一种三相在线谐波电流实时监测系统及其工作方法技术方案

一种三相在线谐波电流实时监测系统，包括电力系统，其特征在于该系统是由信号预处理模块、三相自适应谐波检测处理模块、参考正交信号产生模块、检测信号处理模块以及计算机分析和显示模块组成；其优越性为：（１）结合空间矢量变换，具有较强的自适应性；（２）改进了的自适应滤波算法，提高了系统检测精度和动态响应特性；（３）三相谐波电流同时检测，采集到的波形更加具有同步性，节约了系统的成本；（４）可同时检测出基波的有功和无功分量，便于无功电流分量的补偿；（５）采用锁相环产生参考电压的方法，避免波形畸变的影响；（６）串接低通滤波器，提高了系统检测精度和动态响应特性；（７）同样适应于电压各分量的检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及谐波电流监测领域，特别是一种三相在线谐波电流实时监测系统 及其工作方法。(二)
技术介绍
当前，有源电力滤波器在电力系统中的应用前景日益看好，其所釆用的谐 波电流检测方法也变得非常重要，因为这决定了谐波电流的检测精度和动态响应 特性，更是直接的影响了谐波电流的补偿效果。因此，能否快速而准确地实时检 测出系统中的谐波和无功分量并对其加以监视，是有源电力滤波器得以成功应用 的前提条件。基于瞬时无功功率理论检测法就是一种十分常见的方法，它的检测补偿效 果比较明显，但只能检测电流中的谐波分量，不能检测出电压中的，且控制电路 相对复杂，所需计算量也是较大的，所以在实时性要求较高的系统中有明显的局 限性；此外，还有采用人工神经元网络(A丽)的方法来检测谐波的方法，它们采 用了模拟并行谐波检测装置的基本原理，但这种方法需要大量的时间来训练样 本，也难以满足实时的要求；另有已应用的传统的自适应检测方法，此类方法基 于自适应噪声对消原理，系统闭环检测，故鲁棒性好、实时计算量小，简洁快速、 工作特性不受硬件器件参数变化和电压波形畸变的影响，具有良好的自适应能 力，但该方法只应用于单相系统，在三相系统中的应用报道还是微乎其微，即使 有涉及的研究，但未能解决动态响应速度和检测精度能存在相互制约关系。这种 关系就是如果为保证谐波计算的高检测精度，则动态响应速度很慢；如果提高动 态响应速度则又会明显降低检测的精度。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供， 它可以克服现有技术的不足，利用自适应滤波原理的特殊自适应性和快速准确的 监测技术，可获得高精度的监测效果；该系统的工作方法基于LABVIEW虚拟仪器 软件开发平台，既大大地提高了自适应谐波电流检测系统的检测精度，也提高了 系统的动态响应特性。本专利技术的技术方案 一种三相在线谐波电流实时监测系统，包括电力系统， 其特征在于该系统的硬件设备是由信号预处理模块、三相自适应谐波检测处理模块、参考正交信号产生模块、检测信号处理模块以及计算机分析和显示模块五大 部分组成；其中所说的信号预处理模块的输入端接入需要检测的电流信号，输出 端与三相自适应谐波检测处理模块的输出端连接；所说的三相自适应谐波检测处 理模块的输入端包括两个参考电流输入端，且这两个参考电流输入端与参考正交 信号产生模块的输出端连接，所说的三相自适应谐波检测处理模块的输出端与检 测信号处理模块的输入端连接；所说的参考正交信号产生模块的输入端接收由电 力系统电压产生的参考电压信号，其两个输出端分别与三相自适应谐波检测处理 模块的两个参考电流输入端相连；所说的检测信号处理模块输出端与计算机分析 和显示模块的输入端连接。上述所说的信号预处理模块可以是耦合变压器，也可以是电抗器；其连接为 常规连接。上述所说的参考正交信号产生模块是由信号预处理电路、锁相倍频电路和正 余弦计算电路三个电路单元组成；其中，所说的信号预处理电路包括低通滤波器和比较器两部分，所说的低通滤波器 的输入端接收电力系统电压产生的参考电压信号，其输出端与比较器输入端连 接；所说的锁相倍频电路由1片锁相环芯片CD4046、同步信号器、1片计数/分 频器组成，其中，所说的锁相环芯片CD4046的输入端与信号与处理电路中的比 较器的比较器输出端连接，其输出端与同步信号器的输入端连接；所说的同步信 号器的输出端与计数/分频器的输入端连接；所说的计数/分频器的输出端与锁 相环芯片CD4046的输入端连接构成反馈回路；所说的正余弦计算电路接收信号与处理电路中的比较器产生的过零信号，从 而触发产生标准正余弦信号，输出给三相自适应谐波检测处理模块。上述所说的三相自适应谐波检测处理模块是由加法器单元、乘法器单元、三相静止坐标变换器、低通滤波器、放大器单元和静止坐标逆变换器组成；其中， 所说的加法器单元是由加法器A、加法器B、加法器C、加法器D、加法器E、加法器F、加法器G、加法器H、加法器I、加法器J构成；所说的乘法器单元是由乘法器A、乘法器B、乘法器C、乘法器D、乘法器E、 乘法器F、乘法器G、乘法器H、乘法器I、乘法器J、乘法器K、乘法器I、乘 法器M、乘法器N、乘法器0、乘法器P构成；所说的C相静止坐标变换器的输入端连接信号预处理模块的输出端，其输出 端的两个端口与加法器A和加法器B的输入端连接，另A端口为中线端口直接与 静止坐标逆变换器的中线端口连接；加法器A的输出端与C相静止坐标变换器的 输入端和乘法器E、乘法器G、乘法器M、乘法器P输入端相连；加法器B的输 出端与C相静止坐标变换器的输入端和乘法器F、乘法器H、乘法器N、乘法器0 输入端相连。乘法器E和乘法器F输出端接加法器G的两输入端，乘法器G和乘 法器H输出端接加法器H的两输入端，乘法器M和乘法器N输出端接加法器I的 两输入端，乘法器O和乘法器P输出端接加法器J的两输入端；加法器G、加法 器H、加法器I、加法器J输出端分别通过低通滤波器后与放大器单元输入端连 接；放大器单元各输出端分别与加法器A、加法器B、加法器C、加法器D、加法 器I、加法器J、加法器K、加法器I的输入端相连，加法器A和加法器B输出 端接加法器C的两输入端，加法器C和加法器D输出端接加法器D的两输入端， 加法器I和加法器J输出端接加法器E的两输入端，加法器K和加法器I输出端 接加法器F的两输入端，加法器C和加法器F输出端接加法器A的两输入端，加 法器D和加法器E输出端接加法器B的两输入端；乘法器单元的输入端接入由上 述所说的参考正交信号产生模块产生的正交输入信号。上述所说的检测信号处理模块是由电流互感器和信号调理电路两部分组成； 其中，所说的电流互感器的输入端与三相自适应谐波检测处理模块输出端连接， 其输出端与信号调理电路的输入端连接；所说的信号调理电路的输出端与计算机 分析和显示模块的输入端连接。上述所说的计算机分析和显示模块是由工控计算机、数据采集卡和显示器组 成；其中，所说的数据采集卡输入端与检测信号处理模块中信号调理电路的输出 端连接，其输出端与工控计算机的输入端连接；所说的工控计算机的输出端与显 示器连接。一种三相在线谐波电流实时监测系统的工作方法，其特征在于它是由以下步骤构成①电流信号通过上述所说的信号预处理模块，进入三相自适应谐波检测处理 模块；② 电压参考信号接入参考正交信号产生模块，产生参考正交信号；③ 在LABVIEW虛拟仪器软件程序框图后台创建采集通道； 按三相自适应谐波检测处理环节的检测方法编程，实现软硬件的结合； ⑤创建相应的采集通道波形显示图，实时显示被测信号变化状况。 上述步骤④所说的三相自适应谐波检测处理环节的检测方法其特征在于它 是由以下步骤构成(1)将监测到的电力系统电流信号通过三相静止坐标变换器进行坐标变换 得到变换后的电流信号；变换时用的广义的矢量坐标Cn代替传统的C"其中<formula>formula see original document page 8</formula>(2) 变换后的电流信号通过乘法器单元和低通滤波器、放大器单元，反馈 到乘法器单元，通过加法器单元输出给三相静止坐标逆变换器；(3) 采用锁相环产生参考正余弦电压输入检测系统的加法器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相在线谐波电流实时监测系统，包括电力系统，其特征在于该系统的硬件设备是由信号预处理模块、三相自适应谐波检测处理模块、参考正交信号产生模块、检测信号处理模块以及计算机分析和显示模块五大部分组成；其中所说的信号预处理模块的输入端接入需要检测的电流信号，输出端与三相自适应谐波检测处理模块的输出端连接；所说的三相自适应谐波检测处理模块的输入端包括两个参考电流输入端，且这两个参考电流输入端与参考正交信号产生模块的输出端连接，所说的三相自适应谐波检测处理模块的输出端与检测信号处理模块的输入端连接；所说的参考正交信号产生模块的输入端接收由电力系统电压产生的参考电压信号，其两个输出端分别与三相自适应谐波检测处理模块的两个参考电流输入端相连；所说的检测信号处理模块输出端与计算机分析和显示模块的输入端连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周雪松，周永兵，马云斌，邵宝福，马幼捷，尹向前，许立瑾，张书瑞，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]