如何測量和分析電能穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)數(shù)據(jù)

電能質(zhì)量問題的提出由來已久，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，直流輸電和FACTS技術(shù)、風力和光伏新能源技術(shù)及沖擊性和波動性負荷等不斷投入實際工程運行使得電網(wǎng)出現(xiàn)諧波、電壓波動和閃變等諸多電能質(zhì)量問題；同時各種對電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備不斷普及，系統(tǒng)對電能質(zhì)量的要求越來越高。電能質(zhì)量設(shè)備一方面能夠解決電力電子設(shè)備大量使用以及新能源分布式電網(wǎng)所產(chǎn)生的電能質(zhì)量問題，另一方面為設(shè)備的正常運行提供可靠的保障。

電能質(zhì)量IEC61000-4-30標準分為A級或者S級精度。A類是電能質(zhì)量的最高級別，每一項測試項目都有最高的準確度要求。S級僅次于A級，標準要求的大部分項目與A級相同或精度水平下降一個數(shù)量級。

圖1.電能質(zhì)量IEC61000-4-30標準比較

Excelpoint世健是亞太區(qū)領(lǐng)先的電子元器件分銷商，具有30多年服務(wù)電力自動化及輸配電行業(yè)客戶的深厚經(jīng)驗，Excelpoint世健重視自主研發(fā)和創(chuàng)新，曾先后開發(fā)了PQA電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置方案、符合IEC61000-4-30 Class A的電能質(zhì)量監(jiān)測模塊PQAM-08/12等。

高性能電能質(zhì)量監(jiān)測模塊

PQAM-08/12是由Excelpoint世健之前開發(fā)的一款高性能電能質(zhì)量監(jiān)測模塊，將ADI的ADSP-BF609高性能DSP、AD7606（8通道DAS、16位雙極性輸入、同步采樣ADC）和外設(shè)集成到一個小尺寸模塊中，并在此基礎(chǔ)上集成通用PQA設(shè)備的獨特算法，實現(xiàn)16個通道電能質(zhì)量的監(jiān)測、統(tǒng)計和報告功能?？蛻艨梢岳迷撃K快速開發(fā)自己的PQA產(chǎn)品，加速產(chǎn)品上市時間。

圖2.符合IEC61000-4-30 Class A的電能質(zhì)量監(jiān)測模塊PQAM-08/12

最近，Excelpoint世健新推出了一套符合IEC61000-4-30 Class S標準、接近產(chǎn)品級的電能質(zhì)量分析儀小型導軌表方案（EP-PQA-S1)。該方案基于ADI最新的電能質(zhì)量監(jiān)控器件ADE9430和Cortex-M4 MCU MAX32650的設(shè)計，并通過了SGS電磁兼容測試，可適用于380V-220kV各電壓等級的發(fā)電廠、變電站、風電場、光伏電站及石油等大型廠礦企業(yè)的供電系統(tǒng)和實時監(jiān)測公共連接點的電能質(zhì)量參數(shù)。

整套方案包含EP-PQA-S1導軌表（尺寸120*95*56mm）、GPS 天線和USB2.0線。

圖3.方案外觀

方案以ADI的電能質(zhì)量監(jiān)控器件ADE9430和Cortex-M4內(nèi)核的 MCU MAX32650為核心器件，運行ADSW-PQ-CLS電能質(zhì)量軟件庫 (版本1.1.0)實現(xiàn)IEC 61000-4-30 S類電能質(zhì)量標準，支持4路電流和3路電壓信號輸入。其硬件框圖如下：

圖4.硬件框圖

ADE9430是一款完全集成的高精度、多相電能和電源質(zhì)量監(jiān)控器件，其出色的模擬性能和DSP內(nèi)核，能夠?qū)?a target="_blank">rms、頻率、相位角度、功率因數(shù)有功、無功、視在功率和電能進行瞬時總值和基波測量，在寬動態(tài)范圍內(nèi)實現(xiàn)精確的電能監(jiān)控。ADE9430每10個或12個周期提供1024個點的重采樣波形，重采樣可簡化外部處理器中至少40個諧波的快速傅立葉變換計算。

MAX32650基于Arm? Cortex?-M4，帶浮點運算單元(FPU)、3MB閃存和1MB SRAM；支持多種存儲器接口擴展及安全數(shù)字接口。

ADSWPQ-CLS電源質(zhì)量庫實現(xiàn)一些先進的電源質(zhì)量特性，如突降和突升、電源頻率、電壓總諧波失真(VTHD)和電流總諧波失真(ITHD)等。一個周期rms、10個周期rms/12個周期rms以及可選ADSW-PQ-CLS電能質(zhì)量庫特性均根據(jù)IEC 61000-4-30 S標準計算。

特性

表1.方案特性

功能

表2.方案功能

操作面板

EP-PQA-S1導軌表自帶1個2" IPS LCD屏,通過面板上的五個按鍵操作可以分別顯示基本參數(shù)及三相不平衡、諧波、間諧波及閃變等電能質(zhì)量參數(shù)。LED等指示導軌表的工作狀態(tài)。

圖5.EP-PQA-S1導軌表面板

PC端GUI

EP-PQA-S1的數(shù)據(jù)通過USB傳送到PC端，GUI包含【Rms, Hz and Flicker】，【Harmonics】，【W(wǎng)aveform】及【System】4個頁面。

●【Rms, Hz and Flicker】頁面顯示電壓和電流幅度、頻率、不平衡和閃變等數(shù)據(jù)

圖6.ClassS-PQA GUI

●【W(wǎng)aveform】頁面顯示電壓電流波形及PQ事件等

圖7.Waveform頁面

目前電能質(zhì)量分析儀小型導軌表方案（EP-PQA-S1)已上市，客戶可以利用該方案對電能質(zhì)量進行高效分析和監(jiān)測，幫助設(shè)備實現(xiàn)平穩(wěn)運行，降低維護成本。