CN109030915A - 一种电压闪变测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电压闪变测量装置，所述电压闪变测量装置包括信号采集单元、信号调理单元、A/D转换单元、分析处理单元、存储单元和显示单元；所述电压闪变测量装置根据采集的电流电压信号，结合新的IEC标准下闪变检测机理，分析计算出电压瞬时闪变值，并进行存储和显示。本发明提供一种电压闪变测量装置和测量方法，简化了闪变测量的流程，减小频谱泄漏的影响，有效提高了测量结果的准确度。

Description

一种电压闪变测量装置及其测量方法

技术领域

本发明属于电力检测技术领域，特别涉及一种电压闪变测量装置及其测量方法。

背景技术

随着科技的不断发展和进步，新的技术越来越多地应用于社会生产的各个领域，人们对电能的需求也越来越高，同时各种性能好、效率高的非线性负荷也被众多用户广泛采用。非线性负荷的使用一定程度上提高了工业生产自动化水平和生产效率，也会对电力系统注入各种干扰，影响电力系统的安全运行，引起了一些电能质量问题。

电压闪变是电能质量问题之一，目前对研究电压闪变建立的数学模型主要有调幅波闪变和间谐波闪变两种。新闪变检测标准IEC 61000-4-15是基于白炽灯类的调幅波闪变模型，新IEC标准下的闪变检测需要经过一系列的二次方、滤波和统计等流程，在实际数字闪变仪的设计中十分复杂，同时各滤波器的非理想幅频特性引起的误差会对测量结果产生很大的影响。为了在保证电压闪变测量的准确性同时简化检测步骤与模型，需要对闪变测量方法进行改进。本发明提出了新的电压闪变测量方法，间接计算出闪变参数，简化了闪变测量的流程，减小频谱泄漏的影响，有效提高了测量结果的准确度。

发明内容

本发明提供一种电压闪变测量装置和测量方法，简化了闪变测量的流程，减小频谱泄漏的影响，有效提高了测量结果的准确度。

本发明具体为一种电压闪变测量装置，所述电压闪变测量装置包括信号采集单元、信号调理单元、A/D转换单元、分析处理单元、存储单元和显示单元，所述信号采集单元与所述信号调理单元、所述A/D转换单元、所述分析处理单元顺序连接，所述分析处理单元还分别与所述存储单元、所述显示单元相连接；所述电压闪变测量装置根据采集的电流电压信号，结合IEC标准下闪变检测机理，分析计算出电压瞬时闪变值，并进行存储和显示。

所述信号采集单元分别采用电压互感器和电流互感器采集电压信号、电流信号。

所述信号调理单元包括电流/电压转换电路、滤波模块、分压电路，所述电流/电压转换电路与所述滤波模块、所述分压电路、所述A/D转换单元顺序连接，所述电流/电压转换电路还与所述电流互感器连接，所述滤波模块还与所述电压互感器连接；所述电流互感器采集的电流信号输入所述电流/电压转换电路转换为电压信号，所述滤波模块采用RC低通滤波器滤除高频干扰，所述分压电路通过分压电阻分压输出符合所述A/D转换单元输入要求的小电压信号。

所述A/D转换单元采用16位AD73360L转换芯片进行A/D转换；所述分析处理单元采用TMS320VC5502数字信号处理器进行数据计算分析。

本发明还提供一种电压闪变测量装置的测量方法，所述测量方法包括如下步骤：

步骤(1)：所述电压互感器、所述电流互感器采集待测量的电压信号、电流信号；

步骤(2)：所述电流信号经过所述电流/电压转换电路进行电流/电压转换；

步骤(3)：经过所述滤波模块滤除高频干扰；

步骤(4)：经过所述分压电路分压输出小电压信号；

步骤(5)：经过A/D转换单元进行A/D转换，输入所述分析处理单元；

步骤(6)：经过所述存储单元和所述显示单元对采集的电压信号进行存储显示；

步骤(7)：将采集的电压信号进行三角变换得到将所述电压信号调幅波闪变转换为间谐波引起的闪变，A为所述电压信号载波的幅值，ω₀为所述电压信号载波的角频率，m_f为所述调幅波的幅值系数，Ω_f为所述调幅波的角频率，θ_f为所述调幅波相对所述电压信号的相位；

步骤(8)：将闪变信号转换为间谐波Δt为采样间隔，M为频率分量数，A_i为单分量的幅值，f_i为所述单分量的频率，为所述单分量的相位，n＝0,1,···,N-1，N为信号长度；

步骤(9)：将所述间谐波乘以旋转因子exp[-jπk(N-1)/N]，得到频谱表达式：k_i为所述单分量的频率f_i对应的峰谱线，δ_i为所述单分量的频率f_i对应的频偏值，W为所加余弦窗窗谱函数，Δ(k_i)为各频率分量在所述峰谱线k_i处的频谱泄露叠加值；

步骤(10)：选取所述间谐波分量附近的3根谱线进行矢量叠加插值，得到基于Hanning窗的谱线叠加插值算法中的频偏值

步骤(11)：计算出各间谐波对应的频率f_i、幅值A_i，Δf为频率分辨率，Δf＝f_s/N，f_s为采样频率；

步骤(12)：计算出对应的波动频率f_a＝f_i-f₀、幅值系数m_f＝2A_i/A₀；

步骤(13)：根据所述波动频率f_a得到对应的视感度系数k_f，根据所述幅值系数m_f得到电压波动值d_f＝2m_f；

步骤(14)：计算出所述电压信号瞬时闪变值R_f＝1，并进行存储显示。

附图说明

图1为本发明一种电压闪变测量装置的结构示意图。

图2为本发明一种电压闪变测量装置的测量方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种电压闪变测量装置的具体实施方式做详细阐述。

如图1所示，本发明的电压闪变测量装置包括信号采集单元、信号调理单元、A/D转换单元、分析处理单元、存储单元和显示单元，所述信号采集单元与所述信号调理单元、所述A/D转换单元、所述分析处理单元顺序连接，所述分析处理单元还分别与所述存储单元、所述显示单元相连接；所述电压闪变测量装置根据采集的电流电压信号，结合IEC标准下闪变检测机理，分析计算出电压瞬时闪变值，并进行存储和显示。

所述信号采集单元分别采用电压互感器和电流互感器采集电压信号、电流信号。

所述信号调理单元包括电流/电压转换电路、滤波模块、分压电路，所述电流/电压转换电路与所述滤波模块、所述分压电路、所述A/D转换单元顺序连接，所述电流/电压转换电路还与所述电流互感器连接，所述滤波模块还与所述电压互感器连接；所述电流互感器采集的电流信号输入所述电流/电压转换电路转换为电压信号，所述滤波模块采用RC低通滤波器滤除高频干扰，所述分压电路通过分压电阻分压输出符合所述A/D转换单元输入要求的小电压信号。

所述A/D转换单元采用16位AD73360L转换芯片进行A/D转换；所述分析处理单元采用TMS320VC5502数字信号处理器进行数据计算分析。

如图2所示，本发明还提供一种电压闪变测量装置的测量方法，所述测量方法包括如下步骤：

步骤(1)：所述电压互感器、所述电流互感器采集待测量的电压信号、电流信号；

步骤(2)：所述电流信号经过所述电流/电压转换电路进行电流/电压转换；

步骤(3)：经过所述滤波模块滤除高频干扰；

步骤(4)：经过所述分压电路分压输出0～1.2V小电压信号；

步骤(5)：经过A/D转换单元进行A/D转换，输入所述分析处理单元；

步骤(6)：经过所述存储单元和所述显示单元对采集的电压信号进行存储显示；

步骤(7)：将采集的电压信号进行三角变换得到将所述电压信号调幅波闪变转换为间谐波引起的闪变，A为所述电压信号载波的幅值，ω₀为所述电压信号载波的角频率，m_f为所述调幅波的幅值系数，Ω_f为所述调幅波的角频率，θ_f为所述调幅波相对所述电压信号的相位；

步骤(8)：将闪变信号转换为间谐波Δt为采样间隔，M为频率分量数，A_i为单分量的幅值，f_i为所述单分量的频率，为所述单分量的相位，n＝0,1,···,N-1，N为信号长度；

步骤(9)：将所述间谐波乘以旋转因子exp[-jπk(N-1)/N]，得到频谱表达式：k_i为所述单分量的频率f_i对应的峰谱线，δ_i为所述单分量的频率f_i对应的频偏值，W为所加余弦窗窗谱函数，Δ(k_i)为各频率分量在所述峰谱线k_i处的频谱泄露叠加值；

步骤(10)：选取所述间谐波分量附近的3根谱线进行矢量叠加插值，得到基于Hanning窗的谱线叠加插值算法中的频偏值

步骤(11)：计算出各间谐波对应的频率f_i、幅值A_i，Δf为频率分辨率，Δf＝f_s/N，f_s为采样频率；

步骤(12)：计算出对应的波动频率f_a＝f_i-f₀、幅值系数m_f＝2A_i/A₀；

步骤(13)：根据所述波动频率f_a得到对应的视感度系数k_f，根据所述幅值系数m_f得到电压波动值d_f＝2m_f；

步骤(14)：计算出所述电压信号瞬时闪变值R_f＝1，并进行存储显示。

最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (5)

1.一种电压闪变测量装置，其特征在于，所述电压闪变测量装置包括信号采集单元、信号调理单元、A/D转换单元、分析处理单元、存储单元和显示单元，所述信号采集单元与所述信号调理单元、所述A/D转换单元、所述分析处理单元顺序连接，所述分析处理单元还分别与所述存储单元、所述显示单元相连接；所述电压闪变测量装置根据采集的电流电压信号，结合IEC标准下闪变检测机理，分析计算出电压瞬时闪变值，并进行存储和显示。

2.根据权利要求1所述的一种电压闪变测量装置，其特征在于，所述信号采集单元分别采用电压互感器和电流互感器采集电压信号、电流信号。

3.根据权利要求2所述的一种电压闪变测量装置，其特征在于，所述信号调理单元包括电流/电压转换电路、滤波模块、分压电路，所述电流/电压转换电路与所述滤波模块、所述分压电路、所述A/D转换单元顺序连接，所述电流/电压转换电路还与所述电流互感器连接，所述滤波模块还与所述电压互感器连接；所述电流互感器采集的电流信号输入所述电流/电压转换电路转换为电压信号，所述滤波模块采用RC低通滤波器滤除高频干扰，所述分压电路通过分压电阻分压输出符合所述A/D转换单元输入要求的小电压信号。

4.根据权利要求3所述的一种电压闪变测量装置，其特征在于，所述A/D转换单元采用16位AD73360L转换芯片进行A/D转换；所述分析处理单元采用TMS320VC5502数字信号处理器进行数据计算分析。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的电压闪变测量装置的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括如下步骤：

步骤(1)：所述电压互感器、所述电流互感器采集待测量的电压信号、电流信号；

步骤(2)：所述电流信号经过所述电流/电压转换电路进行电流/电压转换；

步骤(3)：经过所述滤波模块滤除高频干扰；

步骤(4)：经过所述分压电路分压输出小电压信号；

步骤(5)：经过A/D转换单元进行A/D转换，输入所述分析处理单元；

步骤(6)：经过所述存储单元和所述显示单元对采集的电压信号进行存储显示；

步骤(7)：将采集的电压信号进行三角变换得到将所述电压信号调幅波闪变转换为间谐波引起的闪变，A为所述电压信号载波的幅值，ω₀为所述电压信号载波的角频率，m_f为所述调幅波的幅值系数，Ω_f为所述调幅波的角频率，θ_f为所述调幅波相对所述电压信号的相位；

步骤(8)：将闪变信号转换为间谐波Δt为采样间隔，M为频率分量数，A_i为单分量的幅值，f_i为所述单分量的频率，为所述单分量的相位，n＝0,1,…,N-1，N为信号长度；

步骤(9)：将所述间谐波乘以旋转因子exp[-jπk(N-1)/N]，得到频谱表达式：k_i为所述单分量的频率f_i对应的峰谱线，δ_i为所述单分量的频率f_i对应的频偏值，W为所加余弦窗窗谱函数，Δ(k_i)为各频率分量在所述峰谱线k_i处的频谱泄露叠加值；

步骤(10)：选取所述间谐波分量附近的3根谱线进行矢量叠加插值，得到基于Hanning窗的谱线叠加插值算法中的频偏值

步骤(11)：计算出各间谐波对应的频率f_i、幅值A_i，Δf为频率分辨率，Δf＝f_s/N，f_s为采样频率；

步骤(12)：计算出对应的波动频率f_a＝f_i-f₀、幅值系数m_f＝2A_i/A₀；

步骤(13)：根据所述波动频率f_a得到对应的视感度系数k_f，根据所述幅值系数m_f得到电压波动值d_f＝2m_f；

步骤(14)：计算出所述电压信号瞬时闪变值R_f＝1，并进行存储显示。