CN1133877C - 电力系统谐波定量测量方法和测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统谐波定量测量方法和测量仪。对电力系统电流电压信息，依时间顺序、同步等时间间隔跟随谐波三维方向，即谐波幅值、频率随时间动态变化特征，测出各次谐波幅值、频率、时间三维参数和三维曲线，测出三维跟随的各次谐波幅值时间曲线和数据、各次谐波频率时间曲线和数据、各次谐波幅频特性曲线和数据，定量的测出电力系统谐波特性和数据。精确测量供用电网的谐波阻抗和谐波共振放大特性。

Description

电力系统谐波定量测量方法和测量仪

所属技术领域

本发明涉及测量电气设备和供用电网谐波的方法。电气设备和供用电网谐波简称电力系统谐波，电力系统谐波是工频为50赫兹为基波的高次谐波。在本文件中谐波指谐波电流、谐波电压、谐波阻抗，或指其中的一项二项，谐波也是各次谐波的总称，也称动态谐波，电力系统也指供用电网。本发明中的谐波分析次数是1-20次或1-40次，有时也测量谐间波(谐波之间的波)。检测的电力系统信息是单一信息电流或电压，或双信息电流和电压，或多信息如三个电流一个电压。

背景技术

关于电力系统谐波测量的已有专利文件有“电力系统谐波测量方法和测量仪”(89105302.6)，和“用电子计算机的电力谐波测量方法”(92106527.2)。其发明的目的是测出电力系统谐波，求出电力系统谐波阻抗，对电力系统的谐波进行实时监测，消除谐波危害。

已有的一种定量测量电力系统谐波的方法是连续记录电力系统电流电压信息，应用微机等间隔地进行付立叶分析，给出按照50赫兹基波整倍数标注的各次谐波幅值的时间曲线分析结果，对谐波分析结果中的某时间段的数据进行数学统计，给出谐波统计参数，以注入系统的谐波电流作为系统输入，以系统的谐波电压作为系统的输出，作传递函数运算，测量系统的谐波阻抗。

当电力系统谐波是稳定或是随时间变化不大时，付立叶分析能够跟随其随时间变化，取得电力系统谐波特性和数据，测量结果是准确的。这是谐波二维测量。

已有技术不足之处是测量结果不够精确，特别是对于动态谐波。

电力系统大部分谐波是动态谐波。动态谐波随时间变化大，并且当测量动态谐波时，一些动态谐波的频率也随时间发生变化，谐波次数越高频率变化越大，实际上谐波频率也是随快速变化的谐波幅值变化的，谐波二维测量不能跟随谐波变化，测量结果不精确。谐波频率动态变化原因是复杂的，更多的表现在谐波电流的测量上，频率也常随幅值快速变化而变化，这是谐波源谐波特性以及测量分析过程的计算原因等。本文件不讨论谐波频率变化原因。

已有技术不足之处是对谐波分析结果的某时间段的数据进行数学统计，时间段并不全是电力系统谐波过程，统计数据不反映电力系统谐波过程的谐波特性和数据。

已有技术不足之处还在于测量系统谐波阻抗没有测量计算系统谐波放大特性和系统谐波共振频率。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，实现电力系统谐波的定量测量。根据本发明的实践和理论，动态谐波具有三维向量特性，本发明按谐波幅值—频率—时间三维方向测量，可以准确定量的取得电力系统动态谐波特性和数据。这称作电力系统动态谐波三维跟随测量，也称作电力系统谐波定量测量。

本发明的目的还在于对谐波分析结果都标注有确切的时间长度。这是谐波定量测量所要求的。对电力系统谐波不标注时间长度不符合电能单位。

本发明的目的还在于通过测量系统谐波阻抗取得系统谐波共振频率及谐波吸收频率；系统对各次谐波电流的放大系数。

本发明的目的还在于根据上述方法提出的电力系统谐波定量测量仪。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

对电力系统电流电压信息进行谐波分析，给出谐波分析结果是依照时间顺序、同步等时间间隔跟随谐波三维方向动态变化特征，不仅要跟随谐波幅值随时间的变化，而且也跟随谐波频率随时间的变化，进行付立叶分析，频率的变化也是服从谐波规律的，频率发生变化时各次谐波也是按照基波的整倍数计算，测出各次谐波幅值、频率(次数)、时间三维参数。取得电力系统谐波特性和数据。直接使用这些数据或是进行显示或打印。

对测出的各次谐波幅值、频率(次数)、时间三维参数按照三维即通称的3D图示法，在谐波幅值—谐波频率—时间三维坐标图中，依时间顺序连接各次谐波三维参数，在屏幕上显示谐波动态变化特征和数据的各次谐波的连续的光滑的三维曲线，或打印在图纸上。

三维坐标图是屏幕或图纸上的3D图，三坐标轴的空间排列根据需要确定，常用的排列是水平X轴是谐波次数(频率)，垂直轴Y是谐波幅值。垂直于X、Y轴的Z轴是时间。

把测出各次谐波幅值、频率时间三维参数，即把三维跟随测量结果显示在二维坐标图，以二维坐标图显示谐波动态变化特征和数据，实际上就是三维坐标图曲线在三个二维坐标图的投影曲线，从二维坐标图方向观察相应参数的动态变化。

在谐波幅值—时间坐标图，依时间顺序把各次谐波的幅值时间参数连线，给出显示三维方向跟随谐波幅值随时间变化特征的各次谐波幅值—时间曲线和数据，在谐波曲线标注谐波次数，

可以直接的三维方向跟随各次谐波幅值，而不论谐波的具体频率是多少，给出三维方向跟随谐波幅值时间曲线。

在谐波频率—时间坐标图，依时间顺序把各次谐波的频率时间参数连线，给出显示三维方向跟随谐波频率随时间变化特征的各次谐波频率—时间曲线和数据，在谐波曲线标注谐波次数，

可以直接的三维方向跟随各次谐波频率，而不论谐波的具体幅值是多少，给出三维方向跟随谐波频率时间曲线。

在谐波幅值—谐波频率坐标图，把各次谐波的幅值频率参数连线，给出显示三维方向谐波幅值频率随时间变化特征的各次谐波幅值—频率图和数据，在图中标注所显示谐波幅值频率图对应的时间。

关于同步等时间间隔：

同步等时间间隔大小的选择方法是在三维坐标方向同步跟随谐波幅值和频率随时间变化特征，其具体作法是：在屏幕上观察快速变化的电力系统谐波三维曲线，在谐波幅值和频率三维坐标方向，能够跟随各次谐波幅值随时间变化量，也能够同步地跟随频率随时间的增减量，给出各次谐波的连续的光滑的三维曲线。

对具有谐波幅值频率随时间快速变化特征的电力系统谐波，跟随各次谐波频率随时间的增减量，是以基波频率计的，大于等于0.1赫兹，同步等时间间隔小于等于0.1秒。

依时间顺序在三维坐标方向同步等时间间隔是在三维坐标空间及时间顺序上同步地跟随谐波幅值谐波频率的变化，谐波频率变化与谐波幅值动态变化速度有关，并由于付立叶分析计算的频率分辨率，谐波频率与谐波幅值的变化并不一致，按此特征在屏幕上观察快速变化的电力谐波的三维曲线，调整同步等时间间隔，在谐波幅值和频率三维方向能够跟随各次谐波辐值的变化，也能够跟随各次谐波频率的变化，给出各次谐波的连续的光滑的三维曲线。

关于谐波标注的时间长度：

谐波测量分析结果及谐波特性和数据，标注时间长度TFT，定量测量的目的才明确，是时间长度TFT的定量数据。

电力系统电流电压信息含有谐波，谐波持续过程时间是TFT，分析是把谐波持续过程时间是TFT的电流电压时间域(Time domain)信息，在频率域(Frepuency domain)跟随谐波幅值和谐波频率随时间变化特征，进行付立叶分析，给出时间长度是TPT的时间域(Time domai)的谐波分析结果及谐波特性和数据。在谐波分析的时间—频率域—时间域全过程有确切的时间长度，时间长度的符号是TFT，单位是秒、分、时、日。时间长度TFT作为脚注使用，也按习惯标注在特性和数据的分母如/TFT。例如在谐波过程时间20秒的谐波电流的平均值是20安培，标注20安培/20秒。时间长度的确定方法是：电力系统流通动态谐波的时间确定时间长度，以电气设备的谐波特性所标定的时间长度，即电气设备运行过程发生动态谐波的持续时间确定时间长度。

把取得电力系统谐波特性和数据，即把时间长度是TFT的数据转换成电工计量单位计量的谐波时间域和谐波频率域的定量的特性和数据：

各次谐波及谐波总值的有效值/TFT；谐波最大值/TFT，最大值次数/TFT，最大值密度/TFT；各次谐波及谐波总值在TFT时间段内达到指定值的持续时间；非特征谐波在TFT时间段内时频域特性和数据；拟合理论时间函数、曲线和计算系数/TFT；电力系统谐波共振频率；谐波频率曲线的统计数据/TFT，最大频偏/TFT，频偏持续时间/TFT；系统传递函数运算取得的时间域频率域参数值/TFT，系统对各次谐波的放大系数；3D和3D-2D时间域频率域的参数/TFT和曲线/TFT。

关于以注入系统的谐波电流作为系统输入，以系统的谐波电压作为系统的输出，对电流电压双信息付立叶分析，作传递函数运算，测量系统的谐波阻抗，本发明同样是按照电力系统动态谐波三维跟随测量的方法，对电流电压双信息进行付立叶分析，这与上述的单信息分析是一样的，取得系统谐波阻抗三维曲线和数据及显示三维方向跟随的二维曲线和数据，依据测得的系统各次谐波阻抗值作系统等效电路图，按常规电路计算的方法计算：

a.按照取得的谐波阻抗的幅值频率图的包络线图等，取得谐波阻抗幅频图最大阻抗位置对应的频率，即供用电网的谐波共振频率，取得供用电网谐波吸收频率，即谐波阻抗幅频图最小阻抗位置对应的频率；

b.按照系统谐波总阻抗及各次谐波阻抗，取得供用电网对各次谐波电流的放大系数。

利用电气设备产生的谐间波测量系统谐波阻抗，以提高测量密度和精度，

关于电力系统动态谐波定量测量仪的制作实施：

在谐波测量仪箱内装置有由四个输入电流电压信息变换器、CPU微处理器、存储器、显示器、数据采集卡，数模转换器，白噪音信号发生器以及谐波分析测量软件固化件构成的微机化测量组件，在测量仪面板上有操作命令输入和分析结果输出打印绘图的操控键，并有：

a.在测量仪器箱内的数据采集卡，数模转换器连接有边采集边存盘硬卡，连接有检测输入电流电压信息间相位关系检测电路板，

b.在测量仪箱内装有电力系统动态谐波测量软件固化件，

c.在测量仪面板上装置的操控键有：

3D，3D-2D功能操控键，3D，3D-2D图形内容、图形型式选择键，运算选择键，数据显示选择键，时间长度/TFT选择键，分析次数选择键，同步等时间间隔选择键。

本发明与现有技术相比有如下优点：

本发明的基础是长期的谐波实践理解和遵循谐波规律。实现定量测量电力系统谐波；实现精确测量调控谐波电流载体—供用电网谐波特性；实现以普通电工计量单位定量的表达电力系统谐波特性；实现定量、准确、直观的对电力系统谐波测量分析管理和防治。本发明依时间顺序、同步等时间间隔跟随谐波三维方向动态变化特征，测出各次谐波幅值、频率、时间三维参数，不论谐波幅值频率随时间如何变化都能准确定量的取得电力系统谐波特性和数据。直观准确的显示谐波动态变化特征和数据的各次谐波的连续的光滑的三维曲线，这时动态谐波运行过程的再现。以二维坐标图显示三维方向跟随谐波幅值及谐波频率随时间变化特征的各次谐波时间曲线和数据，直观准确的观测幅值、频率时间关系和幅频时间关系并取得定量数据。把时间长度是TFT的数据转换成电工计量单位计量的谐波时间域和谐波频率域特性和数据，实现谐波管理防治的数据需要。测量系统的谐波阻抗取得电力系统谐波阻抗三维曲线和数据及显示三维方向跟随的二维曲线和数据；利用电气设备产生的谐间波测量系统谐波阻抗提高精度。取得供用电网的谐波共振频率、谐波吸收频率、对各次谐波电流的放大系数以精确的调整系统谐波电流流量流向。电力系统谐波定量测量仪是在电力系统动态谐波三维跟随测量的正确理论技术和实践指导下的产品。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详述。

实例1：

用电力系统动态谐波三维跟随测量方法测量谐波电气设备的谐波特性，也就是谐波电流特性；电气设备的谐波电流注入供用电网，也要测量供用电网谐波阻抗和谐波放大特性，导引管理工厂谐波防治谐波危害。

A定量测量电气设备谐波特性：

实例是测量轧机、电力机车、提升机的变流器的谐波特性。其他的谐波源电气设备可参考本例的方法步骤。

a确定电气设备运行过程发生动态谐波的持续时间TFT：

本发明给出的谐波分析结果是具有确切的时间长度的，对谐波数据谐波曲线标注确切的时间长度，定量测量的目的明确，是时间长度TFT的定量数据。时间长度的确定方法，对于电气设备是以电气设备的谐波特性所标定的时间长度，即电气设备运行过程发生动态谐波的持续时间确定时间长度。

变流器设备的动态谐波的持续时间是加速度过程，是直流电压由最小调到最大过程时间，制造厂给出的谐波特性是加速段的。加速段动态谐波幅值大、变化速度快、频谱丰富。我们所分析测量的是TFT段，测量的时间段大于小于TFT都不能定量测量出该设备的谐波特性和数据。有些设备的动态谐波过程的各次谐波电流可以用时间函数描述，可以以实测数据拟合理论曲线。

当然可以以任何时间段作为时间段长度TFT，用本发明的测量方法测量，测量结果是该时间段的谐波定量测量，例如测量等速段谐波减速段谐波。

b对变流器持续时间TFT的电流信息，同步等时间间隔跟随谐波三维方向动态变化特征，测量取得变流器谐波特性和数据：

依时间顺序、同步等时间间隔跟随谐波三维方向动态变化特征，即跟随谐波幅值随时间变化和谐波频率随时间变化特征，不仅要跟随谐波幅值的变化，而且也跟随谐波频率的变化，进行付立叶分析。

三维测量仍然是常规的付立叶分析，不是以供电的基波50赫兹为准的谐波，而是对付立叶分析给出的基波频率进行频率计算测量，频率的变化服从谐波规律，各次谐波按照基波的整倍数计算，基波频率变化量增加0.4赫兹，则20次谐波频率增加量就是8赫兹。频率测量计算的方法是常规方法，一种实用简单快速的方法是测量分析给出的基波周期波形过零点的时间算出频率。再则是由于频率变化实际与谐波幅值随时间变化有关，频率变化有增有减，每次付立叶分析都要求出频率值。一些过程可以看到速度变化时谐波电流频率也在变化的现象。谐波次数越高频率偏离越大。测出各次谐波幅值、频率(次数)、时间三维参数，取得变流器谐波特性和数据。

C对测出的各次谐波幅值、频率(次数)、时间三维参数按照三维即通称的3D图示法，在谐波幅值—谐波频率—时间三维坐标图中，依时间顺序连接各次谐波三维参数，在屏幕上显示谐波动态变化特征和数据的各次谐波的连续的光滑的三维曲线，或打印在图纸上。

各次谐波三维曲线反映了实际的谐波幅值随时间的变化和频率的复杂的偏移，三维曲线是动态谐波动态运行过程的再现。

三维坐标图是屏幕或图纸上的3D图，三坐标轴的空间排列根据需要确定，常用的排列是水平X轴是谐波次数(频率)，垂直轴Y是谐波幅值，垂直于X、Y轴的Z轴是时间。

以二维坐标图显示三维跟随测量结果，实际上就是三维坐标图曲线主在三个二维坐标图的投影曲线，从二维坐标图方向观察相应参数的动态变化。

把谐波三维曲线投影到谐波幅值—时间坐标图，显示出在三维方向跟随谐波幅值随时间变化特征的各次谐波幅值—时间曲线和数据。投影的方法实际就是在谐波幅值-时间坐标图，依时间顺序把三维测量的各次谐波的幅值时间参数连线。三维曲线投影到二维平面坐标。二维坐标图曲线和数据来自三维跟随测量，幅值时间曲线不仅是跟随幅值随时间的变化，而且当谐波频率变化时，仍然跟随谐波幅值，谐波次数越高越显著。在显示曲线时要在曲线上标注谐波次数。

把谐波三维曲线投影到谐波频率-时间坐标图，显示出在三维方向跟随谐波频率随时间变化特征的各次谐波频率-时间曲线和数据。投影的方法实际就是在谐波频率-时间坐标图，依时间顺序把三维测量的各次谐波的频率时间参数连线。三维曲线投影到二维平面坐标，二维坐标图曲线和数据来自三维跟随测量，频率时间曲线不仅是跟随频率随时间的变化，而且当谐波幅值变化时，仍然跟随谐波频率，幅值变化越大越显著。在显示曲线时要在曲线上标注谐波次数。

把谐波三维曲线投影到谐波幅值-谐波频率坐标图，显示出在三维方向谐波福值频率随时间变化特征的各次谐波幅值-频率曲线和数据。

这与二维测量绘制二维曲线有本质的不同，二维测量当频率发生改变时，谐波幅值曲线发生畸变，谐波次数越高频偏越大畸变越严重。

以二维坐标图表达动态谐波三维跟随测量是本发明谐波定量测量基础之一。

为了加快谐波分析的速度，可以直接的三维方向跟随各次谐波幅值而不论谐波的具体频率是多少，给出三维方向跟随谐波幅值时间曲线；可以直接的三维方向跟随各次谐波频率，而不论谐波的具体幅值是多少，给出三维方向跟随谐波频率时间曲线。

d同步等间隔时间的确定：

同步等时间间隔，其大小的选择方法是在三维坐标方向能够同步跟随谐波幅值和频率随时间变化特征，其具体作法是：在屏幕上观察快速变化的电力系统谐波三维曲线，在谐波幅值和频率三维坐标方向，能够跟随各次谐波幅值随时间变化量，也能够同步地跟随频率随时间的增减量，给出各次谐波的连续的光滑的三维曲线。

依时间顺序在三维坐标方向同步等时间间隔是说明在三维坐标的空间及时间顺序上同步地跟随谐波幅值谐波频率的变化，三维同步等时间间隔跟随测量。谐波幅值随时间连续的变化，谐波频率变化与谐波幅值动态变化速度有关，并由于付立叶分析计算的频率分辨率，谐波频率与谐波幅值的变化并不一致，具体的作法是按此特征在屏幕上观察快速变化的电力谐波的三维曲线，调整同步等时间间隔，在谐波幅值和频率三维方向能够跟随各次谐波幅值的变化，也能够跟随各次谐波频率的变化，给出各次谐波的连续的光滑的三维曲线。

从电力系统的负荷电流的大小和变化速度是找不到动态谐波变化特征的，有的电气设备的负荷电流稳定不变，其各次谐波幅值频率随时间复杂变化，所以要实际测量取得同步等时间间隔，选择多种有复杂变化谐波的电气设备，以不同的同步等时间间隔进行付立叶分析多次测量。

综合起来是，对具有谐波幅值频率随时间快速变化特征的电力系统谐波，在跟随频率变化时，频率的增减量以基波频率的增减量是大于等于0.1赫兹。同步等时间间隔是小于等于0.1秒。

e把时间长度是TFT的谐波数据转换为电工计量单位的谐波时间域频率域特性参数。本发明把随时间复杂变化的谐波曲线及数据转换为普通电工量。

转换的基础是：电力系统动态谐波三维跟随测量取得电力系统谐波的定量数据，全面的反映谐波特性和数据；遵循谐波的物理作用机理转换，例如谐波的等效热作用；转换的目的明确：工业生产应用，正如以铭牌上的若干数据定量的标明电动机的特性一样，本发明也是以若干数据定量的标明电力系统谐波特性：

各次谐波及谐波总值的有效值/TFT；谐波最大值/TFT，最大值次数/TFT，最大值密度/TFT，各次谐波及谐波总值在TFT时间段内达到指定值的持续时间；非特征谐波在TFT时间段内时频域特性和数据；拟合理论时间函数、曲线和计算系数/TFT；电力系统谐波共振频率；谐波频率曲线的统计数据/TFT，最大频偏/TFT，频偏持续时间/TFT；系统传递函数运算取得的时间域频率域参数值/TFT，系统对各次谐波的放大系数；3D和3D-2D时间域频率域的参数/TFT和曲线/TFT。

B精确测量由谐波源视向供用电网的谐波阻抗特性：

谐波源视向供用电网的谐波阻抗特性也就是视向系统的谐波阻抗特性。

利用变流器注入供用电网持续时间是TFT的谐波电流及该电流在供用电网的持续时间是TFT的谐波电压降双信息作付立叶分析，同样是用电力系统动态谐波三维跟随测量的方法。仍然是用对变流器的谐波测量时的同步等间隔时间，作传递函数运算给出系统谐波阻抗特性。在屏幕上显示阻抗幅频图等曲线的组合。

由于测量时已经把母线上的电容性设备停运，所以谐波阻抗随频率直线升高。

对电流电压双信息付立叶分析与上述的单信息分析是一样的，取得系统谐波阻抗三维曲线和数据及二维曲线和数据，依据测得的系统各次谐波阻抗值作系统等效电路图，按常规电路计算的方法计算：

a按照取得的谐波阻抗的幅值频率图的包络线图等，取得谐波阻抗幅频图最大阻抗位置对应的频率，即供用电网的谐波共振频率，取得供用电网谐波吸收频率，即谐波阻抗幅频图量小阻抗位置对应的频率；

b按照系统谐波总阻抗及各次谐波阻抗，取得供用电网对各次谐波电流的放大系数。

利用电气设备产生的谐间波测量系统谐波阻抗。这是由于以注入的谐波电流测量谐波阻抗，各次谐波阻抗间的步长是50赫兹，必需利用各次谐波之间的波进行测量，以提高测量密度和精度，电气设备的谐间波并不一致，测量时取有较大值的谐间波，按照电力系统动态谐波三维跟随测量的方法取得谐间波阻抗。有谐间波的谐波阻抗包络线更光滑。

系统各次谐波阻抗幅值时间曲线频率时间曲线幅频图和数据都是由三维曲线取得的。系统的谐波阻抗时间曲线反映系统谐波特性的动态变化。

C作供用电网滤波模拟电路图：

根据测得的谐波源谐波电流，谐波源元功，供用电网谐波阻抗和计算的滤波器参数作出供用电网模拟电路图。在电路图的谐波阻抗幅频图上可以看到最大阻抗最小阻抗值和对应位置的频率。

D滤波调试：

a滤波投入到供用电网后，按照上述B的方法测量系统谐波阻抗特性，对照滤波模拟电路图调试直到实际的曲线和数据接近模拟曲线和数据，实际的供用电网各次谐波的频率间是间断的，按包络线连线和阻抗图求出最大阻抗对应的频率是系统共振频率，调试避开谐波频率。

b在测量谐波源时了解到谐间波的有无和大小，只有当谐间波电流达到足够大时才能利用，这要反复试验。

c供用电网的总阻抗和各次谐波阻抗求得各次谐波电流放大系数。用三个输入端分别连接谐波源、滤波电路和供电点的电流互感器同步测量谐波电流了解滤波效果。

实例2：

定量测量钢厂注入供电系统的谐波电流。在实施例1述说过的不重复。

用电力系统动态谐波三维跟随测量方法测量，可以直接的三维方向跟随各次谐波幅值而不论谐波的具体频率是多少，给出三维方向跟随谐波幅值时间曲线。

A电力系统流通动态谐波的时间过程确定时间长度。钢厂轧机每轧压一次TFT和轧机每轧压一周期TFT，超过TFT，或是不足TFT的测量都只是定性测量。

B用电力系统动态谐波三维跟随测量方法测量。是以在TFT过程谐波电流的定量数据评估的，取得：谐波电流有效值/TFT，谐波电流最大值/TFT，最大值次数/TFT，各次谐波电流幅值时间曲线，超过限制值的持续时间。

实例3：

电力系统谐波定量测量仪制作实例：

电力系统谐波定量测量仪是微机化的测量仪表。制作时参考本测量仪的原型：手提式微机+扩展箱。扩展箱有四个输入端与箱内的四个电流电压变换器连接，此后相连接的有：检测四个输入间相位关系的电路板，数据采集卡，数模转换器以及与微机相连接的输出端子。在手提式微机装有电力系统动态谐波跟随测量软件。操作命令输入和分析结果输出打印绘图的操作都是微机的键盘。

电力系统谐波定量测量仪制作总体布置是：微机与扩展箱合并为一体，可见包括通常有的CPU微处理器、存储器、显示器、数据采集卡，数摸转换器，白噪音信号发生器以及与之相适应的电力系统动态谐波测量软件固化件构成的微机化测量组件；在数据采集卡，数模转换器连接有边采集边存盘硬卡。当长时间记录电力系统信息时直接把数据装入硬盘；检测四个输入间相位关系的电路板等都组装在仪器箱内，而操作命令输入和分析结果输出打印绘图的操控由键盘改在测量仪的面板上。

电力系统动态谐波定量测量仪的面板上除了常规的控制键外，特点是关于三维3D，3D-2D功能操控：

操控键是用八个软触键，布置在显示屏外的下部，显示屏内部下端对应于八个软触键的部位是分项菜单。

八个软触键的分配是：

A三维3D，3D-2D功能键

B图形内容选择键

C图形型式选择键

D图形运算选择键

E图形数据显示选择键

F TFT选择键

G分析次数选择键；

H同步等时间间隔选择键：

每个软触键可以多次分配。每个软触键按下后，菜单转入分项：

1.谐波时间域：幅值-时间；2.谐波频率域：频率-时间；谐波幅频特性：幅-频，幅-频-时。3.谐波阻抗幅频包络线图，条形图，条形图-时间。4.谐波阻抗图：模值，实部，虚部，相位。5.计算数据选择：系统共振频率估值、最大谐波阻抗及相应频率估值，最小谐波阻抗及相应频率估值、阻抗幅频宽度Q值估值、各次谐波放大系数。6.谐波选择：电流，电压，阻抗，谐间  波。

图形型式选择键：1.图形数量选择，图形位置排列，图形方式3D，3D-2D，图形比例选择(ZOOM)，显示时间范围，放大倍数选择。2.图形曲线标注选择(次数，频率，幅值)。3.图形显示的谐波次数选择。4.图形曲线标注移动尺(幅值，频率范围)。

图形运算选择键：1.谐波阻抗，2.曲线拟合。

图形数据显示选择键：1.屏幕图形数据，2.各次谐波限制值选择，3.超过限制值持续时间。

TFT选择键：1.起止时刻，2.TFT分段选择，采录方式选择(采样或是记录反放)，自动/手动选择。

分析次数选择键：1.1-20次谐波，2.1-40次谐波，3.谐间波。同步

等时间间隔选择键：1.给定，2.设备类型选择，3频率跟随选择。

Claims (9)

1一种定量测量电力系统谐波的方法，连续记录电力系统电流电压信息，应用微机等间隔地进行付立叶分析，给出谐波分析结果，对谐波分析结果中的某时间段的数据进行数学统计，给出谐波统计参数，以注入系统的谐波电流作为系统输入，以系统的谐波电压作为系统的输出，作传递函数运算，测量系统的谐波阻抗，

其特征是所说的等间隔地进行付立叶分析，给出谐波分析结果，是依时间顺序、同步等时间间隔跟随谐波三维方向动态变化特征，即跟随谐波幅值随时间变化和谐波频率随时间变化特征，进行付立叶分析，测出各次谐波幅值、频率、时间三维参数，取得电力系统谐波特性和数据，进行显示和打印。

2按照权利要求1所述的测量电力系统谐波的方法，其特征是所说的测出的各次谐波幅值、频率、时间三维参数，取得电力系统谐波特性和数据，进行显示和打印，是按照三维即3D图示法，在谐波幅值-谐波频率-时间三维坐标图中，依时间顺序连接各次谐波三维参数，在屏幕上显示谐波动态变化特征和数据的各次谐波的连续的光滑的三维曲线，或打印在图纸上。

3按照权利要求1所述的测量电力系统谐波的方法，其特征是所说的把测出各次谐波幅值、频率时间三维参数，取得电力系统谐波特性和数据，进行显示和打印，是以投影的方式显示在二维坐标图，以二维坐标图显示谐波动态变化特征和数据，

A在谐波幅值-时间坐标图，依时间顺序把各次谐波的幅值时间参数连线，给出显示三维方向跟随谐波幅值随时间变化特征的各次谐波幅值-时间曲线和数据，在谐波曲线标注谐波次数，

B在谐波频率-时间坐标图，依时间顺序把各次谐波的频率时间参数连线，给出显示三维方向跟随谐波频率随时间变化特征的各次谐波频率-时间曲线和数据，在谐波曲线标注谐波次数，

C在谐波幅值-谐波频率坐标图，把各次谐波的幅值频率参数连线，给出显示三维方向谐波幅值频率随时间变化特征的各次谐波幅值-频率图和数据，在图中标注所显示谐波幅值频率图对应的时间。

4按照权利要求1所述的测量电力系统谐波的方法，其特征是所说的同步等时间间隔，其大小的选择方法是在三维坐标方向能够同步跟随谐波幅值和频率随时间变化特征，其具体作法是：在屏幕上观察快速变化的电力系统谐波三维曲线，在谐波幅值和频率三维坐标方向，能够跟随各次谐波幅值随时间变化量，也能够同步地跟随频率随时间的增减量，给出各次谐波的连续的光滑的三维曲线。

5按照权利要求1所述的测量电力系统谐波的方法，其特征是所说的同步等时间间隔，对具有谐波幅值频率随时间快速变化特征的电力系统谐波，跟随各次谐波频率随时间的增减量，是以基波频率计的，大于等于0.1赫兹，同步等时间间隔小于等于0.1秒。

6按照权利要求1所述的测量电力系统谐波的方法，其特征是所说的应用微机等间隔地进行付立叶分析，分析是把谐波持续时间TFT的电流电压时间域信息，在频率域跟随谐波幅值和谐波频率随时间变化特征，进行付立叶分析，给出时间长度是TFT的时间域的谐波分析结果，时间长度是TFT，单位是秒、分、时、日，时间长度的确定方法是：以电力系统流通动态谐波的时间过程确定时间长度；以电气设备的谐波特性所标定的时间长度，即电气设备运行过程发生动态谐波的持续时间确定时间长度。

7按照权利要求1所述的测量电力系统谐波的方法，其特征是所说的取得电力系统谐波特性和数据，是把时间长度是TFT的数据转换成电工计量单位的谐波时间域和谐波频率域定量的特性和数据：

各次谐波及谐波总值的有效值/TFT；谐波最大值/TFT，最大值次数/TFT，最大值密度/TFT；各次谐波及谐波总值在TFT时间段内达到指定值的持续时间；非特征谐波在TFT时间段内时频域特性和数据；拟合理论时间函数、曲线和计算系数/TFT；电力系统谐波共振频率；谐波频率曲线的统计数据/TFT，最大频偏/TFT，频偏持续时间/TFT；系统传递函数运算取得的时间域频率域参数值/TFT，系统对各次谐波的放大系数；3D和3D-2D时间域频率域的参数/TFT和曲线/TFT。

8按照权利要求1所述的测量电力系统谐波的方法，其特征是所说的以注入系统的谐波电流作为系统输入，以系统的谐波电压作为系统的输出，作传递函数运算，测量系统的谐波阻抗是：

A对电流电压双信息的付立叶分析，是按照电力系统动态谐波三维跟随测量法；

B取得电力系统谐波阻抗三维曲线和数据及显示三维方向跟随的二维曲线和数据；

C利用电气设备产生的谐间波测量系统谐波阻抗；

D依据测得的系统各次谐波阻抗值作系统等效电路图，按常规电路计算的方法计算：

a.取得供用电网的谐波共振频率，即谐波阻抗幅频图最大阻抗位置对应地频率，取得供用电网谐波吸收频率，即谐波阻抗幅频图最小阻抗位置对应的频率；

b.取得供用电网对各次谐波电流的放大系数。

9按照权利要求1所述的测量电力系统谐波的方法而制作的电力系统谐波定量测量仪，在谐波测量仪箱内装置有由四个输入电流电压信息变换器、CPU微处理器、存储器、显示器、数据采集卡，数模转换器，白噪音信号发生器以及谐波分析测量软件固化件构成的微机化测量组件，在测量仪面板上有操作命令输入和分析结果输出打印绘图的操控键，其特征是：

A在测量仪器箱内的数据采集卡，数模转换器连接有边采集边存盘硬卡，连接有检测输入电流电压信息间相位关系检测电路板；

B在测量仪箱内装有电力系统动态谐波测量软件固化件；

C在测量仪面板上装置的操控键有：

3D、3D-2D功能操控键，3D、3D-2D图形内容、图形型式选择键，运算选择键，数据显示选择键，时间长度TFT选择键，分析次数选择键，同步等时间间隔选择键。