电能质量分析/监测设备的模块解决方案

采用双核DSP+两片ADC架构,内置核心算法,可实现16通道(4U12I)的电能质量监测分析。算法基于IEC61000-4-30及GB/T 17626.30,符合A级标准,准确度通过国网电力科学研究院南瑞实验验证中心检测。

监测参数包括: 
电压、电流有效值;电压偏差,频率偏差;有功、无功和视在功率、功率因数;基波有功、无功和功率因数、基波相角;等效视在功率/等效功率因数;基波/非基波等效视在功率、正序有功/无功/视在功率、正序功率因数、等效电压/电流畸变功率、不平衡视在功率、不平衡系数; 
三相电压、电流不平衡度,三相电压、电流序分量; 
谐波电压、电流有效值/含有率(2~50次); 
电压总谐波畸变率、电流总谐波畸变率,谐波相角(2~50次),谐波功率; 
间谐波电压、电流含有率(0.5~49.5次),间谐波电流有效值(0.5~49.5次); 
闪变,电压波动;
电压暂降,电压暂升,短时中断,冲击电流; 
波形数据; 
也可根据需求定制功能。 

硬件特征

关键IC

处理器

ADSP-BF607,500MHz双核DSP;

ADC

2片AD7606实现16通道的数据采样;

DDR2

128MB,工作频率250MHz;

ROM

Nor Flash用于存储烧写文件;EEPROM用于存储配置参数

连接方式

板对板连接器

2 * 100pin;

通信接口

高速SPI

时钟速率可达62.5MHz,采用差分电平传输;

UART

波特率1Mbps,采用TTL或RS485电平传输;

秒脉冲

用于PQA数据的RTC同步;

模拟输入

ADC

电压范围:-10V~+10V;共16通道;

电源输入

12V

电流需求:+12V/300mA,电源纹波<200mV;含限流保护功能;

模块规格

6层板

尺寸:60 * 70mm;

算法介绍


电能质量参数的监测算法依据《GB/T17626.30-2012 电能质量测量方法》(同《IEC61000-4-30:2008》),并结合《国家电网公司企业标准Q/GDW650-2014 电能质量监测终端技术规范》及《广东电网公司电能质量监测终端订货技术条件书》中“基本技术指标”、“功能要求”相关章节的要求(如两者要求不一致的,以最高要求为准)完成;除此,还新增了谐波电能的算法。主要参数算法介绍:


1 频率

测量方法

基波分量频率输出值为10s时间间隔内,整数个周波数与该整数周波所累计持续时间的比值。测量时间间隔没有重叠

测量对象

电压通道A、B、C相任意一相有效信号,默认取A相电压信号

参照标准

《GB/T17626.30-2012 电能质量测量方法》(等同于《IEC61000-4-30:2008》)

测量范围

42.5Hz ~ 57.5Hz

测量精度

±0.005Hz

 

2 电压有效值

测量方法

10个周波时间段的r.m.s值,每10个周波时间段是连续的,且相邻的10周波间隔无重叠

测量对象

A、B、C、N相电压,及AB、BC、CA线电压

参照标准

《GB/T17626.30-2012 电能质量测量方法》(等同于《IEC61000-4-30:2008》)

测量范围

10~150%Uin(Uin为标称电压)

测量精度

±0.1%Uin

 

3 电流有效值

测量方法

10个周波时间段的r.m.s值,每10个周波时间段是连续的,且相邻的10周波间隔无重叠

测量对象

A、B、C、N相电流

参照标准

《GB/T17626.30-2012 电能质量测量方法》(等同于《IEC61000-4-30:2008》)

测量范围

0~120%Iin(Iin为标称电流)

测量精度

不超过满量程的±0.1%

 

4 电压波动

测量方法

电压方均根值曲线:每半周波方均根值构成时间函数的曲线;

电压变动频度:单位时间(1s)内电压变动的次数,电压由大到小或由小到大各算一次变动,不同方向的若干次变动,如果间隔时间小于30ms,则算一次变动;

测量对象

A、B、C相电压相临两个半周波有效值的差值;

A、B、C相电压当前1s内第1个半周波有效值;

A、B、C相电压变动频度;

参照标准

《GB/T12326-2008 电能质量 电压波动和闪变》

测量精度

半周波有效值:不超过满量程的±0.1%

 

5 闪变

测量方法

短时闪变Pst:

 

 长时闪变Plt:2小时内Pst的均立方根;

测量对象

A、B、C相电压Pst、Plt

参照标准

《GB/T12326-2008 电能质量 电压波动和闪变》

《IEC61000-4-15 Flickermeter Functional and design specifications》

测量范围

0~20

测量精度

±5%

 

6 谐波电压、谐波电流

测量方法

按照《IEC61000-4-7》每10周波计算一次FFT,每10周波间无缝隙。

测量对象

A、B、C相电压/电流的0~50次谐波有效值;

A、B、C相电压/电流的0~50次谐波含有率;

A、B、C相电压/电流的1~50次谐波相位;

A、B、C相电压/电流的总谐波畸变,奇次谐波总畸变率,偶次谐波总畸变率;

参照标准

《GB/T17626.30-2012 电能质量测量方法》(等同于《IEC61000-4-30:2008》)

测量次数

0~50次

测量精度

电压谐波大于1%标称值时:<1%rdg

电压谐波小于1%标称值时:<0.05%标称值

电流谐波大于3%标称值时:<1%rdg

电流谐波小于3%标称值时:<0.05%标称值

 

7 谐波功率、谐波电能

测量方法

谐波功率:根据谐波电压/电流有效值、相位算得;
谐波电能:谐波功率对时间的积分;

 

测量对象

A、B、C相1~50次谐波有功功率、无功、视在功率;
A、B、C相谐波总有功、无功、视在功率(2~50次谐波功率之和);
A、B、C相1~50次谐波有功电能、无功、视在电能;
A、B、C相谐波总有功、无功、视在电能(2~50次谐波电能之和);

 

参照标准

功率的基本理论

测量次数

1~50次

测量精度

±0.5%

 

8 三相不平衡

测量方法

使用对称向量法,取基波分量进行计算

测量对象

三相电压不平衡度,正序分量、负序分量、零序分量;
三相电流不平衡度,正序分量、负序分量、零序分量;

参照标准

《GB/T17626.30-2012 电能质量测量方法》(等同于《IEC61000-4-30:2008》)

测量精度

电压不平衡度:±0.15%
电流不平衡度:±1%

 

9 间谐波电压、电流

测量方法

按照《IEC61000-4-7》每10周波计算一次FFT,每10周波间无缝隙,每周波取值1024点。

测量对象

A、B、C相电压/电流的第0.5~50.5次间谐波中心子群有效值、含有率;

参照标准

《GB/T17626.30-2012 电能质量测量方法》(等同于《IEC61000-4-30:2008》)

《GB/T17626.7-2008》

测量精度

电压谐波大于1%标称值时:<1%

电压谐波小于1%标称值时:<0.05%Un

电流谐波大于3%标称值时:<1%

电流谐波小于3%标称值时:<0.05%In

 

10 有功功率、无功功率、视在功率

测量方法

有功功率:pqa_3-pic3.jpg无功功率:pqa_3-pic4.jpg

式中,Vn 、In 是第n次谐波的电压、电流有效值。 ψn 是第n次谐波电压和电流的相位;
视在功率: 由电压、电流有效值计算。

 

测量对象

A,B,C相有功、无功、视在功率;
三相总有功功率,总无功功率,总视在功率;

 

参照标准

非正弦电路中的功率理论

测量范围

视电压电流的量程而定

测量精度

±0.5%

 

11 功率因数

测量方法

 

功率因数:有功功率与视在功率比;
位移功率因数: 基波有功功率与基波视在功率比;

 

测量对象

A,B,C相功率因数;A,B,C相位移功率因数;

三相总功率因数,三相总位移功率因数;

参照标准

非正弦电路中的功率理论

测量范围

-1.000 ~ +1.000

测量精度

±0.5%

 

12 电压暂降、电压短时中断

测量方法

当一相或三相的半周波有效值Urms(1/2)低于暂降(短时中断)阀值时,电压暂降(短时中断)开始;当所有相的Urms(1/2)等于或者高于暂降(短时中断)阀值与迟滞电压之和时,暂降(短时中断)结束。

测量对象

残余电压:电压暂降或中断过程中记录的电压方均根的最小值;
持续时间:满足事件条件的起始时间;

 

参照标准

《GB/T 30137--2013 电能质量 电压暂降与短时中断》

测量精度

残余电压:不超过标称电压的±0.2%;
持续时间:不超过1个周期(20ms/50Hz);

 

 

13 电压暂升、冲击电流

测量方法

当一相或三相的半周波有效值Urms(1/2)或Irms(1/2)高于暂升或冲击电流阀值时,电压暂升或冲击电流开始;当所有相的Urms(1/2)或Irms(1/2)高于暂升或冲击电流阀值与迟滞电压或迟滞电流之和时,电压暂升或冲击电流结束。

测量对象

最大电压/电流:事件发生时,最大的半周波有效值Urms(1/2)或Irms(1/2);

持续时间:满足事件条件的起始时间;

参照标准

《GB/T 30137--2013 电能质量 电压暂降与短时中断》

测量精度

残余电压:不超过标称电压的±0.2%;

持续时间:不超过1个周期(20ms/50Hz);

 

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