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    一種電能質(zhì)量分析儀制造技術(shù)

    技術(shù)編號:8580168 閱讀:188 留言:0更新日期:2013-04-15 04:16
    本實用新型專利技術(shù)公開了一種電能質(zhì)量分析儀,主要由傳感器單元、輸入調(diào)理單元、測量單元、瞬態(tài)分析單元、直流畸變頻譜單元、數(shù)據(jù)處理單元、主控單元和電源單元等八部分組成。本實用新型專利技術(shù)采取基于傅里葉變換進行諧波測量的測量方法,在此基礎(chǔ)上采用跟蹤同步采樣的數(shù)據(jù)采集技術(shù),優(yōu)化提高測量的準確度和穩(wěn)定性;本儀器將測試過程劃分為測量單元和瞬態(tài)分析單元,利用不同電路的不同優(yōu)勢提高儀器整體測試精度和測試效率,同時也減少了大量的不必要的數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié),從而也提高了儀器測試的穩(wěn)定性。此外,通過更換各種電能質(zhì)量分析儀軟件版本,可以滿足不同供電系統(tǒng)對電能質(zhì)量的檢測分析,滿足用戶對電網(wǎng)電能質(zhì)量的應(yīng)用要求。(*該技術(shù)在2022年保護過期,可自由使用*)

    【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

    一種電能質(zhì)量分析儀
    本技術(shù)屬于供電
    ,尤其涉及一種電能質(zhì)量分析儀。
    技術(shù)介紹
    供電系統(tǒng)中的電能質(zhì)量問題,對機場、通信樞紐、發(fā)射基地等高技術(shù)武器較集中的 場合的影響更加不可忽視,即使是飛機、獨立供電系統(tǒng),由于非線性、大功率的設(shè)備不斷增 加,電能質(zhì)量問題也日益突出。電能質(zhì)量所引發(fā)故障的問題更應(yīng)該引起高度注意,因為它們 時時刻刻都承擔著關(guān)系國家安全的重大責任。本電能質(zhì)量分析儀是我們發(fā)現(xiàn)和分析各種電能質(zhì)量的有效工具,不僅能夠使我們 掌握各種供電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)供電狀況,同時能夠使我們?nèi)〉么罅康摹⒃攲嵉默F(xiàn)場數(shù)據(jù), 從而為分析診斷故障隱患提供了不可缺少的數(shù)據(jù)支持。我國電能質(zhì)量分析儀的分類與國外基本一致,實時在線監(jiān)測儀表,主要有南京順 泰公司的XT-2,寶鋼安大公司的PQ106II1、PQ104,深圳領(lǐng)步公司的PQM-1、PQM_2、PQM_3,航 天華輝公司的PQ secure,保定方長的DZ-3A和安徽振興公司的PS-NET等型號。單相手持 式分析儀,主要有寶鋼安大公司的PQ102,安徽振興公司的PS-3H等型號。便攜式電能質(zhì)量 分析儀南京順泰公司的EQT-1,寶鋼安大公司的PQ116,航天華輝公司的U900F,保定方長的 DZ-4A和安徽振興公司的PS-2S、PS-3等型號。在便攜式電能質(zhì)量分析儀方面,國產(chǎn)儀表基本上采用的是基于總線的工控機設(shè) 計,能夠?qū)崟r顯示測試數(shù)據(jù)和波形,數(shù)據(jù)存儲量大,但數(shù)據(jù)處理性能一般,大多沒有瞬態(tài)測 試和間諧波測試功能,分析軟件功能也不夠強,數(shù)據(jù)離線分析生成的圖形、曲線、報表方式 并存,格式固定,不能滿足有關(guān)要求,不能用于各種電能質(zhì)量檢測分析。這些都制約了國產(chǎn) 電能質(zhì)量分析儀在各種領(lǐng)域的使用。目前各種電能質(zhì)量分析儀在設(shè)計過程中所依據(jù)的理論和數(shù)學模型都是一樣的,其 關(guān)鍵的區(qū)別在于采用的測量標準有較大的區(qū)別,另外在工藝設(shè)計、單元電路也各有不同,整 體設(shè)計方案以不盡相同,不同的公司所采用的方法也依據(jù)采用的標準不同和應(yīng)用方向不 同,所采用的方式也大有區(qū)別。國外的電能質(zhì)量分析儀發(fā)展較早,技術(shù)成熟,功能較強,而且已成系列,適應(yīng)各種 公共電網(wǎng)不同用戶的需要。如福祿克公司的RPM1650系列、1950系列、F41和F43系列,萊 姆公司的PQPT1000系列、PQFix、3PQI1、AN2060、AN3060等,在國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛。但它們 都存在著如下問題(I)價格很高,限制了儀器的使用場合。(2)界面絕大多數(shù)沒有漢化,使用步驟很復雜。即使個別的操作軟件進行了漢化, 但操作步驟仍然是照搬外文的方法進行,不便操作。(3)參照的標準和國標不一致,特別是與國軍標不一致,使得判斷的依據(jù)受到質(zhì)疑。[0011 ] (4)手持式分析儀存儲容量較小,一般只能存儲8 20個屏幕的信息,無法及時打印結(jié)果,只能用計算機下載。而便攜式分析儀自身都沒有顯示屏,必須和計算機連機使用, 否則儀器的參數(shù)無法現(xiàn)場設(shè)置和修改,測試參數(shù)也無法實時顯示,因此使用起來十分不方 便。(5)附件不適合實際使用的要求,用時連線很困難。(6)測試電源頻率只能適應(yīng)50/60HZ工業(yè)電力系統(tǒng),對400Hz各種電源供電系統(tǒng)都 不具備測試能力
    技術(shù)實現(xiàn)思路
    針對上述問題,本技術(shù)實施例的目的在于提供一種電能質(zhì)量分析儀。本技術(shù)實施例是這樣實現(xiàn)的,一種電能質(zhì)量分析儀,該電能質(zhì)量分析儀包 括傳感器單元,用于完成4路電壓信號和4路電流信號的取樣,實現(xiàn)高壓隔離、電流 電壓變換等,其取樣過程應(yīng)滿足O. 05Hz 2MHz的取樣帶寬;輸入調(diào)理單元,用于將外部輸入的測試信號調(diào)理成規(guī)定幅度范圍的電壓信號,經(jīng) 隔離后送到測量單元,同時產(chǎn)生頻率參考信號,是本電能質(zhì)量分析儀的模擬電路核心;測量單元,用于實現(xiàn)同步取樣和數(shù)據(jù)采集的全過程,是儀器測量精度的基本保障 和質(zhì)量分析儀的測試電路核心;瞬態(tài)分析單元,用于捕捉電壓變化速率很高的電壓閃變信號,作為專用采集器獨 立存在;直流畸變頻譜單元,用于對外來信號進行掃頻分析,是為直流畸變頻譜的高端進 行分析而設(shè)立的;數(shù)據(jù)處理單元,用于實現(xiàn)對采集到的數(shù)據(jù)進行諧波分析運算、有效值運算、瞬態(tài)電 壓、電流運算、穩(wěn)態(tài)電壓、電流運算、各種有功無功功率運算、頻率相位運算系列計算;主控單元,用于將從數(shù)據(jù)處理單元和瞬態(tài)分析單元中得到的各項電能質(zhì)量參數(shù)和 各項具體標準進行比較,進行波形、頻譜和數(shù)據(jù)的顯示以及數(shù)據(jù)傳遞的作用;電源單元,用于將輸入的交流和直流供電電壓轉(zhuǎn)換成本機所需的各種電壓。進一步,輸入調(diào)理單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含四個電壓通道、四個電流通道,主要由輸入電 路、隔離電路、信號調(diào)理電路和抗混疊濾波器組成,其具體的功能結(jié)構(gòu)連接為四個電壓通道,與輸入電路相連接,其作用是傳輸電壓探頭的三相交流電壓信號 和一路直流電壓信號,以差動形式分別送入采取直接耦合的輸入電路;輸入電路,與信號調(diào)理電路相連接,其作用是通過輸入電路內(nèi)部的程控衰減器根 據(jù)測試需要將測試信號衰減為適合傳輸?shù)?0VP_P* ±5V電壓信號,并送入信號調(diào)理電路進 行調(diào)理;信號調(diào)理電路,與抗混疊濾波器相連接,其作用是通過內(nèi)部的調(diào)理放大器將差動 信號轉(zhuǎn)換成單端信號,對前端電路的工作零點實現(xiàn)了適當調(diào)整,同時加入積分電路,使電流 傳感器中的微分過程得以還原;隔離電路,始終存在其中,其作用首先是光電耦合器,將儀器內(nèi)部的數(shù)字電路與儀 器外部實現(xiàn)隔離,避免外部強電壓信號對儀器的損害,其二是電壓輸入通道均采取高阻輸 入形式,使輸入通道始終工作于較低的電流下,同時輸入保護的TVS管;抗混疊濾波器,與測量單元相連接,是一組程控的八階低通濾波器,其作用是防止 采樣過程混疊效應(yīng)引起的失真,使提供測量單元使用的交流信號符合采樣定律,保證記錄 的波形數(shù)據(jù)與實際故障情況相一致,滿足諧波分析的測量穩(wěn)定性,抗混疊濾波器的輸出作 為輸入電路的整體信號輸出,實現(xiàn)測量信號預處理并提供給測量單元使用。進一步,測量單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含同步信號提取電路、幅度識別電路、采樣保持電 路、16bit高速A/D變換電路、16bit低速A/D變換電路、FPGA電路;其具體的功能結(jié)構(gòu)連接 為同步信號提取電路,其作用是與幅度識別電路相結(jié)合實現(xiàn)被測信號的信號整形, 然后分別經(jīng)基波相位提取送FPGA電路處理,經(jīng)交直流變換、幅度檢波后進行幅度識別,以 滿足同步采樣和超范圍測量告警的需要;采樣保持電路,其作用是在同步脈沖的控制下,對三個交流電壓通道、三個交流電 流通道所提供的測量信號進行同步的模擬幅值提取,以滿足測量的需要;16bit高速A/D變換電路,其作用是通過模擬開關(guān)電路分別完成對六路保持電壓 信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)對交流信號的精度測量;16bit低速A/D變換電路,其作用是完成對直流電壓、直流電流以及直流畸變頻譜 通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換;FPGA電路,其作用是實現(xiàn)信號頻率的測量、數(shù)據(jù)的采集控制、ADCl的數(shù)據(jù)讀取、保 存及底層的信號預處理計算;主要由頻率測量模塊和FFT模塊兩部分組成;頻率測量模塊 主要由周期計數(shù)器、瞬時頻率運算、穩(wěn)態(tài)頻率和頻率調(diào)制運算和頻率數(shù)據(jù)存放區(qū)等子模塊 組成;FFT模塊主要由旋轉(zhuǎn)因子模塊、蝶形運算模塊以及FFT運算模塊構(gòu)成。進一步,瞬態(tài)分析單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含時鐘分頻器、采樣控制器、數(shù)據(jù)合并轉(zhuǎn)換器、 數(shù)值比較器、C51單片機、數(shù)本文檔來自技高網(wǎng)
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    【技術(shù)保護點】
    一種電能質(zhì)量分析儀,其特征在于,該電能質(zhì)量分析儀包括:用于完成4路電壓信號和4路電流信號的取樣,實現(xiàn)高壓隔離、電流電壓變換等,取樣過程應(yīng)滿足0.05Hz~2MHz的取樣帶寬的傳感器單元;用于將外部輸入的測試信號調(diào)理成規(guī)定幅度范圍的電壓信號,經(jīng)隔離后送到測量單元,同時產(chǎn)生頻率參考信號的輸入調(diào)理單元;用于實現(xiàn)同步取樣和數(shù)據(jù)采集的全過程,是儀器測量精度的基本保障和質(zhì)量分析儀的測試電路核心的測量單元;用于捕捉電壓變化速率很高的電壓閃變信號,作為專用采集器獨立存在的瞬態(tài)分析單元;用于對外來信號進行掃頻分析,是為直流畸變頻譜的高端進行分析而設(shè)立的直流畸變頻譜單元;用于實現(xiàn)對采集到的數(shù)據(jù)進行諧波分析運算、有效值運算、瞬態(tài)電壓、電流運算、穩(wěn)態(tài)電壓、電流運算、各種有功無功功率運算、頻率相位運算系列計算的數(shù)據(jù)處理單元;用于將從數(shù)據(jù)處理單元和瞬態(tài)分析單元中得到的各項電能質(zhì)量參數(shù)和各項具體標準進行比較,進行波形、頻譜和數(shù)據(jù)的顯示以及數(shù)據(jù)傳遞的作用的主控單元;用于將輸入的交流和直流供電電壓轉(zhuǎn)換成本機所需的各種電壓的電源單元。

    【技術(shù)特征摘要】
    1.一種電能質(zhì)量分析儀,其特征在于,該電能質(zhì)量分析儀包括 用于完成4路電壓信號和4路電流信號的取樣,實現(xiàn)高壓隔離、電流電壓變換等,取樣過程應(yīng)滿足O. 05Hz 2MHz的取樣帶寬的傳感器單元; 用于將外部輸入的測試信號調(diào)理成規(guī)定幅度范圍的電壓信號,經(jīng)隔離后送到測量單元,同時產(chǎn)生頻率參考信號的輸入調(diào)理單元; 用于實現(xiàn)同步取樣和數(shù)據(jù)采集的全過程,是儀器測量精度的基本保障和質(zhì)量分析儀的測試電路核心的測量單元; 用于捕捉電壓變化速率很高的電壓閃變信號,作為專用采集器獨立存在的瞬態(tài)分析單元; 用于對外來信號進行掃頻分析,是為直流畸變頻譜的高端進行分析而設(shè)立的直流畸變頻譜單元; 用于實現(xiàn)對采集到的數(shù)據(jù)進行諧波分析運算、有效值運算、瞬態(tài)電壓、電流運算、穩(wěn)態(tài)電壓、電流運算、各種有功無功功率運算、頻率相位運算系列計算的數(shù)據(jù)處理單元; 用于將從數(shù)據(jù)處理單元和瞬態(tài)分析單元中得到的各項電能質(zhì)量參數(shù)和各項具體標準進行比較,進行波形、頻譜和數(shù)據(jù)的顯示以及數(shù)據(jù)傳遞的作用的主控單元; 用于將輸入的交流和直流供電電壓轉(zhuǎn)換成本機所需的各種電壓的電源單元。2.如權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量分析儀,其特征在于,輸入調(diào)理單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含四個電壓通道、四個電流通道,主要由輸入電路、隔離電路、信號調(diào)理電路和抗混疊濾波器組成,其具體的功能結(jié)構(gòu)連接為 四個電壓通道,與輸入電路相連接,其作用是傳輸電壓探頭的三相交流電壓信號和一路直流電壓信號,以差動形式分別送入采取直接耦合的輸入電路; 輸入電路,與信號調(diào)理電路相連接,其作用是通過輸入電路內(nèi)部的程控衰減器根據(jù)測試需要將測試信號衰減為適合傳輸?shù)?0VP_P* ±5V電壓信號,并送入信號調(diào)理電路進行調(diào)理; 信號調(diào)理電路,與抗混疊濾波器相連接,其作用是通過內(nèi)部的調(diào)理放大器將差動信號轉(zhuǎn)換成單端信號,對前端電路的工作零點實現(xiàn)了適當調(diào)整,同時加入積分電路,使電流傳感器中的微分過程得以還原; 隔離電路,始終存在其中,其作用首先是光電耦合器,將儀器內(nèi)部的數(shù)字電路與儀器外部實現(xiàn)隔離,避免外部強電壓信號對儀器的損害,其二是電壓輸入通道均采取高阻輸入形式,使輸入通道始終工作于較低的電流下,同時輸入保護的TVS管; 抗混疊濾波器,與測量單元相連接,是一組程控的八階低通濾波器,其作用是防止采樣過程混疊效應(yīng)引起的失真,使提供測量單元使用的交流信號符合采樣定律,保證記錄的波形數(shù)據(jù)與實際故障情況相一...

    【專利技術(shù)屬性】
    技術(shù)研發(fā)人員:劉建博李玉金楊增王國太
    申請(專利權(quán))人:天津市新策電子設(shè)備科技有限公司
    類型:實用新型
    國別省市:

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