专利名称：电网谐波实时在线监测仪及利用该监测仪检测谐波的方法
技术领域：
本发明公开了电网谐波实时在线监测仪及利用该监测仪检测谐波的方法，属于高精度精密仪器的技术领域。
背景技术：
谐波监测仪在电力系统的应用由来已久，但能实时在线监测谐波的监测仪更不多。随着对电能质量要求的提高，电网的智能化、绿色化是电力工作者需要研究和解决的内容，电力系统谐波测量是电力系统电能质量监测的重要内容之一，实时在线的监测谐波信息能有效的发现电力系统的状态也是有效的进行谐波治理的依据。IEC61000-4-7标准和绝 大多数谐波测量仪，对谐波的测量仍然延用加汉宁窗FFT方法。FFT方法测量电网整次谐波在同步误差较小的情况下是比较合理比较准确的，但如果存在较大同步误差用传统的加窗FFT方法测量电网谐波就不太合理不太准确了，但是就工程应用而言，FFT方法测量谐波是一种比较实用的方法，因此我们如果能在FFT方法上加以改进和偏差的校正仍不失为一种比较理想的方法。FFT后处理方法学者早已进行研究插值、频谱校正，频谱校正又包括峰值搜索法、三点卷积法、频谱重心校正法等。传统的频谱校正算法大多是频域方法，本发明则根据DFT的代数机理方法导出一种
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了电网谐波实时在线监测仪及利用该监测仪检测谐波的方法。本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案电网谐波实时在线监测仪，包括实时测量�？楹托巢扑隳？椋鍪凳辈饬磕？榘ㄈ嗟缪够ジ衅�、三相电流互感器、信号调理模块、模数转换器、DSP芯片、频率测量单元、同步控制单元；所述电压互感器、电流互感器的输入端接待测回路电线，电压互感器、电流互感器的输出端与信号调理�？榈氖淙攵肆樱鲂藕诺骼砟？榈氖涑龆擞肽Ｊ黄髁樱銎德什饬磕？榈氖淙攵擞氲缪够ジ衅鞯氖涑龆肆樱銎德什饬磕？榈牧礁鍪涑龆朔直鹩肽Ｊ黄�、DSP芯片连接，所述同步控制单元的两端分别与DSP芯片、模数转换器连接；其中，所述频率测量单元包括过零检测器和锁相环电路。利用电网谐波实时在线监测仪检测谐波的方法，包括如下步骤步骤1，锁相环电路根据当前时刻的三相电压得到模数转换器的采样时钟信号、DSP芯片根据过零检测器测得的三相电压过零次数计算当前时刻的交流电频率；步骤2，信号调理电路对互感器测得的交流电信号做去峰值处理，模数转换器根据采样时钟信号对去峰值后的交流电信号采样并做模数转换得到当前时刻采样序列信号；步骤3，DSP芯片通过同步控制单元获取当前时刻周波的采样序列，进行整次谐波的一次加窗DFT计算得到谐波参数信息；
步骤4，根据步骤3处理得到的谐波参数信息，利用如下表达式对谐波的结果进行偏差校正0 = [I + (-A-1AA) + (-A-1AA)2 + (-AJ1AA)3 +...... + (-AJ1AA)11] 00其中，I是单位矩阵，0是校正后的谐波参数信息，％是对电网电压或电流采样数据进行一次加窗DFT结果，Atl为参数矩阵，A A为变化参数矩阵，(-Af 是对一次DFT结果进行一次偏差校正，(-Afl1 AAyeil是对当前加窗DFT结果进行n次偏差校正。本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果采用时域偏差校正算法，根据精度要求选择误差校正次数，在电网频率微小变动、测频精度较高的情况下，谐波算法能提供非 常接近‘理想同步采样’情况下FFT算法的精度。
图I为电网谐波实时在线监测仪的框图。图2为实时测量�？榈目蛲肌Ｍ�3为具体实施例中的实验效果图。
具体实施例方式下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明如图I所示的电网谐波实时在线监测仪，包括实时测量�？楹托巢扑隳？�(ARM单元)。实时测量�？槿缤�2所示，包括三相电压互感器、三相电流互感器、信号调理�？�、模数转换器、DSP芯片、频率测量单元、同步控制单元。电压互感器、电流互感器的输入端接待测回路电线，电压互感器、电流互感器的输出端与信号调理模块的输入端连接，信号调理模块的输出端与模数转换器连接，频率测量�？榈氖淙攵擞氲缪够ジ衅鞯氖涑龆肆樱德什饬磕？榈牧礁鍪涑龆朔直鹩肽Ｊ黄�、DSP芯片连接，同步控制单元的两端分别与DSP芯片、模数转换器连接。频率测量单元的输入端也可以与电流互感器的输出端连接。频率测量单元包括过零检测器和锁相环电路。谐波监测仪采用DSP+ARM构架，充分利用DSP的强大数字信号处理能力与ARM的控制管理与通信功能。该装置由I个“谐波计算�？椤焙虸至6个“实时测量�？椤弊槌桑苤苯由蒔QDIF格式的电能质量数据并通过FTP方式上传至服务器。其中“实时测量模块”以32位高性能DSP TMS320F2812为核心，主要负责完成电能质量指标实时计算，各“实时测量�？椤蓖ü咚賁PI接口与“管理�？椤毕嗔弧靶巢扑隳？椤辈捎肁RM9处理器并植入嵌入式操作系统Windows CE6.0，主要完成各“测量模块”实时计算数据的召唤及相关统计分析、PQDIF格式转换、人机交互、网络通信等功能。为了满足能同时监测多个回路的要求，“实时测量�？椤庇搿靶巢扑隳？椤辈捎枚懒�、背插式设计，可以方便的在装置主板上进行插拔，装置最多能插6块测量�？�。实时测量模块的数目取决于回路(或监测点)的数目，I个测量�？槎杂个回路(或监测点)。每个“实时测量�？椤倍懒⒉饬縄个回路的三相电压、电流及其谐波电能质量参数。一般情况下，每个“实时测量�？椤钡氖淙肓慷际侨嗟缪购陀胫杂Φ娜嗟缌鳎庋Ｖっ扛龌芈返拿恳幌嗟缪购偷缌鞫纪辈裳馐蔷凡饬抗β仕匦氲�。“实时测量�？椤彼惴ㄑ细癜碔EC61000-4-30:2003执行，测量精度为A级。互感器为3对高精度微型电压互感器(PT)和微型电流互感器(CT)。模数转换器选择了美国ADI公司的16位
E -A 型 ADC-AD73360L。DSP 采用美国 TI 公司的 32 位 DSP-TMS320F2812，其工作
频率为150MHz。三相电压和电流士丄七^化^分别经电压互感器^”和电流互感器^”送到6路16位ADC，ADC转化为6路数字信号(采样序列)送到32位DSP进行数据处理；三相电压信号还要送到PLL (锁相环电路)，由PLL跟踪电网频率，PLL电路的输出作为ADC的采样时钟，使采样尽可能得逼近同步采样。过零检测信号送到DSP用于精确测频。利用电网谐波实时在线检测仪检测谐波的方法，包括如下步骤步骤1，电网三相电压分别经电压互感器和信号调理电路送到16位模/数转换器， 电网三相电流分别经电流互感器送到频率测量环节，电网三相电压分别经电压互感器和信号调理电路送到模/数转换器；步骤2，频率测量环节用过零检测方法检测电网实时频率，从而确定电压电流波形的当前采样频率，每3秒根据测量的电网的实时频率刷新一次采样频率；步骤3，DSP芯片根据实时10个周波采样数据，进行整次谐波的一次加窗DFT计算；步骤4，根据步骤3处理得到的谐波信息，结合对电网谐波实时性和精度的要求，利用由矩阵反演定理导出的校正公式对谐波信息进行偏差校正校正0 = [I + (-Ao1AA) + (-Ao1AA)2 + (-A"1 AA)3 + ……+ (-A"1 AA)n ] G0 (I)其中，I是单位矩阵，0是校正后的谐波参数信息，％是对电网电压或电流采样数据进行一次加窗DFT结果，是对一次DFT结果进行一次偏差校正，(-41是对当前加窗DFT结果进行n次偏差校正，校正次数越大，谐波的测量精度越接近理想同步采样。校正公式(I)可利用矩阵反演定理推导出I)采样10个周波得到N点采样序列y ；2)求出本数据窗口的电网频率f ;3)根据本数据窗口的电网频率求出A和AA ;4)进行一次加窗DFT : 0。= Fy⑵其中，F是加窗DFT系数矩阵，5)进行n次同步校正(n—般取3、4即可)。所述检测方法的原理证明如下假设实际电网电压(电流)信号描述为
My(t) =al!cos(mtot) +b,r!sin(mtot)] (3),即 A 0 =y (4)。令0T=[ao aj b1 …aM bM],yT=[y (t^y (t2)(5)
权利要求
1.电网谐波实时在线监测仪，包括实时测量�？楹托巢扑隳？椋涮卣髟谟谒鍪凳辈饬磕？榘ㄈ嗟缪够ジ衅�、三相电流互感器、信号调理模块、模数转换器、DSP芯片、频率测量单元、同步控制单元； 所述电压互感器、电流互感器的输入端接待测回路电线，电压互感器、电流互感器的输出端与信号调理�？榈氖淙攵肆樱鲂藕诺骼砟？榈氖涑龆擞肽Ｊ黄髁樱銎德什饬磕？榈氖淙攵擞氲缪够ジ衅鞯氖涑龆肆樱銎德什饬磕？榈牧礁鍪涑龆朔直鹩肽Ｊ黄�、DSP芯片连接，所述同步控制单元的两端分别与DSP芯片、模数转换器连接；其中，所述频率测量单元包括过零检测器和锁相环电路。
2.利用权利要求I所述的电网谐波实时在线监测仪检测谐波的方法，其特征在于包括如下步骤 步骤1，锁相环电路根据当前时刻的三相电压得到模数转换器的采样时钟信号、DSP芯片根据过零检测器测得的三相电压过零次数计算当前时刻的交流电频率； 步骤2，信号调理电路对互感器测得的交流电信号做去峰值处理，模数转换器根据采样时钟信号对去峰值后的交流电信号采样并做模数转换得到当前时刻采样序列信号； 步骤3，DSP芯片通过同步控制单元获取当前时刻周波的采样序列，进行整次谐波的一次加窗DFT计算得到谐波参数信息； 步骤4，根据步骤3处理得到的谐波参数信息，利用如下表达式对谐波的结果进行偏差校正 0= I + (-Ao1AA) + (-Aq1AA)2 + (-Aq1AA)3 +......+ (-Aq1AA)11 G0 其中，I是单位矩阵，e是校正后的谐波参数信息，Qtl是对电网电压或电流采样数据进行一次加窗DFT结果，A0为参数矩阵，AA为变化参数矩阵，(-A>A)0^对一次DFT结果进行一次偏差校正，(-Ae1 AA)'是对当前加窗DFT结果进行n次偏差校正。全文摘要
本发明公开了电网谐波实时在线监测仪及利用该监测仪检测谐波的方法，属于高精度精密仪器的技术领域。本发明通过实施测量交流信号，对交流信号采样、做加窗DFT处理得到谐波参数信息，再利用矩阵反演定理推到得到的偏差校正公式校正所得谐波参数信息。本发明采用时域偏差校正算法，根据精度要求选择误差校正次数，在电网频率微小变动、测频精度较高的情况下，谐波算法能提供非常接近‘理想同步采样’情况下FFT算法的精度。
文档编号G01R15/18GK102749488SQ20121021555
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月27日 优先权日2012年6月27日
发明者朱节中, 梅永, 王柏林 申请人:南京信息工程大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
