[发明专利]一种计量式光学电流电压组合互感器谐波分析装置及方法

说明书

一种计量式光学电流电压组合互感器谐波分析装置及方法，涉及电能质量谐波分析技术领域，包括无源光学电流互感器、无源光学电压互感器、合并单元及二次侧谐波分析仪，所述合并单元的输入端为无源光学电流互感器和无源光学电压互感器的数字接口，所述合并单元的输出端为二次侧谐波分析仪的数字接口，所述合并单元用于三相电压与三相电流信号的数字量合并及输出。本装置本发明方法利用Nuttall窗旁瓣峰值衰减速度快和Hanning窗主瓣较窄的特点，经自卷积后进一步提升优势。再经双谱线插值与数值拟合修正，不仅大大提高了谐波分析精度，也便于硬件编程实现。本发明适用于谐波分析技术领域。

技术领域

本发明涉及电能质量谐波分析技术领域，具体为一种计量式光学电流电压组合互感器谐波分析装置及方法。

背景技术

随着电力系统电力电子化进程的推进，因大量电力电子装置的并网使用使得电网中的谐波检测与治理问题得到人们的广泛关注。因此，谐波分析在电力系统中显得尤为重要。然而能否精确分析谐波数值，与互感器的测量和谐波算法分析精度息息相关。

电磁式电流互感器结构简单，运行安全可靠。其测量稳态电流的精度可以达到万分之几的精度甚至更高。然而某些情况下，当系统中将出现比较严重的高次谐波电流，而电磁式电流互感器由于其原理的问题，传变非周期分量的能力较差，这就带来两个问题：(1)电流互感器的二次侧无法准确得到不同谐波次数的电流真实数值；(2)谐波电流大部分流入励磁支路，电磁式电流互感器出现严重的磁饱和现象。据此，电子式互感器应运而生。

光学互感器作为无源电子式互感器具有许多传统互感器所无法比拟的优点：绝缘性能优良、无暂态磁饱和、动态测量范围大、无铁磁谐振、频率响应宽、体积小重量轻、易与数字设备接口等，在电力系统中具有广阔的应用前景。同时，在电流电压组合互感器中，利用磁光玻璃传感被测电流和电光晶体直接传感被测电压的无源光学电流电压组合互感器是一种可选择的方案。

磁光玻璃型无源光学电流互感器基于Faraday磁光效应原理，高低压之间由光纤进行传输，抗干扰能力强，绝缘性能优良。电光晶体全电压型无源光学电压互感器实现了被测高压的真正直接测量，加在晶体上的电压不受环境温度的影响，纵向调制结构的光学电压传感器不受外电场的影响，这使的光学电压互感器精度与稳定性得以提高。为此，采用了电容分压器与光学电压传感器结合的无源光学电压互感器。

在谐波算法中，电力谐波分析算法分为如下四种：(1)时域仿真分析法；(2)频域仿真分析法；(3)基于数学变换理论算法；(4)基于人工智能算法。特别指出，迄今为止文献数量最多，研究最深入，运用最广泛当属基于数学变换理论算法。它主要包括FFT、小波变换分析法、矢量分析法、Prony法、广义S变换法以及相关改进算法。其中，FFT是最常用于把时域与频域相关联起来的算法，具有完备、正交等众多优势。虽然它不如小波变换那样特别适合处理突变信号和不平稳信号的分析，但它的改进算法因其计算方便特别适合FPGA等硬件编程实现，是谐波分析的首选算法。然而FFT不足之处是非同步采样和非整数周期截断时易出现“频谱泄露”与“栅栏效应”，不能精确的测量出电网的谐波数据。同时对于电网的频率波动，即使是锁相环也难以实现电网的同步采样，因此需要采用一种性能优良的窗函数对FFT算法进行加窗处理来抑制频谱效应。

综上所述，精确测量电力系统中的高次谐波的实际数值，还存在诸多问题。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术中FFT算法分析谐波时易出现“频谱泄露”与“栅栏效应”，不能精确的测量出电网的谐波数据的问题，提出一种一种计量式光学电流电压组合互感器谐波分析装置及方法。

本发明采用如下技术方案实现：一种计量式光学电流电压组合互感器谐波分析方法，包括以下步骤：

步骤一：将Hanning窗与Nuttall窗混合卷积，得到NHC窗函数；

步骤二：将NHC窗函数进行L个时域卷积计算，即L阶自卷积，得到NHSC窗函数；