技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明涉及智能
電網(wǎng)中數(shù)字化變電站內(nèi)電能質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種數(shù)字化變電站電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)
[0002] 隨著
智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，
電子式裝置的應(yīng)用日益成熟和普及，導(dǎo)致現(xiàn)有變電站內(nèi)裝置數(shù)字化程度不一致，使電網(wǎng)公司的發(fā)展受到一定的限制。
[0003] 隨著電網(wǎng)公司對電能質(zhì)量的重視程度的提高，數(shù)字化變電站作為智能電網(wǎng)未來發(fā)展趨勢，必須納入到電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督的范疇。而目前數(shù)字化變電站內(nèi)主流的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置
采樣率已提高為512點/周波，導(dǎo)致互感器及合并單元的
信號采樣率變低，存在各個層次裝置之間采樣率不一致的問題。為解決此問題，許多院校及研究單位通過改變采樣
算法來達(dá)到裝置采樣率的一致問題，但由此也帶來了計算量的增大和算法的帶來的數(shù)據(jù)不一致性。
[0004] 因此
現(xiàn)有技術(shù)缺乏一個
覆蓋數(shù)字化變電站各層的數(shù)字化變電站電能質(zhì)量監(jiān)測的高采樣率的解決方案。
發(fā)明內(nèi)容
[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種數(shù)字化變電站電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)及方法，徹底解決數(shù)字化變電站由于采樣率問題而導(dǎo)致的電能質(zhì)量監(jiān)測難題，并實現(xiàn)各種電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)指標(biāo)與暫態(tài)指標(biāo)的監(jiān)測與分析，并滿足高次諧波的監(jiān)測分析要求，監(jiān)測與分析數(shù)據(jù)通過基于WEB的方式進(jìn)行發(fā)布。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0007] 一種數(shù)字化變電站電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，包括依次連接的電子式互感器、合并單元、電能質(zhì)量監(jiān)測裝置、電能質(zhì)量管理平臺、及與電子式互感器、合并單元連接的同步功能單元，
[0008] 所述電子式互感器運行于數(shù)字化變電站過程層，用于將電
力系統(tǒng)一次側(cè)的高
電壓、大
電流信號轉(zhuǎn)換成二次側(cè)
低電壓和小電流
模擬信號，所述電子式互感器包括低功率采樣線圈和采樣信號發(fā)送模
塊，采樣信號發(fā)送模塊的采樣
頻率適應(yīng)同步功能單元所設(shè)置的頻率，即按照同步功能單元設(shè)置的頻率接入合并單元；
[0009] 所述合并單元，用于按照同步功能單元給定的同步轉(zhuǎn)換信號將電子式互感器采集的二次側(cè)低電壓和小電流模擬信號轉(zhuǎn)換為
數(shù)字信號，然后經(jīng)過同步、解碼、組
幀處理后封裝成IEC?61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)格式發(fā)送給電能質(zhì)量監(jiān)測裝置；
[0010] 所述電能質(zhì)量監(jiān)測裝置安裝于間隔層，用于以IEC?61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)接收來自一個或多個合并單元的高采樣率信號并完成基于IEC?61000-4-30進(jìn)行電能質(zhì)量
數(shù)據(jù)處理，計算得到各種電能質(zhì)量指標(biāo)的實時值和統(tǒng)計值，并將各種電能質(zhì)量數(shù)據(jù)按IEC?61850-7進(jìn)行建模；
[0011] 所述電能質(zhì)量管理平臺安裝于變電站層，用于以IEC?61850-8標(biāo)準(zhǔn)接收來自一個或多個電子式電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的電能質(zhì)量實時數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計、數(shù)據(jù)存儲和電能質(zhì)量信息發(fā)布。
[0012] 進(jìn)一步的，所述合并單元包括多路
數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理模塊、串口發(fā)送模塊、同步模塊，
[0013] 多路數(shù)據(jù)采集器與電子式互感器進(jìn)行
接口，用于按照同步功能單元給定的同步轉(zhuǎn)換信號接收通道的輸出數(shù)據(jù)并校驗數(shù)據(jù)的有效性，將電子式互感器采集的二次側(cè)低電壓和小電流信號轉(zhuǎn)換為高采樣率的原始采樣值數(shù)字信號；
[0014] 所述數(shù)據(jù)處理模塊用于以IEC?60044格式接收來自多路數(shù)據(jù)采集器采集的多個電子式互感器的高采樣率的原始采樣值數(shù)字信號，完成數(shù)據(jù)的同步、解碼、組幀等處理，將原始采樣值數(shù)字信號封裝成IEC?61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)格式；
[0015] 所述串口發(fā)送模塊用于將數(shù)據(jù)處理模塊處理得到IEC?61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)格式的原始采樣值數(shù)字信號，按照標(biāo)準(zhǔn)完成以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換，發(fā)送給后端的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置；
[0016] 所述同步模塊用于接收同步功能單元給定的同步轉(zhuǎn)換信號，將同步轉(zhuǎn)換信號發(fā)送給多路數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理模塊、串口發(fā)送模塊。
[0017] 進(jìn)一步的，所述同步功能單元包括總線模塊、FPGA配置模塊、扇出模塊、時鐘合成模塊，所述FPGA配置模塊用于通過總線模塊接收上位機的配置指令，按照配置指令配置FPGA程序，所述時鐘合成模塊用于按照FPGA配置模塊配置的FPGA程序，通過時鐘合成芯片的功能引腳配置實現(xiàn)所配置時鐘；所述扇出模塊用于通過扇出芯片實現(xiàn)信號由一路到多路的輸出；所述FPGA配置模塊還同時接收采樣反饋信號，解讀出采樣反饋
信號傳輸回的信號值，并與上位機設(shè)置信號和輸出采樣
同步信號進(jìn)行對比，反饋給上位機進(jìn)行顯示以實現(xiàn)頻率
跟蹤的功能。
[0018] 進(jìn)一步的，所述電子式互感器包括電子式電壓互感器和電流互感器。
[0019] 一種數(shù)字化變電站電能質(zhì)量監(jiān)測方法，其特征在于采用上述監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行，包括如下步驟：
[0020] 1)在數(shù)字化變電站內(nèi)過程層，利用電子式互感器將電力系統(tǒng)一次側(cè)的高電壓、大電流信號轉(zhuǎn)換成二次側(cè)低電壓和小電流模擬信號，按照同步功能單元設(shè)置的頻率接入合并單元；
[0021] 2)在數(shù)字化變電站內(nèi)過程層，利用合并單元按照同步功能單元3給定的同步轉(zhuǎn)換信號將電子式互感器采集的二次側(cè)低電壓和小電流模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后經(jīng)過同步、解碼、組幀處理后封裝成IEC?61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)格式發(fā)送給電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，期間維持同步功能單元設(shè)置的采樣率不變；
[0022] 3)在數(shù)字化變電站內(nèi)間隔層，利用電能質(zhì)量監(jiān)測裝置以IEC?61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)接收來自一個或多個合并單元的高采樣率信號，基于IEC?61000-4-30進(jìn)行電能質(zhì)量數(shù)據(jù)處理，計算得到各種電能質(zhì)量指標(biāo)的實時值和統(tǒng)計值，并將各種電能質(zhì)量數(shù)據(jù)按IEC?61850-7進(jìn)行建模；
[0023] 4)在數(shù)字化變電站內(nèi)變電站層，利用電能質(zhì)量管理平臺以IEC?61850-8標(biāo)準(zhǔn)接收來自一個或多個電子式電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的電能質(zhì)量實時數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計、數(shù)據(jù)存儲和電能質(zhì)量信息發(fā)布。
[0024] 進(jìn)一步的，所述同步功能單元的FPGA配置模塊通過總線模塊接收上位機的配置指令，按照配置指令配置FPGA程序，所述時鐘合成模塊按照FPGA配置模塊配置的FPGA程序，通過時鐘合成芯片的功能引腳配置實現(xiàn)所配置時鐘，所述扇出模塊通過扇出芯片實現(xiàn)信號由一路到多路的輸出，所述FPGA配置模塊還同時接收采樣反饋信號，解讀出采樣反饋信號傳輸回的信號值，并與上位機設(shè)置信號和輸出采樣同步信號進(jìn)行對比，反饋給上位機進(jìn)行顯示以實現(xiàn)頻率跟蹤的功能。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0026] 本發(fā)明從完善電能質(zhì)量管理
角度出發(fā)，提出了一套完整的、覆蓋間隔層、過程層和變電站層的數(shù)字化變電站電能質(zhì)量監(jiān)測的方法與系統(tǒng)，從過程層電子式互感器源頭出發(fā)改變系統(tǒng)采樣率，并統(tǒng)一系統(tǒng)采樣率，從而解決了為滿足電能質(zhì)量裝置采樣率要求而導(dǎo)致計算量的增大和算法的帶來的數(shù)據(jù)不一致性問題，可滿足數(shù)字化變電站電能質(zhì)量監(jiān)測的各種要求，從而將數(shù)字化變電站納入電能質(zhì)量管理范疇。
附圖說明
[0027] 圖1是本發(fā)明數(shù)字化變電站電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖2是本發(fā)明中同步功能單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖3是本發(fā)明數(shù)字化變電站電能質(zhì)量監(jiān)測方法的流程示意圖。
[0030] 圖中：1—電子式互感器，2—合并單元，3—同步功能單元，4—電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，5—電能質(zhì)量管理平臺，21—多路數(shù)據(jù)采集器，22—數(shù)據(jù)處理模塊，23—串口發(fā)送模塊，24—同步模塊，31—總線模塊，32—FPGA配置模塊，33—扇出模塊，34—時鐘合成模塊。
具體實施方式
[0031] 本發(fā)明實例提供了一種采樣率一致化和適用于簡便算法的數(shù)字化變電站電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)及方法，下面通過具體實施方式結(jié)合附圖，對本發(fā)明
實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的描述，顯然，所述的實施例僅是本發(fā)明一部分，而不是全部實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)新性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0032] 請參閱圖1，本發(fā)明實施例提供一種數(shù)字化變電站電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，包括依次連接的電子式互感器1、合并單元2、電能質(zhì)量監(jiān)測裝置4、電能質(zhì)量管理平臺5、及與電子式互感器1、合并單元2連接的同步功能單元3，各設(shè)備之間采用以太網(wǎng)連接方式，完成數(shù)據(jù)在各設(shè)備層之間的數(shù)據(jù)傳輸。所述的電子式互感器1、合并單元2、電能質(zhì)量監(jiān)測裝置4、電能質(zhì)量管理平臺5之間采樣時鐘頻率具有同源性。
[0033] 所述電子式互感器1主要為電子式電壓和電流互感器，運行于數(shù)字化變電站過程層，用于將電力系統(tǒng)一次側(cè)的高電壓、大電流信號轉(zhuǎn)換成二次側(cè)低電壓(通常是100V)和小電流(1A或5A)模擬信號，供二次設(shè)備進(jìn)行測量。如圖2所示，電子式互感器主要由低功率采樣線圈和采樣信號發(fā)送模塊組成，采樣信號發(fā)送模塊的
采樣頻率適應(yīng)同步功能單元3所設(shè)置的頻率，即按照同步功能單元3設(shè)置的頻率接入合并單元2。由于同步功能單元3的同步
時鐘信號可自行設(shè)置，因此所述電子式互感器1的采樣率可提高至512點/周波(滿足電網(wǎng)高采樣率要求)甚至更高，只要后續(xù)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)能維持該采樣率不變，即可完全滿足高次諧波分析、電壓暫態(tài)分析等電能質(zhì)量分析要求，以及利用FFT算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的要求。
[0034] 所述合并單元2主要完成數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)發(fā)送，其信號輸入端與所述電子式互感器1信號輸出端連接，用于按照同步功能單元3給定的同步轉(zhuǎn)換信號將電子式互感器1采集的二次側(cè)低電壓和小電流模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后經(jīng)過同步、解碼、組幀處理后封裝成IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)格式發(fā)送給電能質(zhì)量監(jiān)測裝置4。合并單元2的采樣率由同步功能單元3提供，與電子式電壓和電流互感器采樣頻率一致。
[0035] 具體的，所述合并單元2包括多路數(shù)據(jù)采集器21、數(shù)據(jù)處理模塊22、串口發(fā)送模塊23、同步模塊24，其中多路數(shù)據(jù)采集器21與電子式互感器1進(jìn)行接口，主要按照同步功能單元3給定的同步轉(zhuǎn)換信號接收通道的輸出數(shù)據(jù)并校驗數(shù)據(jù)的有效性，按照同步功能單元3給定的同步轉(zhuǎn)換信號將電子式互感器1采集的二次側(cè)低電壓和小電流信號轉(zhuǎn)換為高采樣率的原始采樣值數(shù)字信號。數(shù)據(jù)處理模塊22以IEC?60044格式接收來自多路數(shù)據(jù)采集器21采集的多個電子式互感器1的高采樣率的原始采樣值數(shù)字信號，主要完成數(shù)據(jù)的同步、解碼、組幀等處理，將原始采樣值數(shù)字信號封裝成IEC?61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)格式。串口發(fā)送模塊23主要將數(shù)據(jù)處理模塊22處理得到的IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)格式的原始采樣值數(shù)字信號，按照標(biāo)準(zhǔn)完成以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換，最終發(fā)送給后端的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置4。同步模塊24與各模塊連接，主要完成外部時鐘接收及本地時鐘信號反饋的功能，即接收同步功能單元3給定的同步轉(zhuǎn)換信號，將同步轉(zhuǎn)換信號發(fā)送給多路數(shù)據(jù)采集器21、數(shù)據(jù)處理模塊22、串口發(fā)送模塊
23。
[0036] 其中多路數(shù)據(jù)采集器21的采樣頻率由同步功能單元3進(jìn)行控制，采樣頻率可以設(shè)置為512點/周波或者更高，以滿足電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)采集要求。
[0037] 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置4主要安裝于間隔層，以IEC?61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)接收來自一個或多個合并單元2的高采樣率信號并完成基于IEC61000-4-30進(jìn)行電能質(zhì)量數(shù)據(jù)處理，計算得到各種電能質(zhì)量指標(biāo)的實時值和統(tǒng)計值，并將各種電能質(zhì)量數(shù)據(jù)按IEC?61850-7進(jìn)行建模。
[0038] 電能質(zhì)量管理平臺5主要安裝于變電站層，由計算機及以太網(wǎng)組成，以IEC?61850-8標(biāo)準(zhǔn)接收來自一個或多個電子式電能質(zhì)量監(jiān)測裝置4的電能質(zhì)量實時數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計、數(shù)據(jù)存儲和電能質(zhì)量信息發(fā)布。其中數(shù)據(jù)存儲可采用Oracle、SQL?Server等
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，信息發(fā)布采用基于WEB的發(fā)布方式。
[0039] 請參閱圖2，所述同步功能單元3是本發(fā)明的核心部分，用以完成系統(tǒng)同步時鐘輸出功能，包括總線模塊31、FPGA配置模塊32、扇出模塊33、時鐘合成模塊34。所述FPGA配置模塊32主要是通過總線模塊31接收上位機6的配置指令，按照配置指令配置FPGA程序，來滿足時鐘可配的功能。所述時鐘合成模塊34的功能主要是按照FPGA配置模塊32配置的FPGA程序，通過時鐘合成芯片的功能引腳配置實現(xiàn)所配置時鐘。所述扇出模塊33主要是通過扇出芯片實現(xiàn)信號由一路到多路的輸出?？偩€模塊31主要實現(xiàn)
電路的讀寫功能。因其作為外部時鐘，屬于高速時鐘電路范疇，所以具有高頻率時鐘輸出要求，應(yīng)在設(shè)計時應(yīng)嚴(yán)格控制抖動、占空比和抗干擾能力等指標(biāo)。
[0040] 所述FPGA配置模塊32同時接收采樣反饋信號，解讀出采樣反饋信號傳輸回的信號值，并與上位機6設(shè)置信號和輸出采樣同步信號進(jìn)行對比，反饋給上位機6進(jìn)行顯示以實現(xiàn)頻率跟蹤的功能。因同步功能單元3具備頻率跟蹤功能，滿足電能質(zhì)量監(jiān)測功能要求，并實現(xiàn)數(shù)字化變電站內(nèi)多檢測同時檢測的功能，具有一定的應(yīng)用價值。
[0041] 從系統(tǒng)過程層提高采樣率并保持系統(tǒng)采樣率的一致性雖然解決了系統(tǒng)之間因采樣率不一致等帶來的算法復(fù)雜問題，但隨著采樣率的提高也會帶來高速編碼和數(shù)據(jù)一致性的一些額外問題。電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)本身就是
大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其接收合并單元信號時必須考慮對高速數(shù)據(jù)的處理編解碼問題，防止造成數(shù)據(jù)丟失。故電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的架構(gòu)可采用多處理器的架構(gòu)來分解數(shù)據(jù)流。
[0042] 請參閱圖3，本發(fā)明還提供一種數(shù)字化變電站電能質(zhì)量監(jiān)測方法，其采用所述監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行，包括如下步驟：
[0043] 1)在數(shù)字化變電站內(nèi)過程層，利用電子式互感器1將電力系統(tǒng)一次側(cè)的高電壓、大電流信號轉(zhuǎn)換成二次側(cè)低電壓和小電流模擬信號，按照同步功能單元3設(shè)置的頻率接入合并單元；因為同步功能單元3的數(shù)據(jù)采樣率可以任意設(shè)置，并能夠達(dá)到512點/周波，只要后續(xù)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)能維持該采樣率不變，即可完全滿足高次諧波分析、電壓暫態(tài)分析等電能質(zhì)量分析要求，以及利用FFT算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的要求。
[0044] 2)在數(shù)字化變電站內(nèi)過程層，利用合并單元2按照同步功能單元3給定的同步轉(zhuǎn)換信號將電子式互感器采集的二次側(cè)低電壓和小電流模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后經(jīng)過同步、解碼、組幀處理后封裝成IEC?61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)格式發(fā)送給電能質(zhì)量監(jiān)測裝置4，期間維持同步功能單元3設(shè)置的采樣率不變；
[0045] 3)在數(shù)字化變電站內(nèi)間隔層，利用電能質(zhì)量監(jiān)測裝置4以IEC?61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)接收來自一個或多個合并單元2的高采樣率信號，基于IEC?61000-4-30進(jìn)行電能質(zhì)量數(shù)據(jù)處理，計算得到各種電能質(zhì)量指標(biāo)的實時值和統(tǒng)計值，并將各種電能質(zhì)量數(shù)據(jù)按IEC?61850-7進(jìn)行建模；電能質(zhì)量監(jiān)測裝置4運行于數(shù)字化變電站間隔層，以IEC?61850-9-2與合并單元2通信，以IEC?61850-8與數(shù)字化變電站電能質(zhì)量管理平臺5通信。
[0046] 4)在數(shù)字化變電站內(nèi)變電站層，利用電能質(zhì)量管理平臺5以IEC?61850-8標(biāo)準(zhǔn)接收來自一個或多個電子式電能質(zhì)量監(jiān)測裝置4的電能質(zhì)量實時數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計、數(shù)據(jù)存儲和電能質(zhì)量信息發(fā)布。其中數(shù)據(jù)存儲可采用Oracle、SQL?Server等數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，信息發(fā)布采用基于WEB的發(fā)布方式
[0047] 本發(fā)明中主要對數(shù)字化變電站電能智聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)中不同于現(xiàn)有的實施實例之處做了詳細(xì)說明，對于實施實例而言，由于一些實施方法(電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)及電能質(zhì)量管理平臺)與現(xiàn)有實施方法基本類似，所以僅作簡要介紹。
[0048] 以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何屬于
本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以
權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
