[发明专利]一种高性能电能质量分析仪

说明书

技术领域

本发明属于电力测量技术领域，尤其涉及一种高性能电能质量分析仪。

背景技术

电能作为人们广泛应用于现代社会各个领域里的重要能源，其应用程度也成为了衡量一个国家或地区发展水平和综合国力的重要标志之一。在满足工业生产、社会和人民生活对电能需求量的同时，提高对电能质量的要求是一个国家工业生产发达、科技水平提高、社会文明程度进步的表现，是信息时代和信息社会发展的必然结果，是增强用电效率、节能降损、改善电气环境、提高国民经济的总体效益以及工业生产可持续发展的技术保证。

近年来，我国电力事业无论是发电总量还是电网的建设都得到了迅猛发展，电力系统的规模在不断扩大，电能紧缺的问题已逐步解决。然而随着国民经济的快速发展，电力系统污染现象也日益严重，特别是各种干扰性负荷，使公用电网的电能质量日益恶化，严重地威胁着电力系统的安全经济运行。

为了保证电网安全稳定运行，提高电能的综合管理水平，为用户提供优质的电能，必须对影响电能质量的诸多因素进行综合治理，改善电能质量的各项指标，使其达到国标规定的正常水平。而提出合理的治理方案，必须依赖于对电网运行状态的实时准确跟踪。因此，研制一种新型的电能质量分析仪，有效地进行电能质量分析，对保证电网和广大用户的电气设备和各种用电器的安全经济运行、保障国民经济各行各业的正常生产和产品质量具有重要意义。

目前，测量和评判电网电能质量，包括测量电网谐波含量、直流分量和无功功率主要有四种方法：功率三角法(跨相法)，时延法(电流信号时域移相90°)，低通滤波器法和希尔伯特数字滤波器法。大多数同类产品中无功功率的计量方法都使用功率三角法或时延法，但功率三角法必须依赖于三相电压平衡(三相电压夹幅值完全相等，相位完全相差120°)的理想条件，而实际现场的电网情况并非如此，因此会引入比较大的误差；时延法利用时域电压或者电流移相，但这种方法实际上只按照基波相角进行移相，缺乏对谐波相角的考虑，而实际现场信号不可能是理想的单一频率的正弦波，所以也会造成谐波含量和无功功率测量不准。

在目前相关技术中，在非正弦电路中无功功率的概念和计算公式定义存在着较大的分歧，且物理意义也不是很清晰，国际IEC组织正编写IEC 62053标准第24部分0.5级无功标准，来重新定义其物理意义，并且使用普通电测量设备对电网进行测量时，无法对非正弦电路中的无功功率进行准确的测量。

另一层面，在电能质量中，闪变是电光源的亮度随时间波动造成的不稳定视觉感受，电光源亮度的变化是电压波动的结果，因此闪变和电压波动有明确联系，也和人的视觉反应相关。严重电压闪变会影响工作人员的工作效率和身心健康，因此电压闪变是电能质量的重要指标，IEC 61000-4-15提供了闪变测量(电能质量)仪器的设计规范和校准规范，因此可根据IEC 61000-4-15对闪变测量(电能质量)仪器进行校准，为此制造高精度、高性能的电能质量分析仪。

尽管IEC 61000-4-15定义的大部分测量环节用模拟器件表示，但目前的闪变(电能质量)分析仪基本为数字化实现，这有利于测量精度和稳定性的提高。为提高数字化闪变(电能质量)分析仪的测量精度，首先需要高精度、高性能采样设备，快速准确的计算方法，并应选择合适的采样率及减少各测量环节的误差。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的缺陷，提出了一种电网电能质量分析仪，由电能质量分析模块、闪变分析模块分别连接处理器计算模块，处理器计算模块连接显示器；

其中，所述电能质量分析模块由采样模块、AD转换模块、数字滤波模块依序连接组成；所述闪变分析模块由适配器、组合滤波器、比例因子依序连接组成；所述组合滤波器由平方解调器、高通滤波器、低通滤波器和一阶低通滤波器依序连接组成；采样模块、AD转换模块、数字滤波模块、处理器计算模块和显示器依序连接。

一、电能质量分析

所述采样模块连接入电网，用于获得非正弦电路中的模拟电压信号u(t)和模拟电流信号i(t)；AD转换模块连接至采样模块，用于对u(t)和i(t)分别进行采样，将u(t)和i(t)转换成数字电压信号u(n)和数字电流信号i(n)；数字滤波模块连接至AD转换模块，用于根据预定的数字滤波模块W_B-H(n)对u(n)和i(n)进行滤波，分别得到滤波信号u′(n)和i′(n)，所述A/D转换模块计算方法和公式如下：