專利名稱：一種新型電網(wǎng)諧波檢測(cè)分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分析裝置，特別是涉及一種新型電網(wǎng)諧波檢測(cè)分析裝置。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來越多的控制設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量要求敏感，且被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活。這些都對(duì)電能質(zhì)量提出了越來越高的要求。廣大用電客戶在關(guān)注電能質(zhì)量的同時(shí)，在電力系統(tǒng)內(nèi)卻增加了大量的非線性負(fù)載，從低壓小容量家用電器到高壓大容量工業(yè)交直流變換裝置，如靜止變流器，由于靜止變流器是以開關(guān)方式工作的，會(huì)引起電網(wǎng)電流、電壓波形畸變，產(chǎn)生電網(wǎng)的諧波污染。此外，電弧爐、大型軋鋼機(jī)、電力機(jī)車等沖擊性、波動(dòng)性負(fù)荷，運(yùn)行中不僅會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波，而且使得電壓波動(dòng)、閃變、三相不平衡日趨嚴(yán)重。這些不利影響非但會(huì)導(dǎo)致供用電設(shè)備的安全性降低，而且會(huì)嚴(yán)重削弱和干擾電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，造成電網(wǎng)的“公害”，甚至導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動(dòng)、計(jì)量失準(zhǔn)和用戶電器設(shè)備損壞。國內(nèi)的諧波研究工作在上世紀(jì)80年代已起步，但由于對(duì)諧波的危害認(rèn)識(shí)不足，特別是對(duì)高頻率的高次諧波(如50次以上的高次諧波)、電涌、高頻噪聲、尖峰信號(hào)等雜波的危害認(rèn)識(shí)不足，采取的措施力度不大。大功率變頻器、電子整流器、調(diào)光器、開關(guān)電源的普遍應(yīng)用已給電網(wǎng)上產(chǎn)生新的諧波污染，因此電網(wǎng)質(zhì)量日趨惡化，對(duì)電網(wǎng)和用電設(shè)備的安全帶來嚴(yán)重危害，有的已造成事故。據(jù)國外研究表明，高頻率的高次諧波的危害性與低頻率的高次諧波(如3，5，7，9次諧波)的危害性之比是9 1。實(shí)際我國對(duì)電網(wǎng)污染的研究主要是針對(duì)25次諧波以下，而在50次以上高次諧波的研究基本還是空白。針對(duì)高頻率的高次諧波(如50次以上的高次諧波)、電涌、高頻噪聲、尖峰信號(hào)等雜波的檢測(cè)和治理，幾乎無同類技術(shù)和產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種在電能質(zhì)量管理中對(duì)高次諧波的分析問題，尤其是小波和小波包變換方法的應(yīng)用，對(duì)于高次諧波、高頻噪聲、尖峰信號(hào)等雜波信號(hào)的檢測(cè)及分析發(fā)揮了重要作用的新型電網(wǎng)諧波檢測(cè)分析裝置。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的一種新型電網(wǎng)諧波檢測(cè)分析裝置，所述裝置包括主控計(jì)算機(jī)，所述主控計(jì)算機(jī)上連接有能實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的鍵盤、顯示屏和打印機(jī)，主控計(jì)算機(jī)上還通過RS485接口連接有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊、執(zhí)行mudbus協(xié)議的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊、諧波監(jiān)測(cè)分析模塊和高壓瞬態(tài)尖峰信號(hào)采集模塊。在本發(fā)明的具體實(shí)施例子中，所述電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊由一個(gè)包括采樣保持電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路和LED數(shù)碼管顯示及小鍵盤輸入的單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，用戶電網(wǎng)通過互感器接入電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊，模塊將電網(wǎng)實(shí)時(shí)參數(shù)在LED上顯示出來，通過鍵盤，所述電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)置限位值，一旦出現(xiàn)實(shí)時(shí)電網(wǎng)超出限位值，則模塊可以輸出報(bào)警信號(hào)。在本發(fā)明的具體實(shí)施例子中，所述實(shí)時(shí)參數(shù)包括電壓、電流、頻率。
在本發(fā)明的具體實(shí)施例子中，所述諧波監(jiān)測(cè)分析模塊包括電壓輸入采樣電路、電流輸入采樣電路、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)系統(tǒng)，電壓輸入采樣電路輸出的電壓和電流輸入采樣電路輸出的電流經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路，然后進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)。在本發(fā)明的具體實(shí)施例子中，所述電壓輸入采樣電路采用電阻分壓及補(bǔ)償電容電路，電流輸入采樣電路采用頻率相應(yīng)達(dá)IOOkHz的寬頻的電流鉗子，采樣后的電壓、電流信號(hào)經(jīng)過調(diào)理，通過選擇開關(guān)分別由高速A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。在本發(fā)明的具體實(shí)施例子中，所述數(shù)字信號(hào)處理包括將信號(hào)的高頻和低頻部分分別進(jìn)行處理，對(duì)于包含噪音和奇異信息的高頻成分，利用小波和小波包變換確定信號(hào)突變點(diǎn)和高頻諧振的發(fā)生時(shí)刻及幅值；對(duì)于低頻成分通過快速傅立葉變換，確定各次諧波的含量。在本發(fā)明的具體實(shí)施例子中，所述高壓瞬態(tài)尖峰信號(hào)采集模塊包括電壓輸入采樣電路、采樣保持電路、A/D轉(zhuǎn)換電路及單片機(jī)系統(tǒng)，電壓輸入采樣電路采用電阻分壓電路組成，輸入端加接提高采樣瞬變信號(hào)的能力的補(bǔ)償電容，使設(shè)備既能采集到2500V高壓、1 μ s 的尖峰信號(hào)，又能檢測(cè)電網(wǎng)電壓的高低的變動(dòng)，采樣后的電壓信號(hào)經(jīng)采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)在非易失存儲(chǔ)器內(nèi)，并能傳送到自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī)中。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明提供的新型電網(wǎng)諧波檢測(cè)分析裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明主要解決了在電能質(zhì)量管理中對(duì)高次諧波的分析問題，尤其是小波和小波包變換方法的應(yīng)用，對(duì)于高次諧波、高頻噪聲、尖峰信號(hào)等雜波信號(hào)的檢測(cè)及分析發(fā)揮了重要作用。


圖1是本發(fā)明的電網(wǎng)諧波監(jiān)測(cè)分析裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的高壓瞬態(tài)尖峰信號(hào)采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的諧波檢測(cè)分析模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。圖1是本發(fā)明的電網(wǎng)諧波監(jiān)測(cè)分析裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示本發(fā)明包括主控計(jì)算機(jī)，所述主控計(jì)算機(jī)上連接有能實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的鍵盤、顯示屏和打印機(jī)，主控計(jì)算機(jī)上還通過RS485接口連接有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊、執(zhí)行mudbus協(xié)議的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊、諧波監(jiān)測(cè)分析模塊和高壓瞬態(tài)尖峰信號(hào)采集模塊。圖2是本發(fā)明的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊由一個(gè)包括采樣保持電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和LED數(shù)碼管顯示及小鍵盤輸入的單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，用戶電網(wǎng)通過互感器接入電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊，模塊將電網(wǎng)實(shí)時(shí)參數(shù)(包括電壓、電流、 頻率等)在LED上顯示出來。通過鍵盤，模塊可設(shè)置限位值，一旦出現(xiàn)實(shí)時(shí)電網(wǎng)超出限位值， 則模塊可以輸出報(bào)警信號(hào)。圖3是本發(fā)明的高壓瞬態(tài)尖峰信號(hào)采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示高壓瞬態(tài)尖峰信號(hào)采集模塊主要由電壓輸入采樣、采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換電路及單片機(jī)系統(tǒng)組成。電壓輸入采樣端采用電阻分壓電路組成，輸入端加接補(bǔ)償電容以提高采樣瞬變信號(hào)的能力，使設(shè)備既能采集到2500V高壓、1 μ s的尖峰信號(hào)，又能檢測(cè)電網(wǎng)電壓的高低的變動(dòng)。采樣后的電壓信號(hào)經(jīng)采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)在非易失存儲(chǔ)器(如固態(tài)硬盤、CF 卡等)內(nèi)，并可傳送到自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī)中。 圖4是本發(fā)明的諧波檢測(cè)分析模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)附圖4，諧波分析模塊主要由電壓輸入采樣、電流輸入采樣、信號(hào)調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換電路及單片機(jī)系統(tǒng)組成。電壓輸入采樣端采用電阻分壓及補(bǔ)償電容電路，還提高了采樣信號(hào)的帶寬，以有利于對(duì)高頻信號(hào)的頻譜分析；電流輸入采樣端采用頻率相應(yīng)達(dá)IOOkHz的寬頻的電流鉗子。采樣后的電壓、電流信號(hào)經(jīng)過調(diào)理，通過選擇開關(guān)分別由高速A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。模塊采用不同的濾波器將信號(hào)的高頻和低頻部分分離，分別進(jìn)行處理。對(duì)于包含噪音和奇異信息的高頻成分，利用小波和小波包變換，建立足夠小的時(shí)域或頻域分析數(shù)學(xué)模型，取得最佳的分辨率，然后確定信號(hào)突變點(diǎn)和高頻諧振的發(fā)生時(shí)刻，并通過諧振的幅值來計(jì)算諧波的能量狀況；對(duì)于相對(duì)連續(xù)性較好的低頻成分則通過FFT (快速傅立葉變換)， 確定各次諧波的含量。各模塊的實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)包括諧波分析的數(shù)據(jù)都存入相應(yīng)的非易失性存儲(chǔ)器中， 主控計(jì)算機(jī)可通過RS485接口用指令調(diào)用接收各模塊的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并建立對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。 RS485接口帶紅外線光耦隔離，以防止高壓竄入計(jì)算機(jī)及提高系統(tǒng)通訊的抗干擾能力。主控計(jì)算機(jī)通過鍵盤、顯示屏、打印機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，操作員可通過鍵盤輸入查詢信息，或者進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。本發(fā)明主要解決了在電能質(zhì)量管理中對(duì)高次諧波的分析問題，尤其是小波和小波包變換方法的應(yīng)用，對(duì)于高次諧波、高頻噪聲、尖峰信號(hào)等雜波信號(hào)的檢測(cè)及分析發(fā)揮了重要作用。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種新型電網(wǎng)諧波檢測(cè)分析裝置，其特征在于所述裝置包括主控計(jì)算機(jī)，所述主控計(jì)算機(jī)上連接有能實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的鍵盤、顯示屏和打印機(jī)，主控計(jì)算機(jī)上還通過RS485 接口連接有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊、執(zhí)行mudbus協(xié)議的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊、諧波監(jiān)測(cè)分析模塊和高壓瞬態(tài)尖峰信號(hào)采集模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型電網(wǎng)諧波檢測(cè)分析裝置，其特征在于所述電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊由一個(gè)包括采樣保持電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和LED數(shù)碼管顯示及小鍵盤輸入的單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，用戶電網(wǎng)通過互感器接入電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊，模塊將電網(wǎng)實(shí)時(shí)參數(shù)在LED上顯示出來，通過鍵盤，所述電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)置限位值，一旦出現(xiàn)實(shí)時(shí)電網(wǎng)超出限位值，則模塊可以輸出報(bào)警信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型電網(wǎng)諧波檢測(cè)分析裝置，其特征在于所述實(shí)時(shí)參數(shù)包括電壓、電流、頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型電網(wǎng)諧波檢測(cè)分析裝置，其特征在于所述諧波監(jiān)測(cè)分析模塊包括電壓輸入采樣電路、電流輸入采樣電路、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)系統(tǒng)，電壓輸入采樣電路輸出的電壓和電流輸入采樣電路輸出的電流經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路，然后進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型電網(wǎng)諧波檢測(cè)分析裝置，其特征在于所述電壓輸入采樣電路采用電阻分壓及補(bǔ)償電容電路，電流輸入采樣電路采用頻率相應(yīng)達(dá)IOOkHz的寬頻的電流鉗子，采樣后的電壓、電流信號(hào)經(jīng)過調(diào)理，通過選擇開關(guān)分別由高速A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型電網(wǎng)諧波檢測(cè)分析裝置，其特征在于所述數(shù)字信號(hào)處理包括將信號(hào)的高頻和低頻部分分別進(jìn)行處理，對(duì)于包含噪音和奇異信息的高頻成分，利用小波和小波包變換確定信號(hào)突變點(diǎn)和高頻諧振的發(fā)生時(shí)刻及幅值；對(duì)于低頻成分通過快速傅立葉變換，確定各次諧波的含量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型電網(wǎng)諧波檢測(cè)分析裝置，其特征在于所述高壓瞬態(tài)尖峰信號(hào)采集模塊包括電壓輸入采樣電路、采樣保持電路、A/D轉(zhuǎn)換電路及單片機(jī)系統(tǒng)，電壓輸入采樣電路采用電阻分壓電路組成，輸入端加接提高采樣瞬變信號(hào)的能力的補(bǔ)償電容， 使設(shè)備既能采集到2500V高壓、1 μ s的尖峰信號(hào)，又能檢測(cè)電網(wǎng)電壓的高低的變動(dòng)，采樣后的電壓信號(hào)經(jīng)采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)在非易失存儲(chǔ)器內(nèi)，并能傳送到自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型電網(wǎng)諧波檢測(cè)分析裝置，包括主控計(jì)算機(jī)，所述主控計(jì)算機(jī)上連接有能實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的鍵盤、顯示屏和打印機(jī)，主控計(jì)算機(jī)上還通過RS485接口連接有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊、執(zhí)行mudbus協(xié)議的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊、諧波監(jiān)測(cè)分析模塊和高壓瞬態(tài)尖峰信號(hào)采集模塊。本發(fā)明主要解決了在電能質(zhì)量管理中對(duì)高次諧波的分析問題，尤其是小波和小波包變換方法的應(yīng)用，對(duì)于高次諧波、高頻噪聲、尖峰信號(hào)等雜波信號(hào)的檢測(cè)及分析發(fā)揮了重要作用。
文檔編號(hào)G01R23/165GK102305892SQ20111019553
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者吳維華, 章關(guān)明, 郭佳偉, 陶俊杰 申請(qǐng)人:上海儀器儀表研究所