電力推進船舶電能質量污染源的監測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種監測裝置，更具體地說，涉及一種電力推進船舶電能質量污染源的監測裝置。
【背景技術】
[0002]電力推進系統船舶與傳統推進系統相比，具有操作方便、機動性好，振動小，有利于船舶控制環境污染等優點，因此船舶電力推進系統已成為當今船舶行業的重點研究和發展對象，發達國家也正在大力研制將電力推進技術應用于下一代新型戰艦并取得了重大的進展。隨著大量非線性電力電子元器件在船舶電力推進系統上應用和非線性負荷的出現，諸如電壓間斷、短時沖擊、閃變及陷波等波形干擾越來越多的從各電力設備饋入系統，對船舶電力系統的正常運行造成干擾。另外，船上用電設備引起的各種故障和振蕩現象，均可能誘發船舶電力系統事故，造成供電的暫時中斷，降低供電可靠性。
[0003 ]船舶電力系統中引起電能質量不良的污染源有很多，各設備對電網輸電質量的要求也不盡相同。鑒于各種船舶電力設備對電能質量敏感度的變化，電能質量的范圍會進一步變大，分類愈加細化，要求愈加提高。當前，幾乎所有的電能質量的限制只局限于針對電壓或者電流，多用來評估供電系統的其中一個結點在某一時間段內的電能質量等級。但是，監測電能質量指標只是單純的給出各個污染源對電網影響的總和，未能反映電能質量污染源的源頭，也不能對未來電能質量的優化與治理作指導。
[0004]電網中電壓的驟升驟降很少出現，但是危害比較大。目前，在控制自動化中變頻器等大規模敏感性電力電子器件應用的越來越多，即使只是持續幾十分之一秒的電壓驟升驟降都有可能導致設備停止工作，造成巨大損失，故電壓驟升驟降一直是影響電力設備正常工作的最嚴重的暫態電能質量問題。然而，由于這種電壓的極端變化持續時間極短，極難定位，其定向一直是工程的難題。
[0005]閃變是電能質量的一個重要的指標，其是指電壓波動妨礙連接在公共連接點上的其他電器設備的正常運行，即:當大容量負荷的參數發生周期性變化，將會導致節點電壓波動或閃變，并在供電系統中傳播，影響其他負荷的正常運行。由于有多個用電負荷連接在相應的公共節點上，僅僅監測某個節點電壓只能評估電壓波動或閃變的嚴重程度，并不能判斷閃變干擾的污染源。
[0006]監測諧波污染源是對電能質量監測的傳統方法之一，其中絕大多數使用臨界阻抗法和功率流向法。臨界阻抗法雖然經過了理論的假設，但是由于實際參數的獲取困難，不利于在線使用，實用價值缺乏。基于“污染源是向外輸送能量”的假設的功率流向法是目前常用的方法之一，而實際上鑒于多諧波源供電網絡的復雜性，線性負荷大多不會注入諧波功率，只是單純的消耗功率。在一些情況下，諧波源反而可能會吸收諧波功率，造成系統“漏判”，因而不能用“是否向網絡注入諧波功率”作為諧波源的判斷依據。
【發明內容】
[0007]本發明要解決的技術問題在于，提供一種有效避免污染信號提高船舶電網供電質量的電力推進船舶電能質量污染源的監測裝置。
[0008]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:構造一種電力推進船舶電能質量污染源的監測裝置，包括信號采集裝置、信號轉換裝置、信號處理裝置、數據存儲裝置和人機交互裝置，所述信號采集裝置與船舶電網連接，信號采集裝置的輸出端與信號轉換裝置連接，信號轉換裝置的輸出端與數據存儲裝置連接，數據存儲裝置連接信號處理裝置與人機交互裝置連接；
[0009]所述信號處理裝置包括諧波分析處理裝置、閃變分析處理裝置與電壓驟升驟降處理裝置，諧波分析處理裝置、閃變分析處理裝置與電壓驟升驟降處理裝置分別與數據存儲裝置連接。
[0010]按上述方案，所述電壓驟升驟降分析處理裝置分析處理過程如下:讀取信號采集裝置存儲在數據存儲裝置中的各個節點的電壓和電流數據信號，基于周期的小波變換分析法，構造分析電壓幅值的變化曲線;判斷在持續的設定時間內，電壓的幅值是否超過預設值的10%;如果在這段時間電壓幅值超過預設值，則計算其對應的區域的母線上每條線路的電流，并基于周期的小波變換分析法，構造分析電流幅值的變化曲線;將采集到的電壓和電流幅值變化曲線進行對比，如果電壓電流同時上升或下降，則本線路不是電壓驟升驟降的污染源，如果兩者一升一降，則本線路是電壓驟升驟降的污染源;最后將數據處理的結果儲存到數據存儲裝置中。
[0011 ]按上述方案，所述諧波分析處理裝置分析處理過程如下:讀取存儲在數據存儲裝置中的各個節點的電壓和電流數據信號，并對一個基頻周期的電壓電流數據進行相應的變換計算，得到對應諧波的電壓的幅值和相位及電流的幅值和相位;根據上一步計算的結果計算功率因素;根據船舶電網系統參數和相應的負荷協議容量確定負荷的諧波電流的限制，并與變換所得的電流幅值進行比較，確定超過此限值的諧波;計算超過限值的諧波的阻抗;在頻域定義和計算對應負荷所具有的非線性度NLR，與設定的基準值比較，若大于設定值，則所對應的電壓電流信號的來源為諧波污染源。
[0012]按上述方案，所述閃變分析處理裝置分析處理過程如下:讀取存儲在數據存儲裝置中的各個節點的電壓和電流數據信號，跟蹤對應的基波幅值和相位，從而確定基波的阻抗，跟蹤基波阻抗的變化趨勢;然后計算某個負荷單獨接入的時候，公共節點的電壓曲線；根據變換計算所得的數據對定量時間作頻譜分析，得到此時間的閃變強度;將此閃變強度值與系統設定的基準值作比較，若大于設定值，則所對應的電壓電流信號的來源為閃變污染源;將分析處理的結果儲存到數據存儲裝置5中。
[0013]按上述方案，所述信號采集裝置包括A/D轉換裝置、抗混疊濾波器與可編程數字采集器，A/D轉換裝置與信號采集裝置的輸出端連接，A/D轉換裝置的輸出端與抗混疊濾波器連接，抗混疊濾波器的輸出端與可編程數字采集器連接。
[0014]按上述方案，所述信號處理裝置包括諧波分析處理裝置、閃變分析處理裝置與電壓驟升驟降處理裝置，諧波分析處理裝置、閃變分析處理裝置與電壓驟升驟降處理裝置分別與數據存儲裝置連接。
[0015]按上述方案，所述數據存儲裝置包括擴展數據存儲裝置與程序存儲裝置。
[0016]按上述方案，人機交互裝置包括顯示屏、鍵盤與數據管理系統，顯示屏、鍵盤與數據管理系統分別與數據存儲裝置連接。
[0017]實施本發明的電力推進船舶電能質量污染源的監測裝置，具有以下有益效果:
[0018]1、實現了電力推進船舶電能質量污染源的在線定位功能，為船舶電力系統提供有效的集中處理，有效避免了污染信號的大范圍傳播，提高船舶電網供電質量，為電能質量的優化和治理提供了理論的基礎，對船舶電網污染源的監測和定向的技術發展有著重大意義；
[0019]2、可以實現對閃變污染源的監測和定向，對電壓和電流信號進行了聯合分析，判斷電壓或電流中含有的閃變污染成分來源，達到閃變污染源定位的目的，也可以實現對諧波污染源的監測和定向，改進了傳統諧波功率流向判斷理論的缺陷，閃變污染源的監測和定向，對電壓和電流信號進行了聯合分析，并第一次應用到船舶電網的監測中，判斷電壓或電流中含有的，閃變污染成分來源，達到閃變污染源定位的目的有較好的在線監測能力，能夠實時發現問題，及時處理，防止其對整個系統的進一步影響。
【附圖說明】
[0020]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
[0021]圖1是本發明電力推進船舶電能質量污染源的監測裝置的結構框圖。
【具體實施方式】
[0022]為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的【具體實施方式】。
[0023]如圖1所示，本發明的電力推進船舶電能質量污染源的監測裝置包括信號采集裝置2、信號轉換裝置3、信號處理裝置4、數據存儲裝置5和人機交互裝置6。
[0024]信號采集裝置2與船舶電網I連接，采集船舶電網I各個節點的電壓電流信號，再傳輸到信號采集裝置3。信號采集裝置3包括A/D轉換裝置、抗混疊濾波器與可編程數據采集器。本例中選擇的A/D轉換裝置中的芯片為A/D轉換AD7658，可編程數字采集器選擇的是ALTERA公司生產的FPGA單片機芯片，型號為EPIK30QC208HA/D轉換裝置與信號采集裝置2的輸出端連接，A/D轉換裝置的輸出端與抗混疊濾波器連接，抗混疊濾波器的輸出端與可編程數字采集器連接。A/D轉換裝置將通過信號采集裝置2采集到的電壓電流信號經過高精度量化為數字信號，再經過抗混疊濾波器進行濾波優化，最后通過可編程數據采集器實現高速的實時數據采集，將最后得到的數字信號存儲到數據存儲裝置5中。
[0025]數據存儲裝置5包括擴展數據存儲裝置與程序存儲裝置，擴展數據存儲裝置采用多個RAM芯片，型號為CY7C027。程序存儲裝置為FLASH。數據存儲裝置5連接信號處理裝置4，信號處理裝置4包括諧波分析處理裝置、閃變分析處