CN204287334U - 一种高性能电能质量分析仪 - Google Patents

Abstract

一种高性能电能质量分析仪，由电能质量分析模块、闪变分析模块分别连接处理器计算模块，处理器计算模块连接显示器；其中，所述电能质量分析模块由采样模块、AD转换模块、数字滤波模块依序连接组成；所述闪变分析模块由适配器、组合滤波器、比例因子依序连接组成；所述组合滤波器由平方解调器、高通滤波器、低通滤波器和一阶低通滤波器依序连接组成；采样模块、AD转换模块、数字滤波模块、处理器计算模块和显示器依序连接。本实用新型具有测量准确度高、采样速度快、性能可靠、功能完善、显示界面丰富、结构轻巧的优点。

Description

一种高性能电能质量分析仪

技术领域

本实用新型属于电力测量装置技术，尤其涉及一种高性能电能质量分析仪结构技术领域。

背景技术

电能作为人们广泛应用于现代社会各个领域里的重要能源，其应用程度也成为了衡量一个国家或地区发展水平和综合国力的重要标志之一。在满足工业生产、社会和人民生活对电能需求量的同时，提高对电能质量的要求是一个国家工业生产发达、科技水平提高、社会文明程度进步的表现，是信息时代和信息社会发展的必然结果，是增强用电效率、节能降损、改善电气环境、提高国民经济的总体效益以及工业生产可持续发展的技术保证。

近年来，我国电力事业无论是发电总量还是电网的建设都得到了迅猛发展，电力系统的规模在不断扩大，电能紧缺的问题已逐步解决。然而随着国民经济的快速发展，电力系统污染现象也日益严重，特别是各种干扰性负荷，使公用电网的电能质量日益恶化，严重地威胁着电力系统的安全经济运行。

为了保证电网安全稳定运行，提高电能的综合管理水平，为用户提供优质的电能，必须对影响电能质量的诸多因素进行综合治理，改善电能质量的各项指标，使其达到国标规定的正常水平。而提出合理的治理方案，必须依赖于对电网运行状态的实时准确跟踪。因此，研制一种新型的电能质量分析仪，有效地进行电能质量分析，对保证电网和广大用户的电气设备和各种用电器的安全经济运行、保障国民经济各行各业的正常生产和产品质量具有重要意义。

目前，测量和评判电网电能质量，包括测量电网谐波含量、直流分量和无功功率主要有四种方法：功率三角法(跨相法)，时延法(电流信号时域移相90°)，低通滤波器法和希尔伯特数字滤波器法。大多数同类产品中无功功率的计量方法都使用功率三角法或时延法，但功率三角法必须依赖于三相电压平衡(三相电压夹幅值完全相等，相位完全相差120°)的理想条件，而实际现场的电网情况并非如此，因此会引入比较大的误差；时延法利用时域电压或者电流移相，但这种方法实际上只按照基波相角进行移相，缺乏对谐波相角的考虑，而实际现场信号不可能是理想的单一频率的正弦波，所以也会造成谐波含量和无功功率测量不准。

在目前相关技术中，在非正弦电路中无功功率的概念和计算公式定义存在着较大的分歧，且物理意义也不是很清晰，国际IEC组织正编写IEC 62053标准第24部分0.5级无功标准，来重新定义其物理意义，并且使用普通电测量设备对电网进行测量时，无法对非正弦电路中的无功功率进行准确的测量。

另一层面，在电能质量中，闪变是电光源的亮度随时间波动造成的不稳定视觉感受，电光源亮度的变化是电压波动的结果，因此闪变和电压波动有明确联系，也和人的视觉反应相关。严重电压闪变会影响工作人员的工作效率和身心健康，因此电压闪变是电能质量的重要指标，IEC 61000-4-15提供了闪变测量(电能质量)仪器的设计规范和校准规范，因此可根据IEC 61000-4-15对闪变测量(电能质量)仪器进行校准，为此制造高精度、高性能的电能质量分析仪。

尽管IEC 61000-4-15定义的大部分测量环节用模拟器件表示，但目前的闪变(电能质量)分析仪基本为数字化实现，这有利于测量精度和稳定性的提高。为提高数字化闪变(电能质量)分析仪的测量精度，首先需要高精度、高性能采样设备，快速准确的计算方法，并应选择合适的采样率及减少各测量环节的误差。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在克服现有技术的缺陷，提提供一种电网电能质量分析仪，由电能质量分析模块、闪变分析模块分别连接处理器计算模块，处理器计算模块连接显示器；

其中，所述电能质量分析模块由采样模块、AD转换模块、数字滤波模块依序连接组成；所述闪变分析模块由适配器、组合滤波器、比例因子依序连接组成；所述组合滤波器由平方解调器、高通滤波器、低通滤波器和一阶低通滤波器依序连接组成；采样模块、AD转换模块、数字滤波模块、处理器计算模块和显示器依序连接。

本实用新型工作原理

一、电能质量分析

所述采样模块连接入电网，用于获得非正弦电路中的模拟电压信号u(t)和模拟电流信号i(t)；AD转换模块连接至采样模块，用于对u(t)和i(t)分别进行采样，将u(t)和i(t)转换成数字电压信号u(n)和数字电流信号i(n)；数字滤波模块连接至AD转换模块，用于根据预定的数字滤波模块W_B-H(n)对u(n)和i(n)进行滤波，分别得到滤波信号u′(n)和i′(n)，所述A/D转换模块计算方法和公式如下：

$u\left(n\right)=\mathrm{DTFT}\left[u\left(t\right)\right]=\underset{n=-\∞}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}u\left(n\right)e^{-\mathrm{j\ωn}}=\underset{m=0}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}[\mathrm{\π}\frac{{\mathrm{Au}}_m}{2}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_u}\mathrm{\δ}(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_m)+\mathrm{\π}\frac{{\mathrm{Au}}_m}{2}{e}^{-j{\mathrm{\θ}}_u}\mathrm{\δ}(\mathrm{\ω}+{\mathrm{\ω}}_m)]$

$i\left(n\right)=\mathrm{DTFT}\left[i\left(t\right)\right]=\underset{n=-\∞}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}i\left(n\right)e^{-\mathrm{j\ωn}}=\underset{m=0}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}[\mathrm{\π}\frac{{\mathrm{Ai}}_m}{2}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_i}\mathrm{\δ}(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_m)+\mathrm{\π}\frac{{\mathrm{Ai}}_m}{2}{e}^{-j{\mathrm{\θ}}_i}\mathrm{\δ}(\mathrm{\ω}+{\mathrm{\ω}}_m)]$

所述数字滤波模块计算方法和公式如下：

$u^{`}\left(n\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}u\left(n\right)*W_{B-H}\left(n\right)=\underset{m=0}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}[\frac{{\mathrm{Au}}_m}{2}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_u}{W}_{B-H}\left(e^{j(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_m)}\right)+\frac{{\mathrm{Au}}_m}{2}{e}^{-j{\mathrm{\θ}}_u}{W}_{B-H}\left(e^{j(\mathrm{\ω}+{\mathrm{\ω}}_m)}\right)]$

$i^{`}\left(n\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}i\left(n\right)*W_{B-H}\left(n\right)=\underset{m=0}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}[\frac{{\mathrm{Ai}}_m}{2}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_i}{W}_{B-H}\left(e^{j(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_m)}\right)+\frac{{\mathrm{Ai}}_m}{2}{e}^{-j{\mathrm{\θ}}_i}{W}_{B-H}\left(e^{j(\mathrm{\ω}+{\mathrm{\ω}}_m)}\right)]$

式中，Au_m为每m次谐波电压幅值，Ai_m为每m次谐波电流幅值，δ为相角差，ω为角频率，ω_m为每m次谐波角频率，W_B-H(n)为单周控制希尔伯特滤波器计算公式。

数字滤波模块W_B-H(n)计算公式如下：

$w_{B-H}\left(n\right)=a_0-a_1\cos \frac{2\mathrm{n\π}}{N}+a_2\cos \frac{4\mathrm{n\π}}{N}-a_3\cos \frac{6\mathrm{n\π}}{N}$

其中a₀＝0.35875，a₁＝0.48829，N为Blackman-Harris具有旁瓣性能的四项系数三阶余弦窗长度系数。

处理器计算模块连接至数字滤波模块，用于根据滤波信号u′(n)和i′(n)、以及无功功率计算公式Q，计算得到非正弦电路的各次谐波含量、直流分量和准确的无功功率。

所述数字滤波模块的幅值特性为1，信号通过数字滤波模块后，负频成分进行相移90°、正频成分进行移相-90°，数字滤波模块能用于实现如上所述的各次谐波含量、直流分量和无功功率的分析和计算。

所述显示器连接至处理器计算模块，用于将各次谐波含量、直流分量和无功功率输出。

本实用新型利用了现有先进技术Blackman-Harris具有旁瓣性能的四项系数三阶余弦窗，来辅助配合数字滤波模块工作。实验证明Blackman-Harris窗函数设计的数字滤波模块具有非常良好的通带纹波特性。

二、闪变分析模块

所述组合滤波器，由平方解调器、高通滤波器、低通滤波器和一阶低通滤波器组成。所述平方解调器的目的是从电压波动信号中分离出反映电压波动的调幅信号，算法是将输入信号平方。所述高通、低通滤波器和平方解调器结合从输入信号中分离出反映电压波动的调幅信号。高通滤波器采用截止频率为0.05Hz的一阶高通滤波器，传递函数为：

$\frac{s}{s+{\mathrm{\ω}}_1},{\mathrm{\ω}}_1=2\mathrm{\π}0.05\left(s^{-1}\right)$

所述低通滤波器采用6阶巴特沃斯滤波器，截止频率为35Hz。

所述加权滤波器用来匹配人体学视觉系统的频率选择行为，传递函数为：

$F\left(s\right)=\frac{k{\mathrm{\ω}}_{1}s}{s^2+2\mathrm{\λs}+{\mathrm{\ω}}_1^2}\×\frac{1+s/{\mathrm{\ω}}_2}{(1+s/{\mathrm{\ω}}_3)(1+s/{\mathrm{\ω}}_4)}$

其中：k＝1.74802，λ＝2π4.05981，ω₁＝2π9.15494，ω₂＝2π2.27979，ω₃＝2π1.22535，ω₄＝2π21.9。

一阶低通滤波器的作用是人体学视觉系统非线性视感和大脑的存储效应，其中一阶低通滤波器的传递函数为：

所述比例因子：对于230V50Hz的系统，当调制模式为正弦波、闪变幅度为0.25％、闪变频率为8.8Hz时，瞬时闪变P_inst的最大值应为1，比例因子的作用是保证上述关系成立，它随采样频率而变化，见表1。

表1 比例因子

采样频率(kHz)	5	10	16.706	20	30
						比例因子	1237894	1237882	1238609	1237739	1252743

所述处理器计算模块对闪变进行计算和评定，主要有2个指标：短时间闪变P_st、长时间闪变P_lt。短时间闪变P_st是对10分钟观察期内的瞬时闪变视感度P_inst的累积概率函数进行统计得到的结果，为使本实用新型达到内存容量和运算速度的最佳匹配，将实时测算出的瞬时闪变视感度P_inst按大小进行分配，每产生一个值，对应该值等级的计数将增大一个单位，计算出累积概率函数后，由下式计算P_st：

$P_{\mathrm{st}}=\sqrt{0.0314P_{0.1}+0.0525P_{1s}+0.0657P_{3s}+0.28P_{10s}+0.08P_{50s}}$

式中：P₀.₁、P_1s、P_3s、P_10s、P_50s是在累积概率函数中超过0.1％、1％、3％、10％、50％时间的闪变水平，其中P_3s、P_10s、P_50s是平滑后的值：

$P_{1s}=\frac{P_{0.7}+P_1+P_{1.5}}{3}$

$P_{3s}=\frac{P_{2.2}+P_3+P_4}{3}$

$P_{10s}=\frac{P_6+P_8+P_{10}+P_{13}+P_{17}}{5}$

$P_{50s}=\frac{P_{30}+P_{50}+P_{80}}{3}$

为了尽可能提高电压闪变测量的准确度，本实用新型不采用将瞬时闪变测量值按大小分级的方法，因为准确度损失在所难免，而是保留所有的瞬时闪变测量值，当10分钟观察期到时，将所有瞬时闪变测量值从大到小排序，根据排序结果得到瞬时闪变概率统计值，从而算出P_st，这样可以完全排除统计本身带来的误差。

本实用新型的有益效果是：目前，对于测量各次谐波以及准确的无功功率，现有技术一般考虑到最高谐波次数为21次，但利用数字滤波模块可将谐波频率范围扩大至5Hz～50000Hz。根据乃奎斯特采样定理，采样频率不小于2倍的最高次谐波频率，本实用新型设计每个基波周期取1024个点，完全可以准确测量200次以下的谐波含量和直流分量。本实用新型的所述电压闪变测量方法、仿真结果、测量结果，其测量误差在0.1％左右，完全满足电能质量实验室高准确度的检测/校准要求。在统计环节保留所有的瞬时闪变值，并通过排序得到各项统计数据，进而得到闪变结果，这样可以大量排除统计本身带来的误差，提高测量准确性。

本实用新型设计每个基波周期采样1024个点，并利用数字滤波模块将谐波测量频率范围扩大至5Hz～50000Hz，能够准确测量200次以下的谐波含量和直流分量。所述电压闪变测量方法、仿真结果、测量结果，其测量误差在0.1％左右，完全满足电能质量实验室高准确度的检测/校准要求。具有测量准确度高、采样速度快、性能可靠、功能完善、显示界面丰富、结构轻巧的优点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型所述适配器计算输入信号稳态有效值原理图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型。

如图1，图2所示，一种高性能电能质量分析仪，本实用新型特征在于：由电能质量分析模块、闪变分析模块分别连接处理器计算模块，处理器计算模块连接显示器；

其中，所述电能质量分析模块由采样模块、AD转换模块、数字滤波模块依序连接组成；所述闪变分析模块由适配器、组合滤波器、比例因子依序连接组成；所述组合滤波器由平方解调器、高通滤波器、低通滤波器和一阶低通滤波器依序连接组成；采样模块、AD转换模块、数字滤波模块、处理器计算模块和显示器依序连接。

一、电能质量分析

所述采样模块连接入电网，用于获得非正弦电路中的模拟电压信号u(t)和模拟电流信号i(t)；AD转换模块连接至采样模块，用于对u(t)和i(t)分别进行采样，将u(t)和i(t)转换成数字电压信号u(n)和数字电流信号i(n)；数字滤波模块连接至AD转换模块，用于根据预定的数字滤波模块W_B-H(n)对u(n)和i(n)进行滤波，分别得到滤波信号u′(n)和i′(n)，所述A/D转换模块计算方法和公式如下：

$u\left(n\right)=\mathrm{DTFT}\left[u\left(t\right)\right]=\underset{n=-\∞}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}u\left(n\right)e^{-\mathrm{j\ωn}}=\underset{m=0}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}[\mathrm{\π}\frac{{\mathrm{Au}}_m}{2}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_u}\mathrm{\δ}(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_m)+\mathrm{\π}\frac{{\mathrm{Au}}_m}{2}{e}^{-j{\mathrm{\θ}}_u}\mathrm{\δ}(\mathrm{\ω}+{\mathrm{\ω}}_m)]$

$i\left(n\right)=\mathrm{DTFT}\left[i\left(t\right)\right]=\underset{n=-\∞}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}i\left(n\right)e^{-\mathrm{j\ωn}}=\underset{m=0}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}[\mathrm{\π}\frac{{\mathrm{Ai}}_m}{2}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_i}\mathrm{\δ}(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_m)+\mathrm{\π}\frac{{\mathrm{Ai}}_m}{2}{e}^{-j{\mathrm{\θ}}_i}\mathrm{\δ}(\mathrm{\ω}+{\mathrm{\ω}}_m)]$

所述数字滤波模块计算方法和公式如下：

$u^{`}\left(n\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}u\left(n\right)*W_{B-H}\left(n\right)=\underset{m=0}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}[\frac{{\mathrm{Au}}_m}{2}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_u}{W}_{B-H}\left(e^{j(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_m)}\right)+\frac{{\mathrm{Au}}_m}{2}{e}^{-j{\mathrm{\θ}}_u}{W}_{B-H}\left(e^{j(\mathrm{\ω}+{\mathrm{\ω}}_m)}\right)]$

$i^{`}\left(n\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}i\left(n\right)*W_{B-H}\left(n\right)=\underset{m=0}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}[\frac{{\mathrm{Ai}}_m}{2}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_i}{W}_{B-H}\left(e^{j(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_m)}\right)+\frac{{\mathrm{Ai}}_m}{2}{e}^{-j{\mathrm{\θ}}_i}{W}_{B-H}\left(e^{j(\mathrm{\ω}+{\mathrm{\ω}}_m)}\right)]$

式中，Au_m为每m次谐波电压幅值，Ai_m为每m次谐波电流幅值，δ为相角差，ω为角频率，ω_m为每m次谐波角频率，W_B-H(n)为单周控制希尔伯特滤波器计算公式。

数字滤波模块W_B-H(n)计算公式如下：

$w_{B-H}\left(n\right)=a_0-a_1\cos \frac{2\mathrm{n\π}}{N}+a_2\cos \frac{4\mathrm{n\π}}{N}-a_3\cos \frac{6\mathrm{n\π}}{N}$

其中a₀＝0.35875，a₁＝0.48829，N为Blackman-Harris具有旁瓣性能的四项系数三阶余弦窗长度系数。

处理器计算模块连接至数字滤波模块，用于根据滤波信号u′(n)和i′(n)、以及无功功率计算公式Q，计算得到非正弦电路的各次谐波含量、直流分量和准确的无功功率。

所述数字滤波模块的幅值特性为1，信号通过数字滤波模块后，负频成分进行相移90°、正频成分进行移相-90°，数字滤波模块能用于实现如上所述的各次谐波含量、直流分量和无功功率的分析和计算。

所述显示器连接至处理器计算模块，用于将各次谐波含量、直流分量和无功功率输出。

本实用新型利用了现有先进技术Blackman-Harris具有旁瓣性能的四项系数三阶余弦窗，来辅助配合数字滤波模块工作。实验证明Blackman-Harris窗函数设计的数字滤波模块具有非常良好的通带纹波特性。

为准确测量我国基波50Hz的工频信号、各次谐波以及准确的无功功率，现有技术一般考虑到最高谐波次数为21次，但利用数字滤波模块可将谐波频率范围扩大至5Hz～50000Hz。根据乃奎斯特采样定理，采样频率Fs不小于2倍的最高次谐波频率，本实用新型设计每个基波周期取1024个点，完全可以准确测量200次以下的谐波含量和直流分量。本实用新型优选美国Agilent Technologies公司的高速32bit的并行A/D采样芯片，2048kSP/s的采样速度，保证了每0.02秒采样1024点的实时性要求，32bit并行A/D传输，确保信号保持64bit模数转换时没有丢失信息。在处理器计算模块方面，本实用新型优选ARM公司ARM11芯片，1.25MIPS/MHz的速度，确保本电能质量分析仪的实时测量和计算。

二、闪变分析

所述适配器接入电网，适配器的功能是对输入信号进行调节，使得输入信号有效值与输入信号的实际大小无关，为此将输入信号采样值除以输入信号稳态有效值得到适配器的输出信号，因此输入信号稳态有效值的准确度将决定适配器输出信号的准确度。在2003版的IEC61000-4-15中，采用半周波有效值的分钟平均值作为输入信号的稳态有效值，但是这种方式面对方波调制的波动信号时会出现非线性现象；2010版的IEC 61000-4-15采用半周波有效值通过一阶低通滤波器得到输入信号稳态有效值，这种方法既能保证有效值的稳定性又能跟踪输入信号的变化，本实用新型所述适配器采用该方式计算输入信号的稳态有效值，函数表达式如下：

$T_S=\frac{1}{1+27.3S}$

所述组合滤波器，由平方解调器、高通滤波器、低通滤波器和一阶低通滤波器组成。所述平方解调器的目的是从电压波动信号中分离出反映电压波动的调幅信号，算法是将输入信号平方。所述高通、低通滤波器和平方解调器结合从输入信号中分离出反映电压波动的调幅信号。高通滤波器采用截止频率为0.05Hz的一阶高通滤波器，传递函数为：

$\frac{s}{s+{\mathrm{\ω}}_1},{\mathrm{\ω}}_1=2\mathrm{\π}0.05\left(s^{-1}\right)$

低通滤波器采用6阶巴特沃斯滤波器，截止频率为35Hz。

加权滤波器用来匹配人体学视觉系统的频率选择行为，传递函数为：

$F\left(s\right)=\frac{k{\mathrm{\ω}}_{1}s}{s^2+2\mathrm{\λs}+{\mathrm{\ω}}_1^2}\×\frac{1+s/{\mathrm{\ω}}_2}{(1+s/{\mathrm{\ω}}_3)(1+s/{\mathrm{\ω}}_4)}$

其中：k＝1.74802，λ＝2π4.05981，ω₁＝2π9.15494，ω₂＝2π2.27979，ω₃＝2π1.22535，ω₄＝2π21.9。

一阶低通滤波器的作用是人体学视觉系统非线性视感和大脑的存储效应，其中一阶低通滤波器的传递函数为：

所述比例因子：对于230V50Hz的系统，当调制模式为正弦波、闪变幅度为0.25％、闪变频率为8.8Hz时，瞬时闪变P_inst的最大值应为1，比例因子的作用是保证上述关系成立，它随采样频率而变化，见表1。

表1 比例因子

采样频率(kHz)	5	10	16.706	20	30
						比例因子	1237894	1237882	1238609	1237739	1252743

所述处理器计算模块对闪变进行计算和评定，主要有2个指标：短时间闪变P_st、长时间闪变P_lt。短时间闪变P_st是对10分钟观察期内的瞬时闪变视感度P_inst的累积概率函数进行统计得到的结果，为使本实用新型达到内存容量和运算速度的最佳匹配，将实时测算出的瞬时闪变视感度P_inst按大小进行分配，每产生一个值，对应该值等级的计数将增大一个单位，计算出累积概率函数后，由下式计算P_st：

$P_{\mathrm{st}}=\sqrt{0.0314P_{0.1}+0.0525P_{1s}+0.0657P_{3s}+0.28P_{10s}+0.08P_{50s}}$

式中：P_0.1、P_1s、P_3s、P_10s、P_50s是在累积概率函数中超过0.1％、1％、3％、10％、50％时间的闪变水平，其中P_3s、P_10s、P_50s是平滑后的值：

$P_{1s}=\frac{P_{0.7}+P_1+P_{1.5}}{3}$

$P_{3s}=\frac{P_{2.2}+P_3+P_4}{3}$

$P_{10s}=\frac{P_6+P_8+P_{10}+P_{13}+P_{17}}{5}$

$P_{50s}=\frac{P_{30}+P_{50}+P_{80}}{3}$

为了尽可能提高电压闪变测量的准确度，本实用新型不采用将瞬时闪变测量值按大小分级的方法，因为准确度损失在所难免，而是保留所有的瞬时闪变测量值，当10分钟观察期到时，将所有瞬时闪变测量值从大到小排序，根据排序结果得到瞬时闪变概率统计值，从而算出P_st，这样可以完全排除统计本身带来的误差。

为了验证本实用新型的正确性，采用以下实施例进行验证说明，本实施例仅用于验证本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

根据P_st的不同进行了2组仿真试验，每组包括IEC61000-4-15规定的6个测点，并进行了不同采样率下的仿真测量，仿真结果见表2、3、4、5。可以看出采样率在在20k左右时，误差、标准差均较小。需要注意的是在开始测量计算瞬时闪变值P_inst前应预留2分钟时间测算出信号的稳态有效值并使各波环节进入正常工作状态，这样才能保证第一个测量结果正确。

表2 第1组仿真误差(P_st＝1)

表3 第1组仿真结果标准差(P_st＝1)

表4 第2组仿真误差(P_st＝3)

表5 第2组仿真结果标准差(P_st＝3)

实际测量结果验证，采用安捷伦目前最先进、准确度等级最高的8位半数字表3458A作为采样设备，3458A有多个可选的采样频率，其中16706Hz接近20kHz，因此采样频率选为16706Hz。与2种信号源进行了比对测量，分别是FLUKE 8100A和OMICRON的CMC256plus，测点和前面的仿真测量相同，也进行了2组测量，分别对应P_st＝1和P_st＝3，测量结果见表6、7。

可以看出高精度闪变仪与闪变信号源之间的误差不超过0.4％，误差主要来源于3方面：

1.测点固有的误差(见表2、4)，从仿真结果可以看出对应闪变频率为1620cpm的测点的误差最大，超过0.1％，测点固有的误差主要来源于测点参数(闪变幅度、闪变频率)的不准确；

2.信号源的误差，FLUKE 8100A对应闪变频率为1cpm、2cpm的测点的误差偏高，超过0.3％，很大可能是信号源本身的误差导致；

3.闪变分析仪的测量误差，扣除前面两种误差后，本实用新型分析仪的误差应在0.1％左右，分析仪的测量误差主要来源于采样设备的误差。

表6 第1组测量误差(P_st＝1)

表7 第2组测量误差(P_st＝3)

Claims (1)

1.一种高性能电能质量分析仪，其特征在于：由电能质量分析模块、闪变分析模块分别连接处理器计算模块，处理器计算模块连接显示器；

其中，所述电能质量分析模块由采样模块、AD转换模块、数字滤波模块依序连接组成；所述闪变分析模块由适配器、组合滤波器、比例因子依序连接组成；所述组合滤波器由平方解调器、高通滤波器、低通滤波器和一阶低通滤波器依序连接组成；采样模块、AD转换模块、数字滤波模块、处理器计算模块和显示器依序连接。