[发明专利]基于分频段双路滤波的宽频带谐波采集、测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种基于分频段双路滤波的宽频带谐波采集、测量系统及方法。

背景技术

随着全球工业化进程的不断推进，电力电子装置的应用日益广泛，电网中的谐波污染也日益严重。谐波的出现使用电设备所处的环境恶化、引起设备的各种故障和事故，也对周围通信系统和公用电网以外的设备带来危害。此外，谐波还会产生附加的谐波损耗，降低发、输电效率，可能引起局部串联或并联谐振，导致继电保护和自动装置的误动作，影响测量仪表的准确度，为电力系统带来很大的危害。目前，谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害，因而谐波的测量对于了解谐波状况、为谐波治理提供数据支持、改善供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。谐波测量是谐波问题中的一个重要分支，也是研究分析谐波问题的出发点和主要依据。

电力系统谐波最主要的来源是各种非线性负荷用户，如各种整流设备、调节设备、电弧炉、轧钢机以及电气拖动设备。近年来，随着高速电气化铁路等大型非线性负荷的蓬勃发展，电力系统内的谐波频谱范围大幅度增加，高次谐波频率可达到基波频率的几十倍，这些新的特点可能会引起的高次谐波谐振等问题都会对电力系统的运行构成威胁。IEC 61000-4-30中定义的频率范围至9kHz，谐波阶次数至50次，高频谐波是指频率范围为2.5kHz-9kHz,带宽固定为200Hz，中心频率为2.7kHz至8.9kHz的谐波。

由于谐波的非线性、随机性、分布性、非平稳性和影响因素负杂等特征，对谐波进行准确测量非常困难。目前，各种谐波测量装置可测量的频率范围普遍低于2.5kHz,大多数谐波仪和电能质量监测装置只能测量到工频50次以内的谐波，已不能满足现代电网的谐波监测需求。在进行宽频带的谐波测量时，需对输入信号加设带通滤波器，由于谐波覆盖的频率带宽很宽（从基波频率到9kHz），而滤波器的通带范围要受有源器件的带宽限制，通带过宽会使得测量信号产生较大的误差，严重影响测量精度。因此，高频和宽频带范围的谐波测量仍是一个难题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于分频段双路滤波的宽频带谐波采集、测量系统及方法，针对低频段、高频段谐波，选用不同的滤波电路和采样率进行信号采样，本发明可测量较宽频带的谐波，针对不同适用频段选择不同的采样效率可保证在满足测量精度的前提下，提高计算效率，为实现高性能的谐波测量装置提供了有效的依据。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种基于分频段双路滤波的宽频带谐波数字信号采集系统，该系统包括：

隔离模块，用于对被测信号进行隔离；

滤波模块，用于对隔离后的被测信号进行双通道滤波，并得到相应的低频分量和高频分量，所述双通道包括低频和高频两路滤波通道；和

AD采样模块，用于对被测信号的低频分量和高频分量进行采样。

所述滤波模块包括低频滤波模块和高频滤波模块，所述AD采样模块包括两片AD芯片，所述AD芯片集成在采集板上。

被测信号经隔离模块进行隔离，经隔离的被测信号分别通过低频滤波模块和高频滤波模块进行滤波，进而得到低频分量和高频分量，所述滤波模块将滤波后的被测信号传送至采集板，所述采集板对低频分量和高频分量进行AD采样。

一种基于分频段双路滤波的宽频带谐波测量系统，该系统包括所述数字信号采集系统，还包括：

变送模块，用于对被测信号进行转换；

数据处理模块，用于对经AD采样模块转换得到的数字信号进行谐波分析处理；

管理模块，用于对数据处理模块经谐波分析处理的处理结果进行统计管理；

GPS时间基准模块，用于整点对时和时序控制；和

外围模块，用于对管理模块的统计处理结果进行显示和输出。

所述被测信号包括电压模拟信号和电流模拟信号；所述变送模块包括电压互感器和电流互感器，所述电压互感器将高电压转化为适合设备测量量程的二次电压，所述电流互感器将大电流转化为适合设备测量量程的二次电压。

所述数据处理模块包括DSP处理器，DSP处理器对数字信号进行加矩形窗的FFT计算和谐波组、谐波子组均方根值计算。

所述管理模块包括ARM处理器和随机存储器A，经数据处理模块谐波分析处理的数据保存至数据处理模块的随机存储器B，所述ARM处理器从随机存储器B中取出数据，将谐波相关的指标进行统计并生成报表，并将处理结果存储到随机存储器A中。