一种电能质量分析仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种电能质量分析仪，主要由传感器单元、输入调理单元、测量单元、瞬态分析单元、直流畸变频谱单元、数据处理单元、主控单元和电源单元等八部分组成。本实用新型专利技术采取基于傅里叶变换进行谐波测量的测量方法，在此基础上采用跟踪同步采样的数据采集技术，优化提高测量的准确度和稳定性；本仪器将测试过程划分为测量单元和瞬态分析单元，利用不同电路的不同优势提高仪器整体测试精度和测试效率，同时也减少了大量的不必要的数据处理环节，从而也提高了仪器测试的稳定性。此外，通过更换各种电能质量分析仪软件版本，可以满足不同供电系统对电能质量的检测分析，满足用户对电网电能质量的应用要求。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种电能质量分析仪
本技术属于供电
，尤其涉及一种电能质量分析仪。
技术介绍
供电系统中的电能质量问题，对机场、通信枢纽、发射基地等高技术武器较集中的 场合的影响更加不可忽视，即使是飞机、独立供电系统，由于非线性、大功率的设备不断增 加，电能质量问题也日益突出。电能质量所引发故障的问题更应该引起高度注意，因为它们 时时刻刻都承担着关系国家安全的重大责任。本电能质量分析仪是我们发现和分析各种电能质量的有效工具，不仅能够使我们 掌握各种供电系统的稳态和瞬态供电状况，同时能够使我们取得大量的、详实的现场数据， 从而为分析诊断故障隐患提供了不可缺少的数据支持。我国电能质量分析仪的分类与国外基本一致，实时在线监测仪表，主要有南京顺 泰公司的XT-2，宝钢安大公司的PQ106II1、PQ104，深圳领步公司的PQM-1、PQM_2、PQM_3，航 天华辉公司的PQ secure，保定方长的DZ-3A和安徽振兴公司的PS-NET等型号。单相手持 式分析仪，主要有宝钢安大公司的PQ102，安徽振兴公司的PS-3H等型号。便携式电能质量 分析仪南京顺泰公司的EQT-1，宝钢安大公司的PQ116，航天华辉公司的U900F，保定方长的 DZ-4A和安徽振兴公司的PS-2S、PS-3等型号。在便携式电能质量分析仪方面，国产仪表基本上采用的是基于总线的工控机设 计，能够实时显示测试数据和波形，数据存储量大，但数据处理性能一般，大多没有瞬态测 试和间谐波测试功能，分析软件功能也不够强，数据离线分析生成的图形、曲线、报表方式 并存，格式固定，不能满足有关要求，不能用于各种电能质量检测分析。这些都制约了国产 电能质量分析仪在各种领域的使用。目前各种电能质量分析仪在设计过程中所依据的理论和数学模型都是一样的，其 关键的区别在于采用的测量标准有较大的区别，另外在工艺设计、单元电路也各有不同，整 体设计方案以不尽相同，不同的公司所采用的方法也依据采用的标准不同和应用方向不 同，所采用的方式也大有区别。国外的电能质量分析仪发展较早，技术成熟，功能较强，而且已成系列，适应各种 公共电网不同用户的需要。如福禄克公司的RPM1650系列、1950系列、F41和F43系列，莱 姆公司的PQPT1000系列、PQFix、3PQI1、AN2060、AN3060等，在国内应用较为广泛。但它们 都存在着如下问题(I)价格很高，限制了仪器的使用场合。(2)界面绝大多数没有汉化，使用步骤很复杂。即使个别的操作软件进行了汉化， 但操作步骤仍然是照搬外文的方法进行，不便操作。(3)参照的标准和国标不一致，特别是与国军标不一致，使得判断的依据受到质疑。[0011 ] (4)手持式分析仪存储容量较小，一般只能存储8 20个屏幕的信息，无法及时打印结果，只能用计算机下载。而便携式分析仪自身都没有显示屏，必须和计算机连机使用， 否则仪器的参数无法现场设置和修改，测试参数也无法实时显示，因此使用起来十分不方 便。(5)附件不适合实际使用的要求，用时连线很困难。(6)测试电源频率只能适应50/60HZ工业电力系统，对400Hz各种电源供电系统都 不具备测试能力
技术实现思路
针对上述问题，本技术实施例的目的在于提供一种电能质量分析仪。本技术实施例是这样实现的，一种电能质量分析仪，该电能质量分析仪包 括传感器单元，用于完成4路电压信号和4路电流信号的取样，实现高压隔离、电流 电压变换等，其取样过程应满足O. 05Hz 2MHz的取样带宽；输入调理单元，用于将外部输入的测试信号调理成规定幅度范围的电压信号，经 隔离后送到测量单元，同时产生频率参考信号，是本电能质量分析仪的模拟电路核心；测量单元，用于实现同步取样和数据采集的全过程，是仪器测量精度的基本保障 和质量分析仪的测试电路核心；瞬态分析单元，用于捕捉电压变化速率很高的电压闪变信号，作为专用采集器独 立存在；直流畸变频谱单元，用于对外来信号进行扫频分析，是为直流畸变频谱的高端进 行分析而设立的；数据处理单元，用于实现对采集到的数据进行谐波分析运算、有效值运算、瞬态电 压、电流运算、稳态电压、电流运算、各种有功无功功率运算、频率相位运算系列计算；主控单元，用于将从数据处理单元和瞬态分析单元中得到的各项电能质量参数和 各项具体标准进行比较，进行波形、频谱和数据的显示以及数据传递的作用；电源单元，用于将输入的交流和直流供电电压转换成本机所需的各种电压。进一步，输入调理单元内部结构包含四个电压通道、四个电流通道，主要由输入电 路、隔离电路、信号调理电路和抗混叠滤波器组成，其具体的功能结构连接为四个电压通道，与输入电路相连接，其作用是传输电压探头的三相交流电压信号 和一路直流电压信号，以差动形式分别送入采取直接耦合的输入电路；输入电路，与信号调理电路相连接，其作用是通过输入电路内部的程控衰减器根 据测试需要将测试信号衰减为适合传输的10VP_P* ±5V电压信号，并送入信号调理电路进 行调理；信号调理电路，与抗混叠滤波器相连接，其作用是通过内部的调理放大器将差动 信号转换成单端信号，对前端电路的工作零点实现了适当调整，同时加入积分电路，使电流 传感器中的微分过程得以还原；隔离电路，始终存在其中，其作用首先是光电耦合器，将仪器内部的数字电路与仪 器外部实现隔离，避免外部强电压信号对仪器的损害，其二是电压输入通道均采取高阻输 入形式，使输入通道始终工作于较低的电流下，同时输入保护的TVS管；抗混叠滤波器，与测量单元相连接，是一组程控的八阶低通滤波器，其作用是防止 采样过程混叠效应引起的失真，使提供测量单元使用的交流信号符合采样定律，保证记录 的波形数据与实际故障情况相一致，满足谐波分析的测量稳定性，抗混叠滤波器的输出作 为输入电路的整体信号输出，实现测量信号预处理并提供给测量单元使用。进一步，测量单元内部结构包含同步信号提取电路、幅度识别电路、采样保持电 路、16bit高速A/D变换电路、16bit低速A/D变换电路、FPGA电路；其具体的功能结构连接 为同步信号提取电路，其作用是与幅度识别电路相结合实现被测信号的信号整形， 然后分别经基波相位提取送FPGA电路处理，经交直流变换、幅度检波后进行幅度识别，以 满足同步采样和超范围测量告警的需要；采样保持电路，其作用是在同步脉冲的控制下，对三个交流电压通道、三个交流电 流通道所提供的测量信号进行同步的模拟幅值提取，以满足测量的需要；16bit高速A/D变换电路，其作用是通过模拟开关电路分别完成对六路保持电压 信号的模数转换，实现对交流信号的精度测量；16bit低速A/D变换电路，其作用是完成对直流电压、直流电流以及直流畸变频谱 通道的模数转换；FPGA电路，其作用是实现信号频率的测量、数据的采集控制、ADCl的数据读取、保 存及底层的信号预处理计算；主要由频率测量模块和FFT模块两部分组成；频率测量模块 主要由周期计数器、瞬时频率运算、稳态频率和频率调制运算和频率数据存放区等子模块 组成；FFT模块主要由旋转因子模块、蝶形运算模块以及FFT运算模块构成。进一步，瞬态分析单元内部结构包含时钟分频器、采样控制器、数据合并转换器、 数值比较器、C51单片机、数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电能质量分析仪，其特征在于，该电能质量分析仪包括：用于完成4路电压信号和4路电流信号的取样，实现高压隔离、电流电压变换等，取样过程应满足0.05Hz～2MHz的取样带宽的传感器单元；用于将外部输入的测试信号调理成规定幅度范围的电压信号，经隔离后送到测量单元，同时产生频率参考信号的输入调理单元；用于实现同步取样和数据采集的全过程，是仪器测量精度的基本保障和质量分析仪的测试电路核心的测量单元；用于捕捉电压变化速率很高的电压闪变信号，作为专用采集器独立存在的瞬态分析单元；用于对外来信号进行扫频分析，是为直流畸变频谱的高端进行分析而设立的直流畸变频谱单元；用于实现对采集到的数据进行谐波分析运算、有效值运算、瞬态电压、电流运算、稳态电压、电流运算、各种有功无功功率运算、频率相位运算系列计算的数据处理单元；用于将从数据处理单元和瞬态分析单元中得到的各项电能质量参数和各项具体标准进行比较，进行波形、频谱和数据的显示以及数据传递的作用的主控单元；用于将输入的交流和直流供电电压转换成本机所需的各种电压的电源单元。

【技术特征摘要】
1.一种电能质量分析仪，其特征在于，该电能质量分析仪包括 用于完成4路电压信号和4路电流信号的取样，实现高压隔离、电流电压变换等，取样过程应满足O. 05Hz 2MHz的取样带宽的传感器单元； 用于将外部输入的测试信号调理成规定幅度范围的电压信号，经隔离后送到测量单元，同时产生频率参考信号的输入调理单元； 用于实现同步取样和数据采集的全过程，是仪器测量精度的基本保障和质量分析仪的测试电路核心的测量单元； 用于捕捉电压变化速率很高的电压闪变信号，作为专用采集器独立存在的瞬态分析单元; 用于对外来信号进行扫频分析，是为直流畸变频谱的高端进行分析而设立的直流畸变频谱单元； 用于实现对采集到的数据进行谐波分析运算、有效值运算、瞬态电压、电流运算、稳态电压、电流运算、各种有功无功功率运算、频率相位运算系列计算的数据处理单元； 用于将从数据处理单元和瞬态分析单元中得到的各项电能质量参数和各项具体标准进行比较，进行波形、频谱和数据的显示以及数据传递的作用的主控单元； 用于将输入的交流和直流供电电压转换成本机所需的各种电压的电源单元。2.如权利要求1所述的电能质量分析仪，其特征在于，输入调理单元内部结构包含四个电压通道、四个电流通道，主要由输入电路、隔离电路、信号调理电路和抗混叠滤波器组成，其具体的功能结构连接为 四个电压通道，与输入电路相连接，其作用是传输电压探头的三相交流电压信号和一路直流电压信号，以差动形式分别送入采取直接耦合的输入电路； 输入电路，与信号调理电路相连接，其作用是通过输入电路内部的程控衰减器根据测试需要将测试信号衰减为适合传输的10VP_P* ±5V电压信号，并送入信号调理电路进行调理； 信号调理电路，与抗混叠滤波器相连接，其作用是通过内部的调理放大器将差动信号转换成单端信号，对前端电路的工作零点实现了适当调整，同时加入积分电路，使电流传感器中的微分过程得以还原； 隔离电路，始终存在其中，其作用首先是光电耦合器，将仪器内部的数字电路与仪器外部实现隔离，避免外部强电压信号对仪器的损害，其二是电压输入通道均采取高阻输入形式，使输入通道始终工作于较低的电流下，同时输入保护的TVS管； 抗混叠滤波器，与测量单元相连接，是一组程控的八阶低通滤波器，其作用是防止采样过程混叠效应引起的失真，使提供测量单元使用的交流信号符合采样定律，保证记录的波形数据与实际故障情况相一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建博，李玉金，杨增，王国太，
申请(专利权)人：天津市新策电子设备科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：