一種民機變頻供電系統電能質量檢測分析系統及方法技術方案

本發明專利技術提出了一種民機變頻供電系統電能質量檢測分析系統及方法，采用數字濾波技術實現變頻條件下的基波濾除，并通過FFT算法分析計算出畸變頻譜；通過多塊不同類型板卡間同步采集技術，使得不同板卡間的所有采集通道實現同步采集；利用開關信號狀態變換實時存儲技術，可以真實的反應某一時間電網中所有接觸器的通斷情況，為電能質量分析提供參考依據；基于生產者/消費者結構的大數據量分析技術，解決了在高速采集情況下可能出現的數據溢出問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于民機變頻供電系統
，具體涉及一種民機變頻供電系統電能質量分析系統及方法。
技術介紹
目前現有的商業民機其交流電源系統共有3種，分為恒速恒頻電源系統(CSCF)、變速恒頻交流電源系統(VSCF)以及變速變頻交流電源系統(VSVF)。與其它兩種電源系統相比，變頻交流電源系統省去了恒速恒頻交流電源系統中的恒速傳動裝置(CSD)以及變速恒頻交流電源系統中的大功率變頻器，且其只有一次能源變換過程，因此具有體積小，重量輕，效率高，結構簡單以及可靠性高的優點。變頻電源系統彌補了恒裝和變頻器帶來的缺點和不足，提高了民機電源系統的可靠性及效率，同時減輕電源系統重量，因而被空客、波音等眾多航空公司所采用，并作為世界先進民機A380和B787的供電系統。我國對民機的研究剛剛起步，對于變頻交流電源的理解仍存在不足，因而在變頻交流供電系統特性參數的測試上，國內目前還屬空白。開展變頻條件下供電系統特性參數的測試原理與測量方法研究，并且設計一套適用于變頻交流供電系統特性參數測試的自動測試系統，可以為多電民機的設計、生產、裝配調試過程中及早發現問題解決問題提供有效的依據，并且可以突破國外的技術封鎖，為我國的民機發展提供參考。同時，變頻供電系統作為民機機載設備正常運行的重要保障，十分需要對其進行快速而有效的電能質量測試，因而針對變頻交流供電系統展開電能質量檢測的研究對我國民機的發展具有重要性和迫切性。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術提供一種民機變頻供電系統電能質量檢測分析系統，所述系統用于變頻系統下的大數據的同步采集、實時存儲和電能質量分析,所述系統包括板卡同步采集模塊、變頻濾波模塊、并行循環模塊和電網接觸器檢測模塊，所述變頻濾波模塊一端連接板卡同步采集模塊，另一端通過并行循環模塊連接電網接觸器檢測模塊；其中，板卡同步采集模塊，所述板卡同步采集模塊用于實現多孔板卡間的實現同步測量；變頻濾波模塊，所述變頻濾波模塊用于變頻供電系統中進行基波濾除和畸變頻譜的計算；并行循環模塊，所述并行循環模塊用于同時執行數據采集和數據處理，進行大數據量分析；電網接觸器檢測模塊，所述電網接觸器檢測模塊用于通過開關信號狀態變換實時存儲技術，反應某一時間電網中所有接觸器的通斷情況，為電能質量分析提供參考依據；進一步地，所述電網接觸器檢測模塊包括信息采集單元、TDMS信息保存單元和離線分析單元，所述通斷信息采集單元通過TDMS信息保存單元連接離線分析單元，所述離線分析單元包括Excel表格形式的1/0形式記錄；進一步地，所述變頻濾波模塊包括基波濾除單元和畸變頻譜計算單元，所述基波濾除單元連接畸變頻譜計算單元，所述基波濾除單元通過數據濾波方法進行基波濾除，所述畸變頻譜計算單元通過FFT算法分析計算畸變頻譜；進一步地，所述板卡同步采集模塊包括波形同步標準單元和波形同步跟隨單元，所述波形同步跟隨單元一端連接波形同步標準單元，另一端連接基波濾除單元，所述波形同步標準單元包括一張主板卡，所述主板卡提供波形同步的標準，所述波形同步跟隨單元包括多塊從板卡，所述多塊從卡板均跟隨主板卡同步波形；進一步地，所述基波濾除單元具體為編程調用“數字IIR濾波器”函數，設置IIR濾波器參數：拓撲結構為“Butterworth”，類型為“Bandstop”，階數為4階，預設濾波器的低截止頻率和高截止頻率，所述低截止頻率為基頻為中心頻率減去預設合適的帶寬范圍的一半，所述高截止頻率為基頻為中心頻率加上預設合適的帶寬范圍一半；進一步地，所述并行循環模塊包括數據采集單元和數據處理單元，所述數據采集單元和數據處理單元為兩個循環單元，并且只相交于隊列存儲緩沖單元，所述數據采集單元一端連接畸變頻譜計算單元，另一端通過數據處理單元連接信息采集單元；一種民機變頻供電系統電能質量檢測分析方法，所述方法用于變頻系統下的大數據的同步采集、實時存儲和電能質量分析,所述方法包括：S1：對變頻民機電源系統中通過板卡同步采集模塊進行大量通達數據采集；S2：對S1變頻民機電源系統中采集到的數據通過變頻濾波模塊進行基波測量；S3：對S2變頻民機電源系統中大量通達數據通過并行循環模塊進行同步處理；S4：對S3中處理過的復雜電網接觸器狀態變化信息通過電網接觸器檢測模塊進行實時存儲和離線分析；進一步地，所述S1具體步驟如下：a)從所有采集板卡中選擇一塊主卡，其余為從卡；b)從卡的時鐘設為主卡的輸出采樣時鐘“ai/sampleclock”；c)開始觸發信號選擇“ai/startTrigger”；d)利用平鋪順序結構，設置從卡的“開始任務”要先于主卡準備好，民機變頻供電系統的電壓信號經調理電路衰減后，利用板卡同步采集模塊進行數據采集；進一步地，所述S3基于生產者/消費者模板，通過并行循環模塊的并行循環將數據采集單元和數據處理單元分開執行，大量的數據存儲到數據采集單元和數據處理單元相交的隊列存儲緩沖單元，處理時再從隊列存儲緩沖單元中提取；進一步地，所述S4為在電網接觸器檢測模塊中，信息采集單元進行信息采集，TDMS信息保存單元對采集到數據記錄的路徑、方式等進行設置保存，最后通過離線分析單元進行整理分析，所述離線分析單元以Excel表格形式進行1/0形式記錄接觸器狀態變化情況，并保存變化時刻，完成離線分析；本專利技術的有益效果如下：1)本專利技術首次將多設備間的同步測量用于民機供電系統電能質量分析中，實現了各通道采集時鐘共用，精確定時，確保各通道數據采集的實時性，多板卡間的同步測量以利于各類數據間的對比分析,實現多板卡同步，同時可以為三相電壓電流的各個參數分析提供一個準確的數據來源，避免因為板卡不同步而造成的參數誤差；2)本專利技術提出一種數字濾波方式，設計數字濾波器各項參數，解決了變頻情況下的濾波問題，節約了硬件資源，克服了下面三點困難a.基波頻率不固定導致不能確保在采樣時間內采樣個數為整數，從而造成均方根值計算的誤差；b交流電壓畸變頻譜的測量需要通過帶阻濾波器濾除基波；c當采樣時間內截取的波形周期不是整數個時，會造成柵欄效應從而產生頻譜泄露；3)同時首次將生產者/消費者設計模式的數據處理方式應用在畸變頻譜的處理方式上，解決了大數據量分析時常易產生的數據溢出；4)本專利技術針對寬體民機電網接觸器檢測，采用一種實時采集存儲方式，首次提出在民機電能質量檢測中利用TDMS數據保存模式，結合辦公軟件Excel，搭建兩者之間的傳輸橋梁，解決了接觸器狀態變化的快速性與準確性記錄，達到了實驗時實時記錄和實驗后離線分析的功能，為民機電能質量檢測時的異常情況原因排查提供了可靠依據。附圖說明圖1為本專利技術系統的硬件整體結構圖；圖2為本專利技術系統中不同板卡同步程序框圖；圖3為本專利技術系統中不同數據采集設備未加同步波形的波形圖；圖4為本專利技術系統中不同數據采集設備加同步波形的波形圖；圖5為本專利技術系統中電壓信號濾波前的幅頻特性曲線；圖6為本專利技術系統中電壓信號濾波后的幅頻特性曲線；圖7為本專利技術系統中生產者/消費者結構模式圖。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。相反，本專利技術涵蓋任何由權利要求定義的在本本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種民機變頻供電系統電能質量檢測分析系統，所述系統用于變頻系統下的大數據的同步采集、實時存儲和電能質量分析,其特征在于，所述系統包括板卡同步采集模塊、變頻濾波模塊、并行循環模塊和電網接觸器檢測模塊，所述變頻濾波模塊一端連接板卡同步采集模塊，另一端通過并行循環模塊連接電網接觸器檢測模塊；其中，板卡同步采集模塊，所述板卡同步采集模塊用于實現多孔板卡間的實現同步測量；變頻濾波模塊，所述變頻濾波模塊用于變頻供電系統中進行基波濾除和畸變頻譜的計算；并行循環模塊，所述并行循環模塊用于同時執行數據采集和數據處理，進行大數據量分析；電網接觸器檢測模塊，所述電網接觸器檢測模塊用于通過開關信號狀態變換實時存儲技術，反應某一時間電網中所有接觸器的通斷情況，為電能質量分析提供參考依據。

【技術特征摘要】
1.一種民機變頻供電系統電能質量檢測分析系統，所述系統用于變頻系統下的大數據的同步采集、實時存儲和電能質量分析,其特征在于，所述系統包括板卡同步采集模塊、變頻濾波模塊、并行循環模塊和電網接觸器檢測模塊，所述變頻濾波模塊一端連接板卡同步采集模塊，另一端通過并行循環模塊連接電網接觸器檢測模塊；其中，板卡同步采集模塊，所述板卡同步采集模塊用于實現多孔板卡間的實現同步測量；變頻濾波模塊，所述變頻濾波模塊用于變頻供電系統中進行基波濾除和畸變頻譜的計算；并行循環模塊，所述并行循環模塊用于同時執行數據采集和數據處理，進行大數據量分析；電網接觸器檢測模塊，所述電網接觸器檢測模塊用于通過開關信號狀態變換實時存儲技術，反應某一時間電網中所有接觸器的通斷情況，為電能質量分析提供參考依據。2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述電網接觸器檢測模塊包括信息采集單元、TDMS信息保存單元和離線分析單元，所述通斷信息采集單元通過TDMS信息保存單元連接離線分析單元，所述離線分析單元包括Excel表格形式的1/0形式記錄。3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述變頻濾波模塊包括基波濾除單元和畸變頻譜計算單元，所述基波濾除單元連接畸變頻譜計算單元，所述基波濾除單元通過數據濾波方法進行基波濾除，所述畸變頻譜計算單元通過FFT算法分析計算畸變頻譜。4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述板卡同步采集模塊包括波形同步標準單元和波形同步跟隨單元，所述波形同步跟隨單元一端連接波形同步標準單元，另一端連接基波濾除單元，所述波形同步標準單元包括一張主板卡，所述主板卡提供波形同步的標準，所述波形同步跟隨單元包括多塊從板卡，所述多塊從卡板均跟隨主板卡同步波形。5.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述基波濾除單元具體為編程調用“數字IIR濾波器”函數，設置IIR濾波器參數：拓撲結構為“Butterworth”，類型為“Bandstop”，階數為4階，預設濾波器的低截止頻率和高截止頻率，所述低截止頻率為基頻為中心...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉衛芳，回彥年，劉力，楊善水，王莉，付大豐，
申請(專利權)人：中國商用飛機有限責任公司北京民用飛機技術研究中心，中國商用飛機有限責任公司，
類型：發明
國別省市：北京;11