公共耦合節點諧波源檢測系統的製作方法
2023-09-20 13:38:10 2
專利名稱：公共耦合節點諧波源檢測系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於改進的諧波電流矢量的檢測方法，通過檢測系統端和用
戶端的等值諧波阻抗，考慮電力系統中阻抗的變化，確定對系統母線公共耦合點處的主要 諧波源，能夠更好地區分系統和用戶對於諧波汙染的責任，公平合理地實施獎懲方案，尤其 涉及一種公共耦合節點諧波源檢測系統。
背景技術：
隨著大量電力電子裝置投入使用，以及其它一些非線性負荷在電力系統中的出 現，越來越多的諧波被注入到電力系統中，造成電流和電壓的波形畸變越來越嚴重，嚴重幹 擾了系統的正常運行。為了儘可能限制和減少諧波的汙染，近年來提出了獎懲機制的方法， 即系統與用戶在額定的範圍內正常交易，如果系統不能保證供電質量，用戶應當得到賠償； 如果用戶的汙染指標惡化，則系統在保證向用戶正常供電的前提下要收取額外的懲罰費 用；用戶吸收了系統中額外的諧波功率，系統應當給予用戶一定的補償和鼓勵。這一機制的 基礎是已知系統和用戶產生諧波量的大小和性質。因此，必須對連接系統端和用戶端母線 公共耦合點處的諧波做詳盡的分析，才能確定諧波來源和性質。 現有技術中的諧波源檢測方法主要有諧波功率潮流方向法、諧波阻抗檢測法、神 經網絡法、電流矢量法和參考阻抗法。但這些方法主要存在如下不足一、有功功率方向法 中功率方向受s (S為系統端和用戶端諧波電壓源的相位差)的影B向，當S在一定範圍時 可能失效；二、無功功率方向法受COsS的影響，其結果準確度一般僅50% ;三、同步測量 判別法受測量系統延時等因素影響，S難以精確測量；四、臨界阻抗法需估算系統端和用 戶端的阻抗，而實際負荷的諧波阻抗波動較大，故實際應用會受到一定限制；五、基於諧波 阻抗的檢測方法需人為的製造擾動發生器，成本過高；六、諧波電流矢量法需已知系統端和 用戶端的阻抗，且沒有考慮電力系統中諧波阻抗的變化；七、參考阻抗法需事先對參考阻抗 與諧波源有初始的估計，但根據電網兩端的資料確定的參考阻抗值與實際運行值有較大偏 差，結果可能會有較大誤差。
實用新型內容針對現有技術中存在的上述不足之處，本實用新型的目的是提供一種準確性更 高、實用性更強、成本低的公共耦合節點諧波源檢測系統。
本實用新型的目的是這樣實現的一種公共耦合節點諧波源檢測系統，包括電壓 電流測量模塊、數據分析模塊、顯示屏和電源；所述電壓電流測量模塊和數據分析模塊分別 與電源連接；所述電壓電流測量模塊的電壓電流採集端連接公共耦合點，其信號輸出端連 接數據分析模塊；所述數據分析模塊的信號輸出端連接顯示屏。 進一步，所述電壓電流測量模塊為ATT7022C晶片； 進一步，所述數據分析模塊為DSP處理器；進一步，所述數據分析模塊為TMS320LF2407晶片的DSP處理器，在DSP處理器的XTAL1端連接有6M晶體振蕩器和振蕩電容； 進一步，所述DSP處理器的I/O端連接有由CY7C1021晶片構成的外部存儲器。 本實用新型的有益效果本實用新型利用電壓電流測量模塊實時在線採集電網 系統公共耦合點的電壓和電流信號，即使在系統和用戶諧波阻抗變化時，數據分析模塊通 過對數據進行分析和計算，能夠在顯示屏上顯示出諧波來源，其分析結果科學準確，在系統 和用戶的諧波阻抗變化的情況下有助於用戶與系統雙方責任的劃分，更好地實施獎懲性方 案，為諧波的管理與抑制提供了科學、準確的依據。公共耦合節點諧波源檢測系統與現有技 術相比，本實用新型還具有以下優點 1、通過將系統和用戶的諧波阻抗變化轉換成等值電流源變化，無論系統中出現諧 波源改變還是諧波阻抗改變，都能正確地區分用戶和系統的責任； 2、不需幹擾電力系統正常運行，測量及計算簡單、高效； 3、電壓電流測量模塊採用ATT7022C晶片為核心的電流電壓三相電源系統的典型 電壓電流連接方式，其運算能力強大、測量精度高；在DSP晶片上連接有6M晶體振蕩器及振 蕩電容，抗幹擾能力強，具有較好的可靠性，利用快速傅立葉算法(FFT)可準確快速的計算 出系統諧波阻抗； 4、在數據分析模塊中只使用了一個DSP晶片，使整個裝置的體積小，成本低； 5、對於公正地區分用戶和系統對於公共耦合點處諧波汙染責任的問題，無論在技 術上還是法律上都是合理而可行的。
圖1為本實用新型的原理方框圖； 圖2為本實用新型電壓電流測量模塊的電路圖； 圖3為本實用新型的數據分析模塊的電路圖； 圖4為本實用新型的工作流程圖； 圖5為諧波源檢測簡化模型圖； 圖6為系統端的諧波電流源模型圖； 圖7為用戶端的諧波電流源模型圖； 圖8為系統、用戶諧波電流在公共耦合點電流方向的矢量投影相加的示意圖； 圖9為系統、用戶諧波電流在公共耦合點電流方向的矢量投影相抵消的示意圖； 圖10為公共耦合點電流方向上系統和用戶諧波電流相加的曲線圖； 圖11為公共耦合點電流方向上系統和用戶諧波電流相抵消的曲線圖； 圖12為諧波阻抗變化轉化至等值諧波電流源的流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細地描述。
圖1為本實用新型的原理方框圖，如圖所示公共耦合節點諧波源檢測系統包括
電壓電流測量模塊、數據分析模塊、顯示屏和電源。電壓電流測量模塊和數據分析模塊分別
與電源連接；電壓電流測量模塊的電壓電流採集端連接電網系統的公共耦合點，其信號輸
出端連接數據分析模塊；數據分析模塊的信號輸出端通過串口連接顯示屏。[0030] 圖2為本實用新型電壓電流測量模塊的電路圖，如圖所示電壓電流測量模塊是 採用以ATT7022C晶片為核心的電流、電壓三相電源系統的典型電壓電流連接方式。通過在 電網系統上串、並聯適當阻值的分壓和分流電阻器，對從電阻器上採樣的電壓、電流信號進 行濾波，圖中對稱的阻容濾波器更有助於減小電磁幹擾，最後得到符合要求的電壓、電流信 號。由於所採用的ATT7022C晶片的連接方式為現有技術的通用手段，在此不再贅述。 圖3為本實用新型的數據分析模塊的電路圖，如圖所示數據分析模塊是基於DSP 為核心處理器，通過與DSP處理器串口相連的通信晶片與顯示屏實現異步通信。數據分析 模塊採用TMS320LF2407晶片的DSP處理器，具有運算能力強、容量大、精度高的優點，採用 快速傅立葉算法(FFT)計算簡單速度快；在DSP處理器的XTAL1端連接有抗幹擾能力強的 6M晶體振蕩器和振蕩電容，在DSP處理器的1/0端連接有由CY7C1021晶片構成的外部存儲 器。DSP處理器的TXD和RXD埠連接由MAX485通信晶片及其周邊電路組成的通信電路， DSP處理器通過通信電路與顯示屏實現雙向異步通信。本實用新型的DSP處理器及其運算 放大器電路採用+3. 3V及士12V開關電源供電。 圖4為本實用新型的工作流程圖，如圖所示先對系統內部晶片初始化，通過顯示 屏操作並顯示檢測分析的結果。在顯示屏上設置有選擇按鍵，若剛啟動時無外部輸入信號， 可通過按鍵開啟電流電壓測量模塊和數據分析模塊以便計算參考諧波阻抗。其顯示結果是 根據電流電壓測量模塊處理得出的公共耦合點處母線和饋線各自實際每相電壓和電流值， 以及由數據分析模塊採用快速傅立葉算法(FFT)計算出的參考系統諧波阻抗，並將其存入 DSP處理器的EEPROM外部儲存器，作為下一次檢測的輸入信號；若從外部輸入系統和用戶 的參考諧波阻抗，則將其直接存入DSP處理器的EEPROM外部儲存器。得到參考諧波阻抗後， 電流電壓測量模塊測量公共耦合點處母線和饋線各自實際每相電壓和電流值，再通過數據 處理模塊將系統和用戶的諧波阻抗變化轉換成等值電流源變化，將結果顯示在顯示屏上。 圖5為諧波源檢測簡化模型圖，如圖所示系統和用戶的諧波源可由式(1)和(2) 得到，其中下標u、c分別代表系統端和用戶端formula see original document page 5
示根據
formula see original document page 5(2)
圖6為系統端的諧波電流源模型圖，圖7為用戶端的諧波電流源模型圖，如圖所 疊加原理可以得到式(3)和(4): formula see original document page 5 formula see original document page 5
因此公共耦合點處諧波電流為formula see original document page 5圖8為系統、用戶諧波電流在公共耦合點電流方向的矢 為系統、用戶諧波電流在公共耦合點電流方向的矢 合點電流方向上系統和用戶諧波電流相加的曲線圖；圖11為公共耦合點電流方向上系統
投影相加的示意圖；圖9 投影相抵消的示意圖；圖10為公共耦和用戶諧波電流相抵消的曲線圖；Ipcc可以分解到圖示的直角坐標系中，可得 |IPCC| = Icf+Iuf 其中Icf和Iuf分別為Iu—PCC和Ic—PCC在IPCC方向的投影。 若出現諧波阻抗變化的情況，根據圖8、圖9、圖10、圖11和圖12所示，由測量得 到的公共耦合點用戶端和系統端各自實際每相電壓(Vra)和電流值(IpJ，以及參考諧波 阻抗，通過數據分析模塊將可能出現的系統和用戶端諧波阻抗變化轉變為諧波電流源的變 化，並將其投影到公共耦合點的電流方向。 系統諧波阻抗變化的情況 1—鄰=+ IPCC 用戶諧波阻抗變化的情況 Ic—nw = ^~~ 一 IPCe 力c一 I。—n 和Iu—MW分別代替式(3) 、 (4)中的I。和Iu，分析同前文，不再累述。 最終系統和用戶的諧波電流投影幅值和相位顯示在顯示屏上，可以準確地判斷系
統和用戶各自對公共耦合點諧波汙染的貢獻大小。 本實用新型不會對電力系統運行產生幹擾，能夠很好地處理系統和用戶端諧波阻 抗的變化，準確區分出各自的諧波電流貢獻。 最後說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參 照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本 實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和範 圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
權利要求一種公共耦合節點諧波源檢測系統，其特徵在於包括電壓電流測量模塊、數據分析模塊、顯示屏和電源；所述電壓電流測量模塊和數據分析模塊分別與電源連接；所述電壓電流測量模塊的電壓電流採集端連接公共耦合點，其信號輸出端連接數據分析模塊；所述數據分析模塊的信號輸出端連接顯示屏。
2. 根據權利要求1所述的公共耦合節點諧波源檢測系統，其特徵在於所述電壓電流 測量模塊為ATT7022C晶片。
3. 根據權利要求1或2所述的公共耦合節點諧波源檢測系統，其特徵在於所述數據 分析模塊為DSP處理器。
4. 根據權利要求3所述的公共耦合節點諧波源檢測系統，其特徵在於所述數據分析 模塊為TMS320LF2407晶片的DSP處理器，在DSP處理器的XTAL1端連接有6M晶體振蕩器 和振蕩電容。
5. 根據權利要求4所述的公共耦合節點諧波源檢測系統，其特徵在於所述DSP處理 器的1/0端連接有由CY7C1021晶片構成的外部存儲器。
專利摘要本實用新型公開了一種公共耦合節點諧波源檢測系統，包括電壓電流測量模塊、數據分析模塊、顯示屏和電源；所述電壓電流測量模塊和數據分析模塊分別與電源連接；所述電壓電流測量模塊的電壓電流採集端連接公共耦合點，其信號輸出端連接數據分析模塊；所述數據分析模塊的信號輸出端連接顯示屏。本實用新型能夠根據系統和用戶諧波阻抗參考值對其變化進行分析、計算，其計算、轉換結果準確，有助於用戶與系統雙方責任的劃分，更好地實施獎懲性方案，為諧波的管理與抑制提供了科學、準確的依據；該系統運算能力強、測量精度高；抗幹擾能力強，具有良好的可靠性；同時體積小，成本低，對電網系統中可能出現的諧波源頭均能進行分析與檢測。
文檔編號G01R31/00GK201548627SQ20092020759
公開日2010年8月11日 申請日期2009年12月9日 優先權日2009年12月9日
發明者劉永勝, 包拯民, 李題印, 杜躍明 申請人:餘杭供電局