[發明專利]在線式電能質量監測裝置和方法

有效

• 申請號: 201410514383.4
• 申請日: 2014-09-29
• 公開（公告）號: CN104198872B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 徐雪松;王四春;張維明;陳榮元
• 申請（專利權）人: 徐雪松
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)11371
• 代理人: 吳開磊

1.一種在線式電能質量監測裝置，其特征在于，包括：

信號采集模塊，用于按照設置的采樣窗口長度和采樣周期采集當前電力系統的電壓信號和電流信號；其中，所述采樣窗口長度為所述電力系統的電壓信號或電流信號中基頻信號周期的整數倍；采樣周期為本地時鐘周期的整數倍；

模數轉換模塊，用于對所述信號采集模塊采集到的所述電壓信號和電流信號分別進行模數轉換，得到數字電壓信號和數字電流信號；

電能參數分析計算模塊，用于對所述模數轉換模塊得到的所述數字電壓信號和數字電流信號進行分析計算，得到對應的電能參數；

運行情況確定模塊，用于根據所述電能參數分析計算模塊計算出的所述電能參數確定所述電力系統的運行情況；

所述信號采集模塊包括：同步采樣電路；所述模數轉換模塊包括A/D轉換器1和A/D轉換器2；所述電能參數分析計算模塊包括：DSP1和DSP2；

A/D轉換器1為低頻采樣A/D轉換器，A/D轉換器2為高頻采樣A/D轉換器；DSP1和DSP2的輸入信號為A/D轉換器1的輸出信號；或者，DSP1的輸入信號為A/D轉換器1的輸出信號，DSP2的輸入信號為A/D轉換器2的輸出信號；

A/D轉換器采用的A/D轉換芯片為ADS8364；ADS8364是高速、低功耗，六通道完全獨立的16位逐次逼近模數轉換器；A/D轉換器采用+5V工作電壓，并帶有80dB共模抑制的全差分輸入通道以及六個4μs連續近似的模數轉換器、六個差分采樣放大器；在ADS8364的REFIN和REFOUT引腳內部還帶有+2.5V參考電壓以及高速并行接口；ADS8364的六個模擬輸入分為三組(A，B和C)，每個輸入端都有一個ADCs保持信號以用來保證幾個通道能同時進行采樣和轉換；

當ADS8364采用5MHz的外部時鐘來控制轉換時，它的取樣率是250kHz，同時對應于4μs的最大吞吐率，這樣，采樣和轉換共需花費20個時鐘周期；另外，當外部時鐘采用5MHz時，ADS8364的轉換時間是3.2μs，對應的采集時間是0.8μs；

同步采樣電路主要完成頻率跟蹤的功能，該電路可以保證在一個工頻周期內為A/D轉換器提供256點的采樣信號，從而實現同步鎖相的功能；

同步采樣電路包括：隔直濾波電路、過零比較電路、選相電路、鎖相倍頻電路和A/D轉換器；選相電路能自動選擇有電壓的相別，并根據選中相別的電壓產生過零信號提供給后續的鎖相倍頻電路，以實現256倍的鎖相倍頻采樣；在頻率變化的情況下，同步采樣電路也能保證每周波256點的采樣；

選相電路以A相電壓作為最優先考慮的相別，當A相有電壓時將A相過零信號作為同步信號，閉鎖B、C相；A相掉電后，以B相過零信號作為同步信號，閉鎖C相；A、B相同時掉電，以C相過零信號作為同步信號；

在相間進行同步信號切換時，由于電路參數以及線路本身的延時，會出現一段閉鎖的空白，這時將產生一個失效中斷信號通知DSP，由DSP提供這個空白時間的同步采樣信號；當三相電壓全部失效后，則由DSP自主產生同步采樣信號，以50Hz工頻進行256點的采樣；

DSP1和2內運行的具體算法如下，

按照如下方式計算諧波與間諧波：

根據加窗FFT方法計算諧波與間諧波，相位：

設根據加窗FFT，求得U_r(k)和U_i(k)；

k次電壓諧波相位為：

其中，U_r(k)為電壓實部，U_i(k)為電壓虛部；

K諧波含量計算方式如下：

電力系統中，通常用其次諧波幅值相對于基波幅值的百分數來反應該次諧波的含量，即

Uk%=UkU1×100%=Ur(k)2+Ui(k)2Ur(1)2+Ui(1)2×100%,(k=2,3,...N);]]>

總諧波畸變THD來反應總的諧波含量，計算公式為

THD=Σk=2NUk2U1×100%=Σk=2N(Uk%)2;]]>

所述裝置還包括：

信號補足模塊，用于當各采樣周期內的采樣個數不同時，在所述模數轉換模塊對采集到的所述電壓信號和電流信號分別進行模數轉換后，采用牛頓插值法對采樣個數不足設定個數的采樣周期內的數字電壓信號和數字電流信號進行補足操作；

所述信號采集模塊包括：

窗口加寬單元，用于采用矩形窗或者海寧窗對采樣窗口加寬；

信號采集單元，用于基于所述窗口加寬單元加寬后的采樣窗口按照設置的采樣窗口長度和采樣周期采集當前電力系統的電壓信號和電流信號。