专利名称：公共耦合节点谐波源检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于改进的谐波电流矢量的检测方法，通过检测系统端和用
户端的等值谐波阻抗，考虑电力系统中阻抗的变化，确定对系统母线公共耦合点处的主要 谐波源，能够更好地区分系统和用户对于谐波污染的责任，公平合理地实施奖惩方案，尤其 涉及一种公共耦合节点谐波源检测系统。
背景技术：
随着大量电力电子装置投入使用，以及其它一些非线性负荷在电力系统中的出 现，越来越多的谐波被注入到电力系统中，造成电流和电压的波形畸变越来越严重，严重干 扰了系统的正常运行。为了尽可能限制和减少谐波的污染，近年来提出了奖惩机制的方法， 即系统与用户在额定的范围内正常交易，如果系统不能保证供电质量，用户应当得到赔偿； 如果用户的污染指标恶化，则系统在保证向用户正常供电的前提下要收取额外的惩罚费 用；用户吸收了系统中额外的谐波功率，系统应当给予用户一定的补偿和鼓励。这一机制的 基础是已知系统和用户产生谐波量的大小和性质。因此，必须对连接系统端和用户端母线 公共耦合点处的谐波做详尽的分析，才能确定谐波来源和性质。 现有技术中的谐波源检测方法主要有谐波功率潮流方向法、谐波阻抗检测法、神 经网络法、电流矢量法和参考阻抗法。但这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为系统端和用户端谐波电压源的相位差)的影B向，当S在一定范围时 可能失效；二、无功功率方向法受COsS的影响，其结果准确度一般仅50% ;三、同步测量 判别法受测量系统延时等因素影响，S难以精确测量；四、临界阻抗法需估算系统端和用 户端的阻抗，而实际负荷的谐波阻抗波动较大，故实际应用会受到一定限制；五、基于谐波 阻抗的检测方法需人为的制造扰动发生器，成本过高；六、谐波电流矢量法需已知系统端和 用户端的阻抗，且没有考虑电力系统中谐波阻抗的变化；七、参考阻抗法需事先对参考阻抗 与谐波源有初始的估计，但根据电网两端的资料确定的参考阻抗值与实际运行值有较大偏 差，结果可能会有较大误差。

实用新型内容针对现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型的目的是提供一种准确性更 高、实用性更强、成本低的公共耦合节点谐波源检测系统。
本实用新型的目的是这样实现的一种公共耦合节点谐波源检测系统，包括电压 电流测量模块、数据分析模块、显示屏和电源；所述电压电流测量模块和数据分析模块分别 与电源连接；所述电压电流测量模块的电压电流采集端连接公共耦合点，其信号输出端连 接数据分析模块；所述数据分析模块的信号输出端连接显示屏。 进一步，所述电压电流测量模块为ATT7022C芯片； 进一步，所述数据分析模块为DSP处理器；进一步，所述数据分析模块为TMS320LF2407芯片的DSP处理器，在DSP处理器的XTAL1端连接有6M晶体振荡器和振荡电容； 进一步，所述DSP处理器的I/O端连接有由CY7C1021芯片构成的外部存储器。 本实用新型的有益效果本实用新型利用电压电流测量模块实时在线采集电网 系统公共耦合点的电压和电流信号，即使在系统和用户谐波阻抗变化时，数据分析模块通 过对数据进行分析和计算，能够在显示屏上显示出谐波来源，其分析结果科学准确，在系统 和用户的谐波阻抗变化的情况下有助于用户与系统双方责任的划分，更好地实施奖惩性方 案，为谐波的管理与抑制提供了科学、准确的依据。公共耦合节点谐波源检测系统与现有技 术相比，本实用新型还具有以下优点 1、通过将系统和用户的谐波阻抗变化转换成等值电流源变化，无论系统中出现谐 波源改变还是谐波阻抗改变，都能正确地区分用户和系统的责任； 2、不需干扰电力系统正常运行，测量及计算简单、高效； 3、电压电流测量模块采用ATT7022C芯片为核心的电流电压三相电源系统的典型 电压电流连接方式，其运算能力强大、测量精度高；在DSP芯片上连接有6M晶体振荡器及振 荡电容，抗干扰能力强，具有较好的可靠性，利用快速傅立叶算法(FFT)可准确快速的计算 出系统谐波阻抗； 4、在数据分析模块中只使用了一个DSP芯片，使整个装置的体积小，成本低； 5、对于公正地区分用户和系统对于公共耦合点处谐波污染责任的问题，无论在技 术上还是法律上都是合理而可行的。

图1为本实用新型的原理方框图； 图2为本实用新型电压电流测量模块的电路图； 图3为本实用新型的数据分析模块的电路图； 图4为本实用新型的工作流程图； 图5为谐波源检测简化模型图； 图6为系统端的谐波电流源模型图； 图7为用户端的谐波电流源模型图； 图8为系统、用户谐波电流在公共耦合点电流方向的矢量投影相加的示意图； 图9为系统、用户谐波电流在公共耦合点电流方向的矢量投影相抵消的示意图； 图10为公共耦合点电流方向上系统和用户谐波电流相加的曲线图； 图11为公共耦合点电流方向上系统和用户谐波电流相抵消的曲线图； 图12为谐波阻抗变化转化至等值谐波电流源的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细地描述。
图1为本实用新型的原理方框图，如图所示公共耦合节点谐波源检测系统包括
电压电流测量模块、数据分析模块、显示屏和电源。电压电流测量模块和数据分析模块分别
与电源连接；电压电流测量模块的电压电流采集端连接电网系统的公共耦合点，其信号输
出端连接数据分析模块；数据分析模块的信号输出端通过串口连接显示屏。[0030] 图2为本实用新型电压电流测量模块的电路图，如图所示电压电流测量模块是 采用以ATT7022C芯片为核心的电流、电压三相电源系统的典型电压电流连接方式。通过在 电网系统上串、并联适当阻值的分压和分流电阻器，对从电阻器上采样的电压、电流信号进 行滤波，图中对称的阻容滤波器更有助于减小电磁干扰，最后得到符合要求的电压、电流信 号。由于所采用的ATT7022C芯片的连接方式为现有技术的通用手段，在此不再赘述。 图3为本实用新型的数据分析模块的电路图，如图所示数据分析模块是基于DSP 为核心处理器，通过与DSP处理器串口相连的通信芯片与显示屏实现异步通信。数据分析 模块采用TMS320LF2407芯片的DSP处理器，具有运算能力强、容量大、精度高的优点，采用 快速傅立叶算法(FFT)计算简单速度快；在DSP处理器的XTAL1端连接有抗干扰能力强的 6M晶体振荡器和振荡电容，在DSP处理器的1/0端连接有由CY7C1021芯片构成的外部存储 器。DSP处理器的TXD和RXD端口连接由MAX485通信芯片及其周边电路组成的通信电路， DSP处理器通过通信电路与显示屏实现双向异步通信。本实用新型的DSP处理器及其运算 放大器电路采用+3. 3V及士12V开关电源供电。 图4为本实用新型的工作流程图，如图所示先对系统内部芯片初始化，通过显示 屏操作并显示检测分析的结果。在显示屏上设置有选择按键，若刚启动时无外部输入信号， 可通过按键开启电流电压测量模块和数据分析模块以便计算参考谐波阻抗。其显示结果是 根据电流电压测量模块处理得出的公共耦合点处母线和馈线各自实际每相电压和电流值， 以及由数据分析模块采用快速傅立叶算法(FFT)计算出的参考系统谐波阻抗，并将其存入 DSP处理器的EEPROM外部储存器，作为下一次检测的输入信号；若从外部输入系统和用户 的参考谐波阻抗，则将其直接存入DSP处理器的EEPROM外部储存器。得到参考谐波阻抗后， 电流电压测量模块测量公共耦合点处母线和馈线各自实际每相电压和电流值，再通过数据 处理模块将系统和用户的谐波阻抗变化转换成等值电流源变化，将结果显示在显示屏上。 图5为谐波源检测简化模型图，如图所示系统和用户的谐波源可由式(1)和(2) 得到，其中下标u、c分别代表系统端和用户端<formula>formula see original document page 5</formula>
示根据
<formula>formula see original document page 5</formula>(2)
图6为系统端的谐波电流源模型图，图7为用户端的谐波电流源模型图，如图所 叠加原理可以得到式(3)和(4): <formula>formula see original document page 5</formula> <formula>formula see original document page 5</formula>
因此公共耦合点处谐波电流为<formula>formula see original document page 5</formula>图8为系统、用户谐波电流在公共耦合点电流方向的矢 为系统、用户谐波电流在公共耦合点电流方向的矢 合点电流方向上系统和用户谐波电流相加的曲线图；图11为公共耦合点电流方向上系统
投影相加的示意图；图9 投影相抵消的示意图；图10为公共耦和用户谐波电流相抵消的曲线图；Ipcc可以分解到图示的直角坐标系中，可得 |IPCC| = Icf+Iuf 其中Icf和Iuf分别为Iu—PCC和Ic—PCC在IPCC方向的投影。 若出现谐波阻抗变化的情况，根据图8、图9、图10、图11和图12所示，由测量得 到的公共耦合点用户端和系统端各自实际每相电压(Vra)和电流值(IpJ，以及参考谐波 阻抗，通过数据分析模块将可能出现的系统和用户端谐波阻抗变化转变为谐波电流源的变 化，并将其投影到公共耦合点的电流方向。 系统谐波阻抗变化的情况 1—邻=+ IPCC 用户谐波阻抗变化的情况 Ic—nw = ^~~ 一 IPCe 力c一 I。—n 和Iu—MW分别代替式(3) 、 (4)中的I。和Iu，分析同前文，不再累述。 最终系统和用户的谐波电流投影幅值和相位显示在显示屏上，可以准确地判断系
统和用户各自对公共耦合点谐波污染的贡献大小。 本实用新型不会对电力系统运行产生干扰，能够很好地处理系统和用户端谐波阻 抗的变化，准确区分出各自的谐波电流贡献。 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参 照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本 实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范 围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求一种公共耦合节点谐波源检测系统，其特征在于包括电压电流测量模块、数据分析模块、显示屏和电源；所述电压电流测量模块和数据分析模块分别与电源连接；所述电压电流测量模块的电压电流采集端连接公共耦合点，其信号输出端连接数据分析模块；所述数据分析模块的信号输出端连接显示屏。
2. 根据权利要求1所述的公共耦合节点谐波源检测系统，其特征在于所述电压电流 测量模块为ATT7022C芯片。
3. 根据权利要求1或2所述的公共耦合节点谐波源检测系统，其特征在于所述数据 分析模块为DSP处理器。
4. 根据权利要求3所述的公共耦合节点谐波源检测系统，其特征在于所述数据分析 模块为TMS320LF2407芯片的DSP处理器，在DSP处理器的XTAL1端连接有6M晶体振荡器 和振荡电容。
5. 根据权利要求4所述的公共耦合节点谐波源检测系统，其特征在于所述DSP处理 器的1/0端连接有由CY7C1021芯片构成的外部存储器。
专利摘要本实用新型公开了一种公共耦合节点谐波源检测系统，包括电压电流测量模块、数据分析模块、显示屏和电源；所述电压电流测量模块和数据分析模块分别与电源连接；所述电压电流测量模块的电压电流采集端连接公共耦合点，其信号输出端连接数据分析模块；所述数据分析模块的信号输出端连接显示屏。本实用新型能够根据系统和用户谐波阻抗参考值对其变化进行分析、计算，其计算、转换结果准确，有助于用户与系统双方责任的划分，更好地实施奖惩性方案，为谐波的管理与抑制提供了科学、准确的依据；该系统运算能力强、测量精度高；抗干扰能力强，具有良好的可靠性；同时体积小，成本低，对电网系统中可能出现的谐波源头均能进行分析与检测。
文档编号G01R31/00GK201548627SQ20092020759
公开日2010年8月11日 申请日期2009年12月9日 优先权日2009年12月9日
发明者刘永胜, 包拯民, 李题印, 杜跃明 申请人:余杭供电局