基于虚拟仪器的电网谐波在线监测电路及其工作方法技术

一种基于虚拟仪器的电网谐波在线监测电路，其特征在于它是由信号调理部分、数据采集卡和含虚拟仪器的计算机组成；工作方法包括：①信号调理阶段；②数据采集阶段；③数据分析阶段；④结果显示阶段；本发明专利技术的优越性在于：能自动完成被测电流信号的采集，并且进行实时数据处理及参数计算；整个测试过程可由计算机的程序控制，故只要改变计算机的程序，就可以改变测试的各项目的测试功能，测试电路更新周期短；数据采集速度快，保证被测试数据采样的同时性；测试精度高，重复性好，可节省大量的时间和人力，大大提高了测试效率，并且可靠性高；用户可以根据自己的需要更改或扩充电路的功能，与同类型产品相比功能强大可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电网谐波在线监测电路，特别是一种基于虚拟仪 器的电网谐波在线监测电路及其工作方法。(二)
技术介绍
安全、优质是对电力系统运行的最基本的要求，电力系统在保证 持续而可靠供电的基础上，必须保证合格的电能质量。但近年来，由 于大量非线性负荷的加入，使得电网波形发生畸变，产生了谐波；当 电网中所含的谐波分量达到一定程度时，就会引起谐波污染，对电力 设备带来严重危害，影响电力系统的正常运行，因此，对电网谐波进 行治理已经受到高度重视，而谐波的精确检测是进行谐波治理的先决 条件。传统的谐波检测电路主要以硬件为核心、功能单一、不具备数据 存储和分析功能，对于不同目的的谐波测量，通常采用不同的测量分 析仪，这样不但测试成本高，而且也给测试和分析带来很多不便。虚拟仪器技术是20世纪90年代诞生于美国的新技术，它的出现 被誉为"测控技术的革命"和"21世纪的技术"，它的主要技术特 点是用软件替代硬件制成各种仪器或设备，以完成各种测量与控制功 能，有"软件就是仪器"之说。虚拟仪器完全变成了一种"微机化仪 器"，它的硬件部分只有一个数据采集卡，实现被测量的信号由模拟 量到数字量的转换，整个仪器完全建立在一台计算机的基础上，仪器 的其他功能，如数据处理、计算、分析、存储和显示功能等，完全是 通过软件变成来完成的。目前，虚拟仪器技术在军事、航空等领域已 经有很多成功的应用案例，但在电力系统中的应用还不太成熟。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于虚拟仪器的电网谐波在线监测 电路及其工作方法，该电路将最新的虚拟仪器技术应用于谐波测试系 统中，这种将测试仪器内嵌入计算机的测试电路能够在瞬间快速捕捉 被测信号，在极短的时间内能完成工作量极大的数据处理任务，并进 行记录与显示测量结果。本专利技术的技术方案 一种基于虚拟仪器的电网谐波在线监测电 路，其特征在于它是由信号调理部分、数据采集卡和含虚拟仪器的计 算机组成；其中，信号调理部分输入端接被测信号，信号调理部分输 出端与数据采集卡的输入端相连；数据采集卡的输出端与含虚拟仪器 的计算机相连。上述所说的信号调理部分由传感器和信号校正电路组成；所说的 传感器包括电压传感器和电流传感器，其中电压传感器将电路上的额 定值为100V的电压变成10V以内的电压；电流传感器将系统中的额 定值为5A的电流变成10V以内的电压信号；其中，用于克服传感器 的个性差异所带来的转换误差的两个信号校正电路中的一个的输入 端B连接电压传感器，两个信号校正电路中的另一个的输入端B连接 电流传感器；信号校正电路的输出端C接数据采集卡；系统中额定值 为IOOV和5A的电压电流模拟信号，通过信号调理部分的零磁通的传 感器，变成士10V以内的电压信号连接到数据采集卡。上述所说的信号调理部分的电压传感器采用武汉华意电子有限 公司生产的霍尔型HYH-SB-13-U电压传感器，所说的信号调理部分的 电流传感器采用武汉华意电子有限公司生产的霍尔型HYH-SB-13-1 电流传感器；上述所说的数据采集卡采用美国NI公司的PCI-6220型号的数据 采集卡；采集信号的路数为16路以下；釆集速度为250ks/s;采集 精度为16位；模拟输入通道为16路。上述所说的含虚拟仪器的计算机，是各种类型的计算机、笔记本、 手提电脑、工控机其中之一。一种上述基于虚拟仪器的电网谐波在线监测电路的工作方法，其 特征在于所述工作方法包括以下阶段(1) 信号调理阶段将待测电流模拟信号通过零磁通的互感器， 变成士10V以内的电压信号送入数据采集卡；(2) 数据采集阶段通过滤波器和A/D转换器，滤除信号中所含 的噪音信号，然后将净化后的信号进行数字量和模拟量之间的相互转 换；(3) 数据分析阶段将采集到的电流信号经过分析处理，计算出 其谐波含量及相关参数；(4) 结果显示阶段将分析计算后的结果在计算上显示，直观显 示电流中谐波的含量。上述所说的步骤(1)中的零磁通的互感器，该类互感器既能保 证信号采集的准确度，也能保证信号采集的带宽，其基本原理为霍尔 磁平衡原理，也称为"零磁通"原理。本专利技术的工作原理为本专利技术采用LabVIEW软件开发平台提供的 G语言编程，电路的数据处理、分析、计算、数据存储、显示及通信 等功能全部通过软件实现。软件的主要流程模块如图3所示虛拟仪器程序首先从数据采集卡读入数字信号，然后对采集的数字信号进行 数字滤波和加窗等数据处理，再对这些信号进行付氏变换和频谱分 析，将分析结果通过各种方式显示和存储。电路的软件有两部分， 一个是在线监测，它主要实现上面的一些 功能，另一个是监测分析，它是一个离线分析程序，主要是通过读取 电路在线监测存储的数据，对各项电能质量的指标进行分析。装置的 数据存储采用文本格式，每分钟记录一次，每天存储一个文件， 一台装置可以连续运行5年以上。电路的数据可以实现远方传输，根据系统的网络情况可以任意选 择多种方式，如果现场有局域网，可以采用网卡进行数据共享方式，通过远方计算机获得现场数据；如果有电话线，可以通过调制解调器 拨号连接，进行数据定期传输；采用虚拟仪器技术研制的电网谐波在 线监测电路，能快速准确地检测出电网或者电力设备线上的谐波含 量，并进行计算、分析，最后将结果实时显示出来；因此，将虚拟仪 器技术应用于电网谐波在线监测电路是电网谐波在线监测领域中的 一个重要方向。本专利技术通常安装在供电系统的变电站的主控室，对某个特定的馈 电线或大用户的出线上的谐波进行长期的在线监测，可以监测站内母 线的电能质量，也可以监测某个计量回路的电能质量；它连续监测的 数据能够自动进行处理和存储，还可以通过网络传输到远方的控制中 心进行分析并给出分析报告；本专利技术采用宽电压电源供电从100V到 250V都可以自适应。本专利技术的优越性在于①能自动完成被测电流信号的釆集，并且进行实时数据处理及参数计算;②整个测试过程可由计算机的程序控制，故只要改变计算机的程序，就可以改变测试的各项目的测试功能，测试电路更新周期短；③数据采集速度快，保证被测试数据采样的同时性；④测试精度高，重复性好，可节省大量的时间和人力，大大提 高了测试效率，并且可靠性高；⑤用户可以根据自己的需要更改或扩 充电路的功能，与同类型产品相比功能强大可靠。(四) 附图说明附图1为本专利技术所涉一种基于虚拟仪器的电网谐波在线监测电 路的系统框图。附图2为本专利技术所涉一种基于虚拟仪器的电网谐波在线监测电 路的信号调理部分连接框图。附图3为本专利技术所涉一种基于虚拟仪器的电网谐波在线监测电 路的信号调理部分中信号校正电路的电路连接图。附图4为本专利技术所涉一种基于虚拟仪器的电网谐波在线监测电 路的软件流程图。(五) 具体实施例方式实施例:一种基于虚拟仪器的电网谐波在线监测电路(见附图l)，其特征在于它是由信号调理部分、数据采集卡和含虚拟仪器的计算机 组成；其中，信号调理部分输入端接被测信号，信号调理部分输出端 与数据采集卡的输入端相连；数据采集卡的输出端与含虚拟仪器的计 算机相连。上述所说的信号调理部分(见附图1、 2)由传感器和信号校正 电路组成；所说的传感器包括电压传感器和电流传感器，其中电压传 感器将电路上的额定值为100V的电压变成10V以内的电压；电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟仪器的电网谐波在线监测电路，其特征在于它是由信号调理部分、数据采集卡和含虚拟仪器的计算机组成；其中，信号调理部分输入端接被测信号，信号调理部分输出端与数据采集卡的输入端相连；数据采集卡的输出端与含虚拟仪器的计算机相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周雪松，丰美丽，马云斌，邵宝福，马幼捷，张海涛，刘增高，齐鸣，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：12[]