電能質量在線監控系統及其監控方法
2023-12-09 17:29:26
專利名稱：電能質量在線監控系統及其監控方法
技術領域：
本發明涉及電能質量監控技術，特別是用於電力系統及電力用戶配電網的電能質量在線監控系統及其監控方法。
另外，現有裝置均未採用面向對象的控制方式(即一對一監控)，採用多路監控出現的問題是任何一路的故障均有可能影響到其它迴路的監控，任何一個元件的故障都將威脅整臺裝置的安全運行，不能適應電力系統要求的高可靠性穩定性要求，也難以適應把事故縮小到最小範圍的要求。
本發明的電能質量在線監控系統，其特徵在於包括若干電能質量在線監控裝置，它們分別配置於電力系統和若干用戶配電網，用於實時採集、分析處理、顯示以及傳輸被監測電網的電能質量參數；至少一個伺服器，通過電話線或光纖與所述的若干電能質量在線監控裝置組成監控網，用於實時接收、分析處理所有電能質量在線監控裝置送來的電能質量參數，並可提供給其它多用戶瀏覽分析。
本發明的電能質量在線監控方法，基於由伺服器和配置於電網的若干電能質量在線監控裝置組成的監控系統，其特徵在於採取如下步驟a、各電能質量在線監控裝置實時採集被監測電網的電能質量參數，分析處理、存儲，顯示；b、所述的電能質量在線監控裝置通過電話線或光纖網實時向伺服器傳送電能質量參數；c、伺服器實時接收、分析處理所有電能質量在線監控裝置送來的電能質量參數，並可提供其它多用戶瀏覽分析。
本發明通過若干面向對象的在線監控裝置就地監控、顯示相關電能質量參數，同時通過網線和主伺服器組成實時在線監控網絡，將被監控電能參數實時傳輸給主伺服器分析處理，並可提供其它多用戶瀏覽分析，實現了電能這一特殊商品的質量參數之直觀描述和實時分析處理。同時利用該系統提供的功能強大的後臺分析軟體，根據電能質量的五項國家標準，形成不同時間階段的數據統一報表，形成不同時間階段的電能質量各項參數的動態時間變化曲線，形成一個龐大的實時在線的電能質量信息網，滿足資訊時代電力發展的新要求。
其各電能質量在線監控裝置、伺服器均能實時顯示三相基波電壓、電流、頻率偏差，三相2～25次諧波電壓、電流、功率，負序電壓、電流，三相不平衡度，電壓偏差，功率因數，電壓波動閃變等電能質量參數，實時顯示波形、頻譜曲線等電能質量參數。
其電能質量在線監控裝置採用雙數位訊號處理晶片(DSP)、雙埠RAM、就地大容量FLASH、大屏幕液晶顯示等先進技術。在電能監控系統中，首次採用數位訊號處理器(DSP)完成FFT運算，進而對電能質量進行準確、實時的分析跟蹤。技術構思新穎，結構緊湊，運行可靠，信息處理速度、控制精度較現有技術大大提高。
其中PQM-1就地監控單元(裝置)主要實現在當地完成包括三相基波電壓、電流、頻率偏差，三相2～25次諧波電壓、電流、功率，負序電壓、電流，頻率，三相不平衡度，電壓偏差，功率因數，電壓波動閃變等電能質量參數的採集、實時分析、實時顯示以及就地存儲功能。PQM-1就地監控單元(裝置)也能夠實現就地實時顯示三相電壓電流實時波形、2～25次諧波電壓、電流、功率頻譜曲線等，並完成所有實時參數的遠方傳輸，接受遠方發布的指令。
主伺服器完成遠方數據的實時接收、定時接收或人工取當地存儲數據，以供進一步根據電能質量的五項國家標準自動形成統一數據報表及電能質量動態變化曲線，同時實時在線地顯示實時波形、各次諧波頻譜等圖形。
如電能質量實時在線監控裝置的原理框圖2和實施電路圖3所示，在線監控裝置包括三相電流電壓採樣電路、兩個數位訊號處理器(DSP1、DSP2)、雙埠RAM、A/D變換器、I/O控制器、程序數據存儲器、通訊控制單元、FLASH存儲器、顯示器以及鍵盤，A/D變換器連接於採樣電路和DSP1之間，雙埠RAM通過總線連接於DSP1和DSP2之間，程序數據存儲器、I/O控制器以及通訊控制單元均通過總線與DSP2連接，FLASH存儲器、顯示器和鍵盤均連接於I/O控制器的相應埠。
三相電壓、電流信號，從配置於電力系統(或電力用戶)變電站的電壓互感器(PT)及電流互感器(CT)獲得。
變換器(2)由信號變換器和前端信號濾波電路組成，將來自CT、PT的高電壓大電流信號轉換為適合後續電路使用的弱電信號，並濾除信號線上的尖峰幹擾。
A/D變換器(3)採用高精度的16位6路同時採樣的A/D變換器，將各模擬量信號轉換為數字量信號，並將其傳送給DSP1，6路同時採樣特性的選用保證了U、I信號的真正同時性，採樣速率可高達64K。
數位訊號處理器DSP1(4)採用最新數位化信號處理技術的高性能DSP晶片(DSP320F206)，該技術有別於普通的科學計算與分析，DSP主要強調運算處理的實時性，DSP與MPU(通用微處理器)、MCU(微控制器)的主要區別在於DSP面向高性能、重複性、數值運算密集型的實時處理；MPU大量應用於計算機，MCU則適應於以控制為主的處理過程。
PQM系統應用DSP實現FFT算法，從而確定信號頻率、三相電壓電流的2～25次諧波數值，其速度不僅是MPU的4-10倍，而且可以流水無間斷地完成數據的實時輸入/出。DSP技術結合FFT算法在此領域的應用在國內外尚屬首次，主要將實時數據進行FFT實時變換以形成後續電路所需數據。
雙埠RAM(5)主要完成將數據從DSP1高速互不幹擾地搬移到DSP2以便進行進一步後續處理。雙埠RAM可選用DUAL-PORT-SRAM(2K*16bit)電路，雙埠RAM的應用確保了數據能夠高速、同時、互不幹擾地傳遞，實時性好，而且便於實現。比較而言，不採用雙埠RAM的電路不僅複雜(需用其它元件組合實現)，而且實時性差，容易發生數據傳遞衝突、出錯。
DSP2(6)將DSP1經FFT後的數據進行進一步數據分析並判斷是否超標，完成就地大屏幕液晶顯示、就地大容量FLASH存貯，同時完成數據的遠方傳輸控制等功能。DSP2晶片也可採用DSP320F206電路等。
FLASH存儲器(7)就地大容量FLASH主要完成實時數據的當地存放。該項技術的應用確保了該系統結構方法的真正實用，從而不必採用龐大的工控機來實現數據的存放，同時大大減少裝置的外形尺寸。
液晶顯示(8)能夠就地大屏幕液晶顯示，完成對上述各種電能質量指標參數及實時波形、頻譜的當地顯示，便於現場分析觀察，又確保了該裝置能夠不組網而單獨運行。
(9)為光纖、電話線及Morden，用於為數據的實時傳輸提供通道。通訊接口可在RS485與RS232之間任意切換，電話線傳輸速率為38.4K，光纖傳輸速率為115.2K，既可直接與PC機通訊，也可通過光纖和電話線與遠方的PC機進行通訊。充分利用現有帶寬，在極小損失傳輸速度的情況下，有效地解決了衝突的發生，使一個監控中心最多可同時控制安裝於同一變電站的99臺監測單元(裝置)遠方監控中心伺服器(10)用於完成實時數據的遠方監控，波形、記錄的顯示，形成統一數據分析報表，統一變化曲線報表。
監控裝置的核心部分(11)，採用最新數位化技術，形成雙埠RAM+雙DSP、配合就地大容量FLASH及大屏幕液晶顯示的全新硬體結構，一個DSP主要完成FFT，另一個DSP完成數據的進一步分析處理、存貯、顯示、遠傳功能，互不幹擾，高效、實時、簡單、實用、方便，充分利用了當今數位化處理的最新技術。
以下結合流程圖4、5詳細描述監控裝置的工作過程。
採樣電路將高電壓、大電流信號經過變換器轉化為弱電信號並濾除信號線上的尖峰幹擾，然後經過由差分電路與濾波電路組成的信號耦合電路耦合至A/D轉換電路，耦合電路主要濾除高頻信號，由於採用了差分模式，有效地提高了耦合電路的共模抑制比。
高性能DSP1晶片主要接收A/D變換的數據，並實時計算信號頻率，運用FFT算法計算三相電壓、電流信號的1～25次分量的幅值和相位(每周波採樣128點，採樣頻率6400HZ)，並將此信號通過2K*16bit的雙埠RAM傳輸給第二個DSP2進一步分析處理，雙埠RAM的採用，確保了信號高速、實時、準確、無誤的傳遞；DSP2主要完成採樣數據的進一步計算分析(計算各次諧波電壓、電流含有率，總畸變率，各次諧波的有功無功功率，總的有功、無功功率，功率因數，線電壓，電壓偏差，電壓不平衡度，負序電壓電流、電壓波動閃變)，同時負責數據的就地存儲、比較、通訊、實時顯示、系統參數的設置等功能。
128Mbit大容量FLASH主要完成實時記錄、報警數據的就地存儲；利用單元面板自帶的軟觸摸按鍵，能夠很方便地實現系統參數(包括電壓PT參數、電流CT參數、系統短路容量、各種電能質量參數的報警限值等參數)的設置整定，並將此類信息參數存貯在高速的small sector FLASH中。
面板配置的大容量就地液晶實時顯示包括三相基波電壓、電流、頻率偏差，三相2～25次諧波電壓、電流、功率，負序電壓、電流，頻率，三相不平衡度，電壓偏差，功率因數，電壓波動閃變等電能質量參數，同時顯示三相電壓電流實時波形、2～25次諧波電壓、電流、功率頻譜曲線等。通訊控制迴路完成各種控制命令及實時數據的傳輸。
控制主程序(圖5)主要執行如下操作初始化，根據設置系統參數命令設置系統參數；根據讀取系統參數命令，讀取已經更新後的DARAM中的數據，分析處理報警信號；接著運行通訊控制模塊，處理與I/O口有關通訊命令；然後根據當前顯示界面跳轉到需要的監控界面，顯示相應的參數；最後處理與I/O口有關通訊命令，刷新LCD顯示器返回，完成一次循環。本實施例的監控界面包括主界面實時波形顯示、諧波綜合數據顯示、電壓諧波頻譜顯示、電流諧波頻譜顯示、有功功率諧波頻譜顯示、無功功率諧波頻譜顯示、其它電能質量參數顯示等。
本發明電能質量監控系統及監控方法的實施，打破了傳統的電能質量監測的概念，形成了全方位的電能質量信息監控網絡，實現了電能這一特殊商品的質量參數之直觀描述和實時分析處理。
權利要求
1.一種電能質量在線監控系統，其特徵在於包括若干電能質量在線監控裝置，它們分別配置於電力系統和若干用戶配電網，用於實時採集、分析處理、顯示以及傳輸被監測電網的電能質量參數；至少一個伺服器，通過電話線或光纖與所述的若干電能質量在線監控裝置組成監控網，用於實時接收、分析處理所有電能質量在線監控裝置送來的電能質量參數，並可提供給其它多用戶瀏覽分析。
2.根據權利要求1所述電能質量在線監控系統，其特徵在於所述的電能質量在線監控裝置包括三相電流電壓採樣電路、兩個數位訊號處理器(DSP1、DSP2)、雙埠RAM、A/D變換器、I/O控制器、程序數據存儲器、通訊控制單元、FLASH存儲器、顯示器以及鍵盤，A/D變換器連接於採樣電路和DSP1之間，雙埠RAM通過總線連接於DSP1和DSP2之間，程序數據存儲器、I/O控制器以及通訊控制單元均通過總線與DSP2連接，FLASH存儲器、顯示器和鍵盤均連接於I/O控制器的相應埠。
3.根據權利要求2所述電能質量在線監控系統，其特徵在於所述電能質量在線監控裝置的顯示器採用液晶顯示器。
4.一種電能質量在線監控方法，基於由伺服器、和配置於電網的若干電能質量在線監控裝置組成的監控系統，其特徵在於採取如下步驟a、各電能質量在線監控裝置實時採集被監測電網的電能質量參數，分析處理、存儲，顯示；b、所述的電能質量在線監控裝置通過電話線或光纖網實時向伺服器傳送電能質量參數；c、伺服器實時接收、分析處理所有電能質量在線監控裝置送來的電能質量參數，並可提供其它多用戶瀏覽分析。
5.根據權利要求4所述電能質量在線監控方法，其特徵在於在步驟a中，DSP1根據A/D變換的數據實時計算信號頻率，用FFT算法計算三相電壓、電流信號的1～25次分量的幅值和相位，並將此信號通過雙埠RAM傳輸給DSP2，由DSP2完成採樣數據的進一步計算分析，同時完成數據的就地存儲、比較、通訊、實時顯示以及系統參數的設置。
全文摘要
本發明涉及電能質量在線監控系統及其監控方法，包括若干電能質量在線監控裝置，它們分別配置於電力系統和若干用戶配電網，用於實時採集、分析處理、顯示以及傳輸被監測電網的電能質量參數；至少一個伺服器，通過電話線(或光纖)與所述若干在線監控裝置組成監控網，用於實時接收、分析處理所有在線監控裝置送來的電能質量參數，並可提供其它多用戶瀏覽分析。其電能質量在線監控裝置採用雙數位訊號處理晶片(DSP)、雙埠RAM、就地大容量FLASH、大屏幕液晶顯示等先進技術。其在線監控方法首次採用數位訊號處理器(DSP)完成FFT運算，進而對電能質量進行準確、實時的分析跟蹤，技術構思新穎，結構緊湊，運行可靠，信息處理速度、控制精度較現有技術大大提高。
文檔編號H02J13/00GK1416197SQ01129880
公開日2003年5月7日 申請日期2001年11月4日 優先權日2001年11月4日
發明者王海峰, 杜仁勳, 劉軍成, 王建強 申請人:深圳市領步科技有限公司