[实用新型]船舶电力系统谐波监测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力监控领域，具体是一种船舶电力系统谐波监测装置。

背景技术

船舶电力系统属于独立、大型的完整电力系统，具有运行工况多样，用电负荷类型众多的特点，其电力负荷变化范围及变化的频繁程度，比陆上系统要大得多。一方面，从电网结构和用电负荷特性分析，船舶独立电网中发电机容量较小，与用电负荷之间的距离较近，导致用电负荷对系统的影响较大。雷达、导航等非线性负载、变频装置、特别是航空中频电源采用电力电子的静止逆变器等大量电力电子设备的相对集中使用，使得电网的电压波形发生畸变，引起严重的时变谐波和间谐波问题，对船舶电网的供电品质造成严重污染。谐波会引起谐振和谐波电流的放大。为了补偿负载的无功功率，提高功率因数等，常会在系统中装设各种用途的电容器，工频下，电容器的容抗比系统的感抗大得多，不会发生谐振。但当电网存在谐波时，对谐振频率来说，系统感抗大大增加而容抗大大减小，就有可能产生谐振，谐振会使谐波电流放大几倍甚至几十倍，使电容器出现过电流与过负荷，温度增高，易导致电容器等设备被烧毁。另一方面，为保障船舶的信息化和智能化，大量基于微处理器系统的电力装置、控制设备和网络设备在船舶上广泛使用，这些装置对电能品质问题，尤其是动态电能质量问题非常敏感。而这些敏感设备很短时间的工作不正常就可能在船舶内部造成混乱，严重影响航行安全。

综上所述，必须采取适当的措施来监测电网中的电能质量，特别是电网设备注入的谐波，使其满足船舶电力设备正常运行的要求。

发明内容

本实用新型提供一种船舶电力系统谐波监测装置，可以对电网波形数据的监控与分析，能够从全局角度反映电网整体的供电质量状况，通过对电网谐波指标的具体特征对电网谐波进行分层计算分析，完成对多种扰动信息的识别、提取和分析，从而完成谐波监测功能。

一种船舶电力系统谐波监测装置，其特征在于：包括霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、传感器输入及信号调理模块、模数转换电路、AD模式配置单元、采样脉冲发生器、转换结果读控制单元、控制信号逻辑处理单元、信号分析与评估单元、存储单元及电源模块，霍尔电压传感器、霍尔电流传感器安装在船舶电力系统的采集节点的电缆上，用于采集电压和电流信号，霍尔电压传感器、霍尔电流传感器分别通过传感器输入及信号调理模块与模数转换电路的信号输入端连接，模数转换电路通过AD模式配置单元、采样脉冲发生器、转换结果读控制单元、控制信号逻辑处理单元与信号分析与评估单元连接，存储单元与信号分析与评估单元连接，电源模块与霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、控制信号逻辑处理单元信号分析与评估单元连接，以提供工作电源。

进一步的，信号分析与评估单元内还设有UART单元、CAN总线单元，UART单元用于与外部调试模块连接，作为设备调试端口；CAN总线单元用于通过光耦隔离单元与网关连接，将评估分析后的数据上传到网关。

进一步的，AD模式配置单元用于模数转换电路的工作模式进行配置，采样脉冲发生器用于控制模数转换电路的工作状态转换。

本实用新型具有如下优点：

1、由于船舶电力系统通常采用三相三线制，没有中性线，不存在零序电流，因此谐波监测装置只需采集两路线电压或两路相电流，通过模块内部的编程计算即可推导出三路交流电压/电流信号，减少了采集接口的数量，降低了硬件设计难度和成本；

2、采用霍尔传感器代替常规传感器测量直流和交流信号，原副边电路之间具有良好的电气隔离，测量精度高，线性度好，电压和电流的测量范围分别可以达到几千伏和几十千安，并且其带宽很大，能够完整传递信号中的高次谐波成分；

3、由于霍尔传感器需要外部供电，为减少接线的繁复性，其电源均由谐波监测装置集中供应，每个M12端子中有一对霍尔传感器的输出信号和一对±15V的电源信号，每个模块只需要接入一个直流24V的电压信号即可输出多路±15V的霍尔传感器供电信号，简单方便；

4、谐波监测装置采用CAN现场总线传输，由于船舶通信节点距离较近，通常不超过200m，因此传输速率可以达到250kbit/s，CAN上的节点数最多可连接上百个，报文采用短帧结构，传输时间短，实时性好，抗干扰能力强，CRC校验方式可有效降低误码率；

5、外形结构简单、尺寸小、重量轻，采用了先进的嵌入式技术、现场总线技术及低功耗技术，分别以高性能处理器和实时操作系统作为硬件核心和开发品台，整套设备具有高防护等级。

附图说明

图1是本实用新型船舶电力系统谐波监测装置的结构示意图。