一种高压电机供电电源监测装置、方法及系统

本发明涉及电能监测领域，尤其涉及一种高压电机供电电源监测装置、方法及系统。

背景技术：

1、一个理想状态的高压电机供电电源输出的电压、电流波形应为频率、幅值固定的，相位互差120°的正弦波形。但由于核主泵高压电机通常在宽功率范围内运行，使得变频器控制难度增加，从而使其输出的电压、电流产生畸变，造成系统谐波污染，严重时会致使整个电力系统瘫痪；此外，电力系统中其他故障也会导致其电源不能稳定输出三相正弦电，且由于其高压特性，使得供电电源的监测变得十分困难。因此，为保证高压电机及电力系统的健康、稳定运行，需要在高压电机接入电网前对其供电电源输出电压、电流进行实时监测，判断其性能指标是否符合并网要求，当其不符合要求时发出预警信号；同时在电力系统运行过程中也需要对就监测数据实时保存，确保在电力系统发生故障后可通过后台数据调用对故障原因进行溯源。现有技术已有多家单位对三相供电电源监测技术进行研究，并设计过相应监测装置、方法，但现目前仍无针对高压特性下电机供电电源电能质量监测的相关装置问世，且相关三相供电电源技术、装置存在成本过高，操作复杂，缺少数据可溯源性以及高压大功率环境下不适用等问题，对于此种工业环境下的电能质量监测仍然是以示波器、万用表等传统仪器对某一时段(时刻)电压/电流进行测量，安全性、准确性、便捷性都难以保证。

2、因此，业界普遍急需一种操作便捷，精确可靠的实时高压电机供电电源电能质量监测系统、方法、及装置，从而解决上述问题。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明一方面提供了一种高压电机供电电源监测装置，包括：

2、电压信号处理单元，用以根据检测的相电压得到相电压有效值、电压频率、共模电压有效值、基波有效值、相电压畸变率和电压不平衡度；

3、电流信号处理单元，用以根据检测的相电流得到相电流有效值、电流频率、共模电流有效值、基波有效值、相电流畸变率和电流不平衡度。

4、进一步的，所述电压信号处理单元包括电压锁相环模块，用以根据供电电源的d轴正序电压信号udp得到电压频率f(t0)为：

5、

6、其中，t0为本装置数据实时输出时刻，a1、a2为数字滤波器参数，m为数字锁相环补偿参数，ts为采样周期，kp、ki为数字pid参数；

7、所述电流信号处理单元包括电流锁相环模块，用以根据供电电源的相电流信号得到电流频率。

8、进一步的，所述电压信号处理单元包括电压不平衡度计算模块，用以根据供电电源的相电压信号的正序电压幅值up和负序电压幅值un分别生成电压不平衡度uun：

9、uun(t0)＝a9uun(t0-ts)+100×(1-a9)unsum(t0)/upsum(t0)；

10、其中，upsum(t0)和unsum(t0)分别为：

11、

12、a9为数字滤波器参数，ts为采样周期，t0为本装置数据实时输出时刻，fc为采样频率，q为采样次数补偿参数；

13、所述电流信号处理单元包括电流不平衡度计算模块，用以根据供电电源的相电流的负序电流幅值生成电流不平衡度。

14、进一步的，所述电压信号处理单元包括基波有效值计算模块，用以根据供电电源的相电压信号计算基波相电压有效值ubp和基波线电压有效值ub1分别为：

15、

16、其中，a11为数字滤波器参数；

17、所述电流信号处理单元包括基波有效值计算模块，用以根据供电电源的相电流信号计算基波相电流有效值和基波线电流有效值。

18、进一步的，所述电压信号处理单元包括电压有效值计算模块，用以根据供电电源的三相电压有效值ua、ub、uc通过三相电压总谐波有效值计算得到三相电压谐波有效值uah、ubh和uch为：

19、

20、其中，a15、a16、a17为数字滤波器参数，ts为采样周期，t0为本装置数据实时输出时刻；

21、根据供电电源的共模电压信号ucm计算共模电压有效值ucm为：

22、

23、其中，a18为数字滤波器参数，ts为采样周期，t0为本装置数据实时输出时刻，fc为采样频率，q为采样次数补偿参数；

24、所述电流信号处理单元包括电流有效值计算模块，用以根据供电电源的相电流信号有效值通过三相电流总谐波有效值计算得到三相电流谐波有效值，根据供电电源的共模电流计算共模电流有效值。

25、进一步的，所述电压信号处理单元包括电压畸变率计算模块，用以根据所述三相电压谐波有效值uah、ubh和uch计算三相电压的畸变率thda、thdb和thdc为：

26、

27、其中，j1、j2、j3、j4为校正参数；

28、所述电流信号处理单元包括电流畸变率计算模块，用以根据所述三相电流总谐波有效值计算三相电流的畸变率。

29、本发明第二方面提供了一种高压电机供电电源监测方法，基于所述的一种高压电机供电电源监测装置实现，包括如下步骤：

30、电压信号处理步骤，根据检测的相电压得到相电压有效值、电压频率、共模电压有效值、基波有效值、相电压畸变率和电压不平衡度；

31、电流信号处理步骤，根据检测的相电流得到相电流有效值、电流频率、共模电流有效值、基波有效值、相电流畸变率和电流不平衡度。

32、本发明第三方面提供了一种高压电机供电电源监测系统，包括上位机和信号采集装置，所述上位机内加载有程序，用以执行所述的一种高压电机供电电源监测方法。

33、进一步的，高压电机供电电源监测系统包括电流传感器、电压探头、同步采集模块和隔离模块。

34、本发明与现有技术相比，有以下技术效果：

35、本发明能够实时反映高压电机供电电源各相电压电流波形、共模电压电流波形，可以通过软件代替昂贵的硬件计算单元，大大节约了成本。通过实时采集的电压数据和电流数据得到总谐波畸变率、各相电压电流有效值以及共模电压电流有效值等电能质量指标，实现对电能质量的实时监测，确保负载端用电器始终运行于正常工作状态，也在一定范围内预防了供电系统电能过度波动对负载端用电器造成损坏。并且，本申请中能够对采集数据进行实时保存，便于在负载不正常工作时对数据进行查验，也在一定范围内预防供电系统电能过度波动对负载端用电器造成损坏。

36、以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

1.一种高压电机供电电源监测装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述一种高压电机供电电源监测装置，其特征在于，所述电压信号处理单元包括电压锁相环模块，用以根据供电电源的d轴正序电压信号udp得到电压频率f(t0)为：

3.根据权利要求1所述一种高压电机供电电源监测装置，其特征在于，所述电压信号处理单元包括电压不平衡度计算模块，用以根据供电电源的相电压信号的正序电压幅值up和负序电压幅值un分别生成电压不平衡度uun：

4.根据权利要求1所述一种高压电机供电电源监测装置，其特征在于，所述电压信号处理单元包括基波有效值计算模块，用以根据供电电源的相电压信号计算基波相电压有效值ubp和基波线电压有效值ub1分别为：

5.根据权利要求1所述一种高压电机供电电源监测装置，其特征在于，所述电压信号处理单元包括电压有效值计算模块，用以根据供电电源的三相电压有效值ua、ub、uc通过三相电压总谐波有效值计算得到三相电压谐波有效值uah、ubh和uch为：

6.根据权利要求5所述一种高压电机供电电源监测装置，其特征在于，所述电压信号处理单元包括电压畸变率计算模块，用以根据所述三相电压谐波有效值uah、ubh和uch计算三相电压的畸变率thda、thdb和thdc为：

7.一种高压电机供电电源监测方法，其特征在于，基于权利要求1-6所述的一种高压电机供电电源监测装置实现，包括如下步骤：

8.一种高压电机供电电源监测系统，其特征在于，包括上位机和信号采集装置，所述上位机内加载有程序，用以执行权利要求7所述的一种高压电机供电电源监测方法。

9.根据权利要求8所述一种高压电机供电电源监测系统，其特征在于，高压电机供电电源监测系统包括电流传感器、电压探头、同步采集模块和隔离模块。