CN209784471U - 一种改进型电压暂降定位及检测装置 - Google Patents

一种改进型电压暂降定位及检测装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种改进型电压暂降定位及检测装置，它包括依次相连的数据采集模块、Clarke变换器、故障分析模块、故障定位模块和故障报警传送模块，所述数据采集模块用于采集外部三相电压信号，所述Clarke变换器用于根据三相电压信号构建三相电压空间矢量，所述故障分析模块内置有基于空间矢量的电压暂降检测算法，用于根据三相电压空间矢量判断电压暂降故障类型和故障相；所述故障定位模块内置有故障诊断BP神经网络算法，用于实现电压暂降故障的快速定位；所述故障报警传送模块在检测到电压暂降故障后进行报警处理并将电压暂降故障信息传送至数据终端。

Description

一种改进型电压暂降定位及检测装置
技术领域
本实用新型涉及一种电压暂降定位及检测装置，具体的说，涉及了一种改进型电压暂降定位及检测装置。
背景技术
近年来，随着供电公司及终端用户对电能质量问题的认识不断提高，电能质量已经成为人们越来越关注的问题之一。电能质量问题的基本分类按照持续时间和产生原因可分为稳态电能质量问题和动态电能质量问题。稳态电能质量问题包括过电压和欠电压以及谐波与间谐波，动态电能质量问题包括电压跌落和电压上升、电压波动与闪变以及短时断电。
在过去，我们研究电压暂降此类动态电能质量问题研究的比较少，所以现有的电压暂降检测装置也不是太多。但现在在电能质量问题当中电压暂降已经成为最突出的问题。欧洲某电力部门的调查结果表明：在由电能质量引起的用户投诉中，由电压暂降引起的投诉占80％以上。并且电压暂降还具有较大的危害性，电压暂降会引起变速驱动装置(ASD)跳闸、程序逻辑控制器(PLC)损坏、各种数字式自动控制装置误动、计算机系统失常，数据丢失；导致相关加工生产线(例如石化、玻璃、纺织、造纸、塑料、半导体以及橡胶等)停顿，大型场所照明失电等等。因此，在电力系统发生电压暂降故障时，迫切的需要我们能够快速准确的检测到并且解决它。实时地检测出电压暂降的发生并且准确的提取出电压暂降的特征量是高效治理电压暂降的前提和关键问题之一。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种实用性强、能够快速准确的定位故障的改进型电压暂降定位及检测装置。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种改进型电压暂降定位及检测装置，该装置包括依次相连的数据采集模块、Clarke变换器、故障分析模块、故障定位模块和故障报警传送模块，所述数据采集模块用于采集外部三相电压信号，所述Clarke变换器用于根据三相电压信号构建三相电压空间矢量，所述故障分析模块内置有基于空间矢量的电压暂降检测算法，用于根据三相电压空间矢量判断电压暂降故障类型和故障相；所述故障定位模块内置有故障诊断BP神经网络算法，用于实现电压暂降故障的快速定位；所述故障报警传送模块在检测到电压暂降故障后进行报警处理并将电压暂降故障信息传送至数据终端。
基于上述，所述数据采集模块包括依次相连的波形整形单元、锁相环单元和A/D转换单元，所述波形整形单元与电压互感器和电流互感器连接，用于将电压互感器输出的电压正弦波信号和电路互感器输出的电流正弦波信号整形为模拟方波信号和数字方波信号；所述锁相环单元用于对模拟方波信号和数字方波信号进行锁相环倍频处理，获得倍频信号；所述A/D转换单元在所述倍频信号的触发下用于将模拟方波信号和数字方波信号进行AD转换获得数字信号
基于上述，所述故障分析模块包括控制单元、存储单元、输出显示单元、看门狗电路以及内置有基于空间矢量的电压暂降检测算法的微处理器，所述微处理器根据三相电压空间矢量和电压暂降检测算法判断电压暂降故障类型和故障相；所述控制单元用于协调所述微处理器、所述存储单元、所述输出显示单元和所述看门狗电路的工作；所述存储单元用于存储所述微处理器的判断结果以供所述输出显示单元显示。
本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型通过Clarke变换器解决了电压暂降时伴随的电压相位角跳变的问题，并且所述故障定位模块基于BP神经网络，综合利用多种故障时电力网络的特征值，实现了故障的快速准确定位。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图。
图2是本实用新型实施例2中所述数据采集模块的工作原理图。
图3是本实用新型实施例2中波形整形单元的电路示意图。
图4是本实用新型实施例2中锁相环单元的电路示意图。
图5是本实用新型实施例3中所述故障分析模块的硬件组成示意图。
图6是本实用新型实施例3中电压暂降检测算法的工作流程图。
图7是本实用新型实施例4中所述故障定位模块中BP神经网络的模型图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
如图1所示，本实用新型提供一种改进型电压暂降定位及检测装置，该装置包括依次相连的数据采集模块、Clarke变换器、故障分析模块、故障定位模块和故障报警传送模块。
所述数据采集模块用于采集外部三相电压信号，所述Clarke变换器用于根据三相电压信号构建三相电压空间矢量；
所述故障分析模块内置有基于空间矢量的电压暂降检测算法，用于根据三相电压空间矢量判断电压暂降故障类型和故障相；
所述故障定位模块内置有故障诊断BP神经网络算法，用于实现电压暂降故障的快速定位；
所述故障报警传送模块在检测到电压暂降故障后进行报警处理并将电压暂降故障信息传送至数据终端。
优选的，所述故障报警传送模块采用LonWorks通信模块，LonWorks是一种成熟的现场总线技术，具有通信协议开放、通信可靠、支持通信媒介多、互操作性强等优点。
具体的，所述装置的工作原理为：
步骤1，所述数据采集模块采集一个周期内的三相电压信号的幅值和相位角；
步骤2，所述Clarke变换器根据三相电压信号的幅值和相位角构建三相电压空间矢量；
步骤3，所述故障分析模块采用基于空间矢量的电压暂降检测算法，根据三相电压空间矢量判断电压暂降故障类型和故障相；
步骤4，所述故障定位模块采用故障诊断BP神经网络算法进行电压暂降故障的快速定位；
步骤5，所述故障报警传送模块在检测到电压暂降故障后进行报警处理并将电压暂降故障信息传送至数据终端，所述电压暂降故障信息包括电压暂降故障位置、电压暂降故障类型和故障相。
该装置能够消除电压相位角跳变的影响快速计算出电压暂降深度，并且能够较准确的对电压暂降故障进行定位，具有较强的实用性。
实施例2
本实施例与实施例1的区别之处在于：如图2所示，所述数据采集模块包括依次相连的波形整形单元、锁相环单元和A/D转换单元；
如图3所示，所述波形整形单元由OPO7运算放大器、电压比较器LM311和两个反向施密特触发器组成，使用时将所述波形整形电路分别与电压互感器和电流互感器连接，以将电压互感器输出的电压正弦波信号和电流互感器输出的电流正弦波信号整形为模拟方波信号和数字方波信号。
如图4所示，所述锁相环单元由CMOS锁相环集成电路CD4046和二进制计数器CD4040组成，用于对模拟方波信号和数字方波信号进行锁相环倍频处理，获得倍频信号。
所述A/D转换单元在所述倍频信号的触发下用于将模拟方波信号和数字方波信号进行AD转换获得数字信号。
实施例3
本实施例与实施例2的区别之处在于：如图5所示，所述故障分析模块控制单元、存储单元、输出显示单元、看门狗电路以及微处理器，所述微处理器根据三相电压空间矢量和电压暂降检测算法判断电压暂降故障类型和故障相；所述控制单元用于协调所述微处理器、所述存储单元、所述输出显示单元和所述看门狗电路的工作；所述存储单元用于存储所述微处理器的判断结果以供所述输出显示单元显示。
优选的，所述微处理器为TMS320C240芯片，所述TMS320C240芯片内置有基于空间矢量的电压暂降检测算法，该电压暂降检测算法是由马千里在其2017年名称为“基于空间矢量的电压暂降检测方法研究”这一毕业论文中提出的算法程序，该算法程序根据三相电压空间矢量在复平面上的轨迹形状来判断电压暂降类型和故障相。
具体的，如图6所示，该现有算法程序的处理流程为：
步骤3.1，根据三相电压空间矢量在复平面上的轨迹形状计算轨迹参数，所述轨迹参数为长半径Ama、短半径Ami和倾斜角
步骤3.2，将长半径Ama、短半径Ami与预设阈值进行比较以判断是否存在电压暂降故障；
具体的，若|Ama-1|≤0.667&|Ami-1|≤0.667,则判断不存在电压暂降故障，电路正常；否则，判断Ami是否小于0.933，若Ami<0.933,则判断存在电压暂将故障；
步骤3.3，进一步比较长半径Ama和短半径Ami的大小，若Ami＝Ama，则判断当前电压暂降故障为三相平衡的电压暂降；否则，判断当前电压暂降故障为三相不平衡的电压暂降；
步骤3.4，根据预设的轨迹形状倾斜角--故障相表(见下表)和倾斜角判断电压暂降的故障相。
实施例4
本实施例与实施例3的区别之处在于：所述故障定位模块采用FPGA形式实现的数字VLSI芯片，具有低成本、高可靠性、高安全性、低功耗等特点。
所述数字VLSI芯片内置有故障诊断BP神经网络算法，如图7所示，所述BP神经网络的输入层有4个神经元向量，分别是通过历史电压暂降数据计算得到的4种电气特征量：轨迹斜率、实部电流、等效阻抗和监测点实在阻抗角，其中隐含层包含了网络特征和基础电气信息量与电压暂降源定位结果的映射关系；输出层输出的神经元向量为电压暂降源相对检测装置的位置，可预先定义输出区间在[0.5，1]中表示电压暂降源位于监测点上游，输出位于区间[-1，-0.5]中表示电压暂降源在监测点下游。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (1)

1.一种改进型电压暂降定位及检测装置，其特征在于：包括依次相连的数据采集模块、Clarke变换器、故障分析模块、故障定位模块和故障报警传送模块，所述数据采集模块用于采集外部三相电压信号，所述Clarke变换器用于根据三相电压信号构建三相电压空间矢量，所述故障分析模块内置有基于空间矢量的电压暂降检测算法，用于根据三相电压空间矢量判断电压暂降故障类型和故障相；所述故障定位模块内置有故障诊断BP神经网络算法，用于实现电压暂降故障的快速定位；所述故障报警传送模块在检测到电压暂降故障后进行报警处理并将电压暂降故障信息传送至数据终端；
所述数据采集模块包括依次相连的波形整形单元、锁相环单元和A/D转换单元，所述波形整形单元与电压互感器和电流互感器连接，用于将电压互感器输出的电压正弦波信号和电路互感器输出的电流正弦波信号整形为模拟方波信号和数字方波信号；所述锁相环单元用于对模拟方波信号和数字方波信号进行锁相环倍频处理，获得倍频信号；所述A/D转换单元在所述倍频信号的触发下用于将模拟方波信号和数字方波信号进行AD转换获得数字信号；
所述故障分析模块包括控制单元、存储单元、输出显示单元、看门狗电路以及内置有基于空间矢量的电压暂降检测算法的微处理器，所述微处理器根据三相电压空间矢量和电压暂降检测算法判断电压暂降故障类型和故障相；所述控制单元用于协调所述微处理器、所述存储单元、所述输出显示单元和所述看门狗电路的工作；所述存储单元用于存储所述微处理器的判断结果以供所述输出显示单元显示；
所述微处理器为TMS320C240芯片；
所述故障定位模块采用FPGA形式实现的数字VLSI芯片，所述数字VLSI芯片内置有故障诊断BP神经网络算法；
所述故障报警传送模块采用LonWorks通信模块。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112684284A (zh) * 2020-11-30 2021-04-20 西安理工大学 将注意力机制与深度学习融合的电压暂降扰动源定位方法

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