波。经过0.05～30HZ的带通滤波器便能滤去直流分量和二倍工频分量，从而检测出的调幅波即电压波动分量；全波整流解调检波法，全波整流检波法的基本原理是将输入交流电压u(t)全波整流，即进行绝对值运算后再经过解调带通滤波器后便取得波动信号；半波有效值检波法，半波有效值法是利用RMS/DC变换器将波动的输入交流电压变换成脉动的直流电压，再经解调带通滤波器后获得波动信号；还有小 波变换法等，这些方法各有利弊，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，所有对微机装置硬件有很高的要求。再者，要经过0.05～30HZ的带通滤波器便能滤去直流分量和其它分量，造成不能反映电压波动的真实情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是一种电能质量电压波动的检测方法，利用传感器装置将系统一次电压转换为适合AD转换的电压信号，该信号经AD转换后以工频一个周波进行电压方均根值计算得出电压有效值，对连续的电压有效值进行比较得出峰值U(峰)、谷值U(谷)，微机装置通过计算出持续时间、时标和电压波动值ΔU:

ΔU＝U(峰)-U(谷)

微机装置启动存储数据，处理数据，显示波动情况，完成电压扰动分析。该方法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：

一种电能质量电压波动的检测方法，包括：

第一步，传感器装置用于将检测到的系统一次侧电流电压经转换为适合AD转换的电压信号，其中该电压信号为被测信号；

第二步，微机装置将电压信号进行AD转换，转换后以工频一个周波进行电压方均根值计算，得出电压有效值U；

$U=\frac{2\sqrt{\underset{N=1}{\overset{n}{\Σ}}{U}_N^2}}{N}$

第三步，确定U(峰)，若t时间的电压有效值为U(t)，t+1时间的电压有效值为U(t+1)，若U(t)-U(t+1)≤0，则比较下一点U(t+1)和U(t+2)，此时若U(t+1)-U(t+2)≥0，则U(峰)＝U(t)，以此类推；

第四步，确定U(谷)，若t时间的电压有效值为U(t)，t+1时间的电压 有效值为U(t+1)，若U(t)-U(t+1)≥0，则比较下一点U(t+1)和U(t+2)，若U(t+1)-U(t+2)≤0，则U(谷)＝U(t)；

第五步，确定电压波动值ΔU，ΔU＝U(峰)-U(谷)

第六步，检测到一系列的电压波动值后，微机装置启动存储数据；

在本发明的一个优选实施例中,所述电压有效值U每20ms计算出一个值，并用于确定U(峰)和U(谷)。

在本发明的一个优选实施例中，还包括一显示装置，用于描绘电能质量电压波动动情况。

在本发明的一个优选实施例中,所述微机装置设定基准值U_Δ门槛，当ΔU>U _Δ门槛时，设置时标，同时启动数据保存和波动曲线显示；在ΔU＜U_Δ门槛时将数据记录为标称有效值，电压波动记录为零。

在本发明的一个优选实施例中,所述电流电压互感器电路包括电压互感器，并联设置于所述电压互感器上的TVS管，所述TVS管分别连接有电流信号端和电源信号端，所述电压互感器经电感进行滤波后输入到AD转换器。

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压转换为适合AD转换的电压信号，该信号经AD转换后以工频一个周波进行电压方均根值计算得出电压有效值，对连续的电压有效值进行比较得出峰值U(峰)、谷值U(谷)，微机装置通过计算出持续时间、时标和电压波动值，微机装置启动数据存储，处理数据，显示波动情况，完成电能质量电压波动分析。

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，可实时的电能质量电压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为本发明的电能质量电流电压互感器电路

图2为本发明的电能质量电压波动的检测的示意图。

图3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、图2和图3所示，一种电能质量电压波动的检测方法，包括：

测量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经转换为适合AD转换的电压信号，其中该电压信号为被测信号；其中使用的传感器为电流电压互感器如图1所示，系统电流或电压经过装置内部的电流或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，经TVS管防止过电压损坏AD转换器，经电感L进行滤波后输入到AD转换器，其技术指标为：非线性度：比差<±0.1％；角差<±5″；频率特性：45～3000Hz；

如图2所示，电压有效值U每20ms计算出一个值，每次采用前一个值和后一个值比较，即U(t)和U(t+1)比较，t＝1,2,3…；

微机装置将电压信号进行AD转换，转换后以工频一个周波进行电压方均根值计算，得出电压有效值U；

$U=\frac{2\sqrt{\underset{N=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{U}_N^2}}{N}$

若t时间的电压有效值为U(t)，t+1时间的电压有效值为U(t+1)，若U(t)-U(t+1)≤0，说明后一点比前一点大，则比较下一点U(t+1)和U(t+2)，若U(t+1)-U(t+2)≥0，说明后一点比前一点小，则U(峰)＝U(t+1)；

确定了峰值，开始接下一点确定U(谷)值，若t+2时间的电压有效值为U(t+2)，t+3时间的电压有效值为U(t+3)，若U(t+2)-U(t+3)≥0，说明前一点比后一点大,还不是谷值，则继续比较下一点U(t+3)和U(t+4)，若 U(t+3)-U(t+4)≤0，说明后一点比前一点大，有效值出现拐点，则U(谷)＝U(t+3)；

以此类推可得到图2所示的峰—谷值，两两相邻峰谷值之差可得到电压波动值ΔU；

参照图3，为被测信号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。

ΔU在无电压波动时理论上等于零，由于测量原因会有轻度失真，所以在微机装置判断中加入一门槛值，我们设定这个值为：U_Δ门槛，可由键盘接口根据实际情况输入；

当ΔU>U_Δ门槛时，设置时标，同时启动数据保存和波动曲线显示，在ΔU＜U_Δ门槛时将数据记录为标称有效值，电压波动记录为零。

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 (5)

1.一种电能质量电压波动的检测方法，其特征在于，包括：

第一步，传感器装置用于将检测到的系统一次侧电流电压经转换为适合AD转换的电压信号，其中该电压信号为被测信号；

第二步，微机装置将电压信号进行AD转换，转换后以工频一个周波进行电压方均根值计算，得出电压有效值U；

第三步，确定U(峰)，若t时间的电压有效值为U(t)，t+1时间的电压有效值为U(t+1)，若U(t)-U(t+1)≤0，则比较下一点U(t+1)和U(t+2)，此时若U(t+1)-U(t+2)≥0，则U(峰)＝U(t)，以此类推；

第四步，确定U(谷)，若t时间的电压有效值为U(t)，t+1时间的电压有效值为U(t+1)，若U(t)-U(t+1)≥0，则比较下一点U(t+1)和U(t+2)，若U(t+1)-U(t+2)≤0，则U(谷)＝U(t)；

第五步，确定电压波动值ΔU，

ΔU＝U(峰)-U(谷)

第六步，检测到一系列的电压波动值后，微机装置启动存储数据。

2.根据权利要求1所述的一种电能质量电压波动的检测方法，其特征在于，所述电压有效值U每20ms计算出一个值，并用于确定U(峰)和U(谷)。

3.根据权利要求1所述的一种电能质量电压波动的检测方法，其特征在于，还包括一显示装置，用于描绘电能质量电压波动动情况。

4.根据权利要求1-3之一所述的一种电能质量电压波动的检测方法，其特征在于，所述微机装置设定基准值U_Δ门槛，当ΔU>U_Δ门槛时，设置时标，同时启动数据保存和波动曲线显示；在ΔU＜U_Δ门槛时将数据记录为标称有效值，电压波动记录为零。

5.根据权利要求4所述的一种电能质量电压波动的检测方法，其特征在于，所述电流电压互感器电路包括电压互感器，并联设置于所述电压互感器上 的TVS管，所述TVS管分别连接有电流信号端和电源信号端，所述电压互感器经电感进行滤波后输入到AD转换器。