检测装置及和其配套的有源电力滤波器、电能质量分析仪制造方法及图纸

本实用新型专利技术主要涉及检测装置及和其配套的有源电力滤波器、电能质量分析仪。第一检测模块用于从电流信息中侦测和提取具有第一频率范围的第一信号，第一信号至少用作形成与它当中的谐波大小相等相位相反的注入到电网的补偿电流的计算依据，第一信号至少还用作判断电网的电能质量的依据。第二检测模块用于从电流信息中侦测和提取具有第二频率范围的第二信号，第二频率范围大于第一频率范围，第二信号至少用作判断电网的电能质量的依据。第三检测模块用于以带通滤波的方式从该电流信息中侦测和提取第三信号，第三信号用来与预设的阈值进行比较或是统计它在预设的时间段内超过阈值的次数藉此来判断它是否属于故障电弧。

【技术实现步骤摘要】

本技术主要涉及到检测设备，确切地说，是提供一种带有电流传感器/互感器的检测装置，应用在各种类型的电能在线监测设备上，如有源电力滤波器APF或静止无功发生器SVG或电能质量在线监测仪或其他电力智能仪表等，该检测设备在侦测非线性负载谐波和监控电能质量的同时还能够检测到电弧，以此来保障电力系统的正常运作。
技术介绍
随着电力电子技术的迅猛发展，有着不同负载特性的电器大规模的进入我们的生活，与之相伴的是，一些非线性负载例如逆变器、整流器和各种开关电源得到广泛的应用，由此产生的谐波对供电电网的危害也日趋严重。电力电子器件开关动作时向电网注入了大量的谐波，使电网中的预期标准正弦电流和电压波形严重失真。由于存在着各种对电能质量相对敏感的设备，例如计算机设备及空调、冰箱、电视等家用电器设备的大量使用，对电能质量的要求也越来越高。由谐波引发的各类电力故障和事故频发，无论是对生产生活还是国家经济建设都产生了很大的负面影响。谐波问题包括谐波分析、谐波检测和谐波抑制等方面，有效抑制谐波已经成为保证电网安全、高质量运行的必要措施之一。在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。在只含电阻、电感及电容等线性元件的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。用傅立叶分析能够把非正弦曲线信号分解成基本部分和它的倍数。谐波产生的根本原因是由于非线性负载所导致的。当电流流经负载时，与所加的电压呈现非线性关系，形成非正弦电流即有谐波产生。由于半导体晶闸管的开关操作和二极管、半导体晶闸管的非线性特性，电力系统的某些设备如功率转换器可能会产生比较大的背离正弦曲线的波形。在供电网络阻抗下这样的非正弦曲线电流导致一个非正弦曲线的电压降。在供电网络阻抗下产生谐波电压 的振幅等于相应谐波电流和对应于该电流频率的供电网络阻抗Z的乘积。有谐波源的地方就有谐波。也有可能，谐波分量通过供电网络到达用户。例如供电网络中一个用户厂家的运转可能被相邻的另一个用户设备产生的谐波所干扰。所有的非线性负载都能产生谐波电流，产生谐波的典型设备有：开关模式下的电源、电子荧火灯镇流器、调速传动装置和不间断电源、磁性铁芯设备及某些家用电器如电视机等。为了保障生产生活用电的安全和正常进行，电能质量的检测分析必不可少。电能质量包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量，包括导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容体现在频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变、谐波、电压暂降、中断、暂升及供电连续性等。这些电能质量问题会导致：继电保护装置被误触发而危及供电安全的运行、各种电气设备产生附加损耗和发热而导致设备损坏或烧毁、增加损耗导致设备不经济的运行从而造成额外的电费支出和电表计量工具的不精准、降低信号的传输质量并破坏信号的正常传递、可能引起的谐振导致无功补偿柜无法正常运作、降低设备的使用寿命、导致计算机或检测控制设备无法正常工作甚至死机。因此，为了提高电网系统的电能质量，保障电气设施的正常运行，需要对电网的电能质量进行检测，尤其是电网上的危害较大的高次谐波，所以高性能的电流检测对掌控电能质量和维持电力系统的稳定非常重要。现有技术中检测电网电流的传统电流传感器无法精准的检测高次谐波，尤其是缺乏对瞬态电流的检测，瞬态电流一般是μs微秒级别的电流变化，通常称为瞬态电流，例如负荷投切动作(即投切装置用来实现投入/接通和切除/关断)或雷击等现象都有可能诱发这种瞬态电流现象，当前的电流传感器基本上无法检测出瞬态电流，而且当前的电流传感器在谐波严重时其计量误差较大，无法高性能的检测电能质量参数。此外在现代电力系统中为了提高电网的可靠性和安全性，已经进行了巨大的努力以避免电网系统中产生的负面电弧，电弧是一种没有规律而且不稳定的高频变化现象，然而现有技术对电弧的有效监测仍然没有实现令人满意的解决方案。当两个电极之间产生足够高的压差时，电弧可能会发生，该电压引起电极之间的气体离子化，等离子会逐步形成，并 且电流可以在电极之间流动，这样的等离子体可能会加热到几千摄氏度，会引起设备损坏或着火。电力系统中潜在的电弧有两种类型：并行电弧或者串行电弧。并行电弧一般电力系统中的正极和负极之间发生，或者在其中的某一个电极和接地端GND之间发生。相对的，串行电弧不是在两个线路之间发生的，而是在一个电流导通的线路内发生的，换言之，串行电弧现象可能发生在同一个线路的两个不同部分/片段之间，串行电弧在线路中的电流被中断(譬如接通了接触开关或破坏插头/电缆的情况下)时发生的较为明显。为了减少电弧的负面影响，必须尽快地执行相应的对策如切断电弧源头，因此电弧被可靠地和实时地的确认是非常重要的监测事项。现有的电流传感器的另一个缺陷是无法检测出电网的电弧信号，这个问题苛待解决。
技术实现思路
在本技术中提供了一种检测装置，具有检测电网中电流信息的电流传感器，包括第一检测模块，用于从电流信息中侦测和提取具有第一频率范围(例如大体上处于几十HZ到几十KHZ的频段范围内)的第一信号，它不仅包括了工频信号也还包括一些谐波分量信号等，并以差分模拟量的形式予以输出，该模拟输出量的作用体现在：至少为在电网中注入与第一信号当中的谐波大小相等但相位相反的补偿电流提供依据，以及至少还可以用于监测电网中电流的工频与谐波等信息，作为判断电网的电能质量的依据之一。检测装置还包括第二检测模块，它可以用于从上述电流信息中侦测和提取具有第二频率范围(比工频范围要大得多，例如处于几十KHZ到MHZ级别的频段范围内)的第二信号，并转换成电流量的形式予以输出，限定第二频率的频率范围大于第一频率范围，其中形成该电流量的作用之一体现在：例如为在电网中是否发生了类似浪涌这样的高频脉冲提供判断依据，因此第二信号至少也可以用作判断电网的电能质量的依据之一。检测装置还包括第三检测模块，用于以带通滤波的方式从该电流信息中侦测和提取第三信号，该第三信号的作用主要体现在：为在电网上监测和识别电弧产生源头提供甄别基础，尤其是，作为判断电网中是否存在电弧提供依据，如果电网中存有电弧的情况下，第 三信号还作为判断电弧是正常电弧还是故障电弧的依据。例如，在第三信号超过某个预设的阈值范围时，我们可以认为电网上产生了非期望的故障电弧，而如果第三信号的值在阈值范围以下，则可以认为电网上产生了在容忍范围内的常规电弧。或者，在某个预设的时间段(譬如规定的毫秒级时长、秒级时长、分钟级时长甚至小时级时长等)内判断出第三信号超过阈值的总次数，如果总次数在可接纳的范围内，电网中可能存在开关接触不良的现象，应该通知管理人员巡检和排查、消除这种不良。反之若总次数不在可接纳的范围内，则电网中可能发生了不可接受的电弧现象，应该通知管理人员采取更严格的应对措施，例如切断电网或者其他的操作。因此检测装置还可以包括一个处理器(MCU)来接收第三检测模块输出的结果，用来完成第三信号和阈值的比较或是统计第三信号在预设的时间段内超过阈值的次数。上述检测装置，还包括报警输出模块(它可以是处理器的一个子模块)，一旦它监控到第三信号超过预设的阈值或在预设的时间段内统计第三信号超过阈值的次数不在指定的数值范围内时，报警输出模块就会对外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测装置，其特征在于，具有检测电网中电流信息的电流传感器，还包括：第一检测模块，用于从该电流信息中侦测和提取具有第一频率范围的第一信号，第一信号至少用作形成与它当中的谐波大小相等相位相反的注入到电网的补偿电流的计算依据，以及第一信号至少还用作判断电网的电能质量的依据；第二检测模块，用于从该电流信息中侦测和提取具有第二频率范围的第二信号，第二频率范围比第一频率范围的频率高，第二信号至少用作判断电网的电能质量的依据；第三检测模块，用于以带通滤波的方式从该电流信息中侦测和提取第三信号，第三信号用来与预设的阈值进行比较或是统计它在预设的时间段内超过阈值的次数藉此来判断它是否属于故障电弧。

【技术特征摘要】
1.一种检测装置，其特征在于，具有检测电网中电流信息的电流传感器，还包括：第一检测模块，用于从该电流信息中侦测和提取具有第一频率范围的第一信号，第一信号至少用作形成与它当中的谐波大小相等相位相反的注入到电网的补偿电流的计算依据，以及第一信号至少还用作判断电网的电能质量的依据；第二检测模块，用于从该电流信息中侦测和提取具有第二频率范围的第二信号，第二频率范围比第一频率范围的频率高，第二信号至少用作判断电网的电能质量的依据；第三检测模块，用于以带通滤波的方式从该电流信息中侦测和提取第三信号，第三信号用来与预设的阈值进行比较或是统计它在预设的时间段内超过阈值的次数藉此来判断它是否属于故障电弧。2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第一检测模块中具有一个差分放大电路，其包括：第一、第二运算放大器，它们各自的正相输入端分别耦合到该电流传感器的一对输出端以撷取第一信号，它们的反相输入端之间连接有第一电阻；以及在第一和第二运算放大器各自的反相输入端和各自的输出端之间连接有第二电阻，藉此在第一、第二运算放大器的输出端之间形成差分放大信号。3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，该差分放大电路还包括一组或多组相互串联的预设电阻和开关器件，每一组串联的预设电阻和开关器件均连接在第一、第二运算放大器的反相输入端之间；当所述差分放大电路设为增加放大倍数的工作模式时，一个或多个开关器件处于接通状态以将一个或多个该预设电阻和第一电阻予以并联；或者当所述差分放大电路设为降低放大倍数的工作模式时，一个或多个开关器件处于断开状态以将一个或多个和第一电阻并联的预设电阻从所述差分放大电路中浮置。4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第二检测模块具有一个积分电路，其包括：第三运算放大器，它的正相和反相输入端分别耦合到该电流传感器的一对输出端以撷取第二信号，藉由第三运算放大器形成一个积分器。5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述第二检测模块还包括电压电流转换器，其用于接收所述积分电路的输出电压并将该电压转换成电流量予以输出。6.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第三检测模块具有一个带通滤波器，它包括分别耦合到该电流传感器的一对输出端的第一和第二输入节点：第一输入节点和带通滤波器中的一个第四运算放大器的反相输入端之间串联有第三电阻和第一电容，第三电阻和第一电容的第一互连节点处与第四运算放大器的输出端之间连接有第二电容，且第四运算放大器的反相输入端和输出端连接有第四电阻；以及第一互连节点与第二输入节点也即第四运算放大器的正相输入端间连有另一电阻。7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于，该带通滤波器还包括一组或多组相互串联的预设电阻和开关器件，每一组串联的预设电阻和开关器件均连接在第四运算放大器的反相输入端和输出端之间；当所述带通滤波器设为增加中心角频率的工作模式时，一个或多个开关器件处于接通状态以将一个或多个该预设电阻和第四电阻予以并联；或者当所述带通滤波器设为降低中心角频率的工作模式时，一个或多个开关器件处于断开状态以将一个或多个和第四电阻并联的预设电阻从所述带通滤波器中浮置。8.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于，第一和第二输入节点之间连接有过压保护元件，过压保护元件是瞬态电压抑制器、放电管、压敏电阻中之一或它们...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永，应剑东，
申请(专利权)人：丰郅上海新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31