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专利名称：一种电能质量分析仪检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型关于电能质量检测技术，特别是关于电能质量检测中谐波测量技术， 具体的讲是一种电能质量分析仪检测系统。
背景技术：
随着电能质量问题的凸显，电能质量分析仪得到了广泛的应用，国际电工委员会 (IEC)和国家标准出台了规范电能质量分析仪性能指标的相关标准。因此，根据相关标准对电能质量分析仪进行检测的技术也相继出现。电力系统中的频繁操作和非线形负荷，给电力系统带来了大量时变谐波，且由于谐波源的多样性和多变性，电网中的谐波大小不仅随谐波源运行工况而变化，而且随电网运行方式的改变而变化。因此，需要对目前广泛应用的电能质量分析仪的谐波测量的连续性进行检测。现有技术中，对电能质量分析仪的谐波测量连续性进行检测的系统主要包括如下两禾中(1)、基于Labview的电能质量分析仪检测系统基于Labview的电能质量分析仪检测系统的结构框图如图1所示，使用Labview 图形化开发环境，可完成电能质量分析测量仪器的频率偏差、交流电压有效值偏差、闪变值及谐波(间谐波)含有率等主要电能质量各项技术指标的校准工作。由虚拟仪器测试平台通过GPIB卡控制任意波形发生器产生谐波信号、正弦波调制信号或方波调制信号，经电压、电流功率放大器放大到目标电压、电流值，然后由数据采集卡从放大器输出端采集信号进行分析，计算谐波幅值及电压波动量，监视信号源的变化情况。随后，将输出信号与计量标准表进行对比分析，根据分析结果对软件程序中的波形参数进行修正，从而使加载到被测设备上的信号达到某一目标精度要求。但是，基于Labview的电能质量校验系统只实现了对电能质量基本指标的校准， 且波形参数需要修正，误差影响较大。(2)、基于虚拟仪器技术的电能质量分析仪检测系统基于虚拟仪器技术的电能质量分析仪检测系统的结构框图如图2所示，采用 Labview编程实现，通过VISA库函数组件、可程控仪器标准命令、仪器自带驱动以及所需的硬件接口卡和数据总线来完成PC机与各相关仪器之间的数据通信。系统可实现的功能包括标准源设置、仪器控制和测量数据的存储分析。基于虚拟仪器技术的电能质量分析仪检测系统实现了部分电能质量指标的检测， 但是，没有标准中关于谐波测量聚集算法要求的检测。

实用新型内容本实用新型实施例提供了一种电能质量分析仪检测系统，用以解决现有检测系统无法检测出电能质量分析仪的谐波测量连续性的问题。本实用新型的目的是，提供一种电能质量分析仪检测系统，所述的系统包括谐波检测装置、GPIB卡以及标准源发生器；所述的谐波检测装置通过所述的GPIB卡与所述的标准源发生器相连接；所述的谐波检测装置通过串口总线或者LAN总线与被测电能质量分析仪相连接；所述的标准源发生器与被测电能质量分析仪相连接；所述的标准源发生器包括第一输出装置，与所述的被测电能质量分析仪相连接，输出基波叠加矩形波调制h次谐波的谐波信号至被测电能质量分析仪；所述的谐波检测装置包括测量信号接收装置，通过串口总线或者LAN总线接收被测电能质量分析仪输出的测量值；测量结果输出装置，与所述的测量信号接收装置相连接，根据所述的测量值、所述的谐波信号对应的标准值、测量不确定度输出被测电能质量分析仪的检测结果信息。优选的，所述的标准源发生器还包括第二输出装置，与所述的被测电能质量分析仪相连接，输出基波叠加h次谐波的谐波信号至被测电能质量分析仪。优选的，所述的谐波检测装置还包括平均测量值接收装置，与所述的测量结果输出装置相连接，接收所述的检测结果信息为非连续性测量的被测电能质量分析仪在一定周期内输出的最大测量值的平均值Ul ；第一标准信息输出装置，与所述的平均测量值接收装置相连接，根据所述的平均值Ul和预存的对应测量不确定度输出被测电能质量分析仪的国家标准检测结果信息。优选的，所述的谐波检测装置还包括概率大值接收装置，与所述的测量结果输出装置相连接，接收所述的检测结果为非连续性测量的被测电能质量分析仪在一定周期内输出的测量值的概率大值U2 ；第二标准信息输出装置，与所述的概率大值接收装置相连接， 根据所述的概率大值U2和预存的对应测量不确定度输出被测电能质量分析仪的国家标准检测结果信息。本实用新型的有益效果在于，实现了对电能质量分析仪是否满足IEC及国标标准进行的检测，实现了对电能质量分析仪的谐波测量连续性的检测，而且检测时间短，保证了电能质量分析仪的测量准确性。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中基于Labview的电能质量分析仪检测系统的结构框图；图2为现有技术中基于虚拟仪器技术的电能质量分析仪检测系统的结构框图；图3为本实用新型实施例的一种电能质量分析仪检测系统的结构框图；图4为本实用新型实施例的另一种电能质量分析仪检测系统的结构框图；图5为矩形调制波的波形图；图6为基波叠加矩形波调制5次谐波的谐波信号的波形图；图7为本实用新型实施例的调制波平移示意图；图8为本实用新型的实施例一的检测电能质量分析仪的工作流程图；图9为本实用新型的实施例二的检测电能质量分析仪的工作流程图；图10为本实用新型的实施例三的检测电能质量分析仪的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。为了更好的描述本实用新型的具体内容，下面首先介绍电力系统中的谐波测量。 基于傅立叶变换的谐波测量是当前应用最多、最广泛的一种方法，由离散傅里叶变换过渡到快速傅里叶变换。考虑到谐波计算的精度和稳定性，规定用10周波FFT计算，在此基础上进行时间间隔为3秒、30秒、10分钟、2小时数据的聚集。而这种连续采样数据量很大，计算量也大，对电能质量分析仪器的存储和计算速度要求比较高，因此现有的部分电能质量分析仪不采用连续测量，只取3秒内m(m< 1 次测量的均方根值。这样的电能质量分析仪不符合规定，而且这样的电能质量分析仪对于负荷变化慢的谐波测量值正确，但是对于某些特殊变化的谐波，测量值不正确，降低了测试结果的准确性。国家标准GB/T 17626. 7-2008 明确规定各种规格的电能质量分析仪采用傅立叶变换进行谐波测量时，其采样时间窗长度 (即为频谱分析长度)为10个周波。在此基础上GB/T 14M9-1993《电能质量公用电网谐波》标准中规定谐波的测量仪器每次测量结果可为3秒内所测值的平均值，采用如下公式计算
/ 1 _式中Uhk—3s内第k次测得的h次谐波的方均根值；m——3s内取均勻间隔的测量次数，m彡6。IEC 61000-4-30标准明确规定符合A级的电能质量分析仪进行谐波测量时，3s内 m次谐波含量值的计算方法为15个连续不断的10周波FFT的均方根值；30s内m次谐波含量值的聚集方法为10个3s值的统计均方根值。本实用新型提供的一种电能质量分析仪检测系统就是检测电能质量分析仪的频谱测量是否满足国标要求m ^ 6，且是否满足IEC标准，S卩15个时间窗上的无缝采样。本实用新型中检测的电能质量分析仪满足GB/T 17626. 7-2008《谐波、谐间波的测量和测量仪器导则》中关于谐波测量的允许误差要求和频谱分析长度为10周波的要求。图3是本实用新型提供的一种电能质量分析仪检测系统的结构框图，由图3可知， 该系统主要包括谐波检测装置10、GPIB卡20以及标准源发生器30 ；所述的谐波检测装置10通过所述的GPIB卡20与所述的标准源发生器30相连接， 所述的谐波检测装置10通过串口总线或者LAN总线与被测电能质量分析仪40相连接；所述的标准源发生器30与被测电能质量分析仪40相连接；所述的标准源发生器30包括第一输出装置301，与所述的被测电能质量分析仪 40相连接，输出基波叠加矩形波调制h次谐波的谐波信号至被测电能质量分析仪40，其中， h为谐波次数，为正整数。所述的谐波检测装置10包括测量信号接收装置101，通过串口总线或者LAN总线接收被测电能质量分析仪40 输出的测量值；[0040]测量结果输出装置102，与所述的测量信号接收装置101相连接，根据所述的测量值、所述的谐波信号对应的标准值、测量不确定度输出被测电能质量分析仪40的检测结果信息。所述的检测结果信息包括被测电能质量分析仪的谐波测量为连续性测量或被测电能质量分析仪的谐波测量为非连续性测量。图4是本实用新型提供的另一种电能质量分析仪检测系统的结构框图，由图4可知，所述的谐波检测装置10除了测量信号接收装置101、测量结果输出装置102之外，还包括平均测量值接收装置103，与所述的测量结果输出装置102相连接，接收所述的检测结果信息为非连续性测量的被测电能质量分析仪40在一定周期内输出的最大测量值的平均值Ul ；第一标准信息输出装置104，与所述的平均测量值接收装置103相连接，根据所述的平均值Ul和预存的对应测量不确定度输出被测电能质量分析仪40的国家标准检测结果 fn息ο概率大值接收装置105，与所述的测量结果输出装置102相连接，接收所述的检测结果为非连续性测量的被测电能质量分析仪在一定周期内输出的测量值的概率大值U2 ；第二标准信息输出装置106，与所述的概率大值接收装置105相连接，根据所述的概率大值U2和预存的对应测量不确定度输出被测电能质量分析仪40的国家标准检测结果 fn息ο所述的标准源发生器30除了第一输出装置301之外，还包括第二输出装置302，与所述的被测电能质量分析仪相连接40，输出基波叠加h次谐波的谐波信号至被测电能质量分析仪40。需要指出的是，本实用新型中所述的谐波检测装置10包括但不限于计算机、PC 机。图8是本实用新型提供的一种电能测量分析仪检测系统的实施例一的工作流程图，下面结合本实用新型的实施例一以及图8的内容具体介绍本实用新型的一种电能测量分析仪检测系统。S1-S2 所述的谐波检测装置10通过所述的GPIB卡20向所述的标准源发生器30 发送输出指令，所述的输出指令用于指示所述的标准源发生器30发送谐波信号；S3 所述的标准源发生器30输出基波叠加矩形波调制h次谐波的谐波信号至被测电能质量分析仪40 ；在该实施例中，采用Fluke 6100A电能功率标准源发生器，该Fluke 6100A电能功率标准源发生器能够产生正弦波调制谐波和矩形波调制谐波。可设定的参数有调制深度标称谐波电压的0% 100% ；调制波形矩形或正弦波；占空比(波形为矩形时)0.1% 99. 99% ；调制频率0.008Hz 30Hz。在该实施例中，采用矩形波调制5次谐波，调制深度30%，调制频率0. 333Hz,占空比6. 67%，5次谐波幅值为基波幅值的20%。矩形调制波波形图如图5所示，基波叠加5次矩形波调制谐波的谐波信号波形图如图6所示。S4 所述的谐波检测装置10通过串口总线或者LAN总线接收被测电能质量分析仪 40输出的测量值；在该步骤中，检测开始时，首先读取被测电能质量分析仪在1小时内的测量值。每 30s输出一个Uh测量值，其中，Uh为谐波含量。S5 判断Uh与所述的谐波信号对应的标准值的差值是否在被测电能质量分析仪的谐波测量不确定度ql范围之内，当判断为是时，表明该电能质量分析仪的谐波测量为连续性，符合IEC标准，否则，表明该电能质量分析仪的谐波测量为非连续性，执行步骤S6。在实施例一中，所述的谐波信号对应的标准值为15. 09。S6 进一步测试如果被测电能质量分析仪在一个小时内的测量值呈现近似周期性，读取n(n ^ 5)个周期里的最大值，然后计算最大值的平均值U1，判断该平均值Ul与被测电能质量分析仪对应的谐波测量不确定度ql的差值是否在16. 6之内，当判断为是时，表明当前的被测电能质量分析仪符合国家标准；否则，表明当前的被测电能质量分析仪不符合国家标准。在本实用新型的其他实施例中，步骤S5还可通过如下方式进行读取被测电能质量分析仪每30秒钟的谐波测量值(取相对于基波电压的百分比)，在测量开始的0到15分钟内，判断Uh与所述的谐波信号对应的标准值的差值是否在被测电能质量分析仪的谐波测量不确定度ql范围之内，当判断为否时，则被测电能质量分析仪非连续测量，不符合IEC标准，执行步骤S6 ；否则继续测量，读取1小时内被测的电能质量分析仪的测量值，判断Uh与所述的谐波信号对应的标准值的差值是否在被测电能质量分析仪的谐波测量不确定度ql范围之内，当判断为否时，则被测电能质量分析仪非连续测量，不符合IEC标准，执行步骤S6，否则，被测电能质量分析仪为连续测量，符合IEC标准。下面介绍上述的实施例中电能质量分析仪检测系统的检测原理矩形波调制占空比一定，每周期内高电平持续时间为10c。调制频率为0.333Hz 时，周期为1/0. 333秒，大于测量时间间隔3秒，这使得在1小时连续测量过程中每3秒间隔时间内，高电平位置在平移，平移速度为10c/200s，约3分18秒平移10周波。如图7所示，图7为调制波平移示意图(高电平经过396秒平移到第3个时间窗位置)。对于取15 个连续时间窗的频谱分量的均方根作为谐波测量的输出量的情况，每30秒谐波含量将不受影响，为近似恒定值，此时h次谐波含量为15.09% 士ql。而对于非连续测量的电能质量分析仪谐波输出值会呈现变化趋势，当没有完全采样到高电平时间间隔内的值时，电能质量分析仪的输出值会低于标准值，最小为14.0% +ql。当完全采样到调制波高电平时间段时(此时为标准源发生器输出的最大值)，h次谐波含量值与测量次数m的关系如表1所示。表 权利要求1.一种电能质量分析仪检测系统，其特征是，所述的系统包括谐波检测装置、通用接口总线GPIB卡以及标准源发生器；所述的谐波检测装置通过所述的GPIB卡与所述的标准源发生器相连接； 所述的谐波检测装置通过串口总线或者LAN总线与被测电能质量分析仪相连接； 所述的标准源发生器与被测电能质量分析仪相连接； 所述的标准源发生器包括第一输出装置，与所述的被测电能质量分析仪相连接，输出基波叠加矩形波调制h次谐波的谐波信号至被测电能质量分析仪； 所述的谐波检测装置包括测量信号接收装置，通过串口总线或者LAN总线接收被测电能质量分析仪输出的测量值；测量结果输出装置，与所述的测量信号接收装置相连接，根据所述的测量值、所述的谐波信号对应的标准值、测量不确定度输出被测电能质量分析仪的检测结果信息。
2.根据权利要求1所述的电能质量分析仪检测系统，其特征是，所述的标准源发生器还包括第二输出装置，与所述的被测电能质量分析仪相连接，输出基波叠加h次谐波的谐波信号至被测电能质量分析仪。
3.根据权利要求1或2所述的电能质量分析仪检测系统，其特征是，所述的谐波检测装置还包括平均测量值接收装置，与所述的测量结果输出装置相连接，接收所述的检测结果信息为非连续性测量的被测电能质量分析仪在一定周期内输出的最大测量值的平均值Ul ；第一标准信息输出装置，与所述的平均测量值接收装置相连接，根据所述的平均值Ul 和预存的对应测量不确定度输出被测电能质量分析仪的国家标准检测结果信息。
4.根据权利要求1或2所述的电能质量分析仪检测系统，其特征是，所述的谐波检测装置还包括概率大值接收装置，与所述的测量结果输出装置相连接，接收所述的检测结果为非连续性测量的被测电能质量分析仪在一定周期内输出的测量值的概率大值U2 ；第二标准信息输出装置，与所述的概率大值接收装置相连接，根据所述的概率大值U2 和预存的对应测量不确定度输出被测电能质量分析仪的国家标准检测结果信息。
专利摘要本实用新型提供了一种电能质量分析仪检测系统，包括谐波检测装置、GPIB卡以及标准源发生器，所述的标准源发生器包括第一输出装置，与所述的被测电能质量分析仪相连接，输出基波叠加矩形波调制h次谐波的谐波信号至被测电能质量分析仪；谐波检测装置包括测量信号接收装置，通过串口总线或者LAN总线接收被测电能质量分析仪输出的测量值；测量结果输出装置，与所述的测量信号接收装置相连接，根据所述的测量值、所述的谐波信号对应的标准值、测量不确定度输出被测电能质量分析仪的检测结果信息。实现了对电能质量分析仪的谐波测量连续性的检测，而且检测时间短，保证了电能质量分析仪的测量准确性。
文档编号G01R35/00GK202018504SQ20112002378
公开日2011年10月26日 申请日期2011年1月25日 优先权日2011年1月25日
发明者张红川, 王建伟, 蔡维, 贺惠民, 赵燕坤, 邓春, 锁娟 申请人:华北电力科学研究院有限责任公司