CN107703342A - 一种高精度暂态分析仪及其暂态算法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开公开一种高精度暂态分析仪及其暂态算法，包括壳体和暂态算法，壳体内设置有电压采集单元，电压放大单元，模数转换单元，时钟同步单元，频率跟踪单元，事件存储单元，有线网络通信单元，中央处理器单元，LED显示和控制单元。其中，电压采集单元与电压放大单元相连，电压放大单元与模数转换单元相连，模数转换单元、时钟同步单元、频率跟踪单元、LED显示和控制单元、事件存储单元、有线网络通信单元均电性连接中央处理器。中央处理器通过有线网络与电力系统后台终端连接，该暂态分析仪精度高，对暂态事件判断准确，可多台设备组网，安全性能好。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备领域，具体是一种高精度暂态分析仪及其暂态算法。
背景技术
随着国民经济的飞速发展、中国工业生产自动化程度的显著提高，生产设备对电压暂降问题变得越来越敏感，因此对电能质量的要求越来越高。电压暂降问题已经对连续性生产的重要用户造成重大的经济损失，并逐渐引起电力部门和行业用户的高度重视。电压暂降或电压短时中断，将导致配电网中的负载不能正常工作，甚至停机；然而很多工业行业的关键工艺处的敏感负载运转失常或者停机，将带来巨大的经济损失、环境污染、甚至人员伤亡事故。因此，对于电压暂态的分析估计具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安装使用简单、功能齐全、暂态事件判断准确率高、成本低的一种高精度暂态分析仪，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高精度暂态分析仪，包括分析仪壳体，所述分析仪壳体内设有电压放大单元、电压采集单元、模数转换单元、时钟同步单元、有线网络通信单元、中央处理器、事件存储单元、频率跟踪单元和LED显示单元，电压采集单元连接电压放大单元，电压放大单元连接模数转换单元，模数转换单元、时钟同步单元、有线网络通信单元均连接中央处理器，中央处理器和事件存储单元、频率跟踪单元、LED显示单元分别连接。
所述电压采集单元通过互感器采集线路上的电压信号，并将采集到的电压信号传送给电压放大单元，电压放大单元将电压信号比例放大，然后将比例放大后的电压信号传送给数模转换单元，数模转换单元将模拟信号转换为数字信号送给中央处理器，中央处理器采集当前电压的信号，对电压信号进行处分析，判断暂态事件是否发生。
所述频率跟踪单元采集电压信号，对电压信号进行硬件过零，计算出当前电压频率。
所述有线网络通信单元是中央处理器与电力系统后台软件进行通信的媒介；所述中央处理器可将暂态事件、系统信息等数据通过有线网络单元上传给电力系统后台软件。
所述LED显示单元可以显示当前电压，查询历史暂态事件，设置系统信息，显示当前实时时间；所述事件存储单元是当暂态事件发生时，记录暂态事件的时间、幅值、波形。
所述时钟同步单元由时钟和对时组成，时钟是超高精度的实时时钟芯片，时间的最小单位是毫秒，与中央微处理器之间采用IIC进行通信，保证了暂态发生时刻误差在毫秒之内；采用GPS校时，每秒钟可与GPS卫星进行对时，对时脉冲由GPS时钟解码芯片进行解码，然后写入时钟芯片中，内附充电电池，可确保在任何情况下都不断电，确保了时钟精度。
多个所述暂态分析仪可以组成局域网，对多个检测点进行同步检测，当有暂态事件发生时，可主动上报暂态事件到电力系统后台软件，保证了用户第一时间知道暂态事件的发生，暂态事件可本地记录，方便用户通过电力系统后台主动查询暂态事件。
一种高精度暂态分析仪的暂态算法，所述暂态算法公式是：
一周波内采样点数先平方在求和，最后除以一周波采样点数，最后开根号，即可求得电压值，根据公式：中央处理器通过硬件频率跟踪单元得到当前单元频率，并自动调整采样间隔，保证每周波的采样点数都是128点，中央处理器开辟一个10周波的缓存，每采一个点，中央处理器就将该点放入10周波缓存中，当总采样点数大于10周波缓存时，重新开始从头覆盖原有数据，每采一个点，中央处理器就计算一次均方根，计算的方法从该点开始往后推移一个周波，将这一个周波的点数平方，然后求和，最后除以每周波点数，再开根号，即可求得当前电压。
本发明的有益效果：
1.采用高精度互感器准确还原电网电压。
2.采用硬件过零检测方法，准确计算出当前频率，可自动调整采样频率，提高计算精度。
3.采用GPS卫星对时，实时校准时钟芯片，准确记录暂态事件发生时刻。
4.采用滑动均方根算法，每采集一个点进行一次计算，相比传统的每周波或半周波计算一次，可最大限度的减少暂态时间发生时刻与持续时间的误差。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为一种高精度暂态分析仪的电路示意图。
图2为为一种高精度暂态分析仪的使用示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种高精度暂态分析仪，包括分析仪壳体，分析仪壳体内设有电压放大单元1、电压采集单元2、模数转换单元3、时钟同步单元4、有线网络通信单元5、中央处理器6、事件存储单元7、频率跟踪单元8和LED显示单元9，电压采集单元2连接电压放大单元1，电压放大单元1连接模数转换单元3，模数转换单元3、时钟同步单元4、有线网络通信单元5均连接中央处理器6，中央处理器6和事件存储单元7、频率跟踪单元8、LED显示单元9分别连接。
电压采集单元2通过互感器采集线路上的电压信号，并将采集到的电压信号传送给电压放大单元1，电压放大单元1将电压信号比例放大，然后将比例放大后的电压信号传送给数模转换单元3，数模转换单元3将模拟信号转换为数字信号送给中央处理器6，中央处理器6采集当前电压的信号，对电压信号进行处分析，判断暂态事件是否发生。
模数转换单元3、时钟同步单元4、有线网络通信单元5、事件存储单元7、频率跟踪单元8、LED显示单元9均电性连接中央处理器6，所述频率跟踪单元8采集电压信号，对电压信号进行硬件过零，计算出当前电压频率。
有线网络通信单元5是中央处理器6与电力系统后台软件进行通信的媒介。中央处理器6可将暂态事件、系统信息等数据通过有限网络单元上传给电力系统后台软件。LED显示单元9可以显示当前电压，查询历史暂态事件，设置系统信息，显示当前实时时间。事件存储单元7是当暂态事件发生时，记录暂态事件的时间、幅值、波形。
多个暂态分析仪可以组成局域网，对多个检测点进行同步检测，当有暂态事件发生时，可主动上报暂态事件到电力系统后台软件，保证了用户第一时间知道暂态事件的发生，暂态事件可本地记录，方便用户通过电力系统后台主动查询暂态事件。
暂态分析仪的暂态算法公式是：
一周波内采样点数先平方在求和，最后除以一周波采样点数，最后开根号，即可求得电压值，根据公式，其具体实施方式是：中央处理器通过硬件频率跟踪单元8得到当前单元频率，并自动调整采样间隔，保证每周波的采样点数都是128点，中央处理器开辟一个10周波的缓存，每采一个点，中央处理器就将该点放入10周波缓存中，当总采样点数大于10周波缓存时，重新开始从头覆盖原有数据，每采一个点，中央处理器就计算一次均方根，计算的方法从该点开始往后推移一个周波，将这一个周波的点数平方，然后求和，最后除以每周波点数，再开根号，即可求得当前当前电压，通过这种滑动均方根求电压的方法，可每一个点参与计算，对电压的波动判断的更加及时和准确，ADC采用高集成度、6通道、16bit逐次逼近(SAR)型ADC，提高了采样精度。高精度时钟同步是由时钟和对时组成，时钟是超高精度的实时时钟芯片，时间的最小单位是毫秒，与中央微处理器之间采用IIC进行通信，保证了暂态发生时刻误差在毫秒之内。采用GPS校时，每秒钟可与GPS卫星进行对时，对时脉冲由GPS时钟解码芯片进行解码，然后写入时钟芯片中，内附充电电池，可确保在任何情况下都不断电，确保了时钟精度。
本发明的工作原理是：在检测三相输电线路时，所述的高精度暂态分析仪可以多个组网，每台设备登录电力系统后台，在正常运行时，中央处理器通过硬件频率跟踪获得当前频率，然后采集三相电压信号，通过滑动均方根计算当前电压，并判断电压是否出现异常现象，假设一台暂态分析仪其中所接的A相发生暂态事件，中央处理器通过均方根判断出电压是暂升、暂降、还是短时中断中的一种，并立即记录通过高精度同步时钟记录当前暂态时刻，同时开始记录以后暂态波形，当电压恢复正常，中央处理器判断暂态事件持续时间是否正常，如果正常，记录此次暂态波形、发生时刻、暂态深度到事件存储单元中。并主动通过有线网络通信单元上传暂态事件到电力系统后台。电力系统后台可以召测某一时间段暂态事件条目，来查询此时间段的暂态事件。
以上显示和描述了本发明的基本原理、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。
Claims (5)
1.一种高精度暂态分析仪，包括分析仪壳体，其特征在于，所述分析仪壳体内设有电压放大单元(1)、电压采集单元(2)、模数转换单元(3)、时钟同步单元(4)、有线网络通信单元(5)、中央处理器(6)、事件存储单元(7)、频率跟踪单元(8)和LED显示单元(9)，电压采集单元(2)连接电压放大单元(1)，电压放大单元(1)连接模数转换单元(3)，模数转换单元(3)、时钟同步单元(4)、有线网络通信单元(5)均连接中央处理器(6)，中央处理器(6)和事件存储单元(7)、频率跟踪单元(8)、LED显示单元(9)分别连接。
2.根据权利要求1所述的一种高精度暂态分析仪，其特征在于，所述电压采集单元(2)通过互感器采集线路上的电压信号，并将采集到的电压信号传送给电压放大单元(1)，电压放大单元(1)将电压信号比例放大，然后将比例放大后的电压信号传送给数模转换单元(3)，数模转换单元(3)将模拟信号转换为数字信号送给中央处理器(6)，中央处理器(6)采集当前电压的信号，对电压信号进行处分析，判断暂态事件是否发生；
所述频率跟踪单元(8)采集电压信号，对电压信号进行硬件过零，计算出当前电压频率；
所述有线网络通信单元(5)是中央处理器(6)与电力系统后台软件进行通信的媒介；所述中央处理器(6)可将暂态事件、系统信息等数据通过有限网络单元上传给电力系统后台软件；
所述LED显示单元(9)可以显示当前电压，查询历史暂态事件，设置系统信息，显示当前实时时间；所述事件存储单元(7)是当暂态事件发生时，记录暂态事件的时间、幅值、波形。
3.根据权利要求1所示的一种高精度暂态分析仪，其特征在于，所述时钟同步单元(4)由时钟和对时组成，时钟是超高精度的实时时钟芯片，时间的最小单位是毫秒，与中央微处理器之间采用IIC进行通信，保证了暂态发生时刻误差在毫秒之内；采用GPS校时，每秒钟可与GPS卫星进行对时，对时脉冲由GPS时钟解码芯片进行解码，然后写入时钟芯片中，内附充电电池。
4.根据权利要求1所述的一种高精度暂态分析仪，其特征在于，多个所述暂态分析仪可以组成局域网，对多个检测点进行同步检测，当有暂态事件发生时，可主动上报暂态事件到电力系统后台软件，保证了用户第一时间知道暂态事件的发生，暂态事件可本地记录，方便用户通过电力系统后台主动查询暂态事件。
5.一种高精度暂态分析仪的暂态算法，其特征在在于，所述暂态算法公式是：
一周波内采样点数先平方在求和，最后除以一周波采样点数，最后开根号，即可求得电压值，根据公式：中央处理器通过硬件频率跟踪单元(8)得到当前单元频率，并自动调整采样间隔，保证每周波的采样点数都是128点，中央处理器开辟一个10周波的缓存，每采一个点，中央处理器就将该点放入10周波缓存中，当总采样点数大于10周波缓存时，重新开始从头覆盖原有数据，每采一个点，中央处理器就计算一次均方根，计算的方法从该点开始往后推移一个周波，将这一个周波的点数平方，然后求和，最后除以每周波点数，再开根号，即可求得当前当前电压。
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