CN202631654U

CN202631654U - 双通道准同步综合电能检测网

Info

Publication number: CN202631654U
Application number: CN 201220199534
Authority: CN
Inventors: 王录; 白建军; 陆坚锋; 彭明娟
Original assignee: UNIT 63636 OF PLA
Current assignee: UNIT 63636 OF PLA
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2022-05-07

Abstract

本实用新型涉及一种双通道准同步综合电能检测网，包括双通道准同步网络化检测前端、综合电能分析终端及网络设备。系统通过采用电量隔离传感器技术、数字信号处理技术、准同步测量技术、PC104plus总线及以太网技术实现分散供电综合电能参数准实时检测、集中分析以及数据库查询管理功能。采用较高的采样频率fc(200KHz、150KHz、100KHz)、FFT计算点数(2048、1024、512)计算当前电网周期最佳采样率fz，并通过电网整周期检测点数门限实现最佳采样率fz与电网周期的闭环跟踪，使最佳采样率与电网周期同步误差小于0.2%，从而实现包括谐波在内的综合电能参数计算的高精度测量。产品具备测量参数全、准确度高、安装组网简单、操作方便、信息显示多样、成本低、易于推广等特点。

Description

双通道准同步综合电能检测网

技术领域

本实用新型涉及电气检测技术领域，具体涉及一种对市电电网分散布置的多路供电端口的电能参数以及品质参数进行分散检测、集中分析的双通道准同步综合电能检测网。

背景技术

电力系统在理想情况下应该以额定频率和正弦波形，按规定的电压供电。在三相交流电力系统中，各相电压和电流应处于幅值相等、相位差为120°的对称状态。由于种种原因，这种理想状态实际不存在。我国技术监督局从1990年到2001年相继颁布了《供电电压允许偏差》、《电力系统频率偏差》、《公共电网谐波》、《三相电压允许不平衡度》、《电压波动和闪变》、《暂时过电压和瞬态过电压》涉及电能质量的六个国家标准。这些标准分别规定了电压偏差、公用电网谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡、频率偏差、暂时过电压和瞬态过电压的检测标准、检测方法和检测设备的要求，为电能质量检测仪需要完成的工作作了比较明确的规定，使研制较完善的监测仪和建立电能质量监测系统称为可能。

对于电网综合电能监测来说，一般需要检测的电气量有：三相电压有效值、三相电流有效值、三相有功功率、视在功率和功率因数、电网频率、每相电压、电流的各次谐波含量及谐波总畸变率、奇次谐波总畸变率、偶次谐波总畸变率、谐波含有率、三相电压、电流的不平衡度、短期闪变因子和长期闪变因子，更完善的还可能包括检测电压暂降、供电中断及故障波形等功能。

包括谐波参数在内的各种电能参数常用的检测方法是以快速傅里叶变换（FFT）为基础的频谱分析方法。其基本原理是首先采用带宽足够的电压电流传感器对电网信号进行采样，然后应用数模转换器(ADC)将模拟信号数字化，再采用FFT计算得到包括基波在内的各次谐波的幅度和相位信息，进而进算得到各种电能参数。

综合目前各种综合电能检测设备技术状态，主要缺乏如下功能：

■只针对单通道进行检测，不具备同步检测UPS、配电柜等需要同步检测输入、输出两个端口的能力，不便于分离供电故障；

■检测与分析集成一体，不具备联网功能，不便于对片区供电的分散检测和集中分析；

■受限于结构设计，不具备长期检测、数据存储查询等功能，不便于研究电网长期变化性能。

因此开发具备联网检测功能的市电电网准同步网络化综合电能检测系统，为集中检测设备供电状况，方便供电系统故障隔离，实时记录电网的运行品质参数和电能参数提供了便利，具备广阔的推广应用前景。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种双通道准同步综合电能检测网，实现市电分散供电的端口综合电能参数的网络化集中监控，具备测量参数全、准确度高、安装组网简单、操作方便、信息显示多样、成本低、易于推广等特点。

本实用新型的技术方案是：一种双通道准同步综合电能检测网，包括分散布置在各三相四线制供电端口的宽带隔离电压传感器和宽带隔离电流传感器：对电网电压、电流敏感测量，将表征综合电能参数的敏感信号通过屏蔽插头送入分散布置的双通道准同步网络化检测前端；分散布置的双通道准同步网络化检测前端：同时实现六路电压、六路电流的敏感检测；电能综合分析终端：采用准同步测量技术实现各综合电能参数的实时检测、存储及历史查询；其中分散布置的双通道准同步网络化检测前端与电能综合分析终端采用以太网连接，每一个双通道准同步网络化检测前端与两个供电端口连接。

所述的宽带隔离电压传感器其频率响应带宽在±DC/20Hz～10kHz之间，宽带隔离电流传感器其频率响应带宽在±DC/20Hz～10kHz之间。

本实用新型主要技术优点在于:

■实现了单点布置双通道测量，可以实现诸如UPS输入输出、变压器输入输出等供电端口的输入输出点的同时检测，便于分离故障，掌握供电品质情况。

■方便组网，便于集中对需要监控的分散供电端口集中监控，掌握全网供电状况。

■应用准同步测量技术和各种加窗数字信号处理算法，提高了电网电能参数和品质参数的测量精度。

附图说明

图1是本实用新型流程图。

图2是本实用新型结构框图。

图3是双通道准同步网络化检测前端框图。

图4是电能综合分析终端软件功能框图。

具体实施方式

考虑到电网周期信号为一慢变周期信号以及硬件同步的特殊性，本实用新型将采用较高的fc(200KHz、150KHz、100KHz)、快速傅里叶变换(FFT)和逆傅里叶变换(IFFT)测量电网周期，结合FFT计算点数(FFT计算点数（2048、1024、512)得到当前状态下的最佳采样率fz，应用最佳采用率下采样得到的数据包计算括谐波电能参数在内的综合电能参数，并通过最佳采样率门限闭环跟踪电网周期变化，使综合电能参数采样频率fz与电网周期同步误差小于0.2%，如图1所示。基于上述思路的具体技术解决方案是：

如图2所示，每一个双通道准同步网络化检测前端与两个供电端口连接，如供电端口1和供电端口2与双通道准同步网络化检测前端7连接，供电端口3和供电端口4与双通道准同步网络化检测前端8连接，供电端口5和供电端口6与双通道准同步网络化检测前端9连接，综合电能分析终端11和以太网络交换机10通过网线组成一综合电能检测局域网。

以供电端口1、供电端口2和双通道准同步网络化检测前端7为例来说明。如图3所示，电压电流传感器中的宽带隔离电压传感器直接与三相供电端口A相、B相、C相并联，电压电流传感器中的宽带隔离电流传感器外套在三相供电端口A相、B相、C相供电线路上。电压电流传感器产生的信号通过屏蔽插头连接到双通道准同步网络化检测前端7模拟信号输入口。滤波调理电路通过排线将差分信号送到PC104+总线同步数据采集板。PC104+总线同步数据采集板通过PC104plus总线插槽与PC104+总线处理计算机主板连接，实现采集信号的快速传输。

双通道准同步网络化检测前端采用数字信号处理器TMS320VC5402、FIFO电路IDT72V265、多路同步采集芯片AD7656、以及PC104plus总线接口芯片构成多路同步数据采集板。采用Atom N4501.67GHz Processor处理器和PC104plus总线芯片、以太网接口芯片W5100构成数据处理主板。数据处理主板通过接收通过电能综合分析终端发送的采集命令和采样率等参数启动同步数据采集板完成十二路电网周期信号的准同步采集，并通过PC104plus总线完成采集数据的接收，整理打包将采集数据从以太网接口芯片W5100发往电能综合分析终端。

如图4所示，综合电能分析终端通过以太网采用UDP包完成双通道准同步网络化检测前端参数设置和控制命令的发送，接收网络化检测前端发送的UDP数据包并整理暂存至数据共享缓冲体，以数据库形式完成实时采集数据的硬盘记录，用FFT和各种加窗算法完成采集数据谐波分析，完成电网电能参数和基波、各谐波品质参数计算，电能参数和品质参数的图形、表格文本以及相应分量的矢量图形显示，完成数据库历史数据查询和分析等工作。

电能综合分析终端设置有固定频采样方式、准同步工作方式以及数据库历史查询管理。系统依据各工作方式设置相应的参数。固定频采样模式下，检测系统依据可选择的三种采样频率固定对电网信号进行采集和读取。准同步模式下，系统依据设置的电网周期采样频率首先对电网周期进行测量，然后依据FFT计算点数选择一正好将电网周期整分的采样频率对电网周期进行同步采样。电能综合分析终端应用Blackman－Harris窗、狄里克来核（Dirichlet）窗以及FFT、IFFT等数字信号处理技术，综合计算得到各种电能综合参数。

实际工作时，满足谐波测量带宽要求的电量隔离传感器将待检测供电端口的供电信息实时隔离敏感为弱电量信号，电能综合分析终端依据固定频或准同步采样方式以与电网周期准同步的采样率对双通道电网信号进行同步采集，采集的数字信息通过PC104plus总线、以太网口传输到电能综合分析终端，电能综合分析终端通过采用数字信号处理技术及各种加窗算法得到各市电检测端口的综合电能参数。

综合分析终端具备同时接收和处理多路检测前端检测信号的能力，实现诸如三相电压有效值、三相电流有效值、三相有功功率、视在功率和功率因数、电网频率、相电压、电流的各次谐波含量及谐波总畸变率、奇次谐波总畸变率、偶次谐波总畸变率、谐波含有率、三相电压、电流的不平衡度、短期闪变因子和长期闪变因子等电能参数和品质参数的网络化准同步检测、存储及历史查询。

宽带隔离电压传感器、宽带隔离电流传感器要求具备50次以上的谐波测量带宽要求，要求具有高精度、高隔离、宽频响、低漂移、低功耗、温度范围宽、抗干扰能力强等特点。安装方式采用NS35/7.5型标准导轨。

信号调理板要求将50次以上谐波信号进行滤波处理，同时采用采样电阻实现电流敏感信号的到标准±5V信号的转换。

Claims

1.一种双通道准同步综合电能检测网，其特征是包括

分散布置在各三相四线制供电端口的宽带隔离电压传感器和宽带隔离电流传感器：对电网电压、电流敏感测量，将表征综合电能参数的敏感信号通过屏蔽插头送入分散布置的双通道准同步网络化检测前端；

分散布置的双通道准同步网络化检测前端：同时实现六路电压、六路电流的敏感检测；

电能综合分析终端：采用准同步测量技术实现各综合电能参数的实时检测、存储及历史查询；

其中分散布置的双通道准同步网络化检测前端与电能综合分析终端采用以太网连接，每一个双通道准同步网络化检测前端与两个供电端口连接。

2.如权利要求1所述的双通道准同步综合电能检测网，其特征在于：所述的宽带隔离电压传感器其频率响应带宽在±DC/20Hz～10kHz之间，宽带隔离电流传感器其频率响应带宽在±DC/20Hz～10kHz之间。