CN100446382C - 电能质量在线监控系统及其监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电能质量在线监控系统及其监控方法，包括：若干电能质量在线监控装置，它们分别配置于电力系统和若干用户配电网，用于实时采集、分析处理、显示以及传输被监测电网的电能质量参数；至少一个服务器，通过电话线(或光纤)与所述若干在线监控装置组成监控网，用于实时接收、分析处理所有在线监控装置送来的电能质量参数，并可提供其它多用户浏览分析。其电能质量在线监控装置采用双数字信号处理芯片(DSP)、双端口RAM、就地大容量FLASH、大屏幕液晶显示等先进技术。其在线监控方法首次采用数字信号处理器(DSP)完成FFT运算，进而对电能质量进行准确、实时的分析跟踪，技术构思新颖，结构紧凑，运行可靠，信息处理速度、控制精度较现有技术大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及电能质量监控技术，特别是用于电力系统及电力用户配电网的电能质量在线监控系统及其监控方法。
背景技术
现有电能质量监控产品大部分为便携式仪器(装置)，或采用模拟电路方式，或采用工控机方式，在实时在线三相同时采集、分析处理方面做的考虑的很少，工作可靠性不理想，装置不能长期运行，也无法将采集分析参数远传至远方控制中心进行进一步分析处理，不能形成一个完整的电能质量监控信息网。
另外，现有装置均未采用面向对象的控制方式(即一对一监控)，采用多路监控出现的问题是任何一路的故障均有可能影响到其它回路的监控，任何一个元件的故障都将威胁整台装置的安全运行，不能适应电力系统要求的高可靠性稳定性要求，也难以适应把事故缩小到最小范围的要求。
发明内容
鉴于现有电能质量监控技术存在的上述不足，本发明提出了一种电能质量在线监控系统及其监控方法，系统通过若干面向对象的独立在线监控装置就地监控、显示相关电能质量参数，同时通过电话线(或光纤)和主服务器组成实时在线电能质量信息监控网络，将所有被监控电能质量参数实时传输给主服务器分析处理，并可提供其它多用户浏览分析。
本发明的电能质量在线监控系统，其特征在于包括：
若干电能质量在线监控装置，它们分别配置于电力系统和若干用户配电网，用于实时采集、分析处理、显示以及传输被监测电网的电能质量参数；
至少一个服务器，通过电话线或光纤与所述的若干电能质量在线监控装置组成监控网，用于实时接收、分析处理所有电能质量在线监控装置送来的电能质量参数，并可提供给其它多用户浏览分析。
本发明的电能质量在线监控方法，基于由服务器和配置于电网的若干电能质量在线监控装置组成的监控系统，其特征在于采取如下步骤：
a、各电能质量在线监控装置实时采集被监测电网的电能质量参数，分析处理、存储，显示；
b、所述的电能质量在线监控装置通过电话线或光纤网实时向服务器传送电能质量参数；
c、服务器实时接收、分析处理所有电能质量在线监控装置送来的电能质量参数，并可提供其它多用户浏览分析。
本发明通过若干面向对象的在线监控装置就地监控、显示相关电能质量参数，同时通过网线和主服务器组成实时在线监控网络，将被监控电能参数实时传输给主服务器分析处理，并可提供其它多用户浏览分析，实现了电能这一特殊商品的质量参数之直观描述和实时分析处理。同时利用该系统提供的功能强大的后台分析软件，根据电能质量的五项国家标准，形成不同时间阶段的数据统一报表，形成不同时间阶段的电能质量各项参数的动态时间变化曲线，形成一个庞大的实时在线的电能质量信息网，满足信息时代电力发展的新要求。
其各电能质量在线监控装置、服务器均能实时显示三相基波电压、电流、频率偏差，三相2～25次谐波电压、电流、功率，负序电压、电流，三相不平衡度，电压偏差，功率因数，电压波动闪变等电能质量参数，实时显示波形、频谱曲线等电能质量参数。
其电能质量在线监控装置采用双数字信号处理芯片(DSP)、双端口RAM、就地大容量FLASH、大屏幕液晶显示等先进技术。在电能监控系统中，首次采用数字信号处理器(DSP)完成FFT运算，进而对电能质量进行准确、实时的分析跟踪。技术构思新颖，结构紧凑，运行可靠，信息处理速度、控制精度较现有技术大大提高。
附图说明
图1为本发明的电能质量实时在线监控系统示意图；
图2为其电能质量实时在线监控装置的原理框图；
图3为图2的PQM-1电能质量实时在线监控装置实施电路图；
图4为其在线监控装置数据采集程序流程图；
图5为其在线监控装置主控制程序流程图。
具体实施方式
本发明的系统结构如图1所示，该系统主要由若干PQM-1就地监控装置(或单元)和至少一个远方主服务器(多用户)通过电话线(或光纤)组成。
其中PQM-1就地监控单元(装置)主要实现在当地完成包括三相基波电压、电流、频率偏差，三相2～25次谐波电压、电流、功率，负序电压、电流，频率，三相不平衡度，电压偏差，功率因数，电压波动闪变等电能质量参数的采集、实时分析、实时显示以及就地存储功能。PQM-1就地监控单元(装置)也能够实现就地实时显示三相电压电流实时波形、2～25次谐波电压、电流、功率频谱曲线等，并完成所有实时参数的远方传输，接受远方发布的指令。
主服务器完成远方数据的实时接收、定时接收或人工取当地存储数据，以供进一步根据电能质量的五项国家标准自动形成统一数据报表及电能质量动态变化曲线，同时实时在线地显示实时波形、各次谐波频谱等图形。
如电能质量实时在线监控装置的原理框图2和实施电路图3所示，在线监控装置包括：三相电流电压采样电路、两个数字信号处理器(DSP1、DSP2)、双端口RAM、A/D变换器、I/O控制器、程序数据存储器、通讯控制单元、FLASH存储器、显示器以及键盘，A/D变换器连接于采样电路和DSP1之间，双端口RAM通过总线连接于DSP1和DSP2之间，程序数据存储器、I/O控制器以及通讯控制单元均通过总线与DSP2连接，FLASH存储器、显示器和键盘均连接于I/O控制器的相应端口。
三相电压、电流信号，从配置于电力系统(或电力用户)变电站的电压互感器(PT)及电流互感器(CT)获得。
变换器(2)由信号变换器和前端信号滤波电路组成，将来自CT、PT的高电压大电流信号转换为适合后续电路使用的弱电信号，并滤除信号线上的尖峰干扰。
A/D变换器(3)采用高精度的16位6路同时采样的A/D变换器，将各模拟量信号转换为数字量信号，并将其传送给DSP1，6路同时采样特性的选用保证了U、I信号的真正同时性，采样速率可高达64K。
数字信号处理器DSP1(4)采用最新数字化信号处理技术的高性能DSP芯片(DSP 320F206)，该技术有别于普通的科学计算与分析，DSP主要强调运算处理的实时性，DSP与MPU(通用微处理器)、MCU(微控制器)的主要区别在于DSP面向高性能、重复性、数值运算密集型的实时处理；MPU大量应用于计算机，MCU则适应于以控制为主的处理过程。
PQM系统应用DSP实现FFT算法，从而确定信号频率、三相电压电流的2～25次谐波数值，其速度不仅是MPU的4-10倍，而且可以流水无间断地完成数据的实时输入/出。DSP技术结合FFT算法在此领域的应用在国内外尚属首次，主要将实时数据进行FFT实时变换以形成后续电路所需数据。
双端口RAM(5)主要完成将数据从DSP1高速互不干扰地搬移到DSP2以便进行进一步后续处理。双端口RAM可选用DUAL-PORT-SRAM(2K*16bit)电路，双端口RAM的应用确保了数据能够高速、同时、互不干扰地传递，实时性好，而且便于实现。比较而言，不采用双端口RAM的电路不仅复杂(需用其它元件组合实现)，而且实时性差，容易发生数据传递冲突、出错。
DSP2(6)将DSP1经FFT后的数据进行进一步数据分析并判断是否超标，完成就地大屏幕液晶显示、就地大容量FLASH存贮，同时完成数据的远方传输控制等功能。DSP2芯片也可采用DSP 320F206电路等。
FLASH存储器(7)就地大容量FLASH主要完成实时数据的当地存放。该项技术的应用确保了该系统结构方法的真正实用，从而不必采用庞大的工控机来实现数据的存放，同时大大减少装置的外形尺寸。
液晶显示(8)能够就地大屏幕液晶显示，完成对上述各种电能质量指标参数及实时波形、频谱的当地显示，便于现场分析观察，又确保了该装置能够不组网而单独运行。
(9)为光纤、电话线及Morden，用于为数据的实时传输提供通道。通讯接口可在RS485与RS232之间任意切换，电话线传输速率为38.4K，光纤传输速率为115.2K，既可直接与PC机通讯，也可通过光纤和电话线与远方的PC机进行通讯。充分利用现有带宽，在极小损失传输速度的情况下，有效地解决了冲突的发生，使一个监控中心最多可同时控制安装于同一变电站的99台监测单元(装置)
远方监控中心服务器(10)用于完成实时数据的远方监控，波形、记录的显示，形成统一数据分析报表，统一变化曲线报表。
监控装置的核心部分(11)，采用最新数字化技术，形成双端口RAM+双DSP、配合就地大容量FLASH及大屏幕液晶显示的全新硬件结构，一个DSP主要完成FFT，另一个DSP完成数据的进一步分析处理、存贮、显示、远传功能，互不干扰，高效、实时、简单、实用、方便，充分利用了当今数字化处理的最新技术。
以下结合流程图4、5详细描述监控装置的工作过程。
采样电路将高电压、大电流信号经过变换器转化为弱电信号并滤除信号线上的尖峰干扰，然后经过由差分电路与滤波电路组成的信号耦合电路耦合至A/D转换电路，耦合电路主要滤除高频信号，由于采用了差分模式，有效地提高了耦合电路的共模抑制比。
高性能DSP1芯片主要接收A/D变换的数据，并实时计算信号频率，运用FFT算法计算三相电压、电流信号的1～25次分量的幅值和相位(每周波采样128点，采样频率6400HZ)，并将此信号通过2K*16bit的双端口RAM传输给第二个DSP2进一步分析处理，双端口RAM的采用，确保了信号高速、实时、准确、无误的传递；DSP2主要完成采样数据的进一步计算分析(计算各次谐波电压、电流含有率，总畸变率，各次谐波的有功无功功率，总的有功、无功功率，功率因数，线电压，电压偏差，电压不平衡度，负序电压电流、电压波动闪变)，同时负责数据的就地存储、比较、通讯、实时显示、系统参数的设置等功能。
128Mbit大容量FLASH主要完成实时记录、报警数据的就地存储；利用单元面板自带的软触摸按键，能够很方便地实现系统参数(包括电压PT参数、电流CT参数、系统短路容量、各种电能质量参数的报警限值等参数)的设置整定，并将此类信息参数存贮在高速的small sector FLASH中。
面板配置的大容量就地液晶实时显示包括三相基波电压、电流、频率偏差，三相2～25次谐波电压、电流、功率，负序电压、电流，频率，三相不平衡度，电压偏差，功率因数，电压波动闪变等电能质量参数，同时显示三相电压电流实时波形、2～25次谐波电压、电流、功率频谱曲线等。通讯控制回路完成各种控制命令及实时数据的传输。
控制主程序(图5)主要执行如下操作：初始化，根据设置系统参数命令设置系统参数；根据读取系统参数命令，读取已经更新后的DARAM中的数据，分析处理报警信号；接着运行通讯控制模块，处理与I/O口有关通讯命令；然后根据当前显示界面跳转到需要的监控界面，显示相应的参数；最后处理与I/O口有关通讯命令，刷新LCD显示器返回，完成一次循环。本实施例的监控界面包括：主界面实时波形显示、谐波综合数据显示、电压谐波频谱显示、电流谐波频谱显示、有功功率谐波频谱显示、无功功率谐波频谱显示、其它电能质量参数显示等。
本发明电能质量监控系统及监控方法的实施，打破了传统的电能质量监测的概念，形成了全方位的电能质量信息监控网络，实现了电能这一特殊商品的质量参数之直观描述和实时分析处理。
Claims (3)
1、一种电能质量在线监控系统，其特征在于包括：
若干电能质量在线监控装置，它们分别配置于电力系统和若干用户配电网，用于实时采集、分析处理、显示以及传输被监测电网的电能质量参数；
至少一个服务器，通过电话线或光纤与所述的若干电能质量在线监控装置组成监控网，用于实时接收、分析处理所有电能质量在线监控装置送来的电能质量参数，并可提供给其它多用户浏览分析；
其中，所述的电能质量在线监控装置包括：三相电流电压采样电路、两个数字信号处理器(DSP1、DSP2)、双端口RAM、A/D变换器、I/O控制器、程序数据存储器、通讯控制单元、FLASH存储器、显示器以及键盘，A/D变换器连接于采样电路和第一数字信号处理器(DSP1)之间，双端口RAM通过总线连接于第一数字信号处理器(DSP1)和第二数字信号处理器(DSP2)之间，程序数据存储器、I/O控制器以及通讯控制单元均通过总线与第二数字信号处理器(DSP2)连接，FLASH存储器、显示器和键盘均连接于I/O控制器的相应端口。
2、根据权利要求1所述电能质量在线监控系统，其特征在于：所述电能质量在线监控装置的显示器采用液晶显示器。
3、一种电能质量在线监控方法，基于由服务器、和配置于电网的若干电能质量在线监控装置组成的监控系统，其特征在于采取如下步骤：
a、各电能质量在线监控装置实时采集被监测电网的电能质量参数，分析处理、存储，显示；
b、所述的电能质量在线监控装置通过电话线或光纤网实时向服务器传送电能质量参数；
c、服务器实时接收、分析处理所有电能质量在线监控装置送来的电能质量参数，并可提供其它多用户浏览分析；
其中，在步骤a中，第一数字信号处理器(DSP1)根据A/D变换的数据实时计算信号频率，用FFT算法计算三相电压、电流信号的1～25次分量的幅值和相位，并将此信号通过双端口RAM传输给第二数字信号处理器(DSP2)，由第二数字信号处理器(DSP2)完成采样数据的进一步计算分析，同时完成数据的就地存储、比较、通讯、实时显示以及系统参数的设置。
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Granted publication date: 20081224 Termination date: 20161104 |