檢測裝置及和其配套的有源電力濾波器、電能質量分析儀制造方法及圖紙

本實用新型專利技術主要涉及檢測裝置及和其配套的有源電力濾波器、電能質量分析儀。第一檢測模塊用于從電流信息中偵測和提取具有第一頻率范圍的第一信號，第一信號至少用作形成與它當中的諧波大小相等相位相反的注入到電網的補償電流的計算依據，第一信號至少還用作判斷電網的電能質量的依據。第二檢測模塊用于從電流信息中偵測和提取具有第二頻率范圍的第二信號，第二頻率范圍大于第一頻率范圍，第二信號至少用作判斷電網的電能質量的依據。第三檢測模塊用于以帶通濾波的方式從該電流信息中偵測和提取第三信號，第三信號用來與預設的閾值進行比較或是統計它在預設的時間段內超過閾值的次數藉此來判斷它是否屬于故障電弧。

【技術實現步驟摘要】

本技術主要涉及到檢測設備，確切地說，是提供一種帶有電流傳感器/互感器的檢測裝置，應用在各種類型的電能在線監測設備上，如有源電力濾波器APF或靜止無功發生器SVG或電能質量在線監測儀或其他電力智能儀表等，該檢測設備在偵測非線性負載諧波和監控電能質量的同時還能夠檢測到電弧，以此來保障電力系統的正常運作。
技術介紹
隨著電力電子技術的迅猛發展，有著不同負載特性的電器大規模的進入我們的生活，與之相伴的是，一些非線性負載例如逆變器、整流器和各種開關電源得到廣泛的應用，由此產生的諧波對供電電網的危害也日趨嚴重。電力電子器件開關動作時向電網注入了大量的諧波，使電網中的預期標準正弦電流和電壓波形嚴重失真。由于存在著各種對電能質量相對敏感的設備，例如計算機設備及空調、冰箱、電視等家用電器設備的大量使用，對電能質量的要求也越來越高。由諧波引發的各類電力故障和事故頻發，無論是對生產生活還是國家經濟建設都產生了很大的負面影響。諧波問題包括諧波分析、諧波檢測和諧波抑制等方面，有效抑制諧波已經成為保證電網安全、高質量運行的必要措施之一。在理想的干凈供電系統中，電流和電壓都是正弦波的。在只含電阻、電感及電容等線性元件的簡單電路里，流過的電流與施加的電壓成正比，流過的電流是正弦波。用傅立葉分析能夠把非正弦曲線信號分解成基本部分和它的倍數。諧波產生的根本原因是由于非線性負載所導致的。當電流流經負載時，與所加的電壓呈現非線性關系，形成非正弦電流即有諧波產生。由于半導體晶閘管的開關操作和二極管、半導體晶閘管的非線性特性，電力系統的某些設備如功率轉換器可能會產生比較大的背離正弦曲線的波形。在供電網絡阻抗下這樣的非正弦曲線電流導致一個非正弦曲線的電壓降。在供電網絡阻抗下產生諧波電壓 的振幅等于相應諧波電流和對應于該電流頻率的供電網絡阻抗Z的乘積。有諧波源的地方就有諧波。也有可能，諧波分量通過供電網絡到達用戶。例如供電網絡中一個用戶廠家的運轉可能被相鄰的另一個用戶設備產生的諧波所干擾。所有的非線性負載都能產生諧波電流，產生諧波的典型設備有：開關模式下的電源、電子熒火燈鎮流器、調速傳動裝置和不間斷電源、磁性鐵芯設備及某些家用電器如電視機等。為了保障生產生活用電的安全和正常進行，電能質量的檢測分析必不可少。電能質量包括電壓質量、電流質量、供電質量和用電質量，包括導致用電設備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差，其內容體現在頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、暫時或瞬態過電壓、波形畸變、諧波、電壓暫降、中斷、暫升及供電連續性等。這些電能質量問題會導致：繼電保護裝置被誤觸發而危及供電安全的運行、各種電氣設備產生附加損耗和發熱而導致設備損壞或燒毀、增加損耗導致設備不經濟的運行從而造成額外的電費支出和電表計量工具的不精準、降低信號的傳輸質量并破壞信號的正常傳遞、可能引起的諧振導致無功補償柜無法正常運作、降低設備的使用壽命、導致計算機或檢測控制設備無法正常工作甚至死機。因此，為了提高電網系統的電能質量，保障電氣設施的正常運行，需要對電網的電能質量進行檢測，尤其是電網上的危害較大的高次諧波，所以高性能的電流檢測對掌控電能質量和維持電力系統的穩定非常重要。現有技術中檢測電網電流的傳統電流傳感器無法精準的檢測高次諧波，尤其是缺乏對瞬態電流的檢測，瞬態電流一般是μs微秒級別的電流變化，通常稱為瞬態電流，例如負荷投切動作(即投切裝置用來實現投入/接通和切除/關斷)或雷擊等現象都有可能誘發這種瞬態電流現象，當前的電流傳感器基本上無法檢測出瞬態電流，而且當前的電流傳感器在諧波嚴重時其計量誤差較大，無法高性能的檢測電能質量參數。此外在現代電力系統中為了提高電網的可靠性和安全性，已經進行了巨大的努力以避免電網系統中產生的負面電弧，電弧是一種沒有規律而且不穩定的高頻變化現象，然而現有技術對電弧的有效監測仍然沒有實現令人滿意的解決方案。當兩個電極之間產生足夠高的壓差時，電弧可能會發生，該電壓引起電極之間的氣體離子化，等離子會逐步形成，并 且電流可以在電極之間流動，這樣的等離子體可能會加熱到幾千攝氏度，會引起設備損壞或著火。電力系統中潛在的電弧有兩種類型：并行電弧或者串行電弧。并行電弧一般電力系統中的正極和負極之間發生，或者在其中的某一個電極和接地端GND之間發生。相對的，串行電弧不是在兩個線路之間發生的，而是在一個電流導通的線路內發生的，換言之，串行電弧現象可能發生在同一個線路的兩個不同部分/片段之間，串行電弧在線路中的電流被中斷(譬如接通了接觸開關或破壞插頭/電纜的情況下)時發生的較為明顯。為了減少電弧的負面影響，必須盡快地執行相應的對策如切斷電弧源頭，因此電弧被可靠地和實時地的確認是非常重要的監測事項。現有的電流傳感器的另一個缺陷是無法檢測出電網的電弧信號，這個問題苛待解決。
技術實現思路
在本技術中提供了一種檢測裝置，具有檢測電網中電流信息的電流傳感器，包括第一檢測模塊，用于從電流信息中偵測和提取具有第一頻率范圍(例如大體上處于幾十HZ到幾十KHZ的頻段范圍內)的第一信號，它不僅包括了工頻信號也還包括一些諧波分量信號等，并以差分模擬量的形式予以輸出，該模擬輸出量的作用體現在：至少為在電網中注入與第一信號當中的諧波大小相等但相位相反的補償電流提供依據，以及至少還可以用于監測電網中電流的工頻與諧波等信息，作為判斷電網的電能質量的依據之一。檢測裝置還包括第二檢測模塊，它可以用于從上述電流信息中偵測和提取具有第二頻率范圍(比工頻范圍要大得多，例如處于幾十KHZ到MHZ級別的頻段范圍內)的第二信號，并轉換成電流量的形式予以輸出，限定第二頻率的頻率范圍大于第一頻率范圍，其中形成該電流量的作用之一體現在：例如為在電網中是否發生了類似浪涌這樣的高頻脈沖提供判斷依據，因此第二信號至少也可以用作判斷電網的電能質量的依據之一。檢測裝置還包括第三檢測模塊，用于以帶通濾波的方式從該電流信息中偵測和提取第三信號，該第三信號的作用主要體現在：為在電網上監測和識別電弧產生源頭提供甄別基礎，尤其是，作為判斷電網中是否存在電弧提供依據，如果電網中存有電弧的情況下，第 三信號還作為判斷電弧是正常電弧還是故障電弧的依據。例如，在第三信號超過某個預設的閾值范圍時，我們可以認為電網上產生了非期望的故障電弧，而如果第三信號的值在閾值范圍以下，則可以認為電網上產生了在容忍范圍內的常規電弧。或者，在某個預設的時間段(譬如規定的毫秒級時長、秒級時長、分鐘級時長甚至小時級時長等)內判斷出第三信號超過閾值的總次數，如果總次數在可接納的范圍內，電網中可能存在開關接觸不良的現象，應該通知管理人員巡檢和排查、消除這種不良。反之若總次數不在可接納的范圍內，則電網中可能發生了不可接受的電弧現象，應該通知管理人員采取更嚴格的應對措施，例如切斷電網或者其他的操作。因此檢測裝置還可以包括一個處理器(MCU)來接收第三檢測模塊輸出的結果，用來完成第三信號和閾值的比較或是統計第三信號在預設的時間段內超過閾值的次數。上述檢測裝置，還包括報警輸出模塊(它可以是處理器的一個子模塊)，一旦它監控到第三信號超過預設的閾值或在預設的時間段內統計第三信號超過閾值的次數不在指定的數值范圍內時，報警輸出模塊就會對外本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種檢測裝置，其特征在于，具有檢測電網中電流信息的電流傳感器，還包括：第一檢測模塊，用于從該電流信息中偵測和提取具有第一頻率范圍的第一信號，第一信號至少用作形成與它當中的諧波大小相等相位相反的注入到電網的補償電流的計算依據，以及第一信號至少還用作判斷電網的電能質量的依據；第二檢測模塊，用于從該電流信息中偵測和提取具有第二頻率范圍的第二信號，第二頻率范圍比第一頻率范圍的頻率高，第二信號至少用作判斷電網的電能質量的依據；第三檢測模塊，用于以帶通濾波的方式從該電流信息中偵測和提取第三信號，第三信號用來與預設的閾值進行比較或是統計它在預設的時間段內超過閾值的次數藉此來判斷它是否屬于故障電弧。

【技術特征摘要】
1.一種檢測裝置，其特征在于，具有檢測電網中電流信息的電流傳感器，還包括：第一檢測模塊，用于從該電流信息中偵測和提取具有第一頻率范圍的第一信號，第一信號至少用作形成與它當中的諧波大小相等相位相反的注入到電網的補償電流的計算依據，以及第一信號至少還用作判斷電網的電能質量的依據；第二檢測模塊，用于從該電流信息中偵測和提取具有第二頻率范圍的第二信號，第二頻率范圍比第一頻率范圍的頻率高，第二信號至少用作判斷電網的電能質量的依據；第三檢測模塊，用于以帶通濾波的方式從該電流信息中偵測和提取第三信號，第三信號用來與預設的閾值進行比較或是統計它在預設的時間段內超過閾值的次數藉此來判斷它是否屬于故障電弧。2.根據權利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，所述第一檢測模塊中具有一個差分放大電路，其包括：第一、第二運算放大器，它們各自的正相輸入端分別耦合到該電流傳感器的一對輸出端以擷取第一信號，它們的反相輸入端之間連接有第一電阻；以及在第一和第二運算放大器各自的反相輸入端和各自的輸出端之間連接有第二電阻，藉此在第一、第二運算放大器的輸出端之間形成差分放大信號。3.根據權利要求2所述的檢測裝置，其特征在于，該差分放大電路還包括一組或多組相互串聯的預設電阻和開關器件，每一組串聯的預設電阻和開關器件均連接在第一、第二運算放大器的反相輸入端之間；當所述差分放大電路設為增加放大倍數的工作模式時，一個或多個開關器件處于接通狀態以將一個或多個該預設電阻和第一電阻予以并聯；或者當所述差分放大電路設為降低放大倍數的工作模式時，一個或多個開關器件處于斷開狀態以將一個或多個和第一電阻并聯的預設電阻從所述差分放大電路中浮置。4.根據權利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，所述第二檢測模塊具有一個積分電路，其包括：第三運算放大器，它的正相和反相輸入端分別耦合到該電流傳感器的一對輸出端以擷取第二信號，藉由第三運算放大器形成一個積分器。5.根據權利要求4所述的檢測裝置，其特征在于，所述第二檢測模塊還包括電壓電流轉換器，其用于接收所述積分電路的輸出電壓并將該電壓轉換成電流量予以輸出。6.根據權利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，所述第三檢測模塊具有一個帶通濾波器，它包括分別耦合到該電流傳感器的一對輸出端的第一和第二輸入節點：第一輸入節點和帶通濾波器中的一個第四運算放大器的反相輸入端之間串聯有第三電阻和第一電容，第三電阻和第一電容的第一互連節點處與第四運算放大器的輸出端之間連接有第二電容，且第四運算放大器的反相輸入端和輸出端連接有第四電阻；以及第一互連節點與第二輸入節點也即第四運算放大器的正相輸入端間連有另一電阻。7.根據權利要求6所述的檢測裝置，其特征在于，該帶通濾波器還包括一組或多組相互串聯的預設電阻和開關器件，每一組串聯的預設電阻和開關器件均連接在第四運算放大器的反相輸入端和輸出端之間；當所述帶通濾波器設為增加中心角頻率的工作模式時，一個或多個開關器件處于接通狀態以將一個或多個該預設電阻和第四電阻予以并聯；或者當所述帶通濾波器設為降低中心角頻率的工作模式時，一個或多個開關器件處于斷開狀態以將一個或多個和第四電阻并聯的預設電阻從所述帶通濾波器中浮置。8.根據權利要求6所述的檢測裝置，其特征在于，第一和第二輸入節點之間連接有過壓保護元件，過壓保護元件是瞬態電壓抑制器、放電管、壓敏電阻中之一或它們...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張永，應劍東，
申請(專利權)人：豐郅上海新能源科技有限公司，
類型：新型
國別省市：上海;31