本發(fā)明涉及智能電網(wǎng)領域，具體涉及電網(wǎng)中電能質(zhì)量監(jiān)測方法。

背景技術：
隨著經(jīng)濟發(fā)展和高科技設備的廣泛應用，用戶對供電質(zhì)量要求的提高，使電能質(zhì)量問題日益突出，引起了廣大電力工作者的重視。電能質(zhì)量的首要問題是電壓驟降，應該作為研究解決的重點。在用戶電能質(zhì)量問題投訴中，90％以上是電壓驟降引起的。電能質(zhì)量問題已提到了一些經(jīng)濟發(fā)達國家(或地區(qū))電力公司的議事日程。相比較而言，在我國，在電能質(zhì)量問題認識上和措施實踐方面存在差距，還顧不上開展細致的電能質(zhì)量管理工作。日常工作上，對電能質(zhì)量問題的把握也不夠全面，主要集中在電壓合格率及諧波方面，對電壓驟降以及供電瞬時中斷引起的電能質(zhì)量問題、危害認識不足。在電力體制深化改革的同時，應當加強電能質(zhì)量問題(特別電壓驟降問題)的研究與管理工作。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種精度高、效率好的電能質(zhì)量監(jiān)測方法。為解決上述技術問題，本發(fā)明通過以下技術方案來實現(xiàn)：一種電能質(zhì)量監(jiān)測方法，其特征在于：監(jiān)測的量包含以下指標，電壓偏差，頻率偏差，諧波，間諧波，閃變，電壓波動，電壓暫升暫降，電壓瞬態(tài)捕捉，以上各個指標監(jiān)測包括以下步驟。a)采樣信號處理，模擬信號處理要有頻率跟蹤和抗混疊低通濾波，以減小諧波、間諧波計算的混疊誤差和頻譜泄露，計算2～63次諧波，諧波計算以電網(wǎng)基波單周期512采樣點為基準，所以低通濾波器要求衰減0.3db的通帶截止頻率大于64*50＝3.2kHz，衰減50db的阻帶截止頻率小于512*50/2＝12.8kHz，考慮基波頻率在42.5～57.5Hz范圍內(nèi)變化，需留有一定余量；b)各指標計算輸入點數(shù)處理，基波單周期采樣1024個點，但并不是每個指標的計算都是以1024個點為基準，采用2到3級的抽取，取單周期64或128個點計算有效值，閃變計算是以基波單周期64采樣點為基準，處理方法為：1)在定義不同數(shù)組分別存放，如從單周波1024點采樣數(shù)據(jù)抽取一周波64個點的數(shù)據(jù)，先定義一個64個數(shù)的數(shù)組A[64]，并循環(huán)執(zhí)行A[i]＝sample_B[16*K]，得到均勻抽樣的結(jié)果；2)不做抽取處理，在處理的時候直接等間隔取數(shù)計算，如采樣數(shù)組為sample_B[1024],采用128個點計算有效值，則均方根值c)采樣控制處理，采樣使用鎖相環(huán)加軟件頻率跟蹤的方法，過零檢測環(huán)節(jié)將正弦信號轉(zhuǎn)換為同相位的方波信號，該信號用于測頻和觸發(fā)鎖相倍頻環(huán)節(jié)；鎖相功能由FPGA完成，F(xiàn)PGA引入三相與電網(wǎng)基波同相位的方波信號，通過邏輯或輸出方波用于測頻，并將方波進行1024倍頻進行采樣控制，保證只要有一相電壓信號就可以進行鎖相倍頻；此頻率跟蹤實時性高，但抗干擾能力較差，特別是在電壓波形畸變時，可能引起過零檢測環(huán)節(jié)的多次觸發(fā)，所以需要軟件觸發(fā)的配合，即每毫秒判斷采樣點數(shù)實現(xiàn)，正常采樣時，單周期1024個點，1毫秒大概采樣51點，如果采樣點數(shù)不在(51±15)點范圍，則通過軟件控制采樣間隔。進一步的，所述各指標計算輸入點數(shù)處理，閃變采用單周期64點計算、諧波為512點、間諧波為512點，有效值計算為128點，瞬態(tài)捕捉為1024點；暫 升/降時間分辨率為0.5周波，采用1個周波數(shù)據(jù)窗1/4周波滑差計算，以提高暫升/降分辨率，總的計算時間間隔為10個電網(wǎng)周波，設備記錄周期3s，除10個電網(wǎng)周波值直接計算外之外，根據(jù)IEC-61000-30要求，通過平方和開方綜合出3s、10minute、2hour的值。進一步的，電壓偏差計算，獲得電壓有效值的基本測量時間窗口為10周波，且不重疊連續(xù)測量并計算電壓有效值的平均值，最終計算得到電壓偏差。進一步的，所述頻率偏差監(jiān)測方法，1s、3s、10s+20ms、10s-20ms間隔分別給出一個系統(tǒng)頻率值，時間間隔不允許重疊，累計相應時間間隔內(nèi)整周波的個數(shù)及其時間，使用整周波個數(shù)除時間計算出系統(tǒng)頻率；監(jiān)測方法，將與電壓信號同步的方波信號引入GPIO，其上升沿或下降沿觸發(fā)中斷，同時通過計數(shù)器進行計數(shù)，相應時間間隔計算頻率，頻率計算其中：f為計算頻率，M為計算間隔周波數(shù)，N為計數(shù)器的累積計數(shù)值，T為計數(shù)器計數(shù)時間間隔，K為校表系數(shù)。進一步的，所述諧波、間諧波監(jiān)測，每周波采樣512/1024點，以10個周波為時間窗口做基于素因子算法的5120點FFT，頻率分辨率為5Hz，準確測量1到63次各次諧波分量、間諧波分量、相角、總諧波畸變率、偶次諧波畸變率、奇次諧波畸變率。進一步的，所述閃變監(jiān)測，輸入，每半個周波的32點電壓采樣值，嚴格按照IEC-61000-4-15的要求計算，得出以半個周波為時間間隔的瞬時閃變值，每10分鐘得出一個短時閃變值，每兩個小時得出一個閃變值。進一步的，所述電壓波動為一系列電壓變動或連續(xù)的電壓偏差，電壓波動值為電壓均方根值的兩個極值Umax和Umin之差△U，以額定電壓Unom的百分 數(shù)表示其相對百分值，即輸入量：滑窗0.5或0.25周波的RMS，輸出量：波動最大值、最小值、平均值；統(tǒng)計方法：單位時間內(nèi)的波動次數(shù)根據(jù)輸出量得出的波動最小值、最大值，進行相應的統(tǒng)計，得出各個時間段的最大值和最小值。進一步的所述電壓的暫升暫降監(jiān)測實時監(jiān)測Va、Vb、Vc半周波真有效值，判斷是否發(fā)生了電壓驟升、驟降，并給出驟升、驟降電壓的特征幅值和持續(xù)時間，計算滑窗為0.5周波的RMS值，只要有其中任何一相的RMS值大于/小于定值，則認為暫升/降開始，所有相的RMS值小于等于/大于等于定值+延遲電壓(延遲電壓取額定電壓的2％)，則認為暫升/降結(jié)束，由于在判斷電壓暫升降、中斷中，額定電壓不足以表征系統(tǒng)當前的電壓狀態(tài)，引入一個參比電壓來表征系統(tǒng)的實時狀態(tài)，參比電壓定義如下：Usr(n)＝0.9967*Usr(n-1)+0.0033*U(10)rm，其中：Usr(n)是當前參電壓；U(10)rms為最近計算的RMS；Usr(n)為前一個參比電壓值，計算開始時取Usr(0)2＝Udin。每10circle按上式更新一次參比電壓，當發(fā)生暫態(tài)事件時，不更新參比電壓，保持原值。進一步的，所述電壓暫態(tài)捕捉，輸入三相基波單周期采樣1024點的采樣值，判斷是否發(fā)生了小于0.5-cycle的電壓瞬變，并給出電壓瞬變的幅值和持續(xù)時間，其監(jiān)測時間分辨率達20us；監(jiān)測方法，預先設置一個標準波形，將采樣數(shù)據(jù)與標準波形進行比較，得出各相瞬變的幅值和持續(xù)時間。每次比較之前根據(jù)采樣數(shù)據(jù)對標準波形進行基波頻率、幅值和初始相位的調(diào)整。本發(fā)明有如下優(yōu)點：(1)采用FPGA實現(xiàn)過零檢測功能，較傳統(tǒng)的壓控振蕩器有更好的實時性和跟隨性。(2)在頻率測量和采樣控制上，引入三相電壓信號作為采樣控制和頻率測量的 基準，較以一相電壓信號為基準更可靠和靈活。(3)軟件控制采樣間隔作為硬件采樣控制的補充，提高采樣的準確性。(4)算法輸入點數(shù)上，平衡了算法的準確性要求和其計算量，在保證準確度的前提下盡量減小計算量，提高了實際裝置的性價比。附圖說明圖1為鎖項同步原理框圖；圖2為各算法采樣輸入及執(zhí)行時間間隔關系圖；具體實施方式采樣信號處理：模擬信號處理有頻率跟蹤和抗混疊低通濾波，以減小諧波、間諧波計算的混疊誤差和頻譜泄露，計算2～63次諧波，諧波計算以電網(wǎng)基波單周期512采樣點為基準，所以低通濾波器要求衰減0.3db的通帶截止頻率大于64*50＝3.2kHz，衰減50db的阻帶截止頻率小于512*50/2＝12.8kHz，考慮基波頻率在42.5～57.5Hz范圍內(nèi)變化，需留有一定余量。各指標計算輸入點數(shù)處理：基波單周期采樣1024個點，但并不是每個指標的計算都是以1024個點為基準，采用2到3級的抽取，取單周期64或128個點計算有效值，閃變計算是以基波單周期64采樣點為基準，處理方法為。處理方法建議：1)在定義不同數(shù)組分別存放，如從單周波1024點采樣數(shù)據(jù)抽取一周波64個點的數(shù)據(jù)，先定義一個64個數(shù)的數(shù)組A[64]，并循環(huán)執(zhí)行A[i]＝sample_B[16*K]，得到均勻抽樣的結(jié)果；2)不做抽取處理，在處理的時候直接等間隔取數(shù)計算，如采樣數(shù)組為sample_B[1024],采用128個點計算有效值，則均方根值采樣方法：采樣位數(shù)為電壓16位，電流建議采用20位的AD，采樣可以考慮使用鎖相環(huán)加軟件頻率跟蹤的方法：如圖1，過零檢測環(huán)節(jié)將A相的電壓正弦信號轉(zhuǎn)換為同相位的方波信號，該信號用于測頻和觸發(fā)鎖相倍頻環(huán)節(jié)；鎖相功能由FPGA完成，F(xiàn)PGA引入三相與電網(wǎng)基波同相位的方波信號，通過邏輯或輸出方波用于測頻，并將方波進行1024倍頻進行采樣控制，保證只要有一相電壓信號就可以進行鎖相倍頻，實現(xiàn)等間隔的同步采樣。此頻率跟蹤實時性高，但抗干擾能力較差，特別是在電壓波形畸變時，可能引起過零檢測環(huán)節(jié)的多次觸發(fā)，所以需要軟件觸發(fā)的配合，即每毫秒判斷采樣點數(shù)實現(xiàn)，正常采樣時，單周期1024個點，1毫秒大概采樣51點，如果采樣點數(shù)不在(51±15)點范圍，則通過軟件控制采樣間隔。算法輸入點數(shù)和執(zhí)行間隔關系：如圖2所示，RMS:RMS(rootmeansquare)計算采用單周期128/64(1024/4or/8)點計算。暫降/升、中斷要求分辨0.5周波。采用1個周波數(shù)據(jù)窗1/4周波滑差計算，以提高暫降分辨率?？偟挠嬎銜r間間隔10circle，設備記錄周期3s。除10circle之外，還有3s、10minute、2hour。不同時間間隔的處理：計算時間間隔3-sinterval(150cycles)10-mininterval絕對時間2-hinterval絕對時間時鐘誤差在有對時的條件下＜±20ms，無對時的條件下＜1-s/24-h。各時間間隔計算方法：(電壓偏差、不平衡、(間)諧波)3s:計算是取15個10circle測量值進行均方根計算得到。10minute:10-cycle測量值的計算嚴格以10-min的頭邊界開始；若最后一個10-cycle測量值與10-min的尾邊界重 疊則10-minaggregationvalue應當包含該10-cycle測量值；在每一個10-min的頭邊界都需要對10-cycle的測量計算進行再同步。時間標識以10分鐘的結(jié)束時刻為準。10-min再同步問題IEC61000-4-30方法是在每個10分鐘時標處進行一次再同步。采樣點數(shù)要求：裝置單周期采樣1024個點，但是(間)諧波要求測量到63次諧波。根據(jù)采樣定理，采樣頻率必須大于模擬量所含最高次有效諧波的二倍，才能保證采樣信號反映被采樣的模擬信號。即fs≥2*fmax，其中，fs是采樣頻率，fmax是最高有效諧波的頻率，實際計算時一般使fs>8*fmax，以保證采樣信號能夠準確地代表被采樣的模擬信號。為了監(jiān)測高達63次的諧波，(間)諧波處理的數(shù)據(jù)至少為單個電網(wǎng)周波采樣512個點的采樣結(jié)果，即采樣率為25.6KHz?；▎沃芷?12點采樣，那么第63次諧波中，每個諧波周期包含有8個采樣點。裝置的1024點采樣，主要用于暫態(tài)捕捉和故障錄波。實施例一，依據(jù)GB/T12325-2008和IEC_61000-4-30_2003，獲得電壓有效值的基本測量時間窗口為10周波，且不重疊連續(xù)測量并計算電壓有效值的平均值，最終計算得到電壓偏差。監(jiān)測范圍：10～150％Udin(declaredinputvoltage,)監(jiān)測精度：±0.1％輸出量:實際電壓值、電壓偏差、電壓合格率電壓有效值計算，由于實時計算了半個周波的有效值?；蛘吒鶕?jù)GB/T12325-2008的要求計算，采用求10circle內(nèi)的20個半周波滑窗的有效值的RMS的方法。計算周期：10circle3s實施例二，監(jiān)測范圍：42.5～57.5Hz(裝置實際范圍42～58Hz，留一定余量)；監(jiān)測精度：±0.01Hz(0.005Hz)；輸出量：實際頻率、頻率偏差、頻率合格率；算法：GB/T_15945-2008推薦方法：取1s、3s或者10s間隔內(nèi)計到的整數(shù)周期與整數(shù)周期累計時間之比。IEC_61000-4-30_2003：10s(±20ms)間隔給出 一個系統(tǒng)頻率值，時間間隔不允許重疊；累計10s之內(nèi)整周波的個數(shù)及其時間，使用整周波個數(shù)/時間計算出系統(tǒng)頻率。測量方法：將與電壓信號同步的方波信號引入GPIO，其上升沿或下降沿觸發(fā)中斷，同時通過計數(shù)器進行計數(shù)，相應時間間隔計算頻率，頻率計算其中：f為計算頻率，M為計算間隔周波數(shù)，N為計數(shù)器的累積計數(shù)值，T為計數(shù)器計數(shù)時間間隔，K為校表系數(shù)。實施例三，諧波、間諧波的標準定義如下，諧波、間諧波監(jiān)測，每周波采樣512/1024點，以10個周波為時間窗口做基于素因子算法的5120點FFT，頻率分辨率為5Hz(基波50Hz)，準確測量1到63次各次(間)諧波分量、相角、總諧波畸變率、偶次諧波畸變率、奇次諧波畸變率；從5Hz分辨率諧波分量到諧波間諧波的計算采用子組算法，以減小混疊誤差和頻譜泄露，如二次間諧波通過計算95Hz/100Hz/105Hz分量的平方和開方得到。輸入量：10/20周波的512點采樣數(shù)據(jù)輸出量：0～639/1279次以內(nèi)的以5120/10240個數(shù)據(jù)窗對應的最小頻率分辨率為基波的諧波分量/向量。測量精度，IEC_61000-4-7_2002A級定義如下：間諧波的測量可以在3s測量基礎上，綜合出3min、10min或2h的測量值， 綜合方法是取所選時間間隔內(nèi)的3s測量值的均方根，即：實施例三，閃變，監(jiān)測范圍：0.2～10Pst；監(jiān)測精度：±5％；輸入量：AD采樣值和相關的模型系數(shù)。輸出量：短時閃變值Pst、長時閃變值Plt。實施例四，電壓波動為一系列電壓變動或連續(xù)的電壓偏差，電壓波動值為電壓均方根值的兩個極值Umax和Umin之差△U，以額定電壓Unom的百分數(shù)表示其相對百分值，即輸入量：滑窗0.5(0.25)周波的RMS，輸出量：波動最大值、最小值、平均值；每半周波：比較三個相鄰RMS[0]/RMS[1]/RMS[2]的RMS值，如果RMS[1]>RMS[0]&&RMS[1]>RMS[2]，則取RMS_MAX＝RMS[1]；如果RMS[1]<RMS[0]&&RMS[1]<RMS[2]，則取RMS_Min＝RMS[1]；當發(fā)生上述兩種情況時，計算半周波波動值，flu_half＝RMS_MAX-RMS_Min。當flu_half大于限值，則保存該值，并做累加處理。每10個周波：以半周波計算數(shù)據(jù)為基準，計算所保存的flu_half值的最大值和最小值，并保存，同時計算半周波時所累加的結(jié)果進行平均；每150周波：以10周波計算數(shù)據(jù)為基準，計算所保存的電壓波動的最大值和最小值，并保存；同時計算半周波時所累加的結(jié)果進行平均。得到3s鐘的波動最大值、最小值、平均值。實施例五，電壓的暫升暫降，測量精度：±0.2％Udin,±1circle(盡量采用0.25周波滑窗，以達到±0.5circle的精度)，持續(xù)時間精度等于開始時間精度+結(jié)束時間精度。輸入量：半周波滑窗電壓有效值、參考電壓和驟升驟降定值。(IEC要求采用半周波滑窗的一周波RMS值)。輸出量驟升驟降的起始時間、持續(xù)時間、電壓最大值、電壓最小值、錄波觸發(fā)信號等。算法：(IEC61000-4-30)裝置實時監(jiān)測Va、Vb、Vc半周波真有效值，判斷是否發(fā)生了電壓驟升、驟降，并給出驟升、驟降電壓的特征幅值和持續(xù)時間。計算滑窗為0.5周波的RMS值，只要有其中任何一相的RMS值大于/小于定值，則認為暫升/降開始，所有相的RMS值小于等于/大于等于定值+延遲電壓，則認為暫升/降結(jié)束由于在判斷電壓暫升降、中斷中，額定電壓不足以表征系統(tǒng)當前的電壓狀態(tài)，引入一個參比電壓來表征系統(tǒng)的實時狀態(tài)，參比電壓定義如下：Usr(n)＝0.9967*Usr(n-1)+0.0033*U(10)rm，其中：Usr(n)是當前參電壓；U(10)rms為最近計算的RMS；Usr(n)為前一個參比電壓值，計算開始時取Usr(0)2＝Udin。每10circle按上式更新一次參比電壓，當發(fā)生flag時，不更新參比電壓，保持原值。實施例六，暫態(tài)捕捉：20us(1024個點采樣)，裝置應實時監(jiān)測三相電壓采樣值，判斷是否發(fā)生了小于0.5-cycle的電壓瞬變，并給出電壓瞬變的幅值和持續(xù)時間。監(jiān)測方法：預先設置一個標準波形，每個采樣值與標準波形進行判斷；需要定期相位同步和幅值刷新，包括改變標準波形的基波頻率、幅值和初始相位的判斷。標準波形幅值的改變方法：An+1＝k1*An+k2*Anew,(k1+k2＝1；k1≥0，k2≥0)，其中：An+1為新標準波形的幅值；An為原標準波形的幅值；Anew為該相電壓的實時測量值；和的取值主要考慮暫態(tài)捕捉的限值同時躲過系統(tǒng)一般電壓波動的影響。