谐波阻抗测量装置制造方法及图纸

谐波阻抗测量装置，包括电压互感器，电流互感器，低通滤波器，电压、电流程控放大器，模／数转换器，ＭＣＵ或ＤＳＰ控制器，显示操作接口依次电连接；其特征在于：还包括采样频率与系统频率同步电路和相位与系统周期同步电路，采样频率与系统频率同步电路包括限幅放大器、带通滤波器、过零点检测电路、锁相倍频回路、Ｎ分频器和同步采样脉冲回路；限幅放大器、带通滤波器、过零点检测电路、锁相倍频回路和Ｎ分频器依次电连接，过零点检测电路与ＭＣＵ或ＤＳＰ控制器连接，同步采样脉冲回路与锁相倍频回路、ＭＣＵ或ＤＳＰ控制器分别连接；相位与系统周期同步电路包括放大电路ａ、一阶低通滤波器、二阶高通滤波器、相位调整电路、放大电路ｂ和信号过零点检测电路依次电连接。本装置原理简单、易于实施；达到工程实用水平，解决了电力生产中的谐波阻抗测量难题。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种谐波阻抗测量装置，属于电能质量控制及治理、电能质量测 量方法及装置领域。
技术介绍
谐波阻抗是电力生产中一个极为重要的参数，无论是 设计电力滤波器，还是评估 干扰负荷产生的谐波水平，系统谐波阻抗是最基本的基础参数；采用谐波潮流计算软件对 系统网络进行频率扫描，得出谐波阻抗是常用方法，但由于网络高频参数难以获取；此外， 系统的三相几何参数不完全对称、各相之间及对地电容等参数对计算结果精确度影响很 大，使得计算结果偏差很大。因此实测是获取系统谐波阻抗的有效手段。但迄今为止谐波 阻抗测量仍然缺乏有效、实用的方法及装置，成为电力生产中的难题之一。“增量法”是一种 较为可行的测量方法，该方法的通过测量干扰负荷的谐波电流及电压增量计算出系统或负 荷的谐波阻抗。图1中，从PCC点向系统看进去的系统谐波阻抗为Zsh，该点的谐波电压、电 流满足关系Esh =Uh +Z shIh(1)使畸变负荷的大小发生变化，即产生一个扰动，PCC点的h次谐波电压、电流将从 变化前采样窗口 c的穴=Uc^cuh Jch = Γ,ΖφΙ，变为采样窗口 a的穴=UahZ<pauh Jah = Γ,ΔφΙ(图2中b为扰动过渡过程窗口)，而系统谐波阻抗Zsh和背景谐波电压t基本维持不变， 如下式Esh=Wfl+ZjchEsh=Wh+ZshIah由⑵式可得系统的谐波阻抗Zsh 臭hο)η-η δ/α MhZh9ih 应用上式时，假定不同时间的谐波电压和电流向量均参照于同一个相位恒定的电 压向量。由于该参照向量与系统频率紧密相关，当频率发生变化时，的相位会发生变 化，从而引入较大的测量误差。而电力系统的频率总是在一定范围内波动的，因此如何消 除频率变化引入的误差是该方法能否满足工程要求的关键。由图2可见，任何频率测量误 差将使采样窗口 C、a的电压、电流向量之间的相角产生偏差，从而使电压和电流增量AUh、 AIh产生较大的偏差。即该方法存在如下问题(1)扰动产生前后，信号采样必须具有共同 恒定的参考相位外，才能测出变化前后电压、电流的谐波相角。但负荷阻抗变化会引起公共 连接点(PCC)电压的相角队变化；(2)外随系统频率&变化，因此外须能跟踪&的变化。(3) 增量产生前后，采样频率必须跟踪&的变化，即必须与系统频率&同步，否则频率偏差Δ f0将引起较大的同步误差。 现有“增量法”没有为不同时间的谐波电压和电流向量设置一个相位随频率波动可保持恒定的电压向量作为参考向量，致使当频率发生变化时，参考向量的相位会发生 变化，从而引入较大的测量误差。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种谐波阻抗测量装置，根据“增量法”的测量原理及 所存在的问题，本技术提出“双同步增量法”旨在解决系统频率变化引入的误差问题， 提高测量精度，使之满足工程要求。本技术的技术方案是一种谐波阻抗测量装置，包括电压互感器，电流互感 器，低通滤波器，电压、电流程控放大器，模/数转换器，MCU或DSP控制器，显示操作接口 依次电连接；其特征在于还包括采样频率与系统频率同步电路和相位与系统周期同步电 路，采样频率与系统频率同步电路包括限幅放大器、带通滤波器、过零点检测电路、锁相倍 频回路、N分频器和同步采样脉冲回路；限幅放大器、带通滤波器、过零点检测电路、锁相倍 频回路和N分频器依次电连接，过零点检测电路与MCU或DSP控制器连接，同步采样脉冲回 路与锁相倍频回路、MCU或DSP控制器分别连接；相位与系统周期同步电路包括放大电路a、 一阶低通滤波器、二阶高通滤波器、相位调整电路、放大电路b和信号过零点检测电路依次 电连接。本技术的一种谐波阻抗测量装置，所采用的方法是为获取扰动产生前后参 考相位，引入上一级或相邻母线的电压信号(>作为参考向量，以该点电压信号的过零点作 为扰动前后采样的起始点，即以该电压信号作为扰动前后采样窗口 c、a的采样参考相位； 其特征在于参考相位与系统周期Ttl同步，以解决参考相位随频率变化而漂移的问题，使 c、a两个采样窗口之间的时间间隔&。为系统周期即同步信号Ttl的整数倍，取同步信号的过 零点作为参考相位或采样起始点；通过硬件锁相倍频回路，跟踪系统频率的变化，采样频率 则由锁相倍频回路产生，使采样频率与系统频率同步。本技术装置所用的谐波阻抗测量方法，依次包括如下步骤开始，初始化，同 步信号过零点检测、同步信号过零点时刻到，进入采样窗口 c，采样M个周波、扰动产生命令 信号、延时P个周期、同步信号过零点检测、同步信号过零点时刻到，进入采样窗口 a，采样M 个周波、计算采样窗口 c的三相电压、电流各次谐波向量，计算采样窗口 a的三相电压、电流 各次谐波向量；由采样窗口 c、a三相电压、电流谐波向量计算谐波增量及谐波阻抗，谐波阻 抗测量结果存储、显示及上传，结束。本技术的工作原理是为获取扰动产生前后参考相位，引入上一级或相邻母 线的电压信号&作为参考向量，以该点电压信号的过零点作为扰动前后采样的起始点，即 以该电压信号作为扰动前后采样窗口 c、a的采样参考相位，而该参考相位必须与系统周期 T0同步、采样频率必须与系统频率同步，即所谓“双同步增量法”。本技术主要解决了如 下问题。1)消除参考相位漂移引入的误差φ:、祝及‘、蛇均以 >的相角队作为参考相位队=2私,，由图2可见，采样窗口 c、a的参考相位分别为礼=2忒~及礼=2<。ia。对电压(电流类似)△φuh=(φai-φauh)-(φci-φcuh).显然若f0a≠f0c、ta ≠tc，则φcu≠φau:；因此系统频率波动会引起参考相位△φu发生△φuh的变化△φuh=2tn△f/f0例如△f=0.01HZ, △φuh = 0.02513,(弧度)；一般φuh很小，以弧度表示可近似为Δφuh+j△φuh，谐波阻抗测量误差 △Zsh/Zsh=j△uh/△φuh/Esh h (4)由(4)式可见，参考相位偏移会引起极大的测量误差。各次谐波的AZslZZsJiP^1 的变化曲线示于图3。图3中从上到下的各直线分别对应h = 17、h = 15、h = 13、h = 11、 h = 7、h = 5、h = 3*h = l。可见谐波次数越高，误差越大。她(Puh =0.02, AUh/Esh h = 2%, Δ IJlsh ^ 13% (h = 11)。2)消除频率变化引入的误差一般利用离散傅立叶变换(DFT)先计算出各次谐波电压、电流的增量矢量，再由 (6)式计算谐波阻抗。若电网频率为= 1/T0)，由于频率波动，采样频率&不能精确跟 踪fo的变化则会引起谐波幅值测量误差△Ch/Ch=nπ ΔΤ0/Τ0| (5)其中，Δ Ch/Ch为h次谐波幅值的相对误差，Δ Ch/Ch与频率偏差Δ Ttl = 1/ Δ fQ及 h成正比。例如Δ Τ0/Τ0 = 0. 64%，对5次谐波Δ C5ZC5 ^ 10% ；因此若f^不能精确跟踪f0 的变化，对谐波阻抗的测量精度影响很大。本技术的核心是“双同步增量法”，参考相位引入上一级或相邻母线的电压信 号仅是一种辅助手段，并非必要。本技术的有益效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种谐波阻抗测量装置，包括电压互感器，电流互感器，低通滤波器，电压、电流程控放大器，模／数转换器，ＭＣＵ或ＤＳＰ控制器，显示操作接口依次电连接；其特征在于：还包括采样频率与系统频率同步电路和相位与系统周期同步电路，采样频率与系统频率同步电路包括限幅放大器、带通滤波器、过零点检测电路、锁相倍频回路、Ｎ分频器和同步采样脉冲回路；限幅放大器、带通滤波器、过零点检测电路、锁相倍频回路和Ｎ分频器依次电连接，过零点检测电路与ＭＣＵ或ＤＳＰ控制器连接，同步采样脉冲回路与锁相倍频回路、ＭＣＵ或ＤＳＰ控制器分别连接；相位与系统周期同步电路包括放大电路ａ、一阶低通滤波器、二阶高通滤波器、相位调整电路、放大电路ｂ和信号过零点检测电路依次电连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李澍森，肖遥，冯宇，陈晓燕，石延辉，左文霞，程军照，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]