如何测量和分析电能稳态及瞬态数据

电能质量问题的提出由来已久，随着电力电子技术的发展，直流输电和FACTS技术、风力和光伏新能源技术及冲击性和波动性负荷等不断投入实际工程运行使得电网出现谐波、电压波动和闪变等诸多电能质量问题；同时各种对电能质量敏感的用电设备不断普及，系统对电能质量的要求越来越高。电能质量设备一方面能够解决电力电子设备大量使用以及新能源分布式电网所产生的电能质量问题，另一方面为设备的正常运行提供可靠的保障。

电能质量IEC61000-4-30标准分为A级或者S级精度。A类是电能质量的最高级别，每一项测试项目都有最高的准确度要求。S级仅次于A级，标准要求的大部分项目与A级相同或精度水平下降一个数量级。

图1.电能质量IEC61000-4-30标准比较

Excelpoint世健是亚太区领先的电子元器件分销商，具有30多年服务电力自动化及输配电行业客户的深厚经验，Excelpoint世健重视自主研发和创新，曾先后开发了PQA电能质量在线监测装置方案、符合IEC61000-4-30 Class A的电能质量监测模块PQAM-08/12等。

高性能电能质量监测模块

PQAM-08/12是由Excelpoint世健之前开发的一款高性能电能质量监测模块，将ADI的ADSP-BF609高性能DSP、AD7606（8通道DAS、16位双极性输入、同步采样ADC）和外设集成到一个小尺寸模块中，并在此基础上集成通用PQA设备的独特算法，实现16个通道电能质量的监测、统计和报告功能。客户可以利用该模块快速开发自己的PQA产品，加速产品上市时间。

图2.符合IEC61000-4-30 Class A的电能质量监测模块PQAM-08/12

最近，Excelpoint世健新推出了一套符合IEC61000-4-30 Class S标准、接近产品级的电能质量分析仪小型导轨表方案（EP-PQA-S1)。该方案基于ADI最新的电能质量监控器件ADE9430和Cortex-M4 MCU MAX32650的设计，并通过了SGS电磁兼容测试，可适用于380V-220kV各电压等级的发电厂、变电站、风电场、光伏电站及石油等大型厂矿企业的供电系统和实时监测公共连接点的电能质量参数。

整套方案包含EP-PQA-S1导轨表（尺寸120*95*56mm）、GPS 天线和USB2.0线。

图3.方案外观

方案以ADI的电能质量监控器件ADE9430和Cortex-M4内核的 MCU MAX32650为核心器件，运行ADSW-PQ-CLS电能质量软件库 (版本1.1.0)实现IEC 61000-4-30 S类电能质量标准，支持4路电流和3路电压信号输入。其硬件框图如下：

图4.硬件框图

ADE9430是一款完全集成的高精度、多相电能和电源质量监控器件，其出色的模拟性能和DSP内核，能够对rms、频率、相位角度、功率因数有功、无功、视在功率和电能进行瞬时总值和基波测量，在宽动态范围内实现精确的电能监控。ADE9430每10个或12个周期提供1024个点的重采样波形，重采样可简化外部处理器中至少40个谐波的快速傅立叶变换计算。

MAX32650基于Arm® Cortex®-M4，带浮点运算单元(FPU)、3MB闪存和1MB SRAM；支持多种存储器接口扩展及安全数字接口。

ADSWPQ-CLS电源质量库实现一些先进的电源质量特性，如突降和突升、电源频率、电压总谐波失真(VTHD)和电流总谐波失真(ITHD)等。一个周期rms、10个周期rms/12个周期rms以及可选ADSW-PQ-CLS电能质量库特性均根据IEC 61000-4-30 S标准计算。

特性

表1.方案特性

功能

表2.方案功能

操作面板

EP-PQA-S1导轨表自带1个2" IPS LCD屏,通过面板上的五个按键操作可以分别显示基本参数及三相不平衡、谐波、间谐波及闪变等电能质量参数。LED等指示导轨表的工作状态。

图5.EP-PQA-S1导轨表面板

PC端GUI

EP-PQA-S1的数据通过USB传送到PC端，GUI包含【Rms, Hz and Flicker】，【Harmonics】，【Waveform】及【System】4个页面。

●【Rms, Hz and Flicker】页面显示电压和电流幅度、频率、不平衡和闪变等数据

图6.ClassS-PQA GUI

●【Waveform】页面显示电压电流波形及PQ事件等

图7.Waveform页面

目前电能质量分析仪小型导轨表方案（EP-PQA-S1)已上市，客户可以利用该方案对电能质量进行高效分析和监测，帮助设备实现平稳运行，降低维护成本。