CN101236225A - 电网变压器监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

电网变压器监测装置包括数据采集单元、通讯单元、数据处理单元、控制单元和电源单元，数据采集单元由滤波电路、采样电路、GPS校时电路构成，本发明监测方法通过各电网变压器检测装置的GPS校时电路给采集的变压器参数打上统一的时间标签，将监测的变压器参数传输到电网调度中心，对电网中各变压器绕组的内部故障进行判断及定位，根据同一时间各变压器的状态对整个电网的电压稳定性进行分析，为区域电网的安全稳定运行提供可靠的保证，实现了广域电网的实时监测。

Description

电网变压器监测装置及监测方法

                        技术领域

本发明属于微机继电保护领域，尤其涉及电压等级在66kV及其以上的电网变压器监测装置及监测方法。

                        背景技术

电力变压器是电力系统中最关键的设备之一，它承担着电压变换，电流分配传输，并提供电力服务。因此，变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证，必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。传统搜集变压器状态信息的方法是外观检查、理化、高压电气试验和继电保护，仅能提供变压器故障或事故后的滞后信息，即在事故后才能获得状态信息；与现代化状态维护发展趋势不相适应，虽检测方法种类很多，却不能满足对变压器进行实时状态监测的需要。

随着变压器现代维护技术的发展，在线状态监测打破了常规收集变压器信息的局限性。目前电力系统中采用对变压器在线监测，即时连续记录各种影响变压器寿命的相关数据，对这些数据的自动化处理可及时的捕捉早期故障的先兆信息，洞察变压器存在的故障隐患，不仅防止了故障向更严重方向的发展，而且能够将故障造成的严重后果降到最低限度。它的最突出特点是可以在运行中实时监测；但目前变压器在线监测只能对电网内某一台变压器进行监测，不能对同一时刻同型号不同变压器的状态进行评估和参考；随着电力系统的发展，电力系统中广域的同步数据采集是电力系统发展的必然趋势，且迫切需要采集同步数据进行运算、比较、分析。因此，对电力部门来说，能实时掌握电网内同一时刻变压器的运行状态，对保证系统的安全稳定、经济运行无疑具有重要的意义。

                         发明内容

本发明要解决的问题是：现有变压器监测不能对同一时刻同型号不同变压器的状态进行评估和参考，不便于对整个电网的运行状态进行判断。

本发明的技术方案是：电网变压器监测装置，包括数据采集单元、通讯单元、数据处理单元、控制单元和电源单元，数据采集单元由滤波电路、采样电路、GPS校时电路构成，变压器电力信号经过采样电路输入数据处理单元处理，GPS校时电路产生时间信号输入采样电路及数据处理单元，数据处理单元采用快速数字信号处理器DSP，控制单元为CPU单片机，数据处理单元与控制单元相连，控制单元连接通讯单元，数据处理单元采用继电器作为I/O输出，电源单元提供装置各部分的电源供给。本发明电网变压器监测方法通过各电网变压器检测装置的GPS校时电路给采集的变压器参数打上统一的时间标签，由各电网变压器监测装置的通讯单元将监测的变压器参数传输到电网调度中心，构成电网变压器监测系统，电网调度中心根据变压器参数辨识变压器各相绕组的电阻及漏感值，对电网中各变压器绕组的内部故障进行判断及定位，根据同一时间各变压器的状态对整个电网的电压稳定性进行分析。

本发明电网变压器监测装置的数据处理单元的DSP与控制单元的CPU通过双口RAM相连；数据处理单元还连接开关量检测单元，开关量检测单元检测变压器两侧断路器的工作状态，输入数据处理单元。

本发明的监测方法中，电网变压器监测装置的通讯单元包括CAN总线和USB接口，CAN总线将数据传送到监控子站，USB接口将数据传送给本地工控机，用高速以太网连接所有监控子站，将监测的变压器参数传输到电网调度中心；电网调度中心采用最小二乘法进行参数识别，实时辨识各电压器各相绕组的电阻及漏感值，对变压器绕组的内部故障进行判断及定位。一般电网变压器监测系统采用一个变压器监测装置监测一台变压器，监测装置将变压器参数传输给监控子站，监控子站监控多台变压器，多个监控子站将数据传输给调度中心，调度中心监控整个电网，监控子站和调度中心可以对监控的多台变压器参数进行比较。

本发明电网变压器监测装置的数据采集单元通过GPS校时电路统一电网监测系统内各电网变压器监测装置的采样时间，并给采集的变压器电力信号统一标注时间标签，有利于监测子站或电网调度中心对同一时刻数据的比较，基于GPS的同步采样原理为：由高精度晶振构成的振荡器经过分频能产生满足采样要求的时钟信号，它每隔1s被GPS的秒脉冲(1个脉冲每秒)信号同步一次，保证振荡器输出的脉冲信号的前沿与GPS时钟同步，去除累计误差，数据采集单元的采样电路以计数器输出的经过同步的时钟信号作为开始转换的信号，控制数据采集，因此变压器电力信号的采样是同步的；同时，GPS接收器经标准串口将国际标准时间信息传送给数据采集装置，用于给采样数据加上时间标签。

同现有变压器在线监测装置和监测方法相比，本发明不仅能够判断变压器的故障类型，而且能够对异地同一型号的变压器在同一时刻的电流向量和电压向量进行比较，通过将采到数据经过高速以太网传到监控中心，采用最小二乘法进行参数识别，实时辨识各电压器各相绕组的电阻及漏感值，对变压器绕组的内部故障进行判断及定位，实时监测该节点的运行状况，为区域电网的安全稳定运行提供可靠的保证。同时本发明的监测装置首次使用双CPU结构，对采集的电力信号进行处理；通讯方面通过USB接口直接将数据传送给本地工控机，远方监控子站通过CAN总线的通讯方式来搜集数据，同时利用高速以太网将所有监测子站的采集数据传输到电网调度中心，这样实现了数据传输的实时性和稳定性，并且实现了广域电网的实时监测。

                        附图说明

图1为本发明变压器监测装置构成的监测系统的网络拓扑图。

图2为本发明电网变压器监测装置的原理结构图。

图3为本发明变压器监测装置的硬件结构配置图。

图4为本发明实施例DSP和MCU通过双口RAM连接的连接图。

图5为本发明实施例MCU 80C196KC时钟信号输入图。

图6为本发明实施例模拟量采样电路图。

图7为本发明实施例AD7865各通道转换结束后读取转换结果的时序图。

图8为本发明实施例DSP与一片AD7865的连接图。

图9为本发明实施例开关量采集电路图。

图10为本发明实施例IO输出控制电路。

图11为本发明实施例CAN控制器SJA1000电路图。

图12为本发明实施例CAN控制器接口电路图。

图13为本发明实施例CAN电源原理图。

图14为本发明实施例DSP的流程图。

图15为本发明实施例MCU的流程图。

图16为本发明实施例AD采样通道的程序结构图。

图17为本发明实施例监测装置通过CAN总线进行数据收发流程图。

图18为本发明实施例上位机节点通过CAN总线向监测装置通讯的流程图。

图19为本发明实施例MCU中多任务系统框架图。

                    具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明。

将本发明的电网变压器监测装置安装在一电压等级为220kV的变电所主变压器上(星-三角连接)，如图1所示，电流互感器CT、电压互感器PT和电压、电流信号采集装置即为本发明的电网变压器监测装置，经电流互感器CT、电压互感器PT变换后，把大电流高电压变成小电流低电压，将变压器一、二次绕组连接到监测装置上，采集的电力信号经装置中的数据处理单元处理后，一方面通过USB2.0接口将数据快速发送到本地工控机上，一方面将数据通过CAN总线将数据传输到远方的监测子站上，一个区域电网分布多台监测装置。为了能够快速的将各监测子站采集的数据传输到电网调度中心，建立高速以太网来实现高速通讯，在调度中心通过对不同点装置在同一时刻所采集的电流向量和电压向量的功角的对比，采用最小二乘法进行参数识别，来分析区域电网的电压稳定性。

如图2，为本发明实施例电网监测装置的结构图，包括数据采集单元、通讯单元、数据处理单元、控制单元和电源单元，数据采集单元由滤波电路、采样电路、GPS校时电路构成，主要负责对变压器绕组侧电流量和电压量的实时采集，采样电路将采集的变压器电力信号输入数据处理单元处理，GPS校时电路将时间信号输入采样电路及数据处理单元，采样电路每周期采集400点，采样频率50Hz；数据处理单元采用TI公司的快速数字信号处理器DSP TMS320LF2407A，数据采集单元的采样电路将采样信号输入数据处理单元处理，为了和外部进行电气隔离并具备一定的驱动能力，数据处理单元采用继电器作为I/O输出；控制单元的CPU为MCU单片机，采用16位单片机80C196KC，数据处理单元与控制单元通过双口RAM相连，控制单元连接通讯单元；数据处理单元还连接开关量检测单元，开关量检测单元检测变压器的断路器工作状态，输入到数据处理单元中；通讯单元采用CAN总线和USB接口两种通讯方式，CAN总线将数据传送到监控子站，USB接口将数据传送给本地工控机；电源单元分别提供DSP、MCU、采样电路以及继电器中的电源供给。变压器的电力信号，即变压器一、二次绕组的各相电流量和电压量，经过适当变比的CT和PT变换后，通过滤波电路进行信号的高、低通滤波，将放大的信号送入高精度的AD采样电路中，同时GPS校时电路中的GPS接收器通过卫星接收到GPS时间信息，给每个采样点打上统一的时间标签，AD转换后的采样信号经过数据处理单元的DSP处理后，通过双口RAM与控制单元的MCU进行交换，MCU将获得的数据通过CAN总线和USB2.0接口发送到监控点。在监控点能够实时监测到变压器绕组各相的电流量和电压量以及它们对应的变化曲线，通过计算变压器绕组的阻抗及漏感值来判断变压器的故障类型和故障定位。本实施例中的MCU 80C196KC为时序电路，需要一个外部晶体时钟输入，即图2中所示的晶振电路，晶振电路由一无源晶振和两个电容组成，如图5，外部时钟源经过电容耦合后和单片机80C196KC上的时钟引脚XATL1、XATL2相接。为了达到直观的效果，可在装置的控制单元上连接设置LED灯来显示采集的电力信号的状态，并设有液晶显示器方便用户直接查看变压器的监测状态，同时设置有键盘和按键；数据处理单元连接开关量检测单元的开关量输入以及开关量输出，通过开关量输入检测变压器断路器状态，如果变压器发生过流或过压，通过开关量输出来驱动继电器跳闸，以保证装置的正常运行。

本发明装置在具体实施时，结构上采用背插式结构，如图3所示，整个装置由五块单独的背部带接插槽的电路板和一块前置面板构成，电路板分别为模拟量板、AD采样板、DSP+MCU控制板、通讯板、电源板，模拟量板实现PT、CT变换，前置面板上设有键盘、LED灯和液晶显示器，整个装置采用独立封闭单元机箱，密封性好，抗干扰、抗振动能力强，保证测量装置精确、高速、可靠的运行。

本发明装置通过GPS校时电路实现整个电网内多台变压器的数据采集的时间统一性，基于GPS的同步采样原理为：由高精度晶振构成的振荡器经过分频能产生满足采样要求的时钟信号，它每隔1s被GPS的秒脉冲(1个脉冲每秒)信号同步一次，保证振荡器输出的脉冲信号的前沿与GPS时钟同步，去除累计误差，同时通知DSP，在新的1秒脉冲作用下，采样点数重新清零。采样电路各AD转换器都以计数器输出的经过同步的时钟信号作为开始转换的信号，控制各自的数据采集，因此采样是同步的。同时，GPS接收器经标准串口将国际标准时间信息传送给数据采集单元，用于给采样数据加上“时间标签”。

本发明装置采用DSP+MCU的双CPU系统，数据获取和交换是双CPU系统的重要组成部分。由于数据交换要求的通讯速率要求很高，因此传统的并行接口和串行接口设计无论在通信速率还是在可靠性方面都不易满足要求，而双端口RAM则是一个较好的实现方案，它具有通信速率快、实时性强、接口设计简单等特点，因而在本发明的装置中应用双口RAM连接双CPU。IDT7132是高速2k×8双端口静态RAM，可提供两个拥有独立的控制总线、地址总线和I/O总线端口，允许CPU独立访问内部的任何存储单元。本发明使用双端口RAM IDT7132来实现DSP与MCU的双CPU的连接，图4是DSP与MCU通过双端口RAM IDT7132的连接图。

双CPU通过双口RAM通信在使用上最容易发生的问题是可能发生争用，当两个端口的CPU同时访问同一端口RAM单元时，就产生争用，会出现写入值和读出值不是所期望的值的数据混乱状态。本发明装置采用硬件判优方案对此问题进行解决：将DSP的READY引脚和MCU的READY引脚分别与双口RAM IDT7132两端的BUSY信号线直接相连，实现“忙”等待逻辑，当2个CPU同时访问同一存储地址时，仲裁逻辑将决定哪一个端口进行访问，并且把被延迟访问端口的BUSY置低电平，使与该端口相连的处理器处于等待状态。等到另一处理器对该地址的访问完成后，撤销BUSY信号，则被延迟的端口开始访问，不对同一地址访问时，不产生BUSY信号，2侧CPU都不需要等待。

为了能够准确的测量变压器三相电网的电网频率、三相电压、三相电流的有效值和相角，每相的功率因数以及各次谐波参数，在变压器电参数的监测过程中不但需要采集瞬时三相电压U_A(t)，U_B(t)，U_C(t)，三相电流i_A(t)，i_B(t)，i_C(t)，还需保持各信号之间的相位关系。

数据采集实际上就是一个AD转换的过程，即将测得的变压器的三相电压、电流模拟量经高精度的PT、CT变成小信号模拟量，经AD转换器，转换为能被单片机接受和处理的数字量，在本实施例中，PT采用型号为DSH_TV120/3.53电压变送器，额定电压100V，输出电压2.942V；CT采用型号为DSH_TA150/3.53电流变送器，额定电流5A，输出电压0.1177V，两种变送器的抗电强度都在2500V以上，满足测量要求。本实施例需要采样变压器一、二次绕组的三相电压和三项电流，共12路模拟量，在此给出了其中一次绕组的电压U_A的模拟量测量原理图，如图6所示，其中OP4177是ADI公司工业标准OP07系列运放的第四代高性能四通道运算放大器产品，具有低输入偏置电流，最大仅为2nA；低输出失调电压，最大仅为60μV；低温漂、低噪声、高精度，即使在高达125℃的恶劣环境下，仍具有相当稳定性能，这些性能使其在微弱信号的放大和滤波等许多电路上具有广泛的应用。通过高精度、小型电压/电流隔离互感器，即PT/CT，对电网信号进行隔离变换，变换后的信号控制在±10V以内，转换成符合AD采样电路要求的电平；本实施例采用AD7865转换器，每片AD7865接成4路同步采集输入，共三片，数据读出方式为循环输出，数据宽度输入为14位，采样速率为每周400点，采样周期为20ms/400≈50μs。

数据采集过程中，AD转换器的抗干扰能力和测量精度是保证系统正确可靠运行的关键，TMS320LF2407A DSP片内的AD转换器转换精度为10位，不能满足高精度系统的要求，因此本发明装置采用外扩AD转换芯片。AD7865是一种高速、低功耗、四通道同步采样的14位A/D转换器，采用+5V供电，芯片内部有一个2.4μs的逐次逼近的ADC，4个跟踪/保持放大器，内部2.5V参考电压，片上时钟振荡器和一个高速并行接口，四个通道的输入信号是同步采样的，因而可以保存4路信号的相对相位信息。本实施例采用的是AD7865-1型号，它允许±10V，±5V两种输入范围，图7为AD7865各通道转换结束后读取结果的时序图，CONVST为保持信号，由DSP控制触发。图8为DSP与一片AD7865的连接图。使用I/O口启动AD转换，三片AD7865的片选信号由DSP上的译码电路和空间选通信号共同产生，AD的BUSY引脚连接DSP的外部中断XINT1，由AD转换结束信号触发DSP中断，DSP读取AD转换结果。

本发明监测装置数据处理单元经过主程序初始化后开始工作，根据规定的采样间隔，控制AD转换器各通道采样保持器同时采样，并在每一次采样后向DSP请求中断，读取采样数据。当AD7865的保持信号CONVST变为低电平时，对应的输入信号立即被保持，只要这时AD7865的ADC是空闲的，即可进行AD转换，由于每片AD7865有四路通道，如果这时已有其它的通道处于保持状态，则该通道将等待前面的通道完成转换后才能进行AD转换。如果在一个时钟周期各通道都处于保持状态，则通道A先转换，接着通道B，然后是通道C和通道D。另外，如果一个通道正在进行AD转换时，该通道又产生了保持有效信号，则这次保持信号无效，AD转换器的工作流程图见附图16所示。在通道没有启动一次新的转换时，保持信号可以保持低电平，但是要启动一次新的转换时，则要使保持信号CONVST先变为高电平(≥20ns)，然后再变为低电平才会有效。AD7865片内带转换方式可编程控制器，可以控制转换方式，转换结果储存在芯片内部的RAM中，每次同时启动4路模拟量采样，采样时间间隔为50us，即0.02s/400(每周波采样点数)，每隔25us产生一次定时中断，片内采样将4路信号保持，转换完成后，产生外部中断，在中断服务程序中DSP依次读取3片AD转换结果。

本发明装置在运行时，不仅要监测现场的变压器电压、电流模拟参量，还应监测变压器两侧断路器工作状态(接通或分断)的信号，以保证监控系统正确地发出操作命令。变压器辅助触点的开关量采集电路如图9所示，经开关量采集电路输出的信号Baohu输入到DSP中。

本发明装置的数据处理单元通过数据采集单元和开关量检测单元连接变压器，I/O输出用来控制外部设备或做状态指示，为了外部进行电气隔离并具备一定的驱动能力，数据采集单元的DSP采用继电器作为I/O输出，如图10所示。

本发明装置需要完成的任务有数据采集、数据处理、数据通信与数据显示，其中数据采集和处理由DSP负责，数据显示和通信由单片机MCU负责。DSP程序包括初始化子程序、自检子程序、AD子程序、数据处理(快速傅立叶变换FFT算法)子程序，单片机MCU程序包括各种初始化子程序、通信子程序、显示子程序，采用C语言和汇编语言混合编写，其中主函数和DSP函数部分采用C程序编写；中断服务和控制程序采用汇编语言编写，并供C调用。

DSP程序流程如图14所示，单片机MCU的流程图如图15，图中的FinFlag为计算完成标志。外部输入的电压、电流信号经过CT、PT电路变为低压小信号，经过信号调理，成为可以直接被AD转换器采样的信号，输入AD转换器；AD转换器完成一次AD转换后，将数据送到输出寄存器，由DSP芯片进行读取；当所有的12路数据采集完成后，DSP启动数据处理程序，即应用FFT算法对采集的数据进行分析和计算，计算A、B、C三相的电压、电流的基波有效值和各次谐波值。当计算完成，置单片机可以读标志FinFlag为1。当单片机MCU通过双口RAM通讯查询到此标志为真，启动数据读取程序，从双口RAM中读取DSP已经运算完成的数据，当读取完数据置FinFlag标志为0，启动DSP下一次AD转换，然后完成显示任务并通过串行口传给上位机。

在本实施例中，采用FFT算法实现变压器运行参数的计算。快速傅立叶变换FFT(Fast Fourier Transformer)，是变压器监测装置中对AD采集单元采集的变压器电参数进行运算所采用的算法。FFT由于具有原位性，计算量较小并且易于流水线操作等特点，所以非常适合用DSP进行处理。根据微积分理论，任何一个函数若满足狄利克雷(Dirichlet)条件，则可以展开成傅立叶级数形式。电压信号u(t)的傅立叶级数形式为：

$U\left(t\right)=\underset{k=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{\mathrm{km}}\sin (\mathrm{kwt}+{\mathrm{\φ}}_k)=\underset{k=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}(a_{\mathrm{ku}}\sin \mathrm{kwt}+b_{\mathrm{ku}}\cos \mathrm{kwt})---\left(1\right)$

对u(t)每周期均匀同步采样N点，得到u(n)，对其作离散傅立叶变换。积分离散化后得：

$a_{\mathrm{ku}}=\frac{2}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}u\left(n\right)\cos \frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{kn};b_{\mathrm{ku}}=\frac{2}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}u\left(n\right)\sin \frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{kn}---\left(2\right)$

可得出第k次谐波电压的振幅、相角、有效值为：

$U_{\mathrm{km}}=\sqrt{a_{\mathrm{ku}}^2+b_{\mathrm{ku}}^2};{\mathrm{\φ}}_k=\mathrm{arctg}{b}_{\mathrm{ku}}/a_{\mathrm{ku}};U_k=\sqrt{\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{km}}}---\left(3\right)$

电流的计算方法类似于电压。由于非正弦周期函数的有效值等于信号中各次谐波的有效值的平方和的平方根，因此电压、电流的有效值分别为：

$U_{\mathrm{rms}}=\sqrt{\underset{N=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{U}_k^2};I_{\mathrm{rms}}=\sqrt{\underset{N=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{I}_k^2}---\left(4\right)$

傅立叶算法可以计算出各次谐波的参数，从而计算出总的电参数。该算法具有很强的滤波能力，适合于电力系统参数测量分析。经过FFT运算后，所有模拟量都被分解成实部、虚部两部分，分别表示余弦、正弦分量幅值。

本发明装置的通讯单元包括CAN总线通讯。独立的CAN控制器SJA1000电路如图11所示，SJA1000控制芯片是一种带有CAN2.0B协议的独立CAN控总线制器，主要负责接受和发送CAN总线报文、报文滤波和处理总线通信中产生的错误。将SJA1000的MODE引脚设为高，选取INTEL接口模式使SJA1000正确复位，CAN控制器的时钟引脚XTAL1，XTAL2必须连接一个稳定的振荡器时钟，SJA1000能用片内振荡器或片外时钟源工作，本实施例使用一个外部晶振电路作为其外部时钟。因为CAN控制器是低电平触发中断，而MCU中断系统采用上升沿触发，SJA1000的AD0～AD7连接到MCU80C196KC的P0口，SJA1000的RD、WR、ALE分别与MCU 80C196KC的对应引脚相连。为了保证CAN控制器的通讯的安全性，要求和MCU的供电电源隔离，在本实施例中采用贴片式电源转换芯片DCP010505BP，芯片连接简单，其电路图如图13所示。CAN总线收发器采用了PCA82C251，PCA82C251是CAN控制器和物理总线间的接口，提供对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力，它与ISO11898标准兼容，有高速、斜率控制和待机三种工作方式，可根据实际情况选择。CAN控制器接口电路如图12所示，6N137为高速光电转换隔离器，其转换时间的典型值为42ns(最大为75ns)，一方面减少了从其他设备引入的干扰，另一方面又保障CAN的高速通信。

本发明监测装置的通讯单元通讯流程如下：发送过程：读状态寄存器的值，判断能否开始发送，不能发送则等待；发送时根据CAN总线协议，将数据拆分并正确赋值标志符，写入发送缓冲区，启动发送。接收过程：进入中断读中断寄存器的值，判定中断类型，判定是否为接收中断，是则从接收缓冲区读取数据，包括数据的标志符和数据参量，接收后释放接收缓冲区。通讯单元的数据收发过程如图17所示。

上位机(监控子站)通过CAN总线向本发明监测装置的通讯流程如下：上位机通讯的工作流程与监测装置类似，只是它还独立定义了多种功能，如复位、中断触发、发送、以及打开和关闭功能等，只需对所使用的功能进行相应的参量配置，发送后通过返回值确定该执行是否成功。上位机采用中断方式接收，CAN总线上的数据一旦通过滤波就会进入中断，调用上位机的接收功能进行接收；上位机发送数据时，首先将大报文拆分成多个小的报文，再依次发送。上位机节点的流程图如图18所示。

随着嵌入式系统与网络的日益结合，为了方便实现网络化功能，多任务管理，提高系统的可靠性，本发明监测装置还将uC/OS-II操作系统移植到MCU 80C196KC微处理器上。uC/OS-II属于抢先式剥夺型实时内核，永远保证优先级最高的就绪任务的运行。uC/OS-II可以完成各个任务之间的调度和同步，协调硬件资源，对任务的调度，按优先级的高低顺序进行，最高优先级的任务一旦就绪，总能得到CPU的使用权。多任务系统原理图如图19所示，该系统几个任务的优先级从高到低的排列次序为：串口通信、采样中断、数据采集任务、告警管理、开关量处理任务、参数管理任务。

本发明电网变压器监测方法通过变压器监测装置、CAN总线、以太网组等组成电网监测系统，电网变压器监测装置的通讯单元包括CAN总线和USB接口，CAN总线将数据传送到监控子站，USB接口将数据传送给本地工控机，用高速以太网连接所有监控子站，将监测的变压器参数传输到电网调度中心。电网变压器监测系统采用一个变压器监测装置监测一台变压器，监测装置将变压器参数传输给监控子站，监控子站监控多台变压器，多个监控子站将数据传输给调度中心，调度中心监控整个电网，由于监测装置给监测的变压器电参数标有统一的时间标签，监控子站和调度中心不仅可实时监控一台变压器的运行状态，还可对监控的多台变压器参数进行比较，根据同一时间各变压器的状态对整个电网的电压稳定性进行分析。在监测子站和电网调度中心能够查看到远端单台变压器监测装置的运行情况，以及变压器绕组两侧所采集到的电网中的电流向量和电压向量，通过后台的参数辨识模块利用一定的算法能够计算出变压器各相绕组的电阻及漏感值，并且能够通过监控软件来监测各绕组阻抗的变化曲线。同时为方便用户查询各相参数的历史数据，在后台软件中采用SQL Server 2000数据库，这样在监控子站和调度中心都可以查看这些保存的历史数据，给相关研究人员提供了第一手宝贵的资料，为分析预测区域电网的电压稳定性奠定了基础。

根据变压器绕组在内部故障时故障相的电阻及漏感变化这一显著原理，本发明通过电网变压器监测装置将变压器的电压电流等电参数传输到监控后台，后台应用最小二乘法参数识别实时辨识变压器各相绕组的电阻及漏感值，对变压器绕组的内部故障进行判断及定位。最小二乘法是参数估计理论中的一种经典方法，它广泛应用于数据处理和自动控制等领域。该算法是将包含有随机噪声分量的输入信号与预设的信号模型(拟合函数)按最小二乘原理进行拟合，根据拟合误差最小的原则来确定预设模型的有关参数。对于最小二乘算法来说，参数的估计精度与算法所采用的采样值数目有关，所使用的采样值越多，估计精度也越高。利用一组采样值可以得到状态估计量，但是在得到新的采样数据后，若希望利用新的采样数据来改进原有的参数估计结果，以提高精度，优选递推最小二乘法，本发明采用的是递推最小二乘法。递推最小二乘法的优点是具有可变的采样值，采样值数目随着采样值的增多自动增加，参数的估计精度随之逐步提高。并且，递推最小二乘法计算简便、收敛速度快、收敛过程稳定，该算法对非周期分量和各种高频分量具有良好的滤波能力，而且实际使用中，无需再附加其他的数字滤波器。

Claims (10)

1、电网变压器监测装置，其特征是包括数据采集单元、通讯单元、数据处理单元、控制单元和电源单元，数据采集单元由滤波电路、采样电路、GPS校时电路构成，变压器电力信号经过采样电路输入数据处理单元处理，GPS校时电路产生时间信号输入采样电路及数据处理单元，数据处理单元采用快速数字信号处理器DSP，控制单元为CPU单片机，数据处理单元与控制单元相连，控制单元连接通讯单元，数据处理单元采用继电器作为I/O输出，电源单元提供装置各部分的电源供给。

2、根据权利要求1所述的电网变压器监测装置，其特征是数据处理单元的DSP与控制单元的CPU通过双口RAM相连。

3、根据权利要求1或2所述的电网变压器监测装置，其特征是数据处理单元还连接开关量检测单元，开关量检测单元检测变压器的断路器工作状态，输入数据处理单元。

4、根据权利要求1或2所述的电网变压器监测装置的监测方法，其特征是各电网变压器检测装置的GPS校时电路给采集的变压器参数打上统一的时间标签，通过各电网变压器监测装置的通讯单元将监测的变压器参数传输到电网调度中心，构成电网变压器监测系统，电网调度中心根据变压器参数辨识变压器各相绕组的电阻及漏感值，对电网中各变压器绕组的内部故障进行判断及定位，根据同一时间各变压器的状态对整个电网的电压稳定性进行分析。

5、根据权利要求3所述的电网变压器监测装置的监测方法，其特征是各电网变压器检测装置的GPS校时电路给采集的变压器参数打上统一的时间标签，通过各电网变压器监测装置的通讯单元将监测的变压器参数传输到电网调度中心，构成电网变压器监测系统，电网调度中心根据变压器参数辨识变压器各相绕组的电阻及漏感值，对电网中各变压器绕组的内部故障进行判断及定位，根据同一时间各变压器的状态对整个电网的电压稳定性进行分析。

6、根据权利要求4所述的电网变压器监测装置的监测方法，其特征是电网变压器监测装置的通讯单元包括CAN总线和USB接口，CAN总线将数据传送到监控子站，USB接口将数据传送给本地工控机，用高速以太网连接所有监控子站，将监测的变压器参数传输到电网调度中心。

7、根据权利要求5所述的电网变压器监测装置的监测方法，其特征是电网变压器监测装置的通讯单元包括CAN总线和USB接口，CAN总线将数据传送到监控子站，USB接口将数据传送给本地工控机，用高速以太网连接所有监控子站，将监测的变压器参数传输到电网调度中心。

8、根据权利要求4所述的电网变压器监测装置的监测方法，其特征是采用最小二乘法实时辨识各相绕组的电阻及漏感值，对变压器绕组的内部故障进行判断及定位。

9、根据权利要求5所述的电网变压器监测装置的监测方法，其特征是采用最小二乘法实时辨识各相绕组的电阻及漏感值，对变压器绕组的内部故障进行判断及定位。

10、根据权利要求8所述的电网变压器监测装置的监测方法，其特征是采用递推最小二乘法实时辨识各相绕组的电阻及漏感值，对变压器绕组的内部故障进行判断及定位。

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