一種基于特征根估計的諧波源定位裝置的制造方法
【專利說明】一種基于特征根估計的諧波源定位裝置 所屬技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及電氣工程領域，尤其是涉及一種基于特征根估計的諧波源定位裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著時代的進步和科技的發(fā)展，電力系統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構復雜程度增加，負荷中的設 備對電能有了較高的要求，電能質(zhì)量問題也越來越被關注。在電能質(zhì)量包括的所有評價內(nèi) 容中，諧波含量認為是一種重要的指標。諧波污染主要是由于種類繁多、數(shù)目龐大的非線性 負載運行時將產(chǎn)生的諧波注入到電網(wǎng)中。若已經(jīng)獲得諧波源的位置、容量等信息，就可以采 取相關措施改善處理，阻止其影響其他用戶。因此，為了改善電能質(zhì)量，明確做到責任劃分， 研制一套精確地諧波源定位裝置有著重要意義。
[0003] 但隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構日益龐大，諧波源也越來越復雜，難以對其準確定 位，因此研究諧波源辨識技術及發(fā)射水平估算方法非常必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決諧波源責任劃分難和諧波種類無法判別的問題，本裝置特別地應用了一 種精確的諧波源定位和分析方法。
[0005] 本裝置實現(xiàn)精確的諧波源定位，其關鍵在于，包括：模擬量采集模塊、模擬量調(diào)制 模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、處理單元、GPS模塊、數(shù)據(jù)通信、顯示模塊和電源模塊。
[0006] 所述模擬量采集模塊接模擬量調(diào)制模塊包括：霍爾電流傳感器和電壓傳感器，用 于采集公共點的諧波電壓和諧波電流的模擬量，其外形設計成電壓鉗和電流鉗，這樣可以 方便測量。
[0007] 所述模擬量調(diào)制模塊接AD轉(zhuǎn)換模塊，包括：低通二階濾波電路、過零檢測電路和 單端轉(zhuǎn)差分電路，其作用是濾除高頻噪聲，防止發(fā)生頻譜混疊。
[0008] 所述AD轉(zhuǎn)換模塊接處理單元，其作用是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并將信號送入到 處理單元。
[0009] 所述處理單元接GPS模塊、數(shù)據(jù)通信模塊和顯示模塊，采用DSP和MCU雙處理器， 實現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的實時分析運算功能。
[0010] 所述GPS模塊，將諧波源的地理信息傳送到監(jiān)測終端，建立一個諧波源定位網(wǎng)絡。
[0011] 所述數(shù)據(jù)通信模塊接處理單元，定時將生成的諧波源定位報告發(fā)送到監(jiān)測終端。
[0012] 所述顯示模塊接處理單元，實現(xiàn)人機交互。
[0013] 所示電源模塊，采用選用AC/DC模塊給電路板供電。
[0014] 本發(fā)明還公開一種實時精確的諧波源定位方法，其關鍵在于，包括如下步驟： 步驟1，在PCC點測得的諧波電壓和諧波電流值為多個諧波源疊加后的值，我們需要通 過基于FFT算法的諧波分析方法，計算出某次諧波電流和諧波電壓的含有率。
[0015] 步驟2,進一步建立某次諧波電壓和諧波電流之間的線性回歸模型，通過特征根估 計出相應的回歸方程和回歸系數(shù)。
[0016] 步驟3,根據(jù)得到的諧波電壓和諧波電流的回歸方程和回歸系數(shù)，計算出諧波阻 抗，從而計算出諧波源的污染水平，定位系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)諧波源。
[0017] 所述一種實時精確的諧波源定位方法，所述步驟2包括： 步 驟 2 1 ， 對 于 回 歸 模 型
其中f為因變量，f為自變量，f為回歸系數(shù)，歡 為觀測誤差。
[0018] 首先，對尤、f進行中心化、標準化處理，得到令矩陣則jy的特征根為焉，對應的特征向量為勝其中i=〇，i，且。即存在正交陣 具……為)，使，…>4)， 因變量p與自變量^之間存 在著嚴格的線性關系：
步驟22,對所述步驟22建立的線性關系可能存在兩種情況： 當則回歸方程為：
在此，我們假設齡麵，_雜|，_賴_J:善根據(jù)前面分析可知，對這些|:一1組數(shù)據(jù) 就沒有回歸方程。于是假淀
回歸方程為：
回歸系數(shù)的特征根估計為
'WH
[0019] 所述一種實時精確的諧波源定位方法，所述步驟3包括： 步驟31，采用系統(tǒng)側(cè)為戴維南等效電路，用戶側(cè)為諾頓等效電路的模型計算諧波源的 污染水平，定義系統(tǒng)側(cè)電壓#、阻抗用戶側(cè)電流i、阻抗名。將測得PCC點的諧波電壓 羞 JS M￡ § 和諧波電流值進行歸一化處理，描述為實部和虛部，得出：
其中下標，S代表系統(tǒng)側(cè)，C代表用戶側(cè)，PCC代表公共測量點；x為實部，y為虛部。艮p， 為系統(tǒng)側(cè)諧波電壓的實部，^為系統(tǒng)側(cè)諧波電壓的虛部； &為系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗的實部，^為系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗的虛部； 為PCC點測量的諧波電壓的實部，%_為PCC點測量的諧波電壓的虛部； ^為PCC點測量的諧波電流的實部，1^為PCC點測量的諧波電流的虛部。
[0020] 經(jīng)過所述步驟1和步驟2的計算可以得到系統(tǒng)側(cè)的諧波阻抗的一組具體值 _玫_#$和電源側(cè)的諧波幢的情況
[0021] 步驟32,同理，由公式可通過回歸計算得到參數(shù)4及%。
[0022] 將多組數(shù)據(jù)回歸計算得到的結(jié)果進行平均計算得到最終估算諧波污染水平所需 的參數(shù)。得出相關參數(shù)，從而我們可以計算出用戶側(cè)諧波電流注入系統(tǒng)所引起的諧波電壓 含量：
因為%表示電源側(cè)諧波阻抗，通常較小，可知，將上式化簡為：
綜上所述，由于采用上述的創(chuàng)新技術方案，本發(fā)明的有益效果是： 在通過計算諧波阻抗得出具體的諧波污染水平過程中，需要處理大量數(shù)據(jù)并進行回歸 計算，一般情況下會存在多重共線性問題，現(xiàn)有的回歸分析一般采用最小二乘，而最小二乘 解決不了共線性問題。本裝置和方法提出的特征根估計和最小二乘估計分析的過程相似， 但通過某些計算解決了最小二乘算法不能處理的共線性數(shù)據(jù)問題，提高了諧波阻抗的計算 精度，從而諧波源污染水平的計算精度也隨著諧波阻抗準確度的提高而更加貼近真實水 平。
[0023]
【附圖說明】： 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明 顯和容易理解，其中： 圖1是本發(fā)明基于特征根估計的諧波源定位裝置硬件結(jié)構圖； 圖2是本發(fā)明基于特征根估計的諧波源定位裝置的系統(tǒng)總體設計框圖； 圖3是本發(fā)明基于特征根估計的諧波源定位裝置系統(tǒng)用戶等效電路。
[0024]
【具體實施方式】： 下面通過參考附圖描述的實施是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā) 明的限制。在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，術語"安裝"、"連接"應作廣義理解， 例如，可以是機械連接或電鏈接，也可以是兩個元件內(nèi)部聯(lián)通，可以直接相連，也可以通過 中間媒介間接相連，對本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語的具 體含義。
[0025] 本發(fā)明硬件部分采用DSP加CPLD的結(jié)構，不僅滿足測量實時性的要求，而且兼顧 系統(tǒng)的便攜性。本發(fā)明將電網(wǎng)分為兩側(cè)，即系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)，然后通過測量公共點的電壓和 電流，通過諧波分析，得到某次諧波的含有率；將得到的各次諧波數(shù)據(jù)進一步處理，根據(jù)系 統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)的等效電路得到電路方程，由特征根估計得到系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)的參數(shù)，從而 可以計算出用戶側(cè)諧波電流注入系統(tǒng)所引起的諧波電壓含量。
[0026] -種基于特征根估計的諧波源定位裝置的硬件結(jié)構，包括：模模擬量采集模塊、模 擬量調(diào)制模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、處理單元、GPS模塊、數(shù)據(jù)通信、電源模塊、顯示模塊，如圖1所 /_J、i〇
[0027] 所述模擬量采集模塊是將由電壓傳感器和霍爾電流傳感器采集的電壓信號和電 流信號送入模擬量調(diào)制模塊。
[0028] 模擬量調(diào)制模塊是將采集的模擬量經(jīng)過二階低通濾波電路后，再送入單端轉(zhuǎn)差分 電路，最后送入AD轉(zhuǎn)換模塊。模擬量的采集方式為交流采樣，交流采樣法是按一定規(guī)律對 被測信號采樣，再按一定算法進行數(shù)值處理，從而得到被測量。
[0029] 所述AD轉(zhuǎn)換模塊主要將采集到的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入到處理模塊中。AD轉(zhuǎn) 換模塊核心器件為ADS8364數(shù)據(jù)采集芯片，ADS8364是一種低功耗、高速16位模擬轉(zhuǎn)換器 件，共軛抑制比在50kHz時為80dB，所以在保證系統(tǒng)的測量精度的同時，可以適用于噪聲比 較大的環(huán)境。
[0030] 所述處理器單元包括DSP加MCU的雙處理器，外圍的邏輯控制為Altera的 EPM7032AE的CPLD器件。DSP加MCU的雙處理器通過總線來交換二者之間的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)采 集數(shù)據(jù)的同時，完成數(shù)據(jù)的分析和相對實時性不高的系統(tǒng)任務的處理工作，如人機交互、顯 示分析結(jié)果、參數(shù)設置保護等。這種雙處理器模式，在選擇上有很大的靈活性，能夠獲取性 能滿足要求的各種處理器。另外，為了實現(xiàn)ADS8364的6路信號的同時采樣，ADS8364芯片 的/HOLDA，/HOLDB，/H0LDC信號與DSP2812的TDIRB引腳相連，通過這種連接方式DSP在該 引腳上輸出的方波就可以控制6路信號的同時米樣。
[0031] 所述GPS模塊采用SiRFstar第三代芯片，通過搭載GPS芯片可以實時確定諧波 源的地理信息。
[0032] 所述顯示模塊包括液晶顯示和按鍵，采用液晶顯示可以將用戶所需要了解的數(shù)據(jù) 直觀的予以顯示，配合按鍵可以方便用戶的操作。液晶顯示選擇深圳耀宇科技的320240A-3 液晶模塊，采用總線方式與處理模塊連接，具有強大的作圖功能，支持文本顯示模式、圖形 顯示模式和混合顯示模式，具有功能齊全的控制指令集；按鍵部分采用的是簡單的非編碼 鍵盤，硬件電路簡單，易實現(xiàn)。
[0033] 所述數(shù)據(jù)通信模塊，采用中興2G模塊MG2639,將生成的諧波源定位報告定時發(fā)送 給檢測終