[发明专利]一种基于双速率双量程采样的电能质量监测装置

说明书

技术领域

本发明属于电力系统电能质量监测技术领域，特别涉及电能质量测量和瞬态捕捉技术领域。

背景技术

目前，国际一流水准的电能质量监测装置——如Fluke的F435和F1670、Hioki的3196和3198，不仅能准确测量稳态电能质量指标（IEC61000-4-30-A级），还能准确捕捉和记录变化极快（10MHz）、峰值极高（6kV）的瞬态过程。而国产电能质量监测装置一般只能测量稳态电能质量指标，不能准确捕捉变化极快、峰值极高的瞬态过程。

为了叙述方便，下文将稳态（包括暂态）电能质量指标的测量简称为“稳态测量”，将捕捉和记录变化极快、峰值极高的瞬态过程简称为“瞬态捕捉”。稳态（包括暂态）电能质量指标主要指电压偏差、频率偏差、三相不平衡度、谐波、间谐波、电压波动、电压闪变、电压暂升、电压暂降、电压中断、浪涌电流等，瞬态过程主要指电压尖峰、电压强阻尼振荡、瞬态电流等。

既要有准确的稳态测量、又要有准确的瞬态捕捉——对电能质量监测装置是一个很高的要求，其主要困难是：稳态过程的采样与瞬态过程的采样存在尖锐的矛盾。这里的“采样”包括信号调理、采样、保持和模数转换（ADC）等。

稳态过程要求的采样速率较低、量程（范围）较小，适合稳态测量的采样速率一般是每周波几百点、量程一般是额定值的几倍。在被测信号的幅值不超出量程的前提下，较小的量程可以获得较高的测量精度——尤其对小信号。就稳态测量精度而言，采样速率不宜过低，但也不是越高越好，因为测量精度与采样速率不是线性关系，采样速率过高有时反而导致一些测量算法的精度下降——如FFT算法、IEC闪变算法等。

可是，电力系统的瞬态过程有时频率超过几MHz、峰值高达额定值的几十倍，较低的采样速率可能捕捉不到瞬态过程的真实波形，较小的量程则可能削掉瞬态过程的尖峰。反之，如果按瞬态捕捉的要求确定采样速率和量程，稳态测量精度就会有所牺牲——尤其是小信号时。这就是瞬态过程捕捉与稳态过程测量的尖锐矛盾。

上述国际一流水准的电能质量监测装置是如何解决这个矛盾的呢？从公开的资料来看不外两种办法：一种是同时装备两套ADC——一套执行低速率小量程采样、另一套执行高速率大量程采样，装备两套ADC就需要两套处理器或性能更高的处理器，所以这种办法虽然不错，但成本较高；另一种是手动切换量程和速率——稳态测量时切换到小量程和低速率、瞬态捕捉时切换到大量程和高速率，这种办法虽然简单但稳态测量和瞬态捕捉二者只能取其一。

发明内容

本发明主要目的在于提出一种低成本解决瞬态过程捕捉与稳态过程测量的矛盾的电能质量监测装置，即不仅能准确测量稳态电能质量指标、还能准确捕捉和记录变化极快峰值极高的瞬态过程且成本较低的基于双速率双量程采样的电能质量监测装置。