[发明专利]一种超高次谐波测量装置及测量方法

说明书

本发明涉及一种超高次谐波测量装置，同时还涉及相应的测量方法，属于电能质量检测技术领域。该装置背板的模拟输入接口通过一组并联的滤波转换电路分别接FPGA的相应输入端，滤波转换电路由带通滤波器和数模转换器组成；数字输出输出接口通过背板网络接口和网络物理层接口接FPGA的对应输入端；带通滤波器由串接的模拟前端电路、并联的第一和第二滤波电路构成；数模转换器的输出端接FPGA的相应输入端口。在本发明装置基础上的方法实际上实现了根据实测幅频特性对最终谐波计算结果的修正，从而提高谐波测量精度。采用本发明可以使测量数据具备可重复性和一致性，可以切实符合IEC 61000‑4‑30（3.0版）的要求。

技术领域

本发明涉及一种谐波测量装置，尤其是一种超高次谐波测量装置，同时还涉及相应的测量方法，属于电能质量检测技术领域。

背景技术

随着分布式光伏发电、微电网、电动汽车充电桩等大量接入配电网，以及含高开关频率IGBT逆变器的广泛应用，虽然由于开关频率提高改善了常规谐波污染的电能质量，但由此又带来了高次谐波的问题。

高次谐波尚无准确定义，从相关国际标准的演变来看，在IEC 61000-4-30（2.0版）（或IEC 61000-4-7）（08版）标准中，对高次谐波的定义是信号当中谐波频率2KHz以上至9KHz频率的分量。在IEC 61000-4-30（3.0版）当中，将高次谐波的频率上限扩展到了150KHz。由此可知，高次谐波的覆盖范围随着应用的扩展而发生变化。开关器件频率越来越高使原先9KHz频率已不能涵盖可能产生的高次谐波频率，因而有必要扩展其上限。虽然从谐波源的角度，高次谐波本身的发射值并不高，但由于诸如配电网电缆化、分布电容等原因，引起高次谐波会放大或产生谐振，导致高次谐波影响电能质量。据申请人了解，现有电能质量监测装置按照谐波（2~50次）的频率范围进行测量设计，对高次谐波缺乏监测，因此无法获取实际高次谐波发射值数据，对出现问题时的分析排查解决非常不利。

2015年正式颁布的IEC 61000-4-30（3.0版）将高次谐波2-150KHz频段划分为2-9KHz和9-150KHz两个频段，其中2-9KHz的高次谐波测量仍然采用IEC 61000-4-7推荐的计算方法进行测量计算，而对于9-150KHz的高次谐波，则因实现上的差异、应用场景的不同、测量准确性和代价的折中，并未给出切斜的测量方法，而只给出一些建议。因此，超高次谐波的测量成为受到关注的重要课题。

检索可知，申请号为201910458946.5的中国专利文献公开一种基于柔性原子滤波的超高次谐波测量方法，该方法通过在超高次频带范围内设置多个FAF，使得滤波测量带宽无重叠地覆盖整个超高次频带；离散的超高次谐波信号与FAF的离散化表达式作内积处理后，根据计算结果确定相应超高次谐波频率与幅值。该专利的技术方案不符合IEC 61000-4-30（3.0版）中明确要求的测量方法，虽然可针对单点测量，但由于测量数据不具备可重复性，因此不能进行区域数据的统计分析，无法通过数据分析评估高次谐波在时间尺度上的统计意义。

申请号为201810826416 .7的中国专利文献公开了一种基于压缩感知的超高次谐波检测装置及检测方法，将传感电路安装在配电网测量端，传感电路输出的信号先经过高通滤波器，其次与多功能数据采集卡D/A模块输出的伪随机序列进行混频后送入低通滤波器，再通过多功能数据采集卡A/D模块实现对信号的低速采样，最后信号经过USB总线上传至上位机完成对信号的重构与显示。高通滤波器设计为增益可调，除滤除工频及其它低频信号干扰外，还可实现对信号的调理。低通滤波器设计为截止频率可调，则可实现变压缩比检测。多功能数据采集卡的同步触发模块可实现D/A和A/D同步，构造出相位偏差为0时的观测矩阵，提高重构精度。该专利的技术方案虽然通过复杂电路结构在降低采样频率和采样点数的情况下可以得到高次谐波的测量结果，但不仅控制策略复杂，而且实际分析数据源为重构数据、并非原始信号数据，测量方法完全不满足IEC 61000-4-30（3.0版）中的要求。