實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及污染源定位的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀領(lǐng)域，具體來(lái)講是一種實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及污染源定 位的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工業(yè)化程度的不斷提高、電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模也日益復(fù)雜和龐大，電 力網(wǎng)負(fù)荷急劇增加。特別是近年來(lái)大量非線(xiàn)性、沖擊性負(fù)荷的接入，將產(chǎn)生大量的諧波注入 電力系統(tǒng)，影響全網(wǎng)電力，造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)及閃變，從而使得電網(wǎng)電能質(zhì)量嚴(yán)重下降，并 誘發(fā)各種電力系統(tǒng)事故，使電力系統(tǒng)面臨日益嚴(yán)重的"污染"。電能質(zhì)量是電力工業(yè)產(chǎn)品的 重要指標(biāo)，涉及發(fā)、供、用各方面的權(quán)益，優(yōu)良的電能質(zhì)量對(duì)保證電網(wǎng)和廣大用戶(hù)電氣設(shè)備 的安全可靠運(yùn)行，保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)的正常生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量以及提高人民生活質(zhì)量都 具有重要意義。
[0003] 為了能夠?qū)﹄娔苜|(zhì)量實(shí)行長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而達(dá)到對(duì)全網(wǎng)電能質(zhì)量水平的全面把 握，為電能質(zhì)量的綜合治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在變電站內(nèi)逐步裝設(shè)電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置顯 得十分必要。此外，在對(duì)可能由電能質(zhì)量問(wèn)題引起的電網(wǎng)或設(shè)備故障的分析也需要實(shí)時(shí)電 能質(zhì)量數(shù)據(jù)的支持。電網(wǎng)電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)和功能完善，將逐步豐富對(duì)全網(wǎng)電 能質(zhì)量的認(rèn)識(shí)，切實(shí)了解全網(wǎng)電能質(zhì)量水平，為電能質(zhì)量的綜合治理打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[0004] 傳統(tǒng)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀功能簡(jiǎn)單，一般采用單CPU，測(cè)量精度不高，且在基波頻率 發(fā)生變化的時(shí)候相關(guān)電能質(zhì)量參數(shù)測(cè)量不準(zhǔn)確，即CPU采樣速率不能跟隨外面網(wǎng)頻變化， 這就造成頻譜泄露測(cè)量不準(zhǔn)確等問(wèn)題。
[0005] 除此之外，傳統(tǒng)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀只是對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電能質(zhì)量的各參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān) 測(cè)并對(duì)相關(guān)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，最終生成電能質(zhì)量各監(jiān)測(cè)參數(shù)的報(bào)表。但對(duì)引起電能 質(zhì)量問(wèn)題的污染源無(wú)法自動(dòng)定位，需要人工對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查看和分析 對(duì)比，然后才能初步判斷出污染源，這就造成大量人力物力的浪費(fèi)。同時(shí)，由于人工根據(jù)分 散的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)判斷電能質(zhì)量污染源，其準(zhǔn)確性受人員技術(shù)水平限制，再加上電能質(zhì) 量污染源定位本身是專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)的工作。這就難免會(huì)出現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量污染源判斷分析失 誤，造成定位不準(zhǔn)確的問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致電能質(zhì)量治理點(diǎn)的位置選擇失誤，從而造成 供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了克服上述【背景技術(shù)】的不足，提供一種實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及污 染源定位的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀和方法，不但能有效提高電能質(zhì)量參數(shù)的測(cè)量準(zhǔn)確性，而且還 能實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量污染源的定位。
[0007] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及污染源定位的電能質(zhì)量監(jiān) 測(cè)儀，包括順次連接的信號(hào)采集裝置、信號(hào)處理裝置、系統(tǒng)控制裝置和工控機(jī)；
[0008] 信號(hào)采集裝置用于：將電網(wǎng)信號(hào)的A相電壓波形經(jīng)過(guò)二階濾波后形成正弦波信 號(hào)，通過(guò)過(guò)零比較將正弦波信號(hào)變成方波信號(hào)；將方波信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和去毛刺、去抖動(dòng) 處理后輸入到信號(hào)處理裝置；
[0009] 信號(hào)處理裝置用于：在方波信號(hào)的每次上升沿期間進(jìn)入中斷，根據(jù)連續(xù)兩次中斷 所記錄的內(nèi)部脈沖數(shù)，計(jì)算得出外部電網(wǎng)的網(wǎng)頻頻率；將信號(hào)處理裝置的采樣頻率調(diào)節(jié)至 與外部電網(wǎng)的網(wǎng)頻頻率同步后，進(jìn)行同步采樣和暫態(tài)數(shù)據(jù)分析處理，并將采樣的穩(wěn)態(tài)波形 數(shù)據(jù)發(fā)送至系統(tǒng)控制裝置；
[0010] 系統(tǒng)控制裝置用于：對(duì)穩(wěn)態(tài)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析得到電能質(zhì)量技術(shù)參數(shù)，并將 電能質(zhì)量技術(shù)參數(shù)發(fā)送至工控機(jī)；
[0011] 工控機(jī)用于：對(duì)所有電能質(zhì)量技術(shù)參數(shù)進(jìn)行電能質(zhì)量分析統(tǒng)計(jì)；根據(jù)電能質(zhì)量分 析統(tǒng)計(jì)，生成各種電能質(zhì)量報(bào)表；從電能質(zhì)量分析統(tǒng)計(jì)中得到電能質(zhì)量超標(biāo)參數(shù)，根據(jù)電 能質(zhì)量超標(biāo)參數(shù)對(duì)電能質(zhì)量污染源進(jìn)行定位判斷，電能質(zhì)量污染源包括諧波/間諧波污染 源、波動(dòng)閃變污染源、電壓驟升驟降污染源、電壓三相不平衡污染源、電壓偏差污染源、頻率 偏差污染源。
[0012] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述信號(hào)采集裝置包括電壓電流互感器、有源濾波放 大器、過(guò)零比較器、復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD芯片和模數(shù)轉(zhuǎn)換器；電壓電流互感器的輸入 端與電網(wǎng)信號(hào)連接，輸出端分別與有源濾波放大器的輸入端、過(guò)零比較器的輸入端連接；過(guò) 零比較器的輸出端與CPLD芯片的輸入端連接；有源濾波放大器的輸出端、CPLD芯片的控制 模數(shù)轉(zhuǎn)換IO均與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與信號(hào)處理裝置連接。
[0013] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，若工控機(jī)初次運(yùn)行，所述所有電能質(zhì)量技術(shù)參數(shù)為當(dāng) 前電能質(zhì)量技術(shù)參數(shù)；若工控機(jī)非初次運(yùn)行，所述所有電能質(zhì)量技術(shù)參數(shù)為當(dāng)前電能質(zhì)量 技術(shù)參數(shù)和整個(gè)運(yùn)行時(shí)間段保存的歷史電能質(zhì)量技術(shù)參數(shù)。
[0014] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述信號(hào)處理裝置還連接有用于保存采樣數(shù)據(jù)的擴(kuò)展 存儲(chǔ)器，以及用于信號(hào)處理裝置的在線(xiàn)仿真和程序下載的JTAG仿真接口。
[0015] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述系統(tǒng)控制裝置還連接有用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)操作的 LCD接口、鍵盤(pán)接口。
[0016] 本發(fā)明還提供一種基于上述監(jiān)測(cè)儀的實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及污染源定位的方法，包 括以下步驟：
[0017] Sl:信號(hào)采集裝置接收各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電網(wǎng)信號(hào)；將電網(wǎng)信號(hào)的A相電壓波形經(jīng)過(guò)二 階濾波后形成正弦波信號(hào)，通過(guò)過(guò)零比較將正弦波信號(hào)變成方波信號(hào)；將方波信號(hào)進(jìn)行電 平轉(zhuǎn)換和去毛刺、去抖動(dòng)處理后輸入到信號(hào)處理裝置，轉(zhuǎn)入S2 ;
[0018] S2:信號(hào)處理裝置在方波信號(hào)的每次上升沿期間進(jìn)入中斷，根據(jù)連續(xù)兩次中斷所 記錄的內(nèi)部脈沖數(shù)，計(jì)算得出外部電網(wǎng)的網(wǎng)頻頻率；將信號(hào)處理裝置的采樣頻率調(diào)節(jié)至與 外部電網(wǎng)的網(wǎng)頻頻率同步后，進(jìn)行同步采樣和暫態(tài)數(shù)據(jù)分析處理，并將采樣的穩(wěn)態(tài)波形數(shù) 據(jù)發(fā)送至系統(tǒng)控制裝置，轉(zhuǎn)入S3 ;
[0019] S3:系統(tǒng)控制裝置對(duì)穩(wěn)態(tài)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析得到電能質(zhì)量技術(shù)參數(shù)，并將電 能質(zhì)量技術(shù)參數(shù)發(fā)送至工控機(jī)，轉(zhuǎn)入S4 ;
[0020] S4 :工控機(jī)對(duì)所有電能質(zhì)量技術(shù)參數(shù)進(jìn)行電能質(zhì)量分析統(tǒng)計(jì)；根據(jù)電能質(zhì)量分析 統(tǒng)計(jì)，生成各種電能質(zhì)量報(bào)表；從電能質(zhì)量分析統(tǒng)計(jì)中得到電能質(zhì)量超標(biāo)參數(shù)，根據(jù)電能質(zhì) 量超標(biāo)參數(shù)對(duì)電能質(zhì)量污染源進(jìn)行定位判斷，其中，電能質(zhì)量污染源包括諧波/間諧波污 染源、波動(dòng)閃變污染源、電壓驟升驟降污染源、電壓三相不平衡污染源、電壓偏差污染源、頻 率偏差污染源。
[0021] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，S4中所述從電能質(zhì)量分析統(tǒng)計(jì)中得到電能質(zhì)量超標(biāo)參 數(shù)，根據(jù)電能質(zhì)量超標(biāo)參數(shù)對(duì)電能質(zhì)量污染源進(jìn)行定位判斷，具體包括以下步驟：
[0022] S401 :從電能質(zhì)量分析統(tǒng)計(jì)中選取電能質(zhì)量諧波/間諧波指標(biāo)參數(shù)，判斷電能質(zhì) 量諧波/間諧波指標(biāo)參數(shù)是否超標(biāo)，若否，直接轉(zhuǎn)入S402 ;若是，進(jìn)入諧波/間諧波污染源 的定位判斷：計(jì)算出每條回路中2~50次諧波范圍內(nèi)的電阻非線(xiàn)性度DR和電抗非線(xiàn)性度 DX，計(jì)算公式為：
[0025] 上述公式中，Rl為基波電阻，Rh為第h次基波電阻，h為2彡h彡50的正整數(shù)，N 為諧波的總次數(shù)50,Xl為基波電抗，Xh為第h此基波電抗；
[0026] 當(dāng)電阻非線(xiàn)性度DR和電抗非線(xiàn)性度DX趨近于0時(shí)，說(shuō)明該回路負(fù)荷為線(xiàn)性負(fù)荷， 不會(huì)產(chǎn)生諧波，則該回路不是諧波/間諧波污染源；當(dāng)電阻非線(xiàn)性度DR和電抗非線(xiàn)性度DX 均大于3時(shí)，說(shuō)明該回路負(fù)荷為非線(xiàn)性負(fù)荷，則該回路是諧波/間諧波污染源，轉(zhuǎn)入S402 ;
[0027] S402 :從電能質(zhì)量分析統(tǒng)計(jì)中選取電能質(zhì)量閃變指標(biāo)參數(shù)，判斷電能質(zhì)量閃變 指標(biāo)參數(shù)是否超標(biāo)，若否，直接轉(zhuǎn)入S403 ;若是，進(jìn)入波動(dòng)閃變污染源的定位判斷：計(jì)算每 條回路中負(fù)荷單獨(dú)接入時(shí)的閃變值，判斷每條回路中負(fù)荷單獨(dú)接入時(shí)的閃變值是否超標(biāo)， 若是，則該回路是波動(dòng)閃變污染源，轉(zhuǎn)入S403;若否，則該回路不是波動(dòng)閃變污染源，轉(zhuǎn)入 5403 ；
[0028] S403:從電能質(zhì)量分析統(tǒng)計(jì)中選取電能質(zhì)量電壓驟升驟降指標(biāo)參數(shù)，判斷電能 質(zhì)量電壓驟升驟降指標(biāo)參數(shù)中是否存在電壓驟升驟降中斷暫態(tài)信息，若不存在，直接轉(zhuǎn)入 5404 ;若存在，進(jìn)入電壓驟升驟降污染源的定位判斷：判斷系統(tǒng)電壓在發(fā)生驟升驟降時(shí)每 條回路對(duì)應(yīng)的前后3-5周波電流是否為同步變化，若是，則該回路不是電壓驟升驟降污染 源，轉(zhuǎn)入S404 ;若否，則該回路是電壓驟升驟降污染源，轉(zhuǎn)入S404 ;
[0029] S404 :從電能質(zhì)量分析統(tǒng)計(jì)中選取電能質(zhì)量電壓三相不平衡指標(biāo)參數(shù)，判斷電能 質(zhì)量電壓三相不平衡指標(biāo)參數(shù)是否超標(biāo)，若否，直接轉(zhuǎn)入S405 ;若是，進(jìn)入電壓三相不平衡 污染源的定位判斷：分析每條回路的三相電流的值和三相電流不平衡度，若回路的一相或 兩相的負(fù)荷電流值大于滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行電流的90%，且三相電流不平衡度大于60%，則判斷該 回路是電壓三相不平衡污染源，轉(zhuǎn)入S405 ;
[0030] S405 :從電能質(zhì)量分析統(tǒng)計(jì)中選取電能質(zhì)量電壓偏差指標(biāo)參數(shù)，判斷電能質(zhì)量電 壓偏差指標(biāo)參數(shù)是否超標(biāo)，若否，直接轉(zhuǎn)入S406 ;若是，進(jìn)入電壓偏