一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置及其检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置及其检测方法，所述谐波检测装置包括电流互感器、电压互感器、信号调理电路、A/D转换模块、锁相环倍频电路和信号采集处理模块；所述谐波检测装置通过所述电流互感器和所述电压互感器获取电流、电压信息，通过所述调理电路对检测到的电流、电压信息进行调理再通过所述A/D转换模块转化为数字信号输入所述信号采集处理模块，所述信号采集处理模块能够对电压基波频率以及电流基波频率进行监测、分析计算，进而实现谐波检测功能，并将检测结果进行存储显示。本发明专利技术提供一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置及其检测方法，有效提高了电力谐波检测的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置及其检测方法
本专利技术属于电力检测
，特别涉及一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置及其检测方法。
技术介绍
自从进入电气时代，电力已经是二十一世纪不可或缺的重要能源，随着社会的不断进步和经济的高速发展，人类的生产生活水平都得到了很大的提高，电力系统中各种型号的电机、整流装置、电弧炉和交直流变流设备等非线性负载以及冲击性负载的不断增加，造成公用电网中的电力谐波问题越发严重。这些非线性负载对电力系统的影响的直接表现是电流、电压波形的严重畸变，不仅存在频率与供电电源相同的正弦量，称之为基波分量，还出现了频率是基波分量频率的整数倍的一系列正弦分量，这一系列分量就是电力谐波。对电力系统来说，谐波污染的严重性不可忽视，它会造成电能的生产、传输和利用的效率降低；它会毫无征兆的就产生一些故障，可能使机器会被烧毁；此外还会严重干扰电力系统中通讯仪器的正常工作等。在电力和电子行业中，电网中的谐波污染的危害性已日益加剧，必须有效分析电网中的谐波含量，依据含量中的数据情况分别选择对应的必要抑制方法。为了确保电网运行的安全性，务必要将谐波控制在安全范围以内，避免谐波危害的产生和扩大。因此，深入地研究电力系统谐波问题，消除谐波污染，把谐波含量控制在允许范围内，对供电系统的安全经济运行，电力系统的保护以及电气设备的安全运行有重大意义。目前电力谐波检测技术频率分辨率不高、易受频谱泄露影响，如何进行改进优化成为电力谐波检测技术的工作之一。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置及其检测方法，有效提高了电力谐波检测的准确性。本专利技术具体为一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置，所述谐波检测装置包括电流互感器、电压互感器、信号调理电路、A/D转换模块、锁相环倍频电路和信号采集处理模块，所述电流互感器和电压互感器的输入端与电网连接，所述电流互感器和电压互感器的输出端均与所述信号调理电路的输入端相连接，所述信号调理电路的输出端与所述A/D转换模块的输入端相连接，所述A/D转换模块的输出端与所述信号采集处理模块输入端相连接，所述锁相环倍频电路的输入端与所述电压互感器的输出端连接，所述锁相环倍频电路的输出端与所述信号采集处理模块相连接；所述谐波检测装置通过所述电流互感器和所述电压互感器获取电流、电压信息，通过所述信号调理电路对检测到的电流、电压信息进行调理再通过所述A/D转换模块转化为数字信号传输至所述信号采集处理模块，所述信号采集处理模块能够对电压基波频率以及电流基波频率进行监测、分析及计算，进而实现谐波检测功能，并将检测结果进行存储显示。所述信号调理电路包括加法电路和滤波电路，实现对输入信号的调整以达到所述A/D转换模块的工作要求。所述锁相环倍频电路对被测信号在一个周期内采取等间隔均匀采样的方法，能够实现整周期同步采样，避免信号的采集环节发生频谱泄露的现象；所述锁相环倍频电路采用CD4046芯片作为锁相环，其电源电压范围3～18V、输入阻抗100MΩ，实现一个整周期内的采样频率为128。所述信号采集处理模块能够计算所述电网的三相电流、三相电压、有功功率、无功功率以及谐波畸变率，所述信号采集处理模块包括ARM处理器、存储模块、显示模块和通信模块，所述ARM处理器分别连接到所述存储模块、所述显示模块和所述通信模块；所述ARM处理器采用最小模多重信号分类算法对采集的信号进行分析处理，得到各次谐波的幅值和频率以及它们的参数特性曲线，通过相关的数学计算能够获得所需参数，实现谐波检测功能，进而通过所述存储模块进行存储，通过所述显示模块进行显示，通过所述通信模块实现远程通信。所述谐波检测装置采用最小模多重信号分类算法进行谐波检测，检测方法包括以下步骤：步骤一，根据信号采集处理模块输入信号列出离散时间函数所述x(n)为采样信号，所述M为谐波次数，所述bi为第i次谐波的振幅，所述fi第i次谐波频率，所述Δt为采样时间间隔，所述v(n)为白噪声；步骤二，根据所述离散时间函数建立自相关函数，由所述自相关函数组成自相关矩阵，计算得到自相关矩阵包含信号频率信息的特征值矩阵和对应的空间向量矩阵，所述自相关函数为所述N为采样点数；由(p+1)个rx(m)组成的所述自相关矩阵通过信号向量矩阵ei＝[1,exp(j2πfi),···,exp(j2πfip)]T,i＝1,2,···,M，计算所述自相关矩阵的特征值矩阵和对应的空间向量矩阵；步骤三，采用最小描述长度准则根据特征值矩阵确定信号源数目，所述最小描述长度准则所述C为所述特征值的个数，所述所述所述所述λi为第i个所述特征值；所述M就是所求的信号源数目；步骤四，采用最小模方法对多重信号分类算法的噪声空间向量进行分离和变换修正，得到功率谱分析曲线所述e(ω)＝[1,exp(j2πfi),···,exp(j2πfip)]T，所述所述EN为噪声子空间除m以外的其余行，所述m为噪声向量空间的第一行；所述功率谱分析曲线相对平缓，在ω＝ωi处呈现尖峰，峰值点处对应的频率即为谐波信号的频率。附图说明图1为本专利技术一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置及检测方法的具体实施方式做详细阐述。如图1所示，本专利技术的谐波检测装置包括电流互感器、电压互感器、信号调理电路、A/D转换模块、锁相环倍频电路和信号采集处理模块，所述电流互感器和电压互感器的输入端与电网连接，所述电流互感器和电压互感器的输出端均与所述信号调理电路的输入端相连接，所述信号调理电路的输出端与所述A/D转换模块的输入端相连接，所述A/D转换模块的输出端与所述信号采集处理模块输入端相连接，所述锁相环倍频电路的输入端与所述电压互感器的输出端连接，所述锁相环倍频电路的输出端与所述信号采集处理模块相连接；所述谐波检测装置通过所述电流互感器和所述电压互感器获取电流、电压信息，通过所述信号调理电路对检测到的电流、电压信息进行调理再通过所述A/D转换模块转化为数字信号传输至所述信号采集处理模块，所述信号采集处理模块能够对电压基波频率以及电流基波频率进行监测、分析及计算，进而实现谐波检测功能，并将检测结果进行存储显示。所述信号调理电路包括加法电路和滤波电路，实现对输入信号的调整以达到所述A/D转换模块的工作要求。所述锁相环倍频电路对被测信号在一个周期内采取等间隔均匀采样的方法，能够实现整周期同步采样，避免信号的采集环节发生频谱泄露的现象；所述锁相环倍频电路采用CD4046芯片作为锁相环，其电源电压范围3～18V、输入阻抗100MΩ，实现一个整周期内的采样频率为128。所述信号采集处理模块能够计算所述电网的三相电流、三相电压、有功功率、无功功率以及谐波畸变率，所述信号采集处理模块包括ARM处理器、存储模块、显示模块和通信模块，所述ARM处理器分别连接到所述存储模块、所述显示模块和所述通信模块；所述ARM处理器采用最小模多重信号分类算法对采集的信号进行分析处理，得到各次谐波的幅值和频率以及它们的参数特性曲线，通过相关的数学计算能够获得所需参数，实现谐波检测功能，进而通过所述存储模块进行存储，通过所述显示模块进行显示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置，其特征在于，所述谐波检测装置包括电流互感器、电压互感器、信号调理电路、A/D转换模块、锁相环倍频电路和信号采集处理模块，所述电流互感器和电压互感器的输入端与电网连接，所述电流互感器和电压互感器的输出端均与所述信号调理电路的输入端相连接，所述信号调理电路的输出端与所述A/D转换模块的输入端相连接，所述A/D转换模块的输出端与所述信号采集处理模块输入端相连接，所述锁相环倍频电路的输入端与所述电压互感器的输出端连接，所述锁相环倍频电路的输出端与所述信号采集处理模块相连接；所述谐波检测装置通过所述电流互感器和所述电压互感器获取电流、电压信息，通过所述信号调理电路对检测到的电流、电压信息进行调理再通过所述A/D转换模块转化为数字信号传输至所述信号采集处理模块，所述信号采集处理模块能够对电压基波频率以及电流基波频率进行监测、分析及计算，进而实现谐波检测功能，并将检测结果进行存储显示。

【技术特征摘要】
1.一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置，其特征在于，所述谐波检测装置包括电流互感器、电压互感器、信号调理电路、A/D转换模块、锁相环倍频电路和信号采集处理模块，所述电流互感器和电压互感器的输入端与电网连接，所述电流互感器和电压互感器的输出端均与所述信号调理电路的输入端相连接，所述信号调理电路的输出端与所述A/D转换模块的输入端相连接，所述A/D转换模块的输出端与所述信号采集处理模块输入端相连接，所述锁相环倍频电路的输入端与所述电压互感器的输出端连接，所述锁相环倍频电路的输出端与所述信号采集处理模块相连接；所述谐波检测装置通过所述电流互感器和所述电压互感器获取电流、电压信息，通过所述信号调理电路对检测到的电流、电压信息进行调理再通过所述A/D转换模块转化为数字信号传输至所述信号采集处理模块，所述信号采集处理模块能够对电压基波频率以及电流基波频率进行监测、分析及计算，进而实现谐波检测功能，并将检测结果进行存储显示。2.根据权利要求1所述的一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置，其特征在于，所述信号调理电路包括加法电路和滤波电路，实现对输入信号的调整以达到所述A/D转换模块的工作要求。3.根据权利要求1所述的一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置，其特征在于，所述锁相环倍频电路对被测信号在一个周期内采取等间隔均匀采样的方法，能够实现整周期同步采样，避免信号的采集环节发生频谱泄露的现象；所述锁相环倍频电路采用CD4046芯片作为锁相环，其电源电压范围3～18V、输入阻抗100MΩ，实现一个整周期内的采样频率为128。4.根据权利要求1所述的一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置，其特征在于，所述信号采集处理模块能够计算所述电网的三相电流、三相电压、有功功率、无功功率以及谐波畸变率，所述信号采集处理模块包括ARM处理器、存储模块、显示模块和通信模块，所述ARM处理器分别连...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺中桥，刘波，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司徐州供电分公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32