船舶电能质量监测系统

摘要

本发明属于电能质量监测技术，为一种船舶电能质量监测系统。系统包括数据分析评估子系统和分布在各个节点上的数据采集处理子系统，数据采集处理子系统用于实时采集船舶电网三相电压和电流信号，并通过以太网提供给数据分析评估子系统；数据分析评估子系统在线完成稳态电能质量指标的计算，并根据指标权重给出电能质量综合评估；离线完成暂态电能质量扰动参数检测。稳态电能质量指标包括电压偏差、频率偏差、谐波、三相不平衡、电压波动和闪变；暂态电能质量扰动参数包括短时电压变动、时变谐波和间谐波。该系统能够同时对电网上各个节点进行同时监测，并且可以多个指标分析影响电能质量的因素，及时了解电网电能质量水平。

主权项

一种船舶电能质量监测系统，其特征在于，该系统包括数据分析评估子系统和分布在各个节点上的数据采集处理子系统，数据采集处理子系统用于实时采集船舶电网三相电压和电流信号，并通过以太网提供给数据分析评估子系统；数据分析评估子系统包括在线电能质量分析评估模块，以及离线电能质量参数检测模块两部分，在线电能质量分析评估模块用于在线完成稳态电能质量指标的计算，并根据指标权重给出电能质量综合评估；离线电能质量参数检测模块用于完成暂态电能质量扰动参数检测；稳态电能质量指标包括电压偏差、频率偏差、谐波、三相不平衡、电压波动和闪变；暂态电能质量扰动参数包括短时电压变动、时变谐波和间谐波，最后，将电能质量关键数据通过过程控制的对象连接与嵌入技术接口标准通信方式传送给船舶能量管理集控中心，为船舶电力系统进行统一能量管理提供数据支持；数据采集处理子系统主要包括电流电压传感器、抗混叠滤波电路、锁相电路、模数转换电路、外部数据存储器、数字信号处理器和通信接口，用于完成数据采集和预处理工作；电流电压传感器采用霍尔传感器采集三相三线制电路的三相电压、三相电流共6路信号，经过调理后送至抗混叠滤波电路；抗混叠滤波电路为有限带宽的低通滤波器，其截止频率为模数转换电路采样频率的一半；抗混叠滤波电路滤除将收到信号中超过截止频率的高频分量，减缓频谱混叠现象，再分别传送到锁相电路和模数转换电路；锁相电路跟踪输入信号频率的波动，产生误差信号送至模数转换电路控制模数转换电路的采样步长，以确保数据整周期采样；模数转换电路根据锁相电路提供的采样步长将输入信号进行模拟数字转换，然后送至数字信号处理器进行数据处理；数字信号处理器控制模数转换电路连续不间断采样外部电压、电流，将电压、电流循环存入外部数据存储器，并控制通信接口电路将电能质量数据用TCP/IP协议上传至以太网；外部数据存储器根据数字信号处理器设定的缓冲区大小，接收来自数字信号处理器的数据；通信接口电路将数字信号处理器中的电能质量数据用TCP/IP协议上传至以太网；在线电能质量分析评估模块包括电压偏差指标计算模块、频率偏差指标计算模块、谐波指标计算模块、三相不平衡指标计算模块、电压波动和闪变指标计算模块、电能质量综合评估模块、数据录波模块七个部分，完成对频率、基波有效值、谐波、三相不平衡、电压波动和闪变5项电能质量指标的计算和综合评估；电压偏差指标计算模块接收来自以太网的电能质量数据，采用滑动平均值法完成电压有效值偏差指标的计算，并将计算结果传送至电能质量综合评估模块；频率偏差指标计算模块接收来自以太网的电能质量数据，测量频率采用二阶巴特沃斯低通滤波器和FFT加窗插值算法相结合的频率检测方法，完成电压频率偏差指标的计算，并将计算结果传送至电能质量综合评估模块；谐波指标计算模块接收来自以太网的电能质量数据，完成2‑30次谐波电压、电流的幅度、频率和相位的计算，以及谐波电流总畸变率计算，并将计算结果传送至电能质量综合评估模块；谐波分析采用FFT加窗插值算法，通过加窗的方式消除频谱泄露的影响，通过插值的方法修正栅栏效应引起的测量误差；三相不平衡指标计算模块接收来自以太网的电能质量数据，完成三相不平衡度指标计算，并将计算结果传送至电能质量综合评估模块；电压波动和闪变指标计算模块接收来自以太网的电能质量数据，完成电压波动幅值、调制频率和闪变指标的计算，并将计算结果传送至电能质量综合评估模块；电能质量综合评估模块接收来自电压偏差指标计算模块、频率偏差指标计算模块、谐波指标计算模块、三相不平衡指标计算模块和电压波动和闪变指标计算模块的单项指标数据，采用雷达图法将这六项指标数据综合成单一量化指标综合评估电网电能质量等级：先对六项电能质量指标的权值进行排序，再依据该排序结果对雷达图中指标对应的扇形区域进行排序和分配扇形的角度，利用各指标对应的扇形区域的对角线作为指标轴绘制雷达图；最后利用所绘制雷达图的面积和周长两个变量完成对电能质量的综合评估；其中，六项指标数据将电压波动和闪变分开处理；数据录波模块接收以太网传送的电能质量数据，完成电能质量数据存储工作，并将数据送至离线电能质量参数检测模块备用；离线电能质量参数检测模块主要包括短时电压变动参数检测模块、时变谐波参数检测模块和间谐波参数检测模块；短时电压变动参数检测模块接收来自数据录波模块的数据，完成短时电压变动起止时刻、幅值和相位的检测，并将结果送至船舶能量管理系统；时变谐波参数检测模块接收来自数据录波模块的数据，完成时变谐波频率、幅度和相位的跟踪检测，并将结果送至船舶能量管理系统；间谐波参数检测模块接收来自数据录波模块的数据，完成间谐波频率、幅度和相位的检测，并将结果送至船舶能量管理系统。