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专利名称：风电场电压谐波在线监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种风电场电压谐波在线监测系统。
背景技术：
目前风电场接入高压电力系统时对并网点的电能质量的测量是风电场并网 检测必须测试内容，电能质量的测量包括对电压变动、闪变和谐波测试。当风电场中采用带 电力电子变换器的风电机组时，发电机组会产生大量的谐波，若直接注入电网，会造成电网 中谐波含量的急剧上升和电能质量的下降，因此电力部门要求风电场能对谐波的实时精确 测量以对注入电力系统的谐波进行限制。目前国内外已有许多厂家生产的谐波测试仪，但这些仪器具有一下的通用特点 (1)多功能、高性能、高价格；(2)实验室或在户外使用，适合科学研究、电网巡检或临时检 测；(3)独立使用的专用测试仪器，专人管理和使用；(4)以电容式电压互感器(CVT)作为 电压变化装置引出电压信号。然而，由于电网的广泛性和谐波的普遍性，以及通过CVT变化 装置得到的二次侧信号存在很大的误差，以上仪器很难满足谐波精确测量的要求。

实用新型内容本实用新型的目的就是为解决上述问题，提供一种风电场电压谐波在线监测系 统，它结构简单，屏蔽效果好，使用方便。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种风电场电压谐波在线监测系统，它包括分压取样设备，分压取样设备的输出 端与信号调理电路连接，信号调理电路输出端与数据采集控制系统连接，数据采集控制系 统与无线收发电路连接。所述分压取样设备为电容分压器，它包括串联的分压电容、套管电容，套管电容经 电流互感器接高压电力系统，分压电容一端接地，另一端输出信号到信号调理电路。所述分压电容还并联一开关。所述分压电容输出端还与保护电路连接。所述数据采集控制系统包括隔离传感器，它接收信号调理电路的输出信号，经直 流偏置电路、A/D交流采样电路后将信号送入DSP芯片，DSP芯片为TMS320SM812型；它通 过通讯接口与无线收发电路连接。本实用新型以美国TI公司生产的TMS320SM812 DSP为分析计算核心的数据采 集控制系统与测试分压取样设备一体化的嵌入式谐波检测仪器。风电场电压谐波实时监测系统包括分压取样设备和DSP数据采集控制系统。它采 用一稳定、损耗小、功率大、容量较大的精密分压取样设备与高压线路CT套管的外壳串联 后接地，引出测量电容上的电压信号，在DSP数据采集与控制系统的控制下对电压信号进 行运算处理，得出所需测量的电网电压有效值、电压总畸变率和各次谐波含量。其中，分压采样设备基于电容分压器(CVT)的基本原理，利用风电场变电站电流互感器(CT) 一次绕组高压绝缘电容(套管电容)作为电容分压器高压电容，在其接地端(简称 CT末屏)串连接入分压电容作为测量电容，从而构成电容式分压器。从测量电容两端测取 电压信号，经信号调理后接入数字式电网滤波检测仪，即获取可靠的谐波测试数据。为此， 采用了谐波测试分压取样设备，该设备通过与CT套管外壳电容串接可以很好地解决CVT测 量谐波电压不准确问题。根据电容分压的特性，电容分压电容上的电压应与高压线路上的 电压成线性比例关系，且该比例的大小与两电容的反比基本相等，分压电容上测得的电压 信号，经信号调理电路输出到DSP数据采集控制系统。DSP数据采集控制系统，通过传感器和直流偏置电路对分压采样设备获取的电压 信号进行滤波放大等处理，经A/D转换实现电压信号的离散化，对采样的时域离散信号做 FFT分析处理，可得到风电场并网点电压的有效值、电压总畸变率和各次谐波含量。电压信号从分压取样设备的低分压电容直接引出，信号的大小大约为20V 30V， 经隔离传感器把电压信号调整为IV左右，在经直流偏置电路进行滤波放大等处理，然后送 至TMS320SM812的A/D端口，在DSP系统的控制下实现信号的离散化采样，在运用FFT运 算处理，得出所需的测量数据。由于该系统要求实现对并网点电压的实时监控及数据记录，系统还扩展了时钟电 路和数据存储器。时钟电路主要用于监测仪的数据整点统计和日统计，同时也为测量数据 提供相应的时间记录；存储器主要是对历史数据(整点数据、日统计数、越限波形数据等)存 储。为实现与PC的无线数据传输，系统中还设计了基于MAX232芯片的通讯接口和低 功耗的无线收发单元，实现双向无线数据传输，收发频率为433MHz，通讯距离不低于15米。分压取样设备用在风电场并网点，此处电力系统均为220KV或500KV电压等级的 高压系统，出现意外会造成事故，必须选择最安全的电路方案和保护措施，并且还不能影谐 波测量装置的线性和频率特性，经反复实验后，采用了多重保护器件，在电路设计上，采用 了安全可靠的电路。在电路板设计时，信号与地线之间，留有较近的可在高电压时放电间 隙，在线路连接上，可采用多路多点接地的方式，确保安全可靠接地。DSP数据采集控制系统 开发了配套的无线操控系统，可以非接触的对仪器进行操控。本实用新型的有益效果是1实时在线检测电网电压，通过无线通信可实现远程监控2测量简便操作安全直观、运行可靠3 单相线路谐波测试分压取样设备置于壁挂式控制机箱内，屏蔽效果好，使用方 便。

图1为本实用新型的系统结构图；图2为数据采集控制系统结构图。其中，1高压电力系统，2电流互感器一次绕组，3套管电容，4分压电容，5保护电 路，6信号调理电路，7数据采集控制系统，8无线收发电路，9隔离传感器，10直流偏置电路， 11 A/D交流采样电路，12DSP芯片，13通讯接口。
具体实施方式

以下结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明。图1中，它包括分压取样设备，分压取样设备为电容分压器4，它包括串联的分压 电容4、套管电容3，套管电容3经电流互感器一次绕组2接高压电力系统1，分压电容4 一 端接地，另一端分输出信号到信号调理电路6，同时该端还与保护电路5连接。分压电容4 还并联一开关。信号调理电路6输出端与数据采集控制系统7连接，数据采集控制系统7与无线 收发电路8连接。数据采集控制系统7包括隔离传感器9，它接收信号调理电路6的输出信号， 经直流偏置电路10、A/D交流采样电路11后将信号送入DSP芯片12，DSP芯片12为 TMS320SF2812型；它通过通讯接口 13与无线收发电路8连接。
权利要求1.一种风电场电压谐波在线监测系统，其特征是，它包括分压取样设备，分压取样设备 的输出端与信号调理电路连接，信号调理电路输出端与数据采集控制系统连接，数据采集 控制系统与无线收发电路连接。
2.如权利要求1所述的风电场电压谐波在线监测系统，其特征是，所述分压取样设备 为电容分压器，它包括串联的分压电容、套管电容，套管电容经电流互感器接高压电力系 统，分压电容一端接地，另一端输出信号到信号调理电路。
3.如权利要求2所述的风电场电压谐波在线监测系统，其特征是，所述分压电容还并 联一开关。
4.如权利要求2所述的风电场电压谐波在线监测系统，其特征是，所述分压电容输出 端还与保护电路连接。
5.如权利要求1所述的风电场电压谐波在线监测系统，其特征是，所述数据采集控制 系统包括隔离传感器，它接收信号调理电路的输出信号，经直流偏置电路、A/D交流采样电 路后将信号送入DSP芯片，DSP芯片为TMS320SM812型；它通过通讯接口与无线收发电路 连接。
专利摘要本实用新型涉及一种风电场电压谐波在线监测系统，它结构简单，屏蔽效果好，使用方便。它包括分压取样设备，分压取样设备的输出端与信号调理电路连接，信号调理电路输出端与数据采集控制系统连接，数据采集控制系统与无线收发电路连接。
文档编号G01R19/02GK201886067SQ20102063278
公开日2011年6月29日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者孙树敏, 慕世友, 聂卫东, 赵鹏, 钱庆林 申请人:山东电力研究院