一种电网间谐波测量仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种电网间谐波测量仪，测量仪包括三个电压互感器、三个电流互感器、近似同步采样单元、HHT-FFT计算单元；近似同步采样单元包括信号调理电路、模数转换器、锁相环电路、过零检测器、DSP处理器；由锁相环电路实现电网频率跟踪，由过零检测器配合DSP精确测频：以恒定采样频率对电网电压(电流)波形采样，由锁相环电路跟踪电网频率，锁相环电路的输出作为模数转换器的采样时钟；然后用HHT-FFT计算单元提取信号的包络，对包络信号进行FFT分析，最后计算出电网的谐波与间谐波信息；本实用新型专利技术用于实际电网时，测量谐波与间谐波精度和实时性都满足IEC的要求。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电力系统间谐波测量仪器，属于电能质量监测

技术介绍
谐波监测仪在电力系统的应用由来已久，但能测间谐波的谐波监测仪不多，能实时在线监测谐波和间谐波的谐波监测仪更不多。随着对电能质量要求的提高，电力系统间谐波测量是电力系统电能质量监测的重要内容之一。IEC61000-4-7标准和绝大多数谐波测量仪，对间谐波的测量仍然延用FFTO^ist Fourier Transform，快速傅立叶变换)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，但是，用传统的FFT方法测量电网间谐波就不太合理、不太准确了，主要原因在于(1)传统的FFT方法会算出许多虚假间谐波。FFT方法的频谱泄漏总是存在的，当同步偏差很小时，整次谐波之间的相互泄漏所占比例较小，但是，整次谐波向间谐波频点的泄漏可能是真实间谐波的许多倍，因为电网中的间谐波一般比整次谐波微弱锝多。(2)电网间谐波的个数和次数往往是未知的、变化的。(3)要做到每个间谐波都在间谐波的分辨率上，FFT的一个数据窗口必须无限宽。现有的间谐波分析法还有小波分析法、ARfeutoregressive model,自回归模型) 法、神经网络法、Pisarenko i皆波分解法、Prony 算法、SVD (singular valuedecomposision, 奇异值分解)法及其改进算法、支持向量机、特征空间求根法、快速傅里叶变换法等等。小波变换具有良好的时频特性，在谐波和间谐波检测中取得了良好的应用效果， 但小波分析可能存在混频现象，当谐波与间谐波频率较近时仍很难精确检测；用自回归模型确定扰动频率分布，分辨率得到了提高，但AR模型阶数对谱分辨率有一定影响，且易受噪声干扰；用神经网络分离频率相近的间谐波，但学习时间长；Pisarenko分解法、Prony法和SVD改进算法、特征空间求根法等均有较高的频率分辨率，但易受噪声影响。现有技术大多致力于提高频率检测精度，大多都适合离线测量，不能满足实时性的需求，如果遇到电网电压或电流的突变或异常事故出现，这些方法不能实时的反应现场的突发问题，因此无法及时处理突发和异常事故。电力系统间谐波检测，还需要考虑到的一些特点和待解决的一些问题(1)含量小，对频谱泄漏影响较敏感，易被谐波频谱所淹没，如何准确检测间谐波的频率特征值。(2)当间谐波数量较多时，如何抑制其频谱之间的干扰。(3)当间谐波频率与谐波频率特别是基频非常接近时，一定的采样窗口长度下，如何区分出间谐波的成分。(4)如何区分真正的间谐波还是谐波的频谱泄漏造成虚假的间谐波。因此，目前对间谐波分析的研究重点主要为①如何判定间谐波是否存在；②若间谐波存在，如何准确检测出主导间谐波成分。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是针对现有的谐波测量仪很难精确测量间谐波的问题，提出一种电网间谐波测量仪。本技术为解决上述技术问题采用以下技术方案一种电网间谐波测量仪，包括三个电压互感器、三个电流互感器、近似同步采样单元、HHT-FFT计算单元；所述近似同步采样单元包括信号调理电路、模数转换器、锁相环电路、过零检测器、DSP处理器；所述HHT-FFT计算单元包括PFGA和存储器；其中，三个电压互感器和三个电流互感器的输入端分别接电网的三相输出端，三个电压互感器的输出端分别接信号调理电路、锁相环电路和过零检测器的输入端，三个电流互感器的输出端分别接信号调理电路的输入端，过零检测器的输出端接DSP处理器的输入端， 信号调理电路的输出端与模数转换器的输入端连接，模数转换器与DSP处理器双向通信， DSP处理器依次串接FPGA、存储器。进一步的，本技术的电网间谐波测量仪，还包括显示与通信单元，所述显示与通信单元与HHT-FFT计算单元双向通信。其中锁相环电路PLL实现电网频率跟踪，由过零检测器配合DSP精确测频以恒定采样频率4对电网电压(电流)波形采样，由锁相环电路PLL跟踪电网频率，锁相环电路 PLL的输出作为模数转换器的采样时钟，使采样尽可能得逼近同步采样。 HHT-FF计算单元的基本特征(1)根据产生虚假间谐波的原因——主要来自整次谐波向间谐波频点的泄漏，然后寻找抑制虚假间谐波的方法。(2)HHT方法与FFT方法相结合，提出了间谐波分析的一种新方法——“HHT-FFT 算法”，即用HHT分离包络与工频载波，用FFT分别对包络和工频载波进行频谱分析。(3)用于实际电网时，HHT-FFT算法测量谐波与间谐波精度和实时性都满足IEC的要求。本技术采用上述技术方案具有以下有益效果本技术用IEC推荐的锁相环电路和过零检测电路实现电网频率的实时检测， 从而实现电网电压电流信号的近似同步采样，减少同步误差，本技术采用"HHT-FFr^ 现间谐波的测量。这种方案即使在电网频率不断波动的情况下，也能实现同步偏差小于万分之一、甚至更小。减少了采样同步偏差就直接减少了谐波测量误差。对于包络信号利用 flash计算出来存在数据存储器里，供DSP实时计算谐波测量值查表，这样大大节省了运算时间，提高了谐波分析的实时性。附图说明图1是本技术的间谐波测量仪的结构框图。图2是本技术的间谐波测量方法的实施结构图。具体实施方式以下结合附图对技术的技术方案进行详细说明如图1所示，本技术的间谐波测量仪包括两大特殊单元(1)近似同步单元由锁相环电路(PLL)实现电网频率跟踪，由过零检测器配合 DSP精确测频以恒定采样频率fs对电网电压(电流)波形采样，由PLL电路跟踪电网频率，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。(2) HHT-FFT计算单元用HHT提取信号的包络，对包络信号进行FFT分析，然后计算出电网的谐波与间谐波信息。如图2所示，近似同步采样单元包括信号调理电路、模数转换器、过零检测器、锁相环电路和DSP，HHT-FFT计算单元包括PFGA和存储器，HHT-FFT间谐波测量仪还包括三个电压互感器和三个电流互感器，其中三个电压互感器和三个电流互感器的输入端分别接电网的三相输出端，三个电压互感器的输出端分别接信号调理电路、PLL电路和过零检测器的输入端，三个电流互感器的输出端分别接信号调理电路的输入端，过零检测器的输出端接DSP的输入端，DSP依次串接FPGA、存储器，信号调理电路连接模数转换器，模数转换器与 DSP双向通信。本技术的电网间谐波测量仪，还包括显示与通信单元，所述显示与通信单元与HHT-FFT计算单元双向通信。其中显示单元为IXD显示屏，通信单元包括小键盘、RS485、 RS232两种接口。本技术检测方法如下电网三相电流分别经电流互感器和信号调理电路送到模数转换器，电网三相电压分别经电压互感器送到PLL电路和过零检测器，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；由PLL电路跟踪电网频率，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实现精确测频，10个周波根据测量的电网的实时频率刷新一次采样频率；DSP根据实时采样数据， 提取信号包络一次从而获得包络信号；根据所测的采样数据与包络信号，采用HHT-FFT方法进行间谐波检测。根据提取本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种电网间谐波测量仪，其特征在于：包括三个电压互感器、三个电流互感器、近似同步采样单元、ＨＨＴ－ＦＦＴ计算单元；所述近似同步采样单元包括信号调理电路、模数转换器、锁相环电路、过零检测器、ＤＳＰ处理器；所述ＨＨＴ－ＦＦＴ计算单元包括ＰＦＧＡ和存储器；其中，三个电压互感器和三个电流互感器的输入端分别接电网的三相输出端，三个电压互感器的输出端分别接信号调理电路、锁相环电路和过零检测器的输入端，三个电流互感器的输出端分别接信号调理电路的输入端，过零检测器的输出端接ＤＳＰ处理器的输入端，信号调理电路的输出端与模数转换器的输入端连接，模数转换器与ＤＳＰ处理器双向通信，ＤＳＰ处理器依次串接ＦＰＧＡ、存储器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梅永，王柏林，熊杰锋，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：实用新型
国别省市：84