专利名称：一种基于同步数字移相的电压暂降检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力领域，具体而言，涉及电能质量中电压暂降检测方法和检测装置。
背景技术：
随着现代科技技术的发展，敏感电力电子设备广泛应用以及新型电力负荷迅速发 展，越来越多的工业生产如半导体制造、纺织业、造纸业、计算机集成制造等更依赖于电力 系统提供的电能质量，电能质量问题也日益受到关注，其中最为突出就是电压暂降问题。电 压暂降是指电网在系统频率时电压有效值(RMS)瞬时减小到额定值的10% 90%范围内， 其持续时间一般为半个工频周期到数秒钟。美国每年因电压暂降造成经济损失达200多亿 美元，在欧美发达国家1次电压暂降事故造成经济损失都在百万美元以上，欧美发达国家 电力部门有关调查显示，在由电能质量引起的用户投诉中，由电压暂降引起的投诉> 70%。 因此，仅仅考虑谐波、工频变化、三相不平衡、电压偏差等传统电能质量指标的检测已不能 满足现代电力用户的要求。目前，电压暂降检测已成为电工技术领域的重要研究问题。电压暂降检测的主要任务在于电压幅值、持续时间的检测。考虑到实际电网复杂 的工况环境，以及电压暂降发生的随机性和暂态性，同时为保证电压暂降补偿控制装置具 有良好、快速的补偿效果，电压暂降检测装置必须实现自适应性、快速准确。目前，国内外对电压暂降检测已有了较多的方法。传统的有效值、峰值检测法实 时性较差。基于瞬时无功功率的dqO变换法，可用于三相电路的电压暂降检测，但该方法只 适于三相电路，同时也没考虑暂降可能出现的相位跳变。基于dq变换法能检测单相电压的 特征量，但仍需要60°的延时。改进的单相dqO变换检测法仍需要进行α β变换、dq变 换及滤波等，实现比较复杂，这类基于dq变换的方法都需要获取系统基本频率，增加检测 的复杂度。缺失电压法将期望的瞬时电压和实际的瞬时电压之间的差值作为暂降检测的 目标，可比较好的解决实时问题，但是暂降幅值的准确快速确定仍是该法需要解决的问题。 此外，小波技术是电压暂降检测的一种重要方法，可较准确地得到电压骤降的发生、恢复时 间，但其计算复杂、分析结果不直观。目前现有的电压暂降检测装置，存在的算法复杂、价格 昂贵、实时性差、结果展示过于简单的缺点，工程可应用性比较差。

实用新型内容本实用新型是设计一种能适应电网复杂情况的，价格便宜但是效果好的电压暂降 检测装置，适用于大规模的推广。为了达到所述目的，本实用新型一种基于同步数字移相的电压暂降检测装置，包 括依次电连接的电压互感器、信号调理电路、A/D转换电路、单片机系统、RS232转USB通信 模块、PC机。优选的信号调理电路和A/D转换电路之间接有鲁棒锁相环，获取到实时基波频 率，其输出的同步采样的控制脉冲，能在电力系统频率扰动等复杂电网环境下对AD采样实现准确严格同步，降低了电压暂降分析数据源的同步误差。鲁棒锁相环系统由鉴相器、环路 滤波器和压控振荡器三部分构成，能相位自适应跟踪，获取到实时基波频率，输出AD同步 采样的控制脉冲。优选的A/D转换电路为12位的电路，它对信号调理电路的输出电压信号，在鲁 棒锁相环的同步控制脉冲输出下进行同步采样，保证采样数据的高精度，高准确率。优选的单片机系统由STC90C514AD单片机、晶振、复位电路构成，对A/D转换电路 的转换结果进行采集、保存，并通过RS232转USB通信模块将数据传送到PC机。优选的其特征在于RS232转USB通信模块一侧为单片机232串口，另一侧为USB 标准接口。这样RS232转USB通信模块将单片机RS232串口数据转换为USB标准数据。由于采用了所述的技术方案，本实用新型一种基于同步数字移相的电压暂降检测 装置，同步数字移相电压暂降检测算法采用的数据量少，实时性较好，检测出电压暂降的幅 度和持续时间的准确度高。该系统能在系统频率扰动条件下仍能取良好的检测精度。另外， 由于电压暂降检测分析结果采用PC机LCD显示器显示，数据丰富、效果直观。基于同步数 字移相的电压暂降检测装置，较好克服了目前同类装置存在的算法复杂、价格昂贵、实时性 差、结果展示过于简单的缺点，具有显著的技术经济优越性。

图1本实用新型一种基于数字移相的电压暂降检测装置的组成原理框图。图2本实用新型一种基于数字移相的电压暂降检测装置的实施流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括电压互感器1，电压互感器1的输出端连接到信号调 理电路2，电压互感器1具有电气隔离、线性度好的特点，实现降压作用。信号调理电路2的 输出端连接到鲁棒锁相环3，信号调理电路2由高精度运放、精密电阻、滤波电容构成，将 电压调整至AD输入量程范围，并滤除高频噪声。信号调理电路2和鲁棒锁相环3的输出端 连接到A/D转换电路4，A/D转换电路4的输出端连接到单片机系统5，单片机系统5的的输 出端通过RS232转USB通信模块6连接到PC机7，PC机7上安装了电压暂降分析包程序， 通过PC机器能清楚得到电压暂降检测分析结果。下面结合参考附图，来详细说明本实用新型的实施方式。图2示出了本实用新型一个实施例的同步数字移相的电压暂降检测的实施流程， 包括以下步骤步骤S21 通过电压互感器1将外部被测电网电压降压至6V 9V交流电压，并由 信号调理电路2将电压调整至AD输入量程范围，并滤除高频噪声。步骤S22 调理输出的电压通过鲁棒锁相环3获取外部输入的实时基波频率，电压 互感器将外部被测电网电压降压至6V 9V交流电压。步骤S23 单片机由实时基波频率以128点/周计算采样时间、速率采样；步骤S24 以计算出的同步采样速率采样一个周波128点；步骤S25 通过RS232转USB通信模块6将单片机采样数据上传PC机7 ；步骤S26 :PC机7运行电压暂降分析包程序，调用同步数字移相电压暂降检测法，计算实时电压幅度、持续时间。步骤S27 同时P分析结果展示界面，对前一分析时间段的分析结果进行图形、表 格等数据显示。在上述步骤S26中，具体包括以下步骤步骤S261 从电压同步采样序列提取当前瞬时电压值u (N。)；步骤S262:进行数字移相I，即从电压同步采样序列提取移相90°后的瞬时电压
4值 u(N0+32)；步骤S263 根据^u(N0)2 +u(N0+32)2由移相法计算出当前瞬时电压幅值的估计 值 A (N0)；步骤S264 同前步骤计算出 A(N0)，A(N0+1)，A(N0+2)，· · ·，A (Ntl+128)；步骤S265 计算出电压暂降的幅度和持续时间。这样就实现了同步数字移相的电压暂降检测装置的功能。
权利要求1.一种基于同步数字移相的电压暂降检测装置，其特征在于包括依次电连接的电压 互感器(1)、信号调理电路(2)、A/D转换电路G)、单片机系统(5)、RS232转USB通信模块 (6)、PC 机(7)。
2.如权利要求1所述的一种基于同步数字移相的电压暂降检测装置，其特征在于信 号调理电路⑵和A/D转换电路(4)之间还连接有鲁棒锁相环(3)。
3.如权利要求2所述的一种基于同步数字移相的电压暂降检测装置，其特征在于Al D转换电路⑷为12位的电路，所述A/D转换电路(4)对信号调理电路(2)的输出电压信 号，在鲁棒锁相环(3)的同步控制脉冲输出下进行同步采样。
4.如权利要求1所述的一种基于同步数字移相的电压暂降检测装置，其特征在于单 片机系统(5)由STC90C514AD单片机、晶振、复位电路连接构成，对A/D转换电路(4)的转 换结果进行采集、保存，并通过RS232转USB通信模块(6)将数据传送到PC机(7)。
5.如权利要求4所述的一种基于同步数字移相的电压暂降检测装置，其特征在于 RS232转USB通信模块(6) —侧为单片机232串口，另一侧为USB标准接口。
专利摘要本实用新型是设计一种能适应电网复杂情况的，价格便宜但是效果好的电压暂降检测装置，适用于大规模的推广。为了达到所述目的，本实用新型一种基于同步数字移相的电压暂降检测装置，包括依次电连接的电压互感器、信号调理电路、A/D转换电路、单片机系统、RS232转USB通信模块、PC机。由于采用了所述的技术方案，本实用新型一种基于同步数字移相的电压暂降检测装置，同步数字移相电压暂降检测算法采用的数据量少，实时性较好，检测出电压暂降的幅度和持续时间的准确度高。该系统能在系统频率扰动条件下仍能取良好的检测精度。
文档编号G01R19/25GK201819950SQ20102029719
公开日2011年5月4日 申请日期2010年8月17日 优先权日2010年8月17日
发明者吕干云 申请人:浙江师范大学