实现电能质量监测及污染源定位的电能质量监测仪和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电能质量监测仪领域，具体来讲是一种实现电能质量监测及污染源定 位的电能质量监测仪和方法。
【背景技术】
[0002] 随着经济的发展和工业化程度的不断提高、电网建设规模也日益复杂和庞大，电 力网负荷急剧增加。特别是近年来大量非线性、冲击性负荷的接入，将产生大量的谐波注入 电力系统，影响全网电力，造成电网电压波动及闪变，从而使得电网电能质量严重下降，并 诱发各种电力系统事故，使电力系统面临日益严重的"污染"。电能质量是电力工业产品的 重要指标，涉及发、供、用各方面的权益，优良的电能质量对保证电网和广大用户电气设备 的安全可靠运行，保障国民经济各行各业的正常生产和产品质量以及提高人民生活质量都 具有重要意义。
[0003] 为了能够对电能质量实行长期实时监测，从而达到对全网电能质量水平的全面把 握，为电能质量的综合治理提供基础数据，在变电站内逐步装设电能质量在线监测装置显 得十分必要。此外，在对可能由电能质量问题引起的电网或设备故障的分析也需要实时电 能质量数据的支持。电网电能质量在线监测系统的建设和功能完善，将逐步丰富对全网电 能质量的认识，切实了解全网电能质量水平，为电能质量的综合治理打下坚实的基础。
[0004] 传统的电能质量监测仪功能简单，一般采用单CPU，测量精度不高，且在基波频率 发生变化的时候相关电能质量参数测量不准确，即CPU采样速率不能跟随外面网频变化， 这就造成频谱泄露测量不准确等问题。
[0005] 除此之外，传统的电能质量监测仪只是对监测点的电能质量的各参数进行实时监 测并对相关历史数据进行分析统计，最终生成电能质量各监测参数的报表。但对引起电能 质量问题的污染源无法自动定位，需要人工对各个监测点的监测历史数据进行查看和分析 对比，然后才能初步判断出污染源，这就造成大量人力物力的浪费。同时，由于人工根据分 散的电能质量监测点判断电能质量污染源，其准确性受人员技术水平限制，再加上电能质 量污染源定位本身是专业性很强的工作。这就难免会出现对电能质量污染源判断分析失 误，造成定位不准确的问题，严重时甚至会导致电能质量治理点的位置选择失误，从而造成 供电企业的经济损失。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了克服上述【背景技术】的不足，提供一种实现电能质量监测及污 染源定位的电能质量监测仪和方法，不但能有效提高电能质量参数的测量准确性，而且还 能实现电能质量污染源的定位。
[0007] 为达到以上目的，本发明提供一种实现电能质量监测及污染源定位的电能质量监 测仪，包括顺次连接的信号采集装置、信号处理装置、系统控制装置和工控机；
[0008] 信号采集装置用于：将电网信号的A相电压波形经过二阶滤波后形成正弦波信 号，通过过零比较将正弦波信号变成方波信号；将方波信号进行电平转换和去毛刺、去抖动 处理后输入到信号处理装置；
[0009] 信号处理装置用于：在方波信号的每次上升沿期间进入中断，根据连续两次中断 所记录的内部脉冲数，计算得出外部电网的网频频率；将信号处理装置的采样频率调节至 与外部电网的网频频率同步后，进行同步采样和暂态数据分析处理，并将采样的稳态波形 数据发送至系统控制装置；
[0010] 系统控制装置用于：对稳态波形数据进行数据分析得到电能质量技术参数，并将 电能质量技术参数发送至工控机；
[0011] 工控机用于：对所有电能质量技术参数进行电能质量分析统计；根据电能质量分 析统计，生成各种电能质量报表；从电能质量分析统计中得到电能质量超标参数，根据电 能质量超标参数对电能质量污染源进行定位判断，电能质量污染源包括谐波/间谐波污染 源、波动闪变污染源、电压骤升骤降污染源、电压三相不平衡污染源、电压偏差污染源、频率 偏差污染源。
[0012] 在上述技术方案的基础上，所述信号采集装置包括电压电流互感器、有源滤波放 大器、过零比较器、复杂可编程逻辑器件CPLD芯片和模数转换器；电压电流互感器的输入 端与电网信号连接，输出端分别与有源滤波放大器的输入端、过零比较器的输入端连接；过 零比较器的输出端与CPLD芯片的输入端连接；有源滤波放大器的输出端、CPLD芯片的控制 模数转换IO均与模数转换器的输入端连接；模数转换器的输出端与信号处理装置连接。
[0013] 在上述技术方案的基础上，若工控机初次运行，所述所有电能质量技术参数为当 前电能质量技术参数；若工控机非初次运行，所述所有电能质量技术参数为当前电能质量 技术参数和整个运行时间段保存的历史电能质量技术参数。
[0014] 在上述技术方案的基础上，所述信号处理装置还连接有用于保存采样数据的扩展 存储器，以及用于信号处理装置的在线仿真和程序下载的JTAG仿真接口。
[0015] 在上述技术方案的基础上，所述系统控制装置还连接有用于实现人机对话操作的 LCD接口、键盘接口。
[0016] 本发明还提供一种基于上述监测仪的实现电能质量监测及污染源定位的方法，包 括以下步骤：
[0017] Sl:信号采集装置接收各监测点的电网信号；将电网信号的A相电压波形经过二 阶滤波后形成正弦波信号，通过过零比较将正弦波信号变成方波信号；将方波信号进行电 平转换和去毛刺、去抖动处理后输入到信号处理装置，转入S2 ;
[0018] S2:信号处理装置在方波信号的每次上升沿期间进入中断，根据连续两次中断所 记录的内部脉冲数，计算得出外部电网的网频频率；将信号处理装置的采样频率调节至与 外部电网的网频频率同步后，进行同步采样和暂态数据分析处理，并将采样的稳态波形数 据发送至系统控制装置，转入S3 ;
[0019] S3:系统控制装置对稳态波形数据进行数据分析得到电能质量技术参数，并将电 能质量技术参数发送至工控机，转入S4 ;
[0020] S4 :工控机对所有电能质量技术参数进行电能质量分析统计；根据电能质量分析 统计，生成各种电能质量报表；从电能质量分析统计中得到电能质量超标参数，根据电能质 量超标参数对电能质量污染源进行定位判断，其中，电能质量污染源包括谐波/间谐波污 染源、波动闪变污染源、电压骤升骤降污染源、电压三相不平衡污染源、电压偏差污染源、频 率偏差污染源。
[0021] 在上述技术方案的基础上，S4中所述从电能质量分析统计中得到电能质量超标参 数，根据电能质量超标参数对电能质量污染源进行定位判断，具体包括以下步骤：
[0022] S401 :从电能质量分析统计中选取电能质量谐波/间谐波指标参数，判断电能质 量谐波/间谐波指标参数是否超标，若否，直接转入S402 ;若是，进入谐波/间谐波污染源 的定位判断：计算出每条回路中2~50次谐波范围内的电阻非线性度DR和电抗非线性度 DX，计算公式为：
[0025] 上述公式中，Rl为基波电阻，Rh为第h次基波电阻，h为2彡h彡50的正整数，N 为谐波的总次数50,Xl为基波电抗，Xh为第h此基波电抗；
[0026] 当电阻非线性度DR和电抗非线性度DX趋近于0时，说明该回路负荷为线性负荷， 不会产生谐波，则该回路不是谐波/间谐波污染源；当电阻非线性度DR和电抗非线性度DX 均大于3时，说明该回路负荷为非线性负荷，则该回路是谐波/间谐波污染源，转入S402 ;
[0027] S402 :从电能质量分析统计中选取电能质量闪变指标参数，判断电能质量闪变 指标参数是否超标，若否，直接转入S403 ;若是，进入波动闪变污染源的定位判断：计算每 条回路中负荷单独接入时的闪变值，判断每条回路中负荷单独接入时的闪变值是否超标， 若是，则该回路是波动闪变污染源，转入S403;若否，则该回路不是波动闪变污染源，转入 5403 ；
[0028] S403:从电能质量分析统计中选取电能质量电压骤升骤降指标参数，判断电能 质量电压骤升骤降指标参数中是否存在电压骤升骤降中断暂态信息，若不存在，直接转入 5404 ;若存在，进入电压骤升骤降污染源的定位判断：判断系统电压在发生骤升骤降时每 条回路对应的前后3-5周波电流是否为同步变化，若是，则该回路不是电压骤升骤降污染 源，转入S404 ;若否，则该回路是电压骤升骤降污染源，转入S404 ;
[0029] S404 :从电能质量分析统计中选取电能质量电压三相不平衡指标参数，判断电能 质量电压三相不平衡指标参数是否超标，若否，直接转入S405 ;若是，进入电压三相不平衡 污染源的定位判断：分析每条回路的三相电流的值和三相电流不平衡度，若回路的一相或 两相的负荷电流值大于满负荷运行电流的90%，且三相电流不平衡度大于60%，则判断该 回路是电压三相不平衡污染源，转入S405 ;
[0030] S405 :从电能质量分析统计中选取电能质量电压偏差指标参数，判断电能质量电 压偏差指标参数是否超标，若否，直接转入S406 ;若是，进入电压偏