专利名称：一种电网谐波检测分析装置的制作方法
技术领域：
本实用新型公开了一种电网谐波检测分析装置，提供了一种电网用户端的电网质量分析设备。
背景技术：
随着电力电子技术的迅猛发展，越来越多的控制设备、自动化设备对电能质量要求敏感，且被广泛应用于工农业生产和人们的日常生活。这些都对电能质量提出了越来越高的要求。广大用电客户在关注电能质量的同时，在电力系统内却增加了大量的非线性负载，从低压小容量家用电器到高压大容量工业交直流变换装置，如静止变流器，由于静止变流器是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形畸变，产生电网的谐波污染。此外，电弧炉、大型轧钢机、电力机车等冲击性、波动性负荷，运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且使得电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重。这些不利影响非但会导致供用电设备的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的安全经济运行，造成电网的“公害”，甚至导致继电保护误动、计量失准和用户电器设备损坏。国内的谐波研究工作在上世纪80年代已起步，但由于对谐波的危害认识不足，特别是对高频率的高次谐波(如50次以上的高次谐波)、电涌、高频噪声、尖峰信号等杂波的危害认识不足，采取的措施力度不大。大功率变频器、电子整流器、调光器、开关电源的普遍应用已给电网上产生新的谐波污染，因此电网质量日趋恶化，对电网和用电设备的安全带来严重危害，有的已造成事故。据国外研究表明，高频率的高次谐波的危害性与低频率的高次谐波(如3，5，7，9次谐波)的危害性之比是9:1。实际我国对电网污染的研究主要是针对25 次谐波以下，而在50次以上高次谐波的研究基本还是空白。针对高频率的高次谐波(如50 次以上的高次谐波)、电涌、高频噪声、尖峰信号等杂波的检测和治理，几乎无同类技术和产品。
实用新型内容本实用新型的目的针对上述现有技术中的不足，提供一种能满足用户不断提高的对电能质量分析功能的要求，基于虚拟仪器技术、计算机技术及总线式自动检测系统技术， 能实时监测电网运行状况，并针对高频高次谐波及电压突变进行采样分析的电力质量分析
直O要实现上述功能，本实用新型采用了如下的技术方案一种电网谐波检测分析装置，由电网数据采集模块、高压瞬态尖峰信号采集模块、谐波检测分析模块、主控计算机组成，模块与主控计算机之间通过RS485接口实现数据的通讯，执行mudbus协议。主控计算机通过键盘、显示屏、打印机实现人机对话，并通过RS485接口接收各模块的实时数据，并建立对应的数据库供用户查询。电网数据采集模块由一个包括采样保持电路、A/D转换电路和LED数码管显示及小键盘输入的单片机系统构成，用户电网通过互感器接入电网数据采集模块，电网数据采集模块将电网实时参数(包括电压、电流、频率)在LED上显示出来。高压瞬态尖峰信号采集模块由电压输入采样端、采样保持模块、A/D转换电路及单片机系统组成，所述电压输入采样端采用电阻分压电路，输入端加接补偿电容以提高采样瞬变信号的能力。谐波检测分析模块由电压输入采样端、电流输入采样端、信号调理模块、A/D转换电路及单片机系统组成，所述电压输入采样端采用电阻分压及补偿电容电路，电流输入采样端采用相应宽频的电流钳子，采样后的电压、电流信号经过调理，通过选择开关分别由高速A/D转换器进行模数转换并进行数字信号处理，谐波检测分析模块将信号的高频和低频部分分别进行处理，对于包含噪音和奇异信息的高频成分，利用小波和小波包变换确定信号突变点和高频谐振的发生时刻及幅值；对于低频成分通过FFT，确定各次谐波的含量。本实用新型将高速数据采样与快速傅立叶变换(FFT)技术、小波变换和小波包变换技术相结合，对电网谐波进行测量与高精度分析，可分析高达IOOkHz谐波，解决了在电能质量管理中对高次谐波的分析问题，尤其是小波和小波包变换方法的应用，对于高次谐波、高频噪声、尖峰信号等杂波信号的检测及分析发挥了重要作用。
图1为本实用新型的结构示意图。图2为电网数据采集模块的结构示意图。图3为高压瞬态尖峰信号采集模块的结构示意图。图4为谐波检测分析模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，
以下结合附图，进一步阐述本发明。如图1所示，本实用新型的电网谐波检测分析装置由电网数据采集模块、高压瞬态尖峰信号采集模块、谐波检测分析模块、主控计算机组成，模块与主控计算机之间通过 RS485接口实现数据的通讯，执行mudbus协议。如图2所示，电网数据采集模块由一个包括采样保持电路、A/D转换电路和LED数码管显示及小键盘输入的单片机系统构成，用户电网通过互感器接入电网数据采集模块， 电网数据采集模块将电网实时参数(包括电压、电流、频率等)在LED上显示出来，通过键盘， 电网数据采集模块可设置限位值，一旦出现实时电网参数超出限位值，电网数据采集模块输出报警信号。如图3所示，高压瞬态尖峰信号采集模块由电压输入采样端、采样保持电路、A/D 转换电路及单片机系统组成，电压输入采样端采用电阻分压电路，输入端加接补偿电容以提高采样瞬变信号的能力，使设备既能采集到2500V高压、 μ8的尖峰信号，又能检测电网电压的高低的变动。采样后的电压信号经采样保持、A/D转换器进行模数转换后存储在非易失存储器(如固态硬盘、CF卡等)内，并可传送到自动检测系统的主控计算机中。如图4所示，谐波检测分析模块由电压输入采样端、电流输入采样端、信号调理电路、A/D转换电路及单片机系统组成，电压输入采样端采用电阻分压及补偿电容电路，提高了采样信号的带宽，有利于对高频信号的频谱分析；电流输入采样端采用频率相应达 IOOkHz的宽频的电流钳子，采样后的电压、电流信号经过调理，通过选择开关分别由高速 A/D转换器进行模数转换，并进行数字信号处理。模块采用不同的滤波器将信号的高频和低频部分分离，分别进行处理。对于包含噪音和奇异信息的高频成分，利用小波和小波包变换，建立足够小的时域或频域分析数学模型，取得最佳的分辨率，然后确定信号突变点和高频谐振的发生时刻，并通过谐振的幅值来计算谐波的能量状况；对于相对连续性较好的低频成分则通过FFT(快速傅立叶变换)，确定各次谐波的含量。各模块的实时采样数据包括谐波检测分析的数据都存入相应的非易失性存储器中，主控计算机可通过RS485接口用指令调用接收各模块的实时数据，并建立对应的数据库。RS485接口带红外线光耦隔离，以防止高压窜入计算机及提高系统通讯的抗干扰能力。 主控计算机通过键盘、显示屏、打印机实现人机对话，操作员可通过键盘输入查询信息，或者进行数据分析。以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求1.一种电网谐波检测分析装置，其特征在于，由电网数据采集模块、高压瞬态尖峰信号采集模块、谐波检测分析模块、主控计算机组成，模块与主控计算机之间通过RS485接口实现数据的通讯，执行mudbus协议。
2.根据权利要求1所述的电网谐波检测分析装置，其特征在于，所述主控计算机通过键盘、显示屏、打印机实现人机对话，通过RS485接口接收各模块的实时数据，并建立对应的数据库供用户查询。
3.根据权利要求1所述的电网谐波检测分析装置，其特征在于，所述电网数据采集模块由一个包括采样保持电路、A/D转换电路和LED数码显示管及小键盘输入的单片机系统构成，用户电网通过互感器接入所述电网数据采集模块，所述电网数据采集模块将电网实时参数在LED上显示出来。
4.根据权利要求1所述的电网谐波检测分析装置，其特征在于，所述高压瞬态尖峰信号采集模块由电压输入采样端、采样保持模块、A/D转换电路及单片机系统组成，所述电压输入采样端采用电阻分压电路，输入端加接补偿电容以提高采样瞬变信号的能力。
5.根据权利要求1所述的电网谐波检测分析装置，其特征在于，所述谐波检测分析模块由电压输入采样端、电流输入采样端、信号调理模块、A/D转换电路及单片机系统组成，所述电压输入采样端采用电阻分压及补偿电容电路，电流输入采样端采用相应宽频的电流钳子。
6.根据权利要求1所述的电网谐波检测分析装置，其特征在于，所述RS485接口带红外线光耦隔离。
专利摘要本实用新型公开了一种电网谐波检测分析装置，由电网数据采集模块、高压瞬态尖峰信号采集模块、谐波检测分析模块、主控计算机组成，模块与主控计算机之间通过RS485接口实现数据的通讯，执行mudbus协议。本实用新型将高速数据采样与快速傅立叶变换(FFT)技术、小波变换和小波包变换技术相结合，对电网谐波进行测量与高精度分析，可分析高达100kHz谐波，解决了在电能质量管理中对高次谐波的分析问题，尤其是小波和小波包变换方法的应用，对于高次谐波、高频噪声、尖峰信号等杂波信号的检测及分析发挥了重要作用。
文档编号G01R23/16GK201974477SQ201020622138
公开日2011年9月14日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者吴维华, 章关明, 郭佳伟, 陶俊杰 申请人:上海仪器仪表研究所