無間隔電能質量在線監測裝置的製作方法
2023-05-04 05:06:41 3
專利名稱：無間隔電能質量在線監測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及到一種電能質量監測裝置，尤其涉及到一種無間隔電能質量在 線監測裝置。
背景技術：
由於現代化工業高速發展，電能源己經成為目前人類最重要的能源之一； 非線性負荷的普遍應用，大量諧波注入電網，用戶負載的非線性、衝擊性、不 平衡的用電特性，致使電網系統電能質量不斷惡化。加強電網系統的電能質量 綜合管理，監管電網系統的健康運行，為社會可持續發展提供一個高效、環保、 安全的電力能源環境，是電網系統管理者和建設者近年來的重心工作。出於電 能質量系統的海量數據量和電能質量數據分析處理的海量工作量，以及電網系 統管理者和建設者對電能質量監測系統更全、更高、更難的技術要求，單機普 通的電能質量監測處理系統已經不能滿足現有需求的技術要求；隨著電網系統 發電、輸電、配電以及用電等各個環節的不斷複雜，中間環節產生的電能質量 寄生信息也在不斷的複雜，如諧波次數不斷升高，間諧波對系統的負面影響也 在不斷提升；電能質量在線監測處理功能也在不斷要求向更高、更精、更細方 面發展；經研究比對表明，目前大多數的電能質量監測裝置都存在著處理數據 功能單一、處理數據精度一般、處理實時電能質量數據的覆蓋面小，漏處理電 能質量數據窗口大等不足之處；甚至目前很少有全覆蓋面的實時電能質量數據 處理裝置。
同行業電能質量監測技術發展情況概述
1、 第一代電能質量監測技術情況 1.1技術特點
我們國家對電能質量問題認識比西方發達國家落後近30年的差距，相關電 能質量項目的技術產品應用都比較落後，當初我們國內的工業加工主要是一些 技術水平低、製造工藝水平落後，生產製造的產品主要屬於粗糙、簡單的工業 產品；生產製造上述產品對電力能源可靠度要求也一般。零散的對電能質量監 測也僅限於偶爾採用一般的"電能質量分析儀器儀表"做抽查而已。
1.2應用情況以及存在的問題
* 對電能質量監測及應用處於初級階段-,
* 各行業對電能質量帶來的問題及危害還認識不夠；
* 各地區電力局一般利用可攜式"電能質量分析儀"對某些變電所或直接 汙染源進行測試，測試時間短，發現問題的機率小。
2、 H前，我國電能質量在線監測程度不高，電能質量監測及控制技術應 用處在起步階段
2.1發展狀況
由於現代化工業高速發展，電能源已經成為目前人類最重要的能源之一； 非線性負荷的普遍應用，大量諧波注入電網，用戶負載的非線性、衝擊性、不 平衡的用電特性，致使電網系統電能質量不斷惡化。
同時隨著我國工業技術的不斷提高和相應的一些高技術國外公司在我國內 地投資辦廠，電能源的質量問題已經影響到正常的工業技術發展； 一些高端精 加工產業領域，需要安全、穩定、可靠以及高質量的"精細"電源，我國原有的
開放式管理造成的"粗電"電源已經不能滿足現有工業企業的應用與發展。
隨著上述情況的變化和發展，電能質量技術應用包括"監測"和"綜合治理"也
逐步得到重視和開始發展。隨著對電能質量問題研究的不斷深入，電能質量問
題有以下特點
參 電能質量動態性
電能源從發電到生產應用是一個整體系統，其變化始終出於動態平衡狀態， 並且隨電網結構和負荷的改變而不斷變化；不同時刻，不同地點，電能質量指 標往往是不同的。所以電能質量始終處在動態變化中。
* 電能質量相關性
電能不能大量存儲，發、輸、配以及應用同時進行，所以相關的設備產生 電能質量問題會影響到其他在線設備。
* 電能質量傳播
電能傳播速度快，電氣汙染波及面積大，某處的電能質量問題會大大的降 低相連繫統的電能質量。
參 電能質量潛在性
電能質量擾動複雜多變，事故誘發條件複雜，隱患不知清。
* 電能質量複雜性
電能質量是多個指標作用於同一系統，綜合給出評價電能質量的綜合指標 比較困難。
* 電能質量整體性
保證電能質量需要發、輸、配、用的各級管理多方努力，不是一方力所能 及的事。2.2電能質量監測技術應用情況以及存在的問題 2.2.1技術特點
* 電能質量監測向在線監測方向發展
目前常用的"電能質量在線監測裝置"系統結構如圖1所示，電能質量在線監
測裝置一般主要以16位的DSP為主要數據處理器，處理數據比較快，數據測 量精度較好；
* 具備遠程通訊網絡管理功能
電能質量在線監測裝置有通訊網絡接口，可以和遠程綜合自動化管理系統
組成網絡化管理，集數據採集、分析、報表管理與一體；
2.2.2技術缺點及存在的問題
* 不適合對複雜的電能質量數據處理
電能質量在線監測裝置內部處理器一般主要以16位的DSP/單片機為主要 數據處理器，無法實現較為複雜的電能質量數據處理，從電能質量數據特性來 看，電能質量數據屬於"海量"資料庫，低規格的處理架構實現複雜數據處理技 術難度比較大；
* 不適合暫態電能質量數據處理
以簡單規格的16/32位的DSP/單片機組成的電能質量在線監測裝置只適合 穩態性質的電能質量數據處理，為了滿足穩態電能質量數據處理能力，電能質 量在線監測裝置數據處理只能採取放大處理數據間隔的辦法；如先對一個周波 數據採集，然後對提取的數據做電能質量數據分析，處理一個周邊的電能質量 數據需要5 10以上電網周波的周期時間才能完成(一相電壓/電流採用目前最 快的FFT處理需要2ms， 1路電能質量監測包括3相電壓3相電流，對所有的
採集量完成FFT變換就需要近15 20ms的時間周期，其它電能質量相關的處 理、統計等同樣需要佔用大量的CPU時間)；處理下一組數據只能對第5 10 周波以後的數據處理，處理器只能對這之間的窗口數據無法處理。可能一些重 要的暫態性質的電能質量數據就隱含在這些"空穴"間隔，將都得不到有效處 理。造成不能全方面的監測處理系統電能質量數據。
如"電湧、高壓尖脈衝、暫態過電壓、電壓下陷、頻率偏移、持續低電壓、 瞬時斷電、電壓凸起"等暫態電能質量事件對用電設備的殺傷力和危害程度要遠 遠大於穩態電能質量事件。加強暫態電能質量事件監測處理，對電能質量在線 監測系統尤為重要。
有大"空穴"間隔的電能質量數據處理系統數據分布圖如圖2所示，在圖 中，對影印部分電網數據周期實施了電能質量監測處理工作，空白部分電網周 期的數據系統無工作時間，錯失的無處理數據信息區。
參 網絡系統速度慢，很難滿足現有"海量"數量量的電能質量數據信息
現有的電能質量在線監測裝置外配置的通訊接口一般為RS485或通過串 口轉接乙太網口的通訊接口，通訊系統功效低，電能質量在線監測系統與現有 的電能質量管理系統數據共享能力不足，嚴重製約了電能質量綜合工程工作進 展，不能滿足現有的技術要求。數據處理實時性不強
現有的電能質量在線監測裝置採用放大"空穴"間隔的電能質量數據處理模 式，存在著對系統中大量的數據信息丟棄，依據電能質量數據變化的隨機性和 動態性變化情況，對大量的電能質量數據不能做到實時性監測。
* 監測結果缺乏判決依據
電能質量在線監測裝置處理存在比較大的未處理數據"空穴"，不能真實全 面反映電能質量變化趨勢，所以難以準確的評價系統現有的電能質量綜合技術 指標。
基於上述現有電能質量在線監測裝置技術的不足之處，本發明人設計了本 發明"無間隔電能質量在線監測裝置"。
發明內容
本發明針對上述現有技術的不足所要解決的技術問題是提供一種實現系 統電能質量數據無間隔處理能力的無間隔電能質量在線監測裝置。 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是 無間隔電能質量在線監測裝置設計採用以下方法 1.1多處理器協處理機制系統結構設計
在該系統中，"電能質量數據處理CPU1、 2、 3"分別完成不同通道的電能 質量數據處理，在同一時刻系統內各CPU並行處理各通道電能質量數據，電能
質量數據處理CPU的90%任務實現電能質量數據採樣處理，10%的任務向"通 訊管理數據存儲CPU"傳輸數據。有效提高對系統的電能質量數據處理能力。"通 訊管理數據存儲CPU"主要完成系統電能質量數據的存儲、網絡通訊以及其它 輔助功能。該系統採用10/100M乙太網通訊處理，使系統數據通訊傳輸無瓶頸。 對影印部分電網數據周期實施了電能質量監測處理工作，系統處理電能質 量數據無"空穴"遺漏周期區間，多處理器協處理機制系統的電能質量在線監測 裝置不僅可以適用於穩態電能質量數據分析處理，全覆蓋的數據處理能力特別 適合對暫態性質的電能質量數據處理。
1.2 "硬體有效值突變檢測觸發單元"進一步強化暫態電能質量數據處理能
力
硬體有效值突變檢測觸發單元屬於外部硬體電路對有效暫態電能質量事件
通過監測有效值突變信號向電能質量數據處理CPU產生觸發信號，通知電能質
量數據處理CPU對當前採集數據分析處理；當電網數據處於平穩狀態時，有效
值突變檢測觸發單元不會產生觸發信號，電能質量數據處理CPU只對系統採集 數據做常規數據分析處理，有效提高CPU的運行效率。
利用"硬體有效值突變檢測單元"檢測電網電壓有效值突變信號，在正常情況
下，單元功能電路無信號輸出，CPU系統保留採用數據，但不做無謂的"暫態事
件"處理；當單元模塊有信號輸出，"信號檢測單元"向CPU請求"暫態電能質量事
件處理"。"暫態電能質量事件處理"軟體模塊功能複雜，程序執行將耗費大量的
CPU時間，通過外部準確的事件判斷模塊，大大節省CPU運行時間，有效提高
系統的可靠性和保證處理事件的準確性。
本發明無間隔電能質量在線監測裝置的有益效果是
a) 電能質量事件數據分析處理全面本發明可以處理包括以下電能質量 事件信息，諧波分析、間諧波分析、系統電壓合格率統計分析、瞬時供電斷電 統計分析、瞬時衝擊脈衝事件錄波、電壓驟升驟降事件錄波、變頻器可控矽負 載造成的電壓波形切痕事件錄波、三相不平衡度統計分析、電壓波動與閃變事 件統計分析、RMS值突變事件錄波記錄等。
b) 電能質量事件處理的準確度大大提高本發明採用多片最新Tl公司 32位DSP處理器設計，數據採集轉換採用多通道同步16位A/D轉換器，電 壓電流異常事件觸發加密採樣每周波可達1024個點；可以對電網系統中大於
50US的瞬時衝擊脈衝實現存儲錄波分析；每種瞬時電能質量事件觸發記錄功能 由外部硬體有效值突變檢測觸發單元和內部軟體判別相結合的錄波分析模式， 大大節省的數據處理CPU的佔用時間，提高對電能質量事件處理的及時性和準 確性。
C)實現系統電能質量數據無間隔處理能力新的電能質量在線監測裝置
系統採用多片最新TI公司32位DSP處理器設計，其中電能質量數據分析處理 由3片同規格CPU協處理完成，3個CPU分別負擔部分電能質量數據分析處 理工作量，保證實時電能質量數據的無間隔處理能力，有利於將電能質量數據 分析處理能力向高、精、全方面擴充。從目前實際測試的情況來看，單片32 位的DSP處理器很難在統一周期內完成綜合的電能質量數據分析處理能力，只 能採用放大間隔的數據處理方式實現系統測試功能，這樣難免會丟失部分有價 值的電能質量數據信息，CPU的超負荷運行降低了系統的穩定性和可靠性，也 直接會影響到對系統電能質量事件判斷的精準性。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。 圖1是目前常用的"電能質量在線監測裝置"系統結構圖； 圖2是有大"空穴"間隔的電能質量數據處理系統數據分布圖； 圖3是本發明多處理器協處理機制系統組成結構圖； 圖4是本發明無"空穴"間隔全覆蓋電能質量數據處理系統數據分布； 圖5是本發明"硬體有效值突變檢測單元"的暫態電能質量事件處理模塊功 能框圖
具體實施例方式
參照圖3至圖5，本發明是這樣實施的
在圖3中，"電能質量數據處理CPU1、 2、 3"分別完成不同通道的電能質 量數據處理，在同一時刻系統內各CPU並行處理各通道電能質量數據，電能質 量數據處理CPU的90%任務實現電能質量數據採樣處理，10%的任務向"通訊 管理數據存儲CPU"傳輸數據。有效提高對系統的電能質量數據處理能力。"通 訊管理數據存儲CPU"主要完成系統電能質量數據的存儲、網絡通訊以及其它 輔助功能。該系統採用10/100M乙太網通訊處理，使系統數據通訊傳輸無瓶頸。
在圖4中，對影印部分電網數據周期實施了電能質量監測處理工作，系統 處理電能質量數據無"空穴"遺漏周期區間，多處理器協處理機制系統的電能質 量在線監測裝置不僅可以適用於穩態電能質量數據分析處理，全覆蓋的數據處 理能力特別適合對暫態性質的電能質量數據處理。
在圖5中，利用"硬體有效值突變檢測單元"檢測電網電壓有效值突變信號， 在正常情況下，單元功能電路無信號輸出，CPU系統保留採用數據，但不做無 謂的"暫態事件"處理；當單元模塊有信號輸出，"信號檢測單元"向CPU請求"暫 態電能質量事件處理"。"暫態電能質量事件處理"軟體模塊功能複雜，程序執行 將耗費大量的CPU時間，通過外部準確的事件判斷模塊，大大節省CPU運行 時間，有效提高系統的可靠性和保證處理事件的準確性。
以上所述，僅是本發明無間隔電能質量在線監測裝置的較佳實施例而已， 並非對本發明的技術範圍作任何限制，凡是依據本發明的技術實質對以上的實 施例所作的任何細微修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍 內。
權利要求
1、一種無間隔電能質量在線監測裝置，包括通訊管理數據存儲CPU、數據採集轉換模塊和電能質量數據分析模塊，還包括有通訊網絡接口，其和遠程綜合自動化管理系統組成網絡化管理，集數據採集、分析、報表管理於一體，本發明的特徵在於其採用32位DSP處理器作為電能質量數據處理CPU，所述的電能質量數據分析模塊由3片DSP處理器協處理完成，3片DSP處理器分別負擔部分電能質量數據分析處理工作量，保證實時電能質量數據的無間隔處理能力，負責電能質量數據處理的3個DSP處理器分別完成不同通道的電能質量數據處理，在同一時刻系統內各DSP處理器並行處理各通道電能質量數據，電能質量數據處理的3片DSP處理器90％任務實現電能質量數據採樣處理，10％的任務向通訊管理數據存儲CPU傳輸數據，通訊管理數據存儲CPU用於完成系統電能質量數據的存儲、網絡通訊以及輔助功能。
2、 根據權利要求1所述的無間隔電能質量在線監測裝置，其特徵在於所述 的數據採集轉換模塊採用多通道同步16位A/D轉換器，電壓電流異常事件觸發 加密採樣每周波達1024個點；可對電網系統中大於50us的瞬時衝擊脈衝實現 存儲錄波分析；每種瞬時電能質量事件觸發記錄功能由外部硬體有效值突變檢 測觸發單元和內部軟體判別相結合的錄波分析模式，縮短數據處理CPU的佔用 時間，提高對電能質量事件處理的及時性和準確性，所述的硬體有效值突變檢 測觸發單元屬於外部硬體電路對有效暫態電能質量事件通過監測有效值突變信 號向電能質量數據處理CPU產生觸發信號，通知電能質量數據處理CPU對當 前採集數據分析處理；當電網數據處於平穩狀態時，有效值突變檢測觸發單元 不會產生觸發信號，電能質量數據處理CPU只對系統採集數據做常規數據分析 處理，有效提高電能質量數據處理CPU的運行效率；利用"硬體有效值突變檢測單元"檢測電網電壓有效值突變信號，在正常情況下，單元功能電路無信號 輸出，電能質量數據處理CPU系統保留採用數據，不做無謂的"暫態事件"處理；當單元模塊有信號輸出，"信號檢測單元"向電能質量數據處理CPU請求"暫 態電能質量事件處理"；通過外部準確的事件判斷模塊，節省電能質量數據處理 CPU運行時間，提高系統的可靠性和保證處理事件的準確性。
3、根據權利要求1所述的無間隔電能質量在線監測裝置，其特徵在於所述 的網絡通訊採用10/100M乙太網通訊處理。
全文摘要
本發明涉及到一種電能質量監測裝置，尤其涉及到一種無間隔電能質量在線監測裝置。其包括1)多處理器協處理機制系統結構設計；2)「硬體有效值突變檢測觸發單元」進一步強化暫態電能質量數據處理能力，利用「硬體有效值突變檢測單元」檢測電網電壓有效值突變信號，在正常情況下，單元功能電路無信號輸出，CPU系統保留採用數據，當單元模塊有信號輸出，「信號檢測單元」向CPU請求「暫態電能質量事件處理」，通過準確的事件判斷模塊，大大節省CPU運行時間，有效提高系統的可靠性和保證處理事件的準確性。其有益效果是電能質量事件數據分析處理全面；電能質量事件處理的準確度大大提高；實現系統電能質量數據無間隔處理能力。
文檔編號G01R31/00GK101354419SQ20081014171
公開日2009年1月28日 申請日期2008年8月29日 優先權日2008年8月29日
發明者謝蘭平, 鄧永輝, 陳彥武 申請人:深圳市奇輝電氣有限公司