[发明专利]在线式电能质量监测装置和方法

摘要

本发明提供了一种在线式电能质量监测装置和方法。其中，该装置包括信号采集模块，用于按照设置的采样窗口长度和采样周期采集当前电力系统的电压信号和电流信号；其中，该采样窗口长度为电力系统的电压信号或电流信号中基频信号周期的整数倍；采样周期为本地时钟周期的整数倍；模数转换模块，用于对采集到的电压信号和电流信号分别进行模数转换，得到数字电压信号和数字电流信号；电能参数分析计算模块，用于对数字电压信号和数字电流信号进行分析计算，得到对应的电能参数；运行情况确定模块，用于根据上述电能参数确定电力系统的运行情况。通过本发明，能够有效防止频谱泄露，提升了采样的同步性，进而提升了电能质量监测的准确性。

主权项

一种在线式电能质量监测装置，其特征在于，包括：信号采集模块，用于按照设置的采样窗口长度和采样周期采集当前电力系统的电压信号和电流信号；其中，所述采样窗口长度为所述电力系统的电压信号或电流信号中基频信号周期的整数倍；采样周期为本地时钟周期的整数倍；模数转换模块，用于对所述信号采集模块采集到的所述电压信号和电流信号分别进行模数转换，得到数字电压信号和数字电流信号；电能参数分析计算模块，用于对所述模数转换模块得到的所述数字电压信号和数字电流信号进行分析计算，得到对应的电能参数；运行情况确定模块，用于根据所述电能参数分析计算模块计算出的所述电能参数确定所述电力系统的运行情况；所述信号采集模块包括：同步采样电路；所述模数转换模块包括A/D转换器1和A/D转换器2；所述电能参数分析计算模块包括：DSP1和DSP2；A/D转换器1为低频采样A/D转换器，A/D转换器2为高频采样A/D转换器；DSP1和DSP2的输入信号为A/D转换器1的输出信号；或者，DSP1的输入信号为A/D转换器1的输出信号，DSP2的输入信号为A/D转换器2的输出信号；A/D转换器采用的A/D转换芯片为ADS8364；ADS8364是高速、低功耗，六通道完全独立的16位逐次逼近模数转换器；A/D转换器采用+5V工作电压，并带有80dB共模抑制的全差分输入通道以及六个4μs连续近似的模数转换器、六个差分采样放大器；在ADS8364的REFIN和REFOUT引脚内部还带有+2.5V参考电压以及高速并行接口；ADS8364的六个模拟输入分为三组(A，B和C)，每个输入端都有一个ADCs保持信号以用来保证几个通道能同时进行采样和转换；当ADS8364采用5MHz的外部时钟来控制转换时，它的取样率是250kHz，同时对应于4μs的最大吞吐率，这样，采样和转换共需花费20个时钟周期；另外，当外部时钟采用5MHz时，ADS8364的转换时间是3.2μs，对应的采集时间是0.8μs；同步采样电路主要完成频率跟踪的功能，该电路可以保证在一个工频周期内为A/D转换器提供256点的采样信号，从而实现同步锁相的功能；同步采样电路包括：隔直滤波电路、过零比较电路、选相电路、锁相倍频电路和A/D转换器；选相电路能自动选择有电压的相别，并根据选中相别的电压产生过零信号提供给后续的锁相倍频电路，以实现256倍的锁相倍频采样；在频率变化的情况下，同步采样电路也能保证每周波256点的采样；选相电路以A相电压作为最优先考虑的相别，当A相有电压时将A相过零信号作为同步信号，闭锁B、C相；A相掉电后，以B相过零信号作为同步信号，闭锁C相；A、B相同时掉电，以C相过零信号作为同步信号；在相间进行同步信号切换时，由于电路参数以及线路本身的延时，会出现一段闭锁的空白，这时将产生一个失效中断信号通知DSP，由DSP提供这个空白时间的同步采样信号；当三相电压全部失效后，则由DSP自主产生同步采样信号，以50Hz工频进行256点的采样；DSP1和2内运行的具体算法如下，按照如下方式计算谐波与间谐波：根据加窗FFT方法计算谐波与间谐波，相位：设根据加窗FFT，求得Ur(k)和Ui(k)；k次电压谐波相位为：其中，Ur(k)为电压实部，Ui(k)为电压虚部；K谐波含量计算方式如下：电力系统中，通常用其次谐波幅值相对于基波幅值的百分数来反应该次谐波的含量，即Uk%=UkU1×100%=Ur(k)2+Ui(k)2Ur(1)2+Ui(1)2×100%,(k=2,3,...N);]]>总谐波畸变THD来反应总的谐波含量，计算公式为THD=Σk=2NUk2U1×100%=Σk=2N(Uk%)2;]]>所述装置还包括：信号补足模块，用于当各采样周期内的采样个数不同时，在所述模数转换模块对采集到的所述电压信号和电流信号分别进行模数转换后，采用牛顿插值法对采样个数不足设定个数的采样周期内的数字电压信号和数字电流信号进行补足操作；所述信号采集模块包括：窗口加宽单元，用于采用矩形窗或者海宁窗对采样窗口加宽；信号采集单元，用于基于所述窗口加宽单元加宽后的采样窗口按照设置的采样窗口长度和采样周期采集当前电力系统的电压信号和电流信号。