[发明专利]基于虚拟仪器的电网谐波在线监测电路及其工作方法

说明书

(一)技术领域：

本发明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)背景技术：

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)发明内容：

本发明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。

本发明的技术方案：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100V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±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-I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；采集速度为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±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。

本发明的工作原理为：本发明采用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：虚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。