CN106771711A - 一种基于改进的谐波提取技术的智能录波分析仪及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于改进的谐波提取技术的智能录波分析仪，包括壳体以及安装在壳体内部的主控制器和上位机，所述主控制器分别与监控装置、接口驱动电路和电能质量监测模块通信连接；所述主控制器还与事件触发模块通信连接；所述事件触发模块包括具有故障录波功能的模块；所述上位机分别与智能分析服务器、故障数据库、经验库、参数配置模块、数据分析模块和报告生成模块通信连接；所述电能质量监测模块在执行时采用改进的谐波提取技术。基于改进的谐波提取技术减少了运算的时间，提高了仪器的灵敏度。

Description

一种基于改进的谐波提取技术的智能录波分析仪及其方法

技术领域

本发明涉及一种智能录波分析仪，具体是涉及一种基于改进的谐波提取技术的智能录波分析仪及其方法。

背景技术

随着新能源行业以及电力电子技术的迅速发展，直流输电、大功率整流器、大功率逆变器被广泛的应用，并与电力系统存在直接或间接的交互，从而引起电网电压畸变、使电网波形收到污染，供电质量恶化，附加损失增加，电能传输能力下降，成为影响电能质量的重要因数。

为此，国家制定了相关标准，例如，GB/T 15543-2008电能质量，三相电压不平衡等，用于衡量新能源设备与电力系统公共接入点出的电能质量是否满足要求。所以，国家在大力推进新能源行业发展同时，对电能质量的要求更加严格，这样从能保证整个电力系统的稳定运行。本项目开发的便携式智能录波分析仪符合这一市场需求，其可以完成对新能源入网设备电能质量监测，并结合事先设置的标准，对超标的设备给出警示信号。

国内外现有的监测和录波仪只相当于可自行存储的示波器，只能提供数据，不具备分析能力。而很对客户并非技术专业出身，所以当出现电能质量问题或系统故障时，往往需要厂家安排专业人士才能排查相关问题，增加维护成本。本项目监测和分析仪器，一方面可以提供数据给客户，另一方面可以自行根据设置的标准对数据进行监控，并对故障数据具有智能分析能力，能够诊断故障原因及故障类型。

谐波提取常用方法为FFT分析，对于大量数据，常规FFT方法计算量较大为了实现对采样数据电能质量进行实时监控，需要用于一套快速的谐波提取技术，常规谐波提取算法计算耗时较长，且当信号频率发生变化时提取各次谐波存在相互干涉，影响提取的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于改进的谐波提取技术的智能录波分析仪及其方法。

本发明的目的可以这样实现，涉及一种基于改进的谐波提取技术的智能录波分析仪，包括壳体以及安装在壳体内部的主控制器和上位机，所述主控制器分别与监控装置、接口驱动电路和电能质量监测模块通信连接；所述主控制器还与事件触发模块通信连接；所述事件触发模块包括具有故障录波功能的模块；

所述上位机分别与智能分析服务器、故障数据库、经验库、参数配置模块、数据分析模块和报告生成模块通信连接；所述电能质量监测模块在执行时采用改进的谐波提取技术。

进一步地，所述壳体的外部设有数据采集接口和通讯接口；所述通讯接口的输出端与数据采集接口的输入端通信连接；所述数据采集接口的输出端与主控制器的输入端通信连接；所述主控制器的输出端与所述上位机通信连接。

进一步地，所述改进的谐波提取技术通过对大量数据进行二次抽样，考虑采样数据频率的变化，以额定频率为基准，对数据进行归一化，使得二次抽样数据点数满足2的n次方，再调用快速FFT分析。

进一步地，所述智能分析服务器用于对数据的分析，还包括对电能质量、故障诊断等功能的分析。

进一步地，所述故障数据库用于对故障原因、故障类型进行分析判断。

进一步地，所述通讯接口用于连接以太网、USB接口，还可与wifi连接。

进一步地，所述基于事件触发模块的智能录波分析仪的使用步骤如下：

步骤（1）：通讯接口将被监控的对象进行参数采集和配置，并将信息传输给数据采集接口；

步骤（2）：数据采集接口将接收到的信息传输给主控制器；

步骤（3）：压缩存储装置将庞大的数据进行压缩处理，并通过电能质量监测模块对电能质量进行分析和监测；根据接收到的数据通过事件触发模块分配设置指令，更智能化，生成时间/故障数据记录；

步骤（4）：主控制器的输出端将时间/故障数据记录传输给上位机，进行人工智能分析；调动参数配置模块、数据分析模块、故障数据库和经验库对故障进行分析、定位，并更新经验库；

步骤（5）：通过报告生成模块将接收到的数据生成分析报告。

有益效果：基于改进的谐波提取技术减少了运算的时间，提高了仪器的灵敏度；可以提供数据给客户；可以自行根据设置的标准对数据进行监控，并对故障数据具有智能分析能力，能够诊断故障原因及故障类型；体积小、功能丰富及高采样率的特点，方便携带。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的描述。

一种基于改进的谐波提取技术的智能录波分析仪，包括壳体以及安装在壳体内部的主控制器和上位机，所述主控制器分别与监控装置、接口驱动电路和电能质量监测模块通信连接；所述主控制器还与事件触发模块通信连接；所述事件触发模块包括具有故障录波功能的模块；

所述上位机分别与智能分析服务器、故障数据库、经验库、参数配置模块、数据分析模块和报告生成模块通信连接；所述电能质量监测模块在执行时采用改进的谐波提取技术。

所述壳体的外部设有数据采集接口和通讯接口；所述通讯接口的输出端与数据采集接口的输入端通信连接；所述数据采集接口的输出端与主控制器的输入端通信连接；所述主控制器的输出端与所述上位机通信连接。

所述改进的谐波提取技术通过对大量数据进行二次抽样，考虑采样数据频率的变化，以额定频率为基准，对数据进行归一化，使得二次抽样数据点数满足2的n次方，再调用快速FFT分析。

所述智能分析服务器用于对数据的分析，还包括对电能质量、故障诊断等功能的分析。

所述故障数据库用于对故障原因、故障类型进行分析判断。

所述通讯接口用于连接以太网、USB接口，还可与wifi连接。

所述基于事件触发模块的智能录波分析仪的使用步骤如下：

步骤（1）：通讯接口将被监控的对象进行参数采集和配置，并将信息传输给数据采集接口；

步骤（2）：数据采集接口将接收到的信息传输给主控制器；

步骤（3）：压缩存储装置将庞大的数据进行压缩处理，并通过电能质量监测模块对电能质量进行分析和监测；根据接收到的数据通过事件触发模块分配设置指令，更智能化，生成时间/故障数据记录；

步骤（4）：主控制器的输出端将时间/故障数据记录传输给上位机，进行人工智能分析；调动参数配置模块、数据分析模块、故障数据库和经验库对故障进行分析、定位，并更新经验库；

步骤（5）：通过报告生成模块将接收到的数据生成分析报告。

其中，被监测对象主要针对新能源系统入网设备，例如光伏并网逆变器。常规录波分析仪为固定式，主要用于高压系统，由于高压隔离技术较为复杂，从而增加了系统成本。本项目产品把监测对象放在主要应用于高压系统低压电力接口，例如315V、400V等电压等级，该监控对象变化有利于减小产品的体积和成本，并且低压测量是的产品具有更好的稳定性。

数据采集接口是未来实现入网设备的电能质量监测以及故障数据的记录，需要对入网接口电压和电流进行采样，为了滤除采样信号高颇干扰，采样接口需要增加相应的调理电路。为了提高产品兼容性以及测量精度，采样接口需要具备高采样率、高采样精度、多采样通道，通道灵活配置等特点。该特点要求将影响采样芯片、数字控制器的选型和设计。

主控制器为本项目智能分析仪的控制核心，常用设计为DSP+FPGA设计方案。FPGA用于处理底层信号，如采样数据处理、采样逻辑控制。DSP主要负责核心控制算法的数字实现，并完成数据监测、分析、记录、通讯等。控制器可有客户进行设置监测模式。由于不同国家、不同区域关于入网设备的电能质量标准不同，所以产品支持客户自定义输入监测标准，并根据设置的标准进行数据监测。主控制器的事件触发模块给客户提供了更灵活的自定义空间。例如，客户可以设置当监测电压低于额定电压90%时触发仪器故障录波功能，这样可以避免设备不断地记录更新数据，节省仪器的存储空间。为了实现电能质量监测，主控制器需要完成FFT、滤波算法以及谐波分析法的运算，这样可以提取出监测电压和电流幅值、频率、相位、谐波等信息，从而后续的数据监测，故障判断及数据记录，以及数据分析。

智能分析仪器离不开功能完善的上位机分析软件，其为客户提供了与分析仪器的交互接口。该软件配置智能化分析模块，建立了完善的故障分析数据库。首先，分析仪通过通讯接口将实时采样数据或故障记录数据传送至上位机；其次，软件根据事先设置的分析模式对数据分析，可完成电能质量分析，故障诊断等功能。当软件被设置成故障诊断时，器利用自身的故障数据库进行计算分析，并对故障原因、故障类型进行判断，最终直接生成分析报告。另外，该软件可以对历史故障进行统计，客户或相关设备开发商根据统计数据对系统进行优化和改善。

以太网、USB通信方式的使用，不但可有效的解决传统故障录波装置数据通信方式单一的缺陷，还提高了数据的传输能力。其中，以太网的使用还使故障录波装置具备数据远传能力，便于调度中心对装置的监测与操控。对于工业使用，项目分析仪预留RS485通讯接口，用于与特殊设备之间的通讯。另外，设备配置WIFE通讯模块，用于手机连接，从手机App中便可以实时查看分析器采集数据以及分析的结果，使得设备更加智能化。

总而言之，本发明基于改进的谐波提取技术减少了运算的时间，提高了仪器的灵敏度；可以提供数据给客户；可以自行根据设置的标准对数据进行监控，并对故障数据具有智能分析能力，能够诊断故障原因及故障类型；体积小、功能丰富及高采样率的特点，方便携带。

Claims (7)

1.一种基于改进的谐波提取技术的智能录波分析仪，包括壳体以及安装在壳体内部的主控制器和上位机，所述主控制器分别与监控装置、接口驱动电路和电能质量监测模块通信连接；所述主控制器还与事件触发模块通信连接；所述事件触发模块包括具有故障录波功能的模块；

所述上位机分别与智能分析服务器、故障数据库、经验库、参数配置模块、数据分析模块和报告生成模块通信连接；其特征在于，所述电能质量监测模块在执行时采用改进的谐波提取技术。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进的谐波提取技术的智能录波分析仪，其特征在于，所述壳体的外部设有数据采集接口和通讯接口；所述通讯接口的输出端与数据采集接口的输入端通信连接；所述数据采集接口的输出端与主控制器的输入端通信连接；所述主控制器的输出端与所述上位机通信连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于改进的谐波提取技术的智能录波分析仪，其特征在于，所述改进的谐波提取技术通过对大量数据进行二次抽样，考虑采样数据频率的变化，以额定频率为基准，对数据进行归一化，使得二次抽样数据点数满足2的n次方，再调用快速FFT分析。

4.根据权利要求1所述的一种基于改进的谐波提取技术的智能录波分析仪，其特征在于，所述智能分析服务器用于对数据的分析，还包括对电能质量、故障诊断等功能的分析。

5.根据权利要求1所述的一种基于改进的谐波提取技术的智能录波分析仪，其特征在于，所述故障数据库用于对故障原因、故障类型进行分析判断。

6.根据权利要求1所述的一种基于改进的谐波提取技术的智能录波分析仪，其特征在于，所述通讯接口用于连接以太网、USB接口，还可与wifi连接。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种基于改进的谐波提取技术的智能录波分析仪，其特征在于，所述基于事件触发模块的智能录波分析仪的使用步骤如下：

步骤（1）：通讯接口将被监控的对象进行参数采集和配置，并将信息传输给数据采集接口；

步骤（2）：数据采集接口将接收到的信息传输给主控制器；

步骤（3）：压缩存储装置将庞大的数据进行压缩处理，并通过电能质量监测模块对电能质量进行分析和监测；根据接收到的数据通过事件触发模块分配设置指令，更智能化，生成时间/故障数据记录；

步骤（4）：主控制器的输出端将时间/故障数据记录传输给上位机，进行人工智能分析；调动参数配置模块、数据分析模块、故障数据库和经验库对故障进行分析、定位，并更新经验库；

步骤（5）：通过报告生成模块将接收到的数据生成分析报告。