CN102053202A - 面向智能电网的电能质量监测系统及方法 - Google Patents

面向智能电网的电能质量监测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种面向智能电网的电能质量监测系统及方法,涉及电能质量监测领域。该系统包括分布式在线/离线节点检测模块、网络通信模块、分布式数据库模块、电能质量监测系统综合管理模块;所述分布式在线/离线节点检测模块包括并行模数转换模块和信号处理模块,实现对智能电网的分布式检测。本发明提供的技术方案采用多模数转换芯片并联,对模拟信号进行采样,提升信号的高精度采样速率,满足暂态电能质量信号的检测要求;基于可编程逻辑芯片,采用并行信号处理算法实现在线分析和数据压缩;采用分布式数据库,提高系统可靠性,有利于系统升级;采用GPS和通信网络模块,实现分布式网络系统,为智能电网的电能质量监测提供有力的支持。

Description

面向智能电网的电能质量监测系统及方法技术领域
[0001] 本发明涉及电能质量监测领域,具体提出了一种面向智能电网的电能质量监测系 统及方法。背景技术
[0002] 现代电力系统中电能质量概念的内容越来越丰富,越来越复杂。一方面,实际电力 系统工况变得更复杂,现代大功率电力电子设备已经在社会各个领域内得到广泛应用,比 如工业、日用家电等,对电力系统而言它们是非线性负载,在运行过程中会产生冲击性的响 应且不断的向电网中注入谐波。冲击性响应等非线性运行特性会恶化电网的正常运行性 能,甚至破坏电网的稳定运行;而谐波降低了电网的有效容量,增加了额外的无用功耗。另 一方面,实际用电设备对供电质量要求更高,精密数字电子控制设备,例如日常用计算机、 工业用精密电控设备、工业控制用计算机等,对电源的电压跌路、闪变等有比传统电器更加 苛刻的要求。
[0003] 传统的电能质量监测系统通常是孤立的,电能质量监测仅仅局限于一点,系统的 信息集成服务主要功能为,将各地的信息通过通信网络发送到主服务器,集成到统一的数 据库中。目前大多数电能质量监测系统通常采用DSP(Digital Signal Processing-数字 信号处理)+单片机结构,或者单片机+单片机结构,针对于某一种电能质量指标进行单项 测量,或者针对某几个电能质量指标进行测量。在这种结构下,对电力信号采样的模块,采 用单芯片的模数转换器采样,靠选择高速和高精度模数采样芯片来解决的实时高精度电力 信号采样问题。对于单个模数采样芯片而言,不仅高速高精度的模数采样芯片价格昂贵,而 且其印刷电路板布板复杂,硬件实现难度较大;更重要的是对于模数采样而言,高精度和高 速度本身就是一对固有的矛盾,精度越高,采样速度就越低,从而无法从精度和速度上同时 满足现代电力监测系统对实时高精度采样的要求。另一方面,无论是DSP还是单片机,信号 处理算法的实现本质上都是串行结构。为了获得较高的测量精度,电力系统对电压电流信 号的分析和处理算法将更加复杂,加之采样速度的提高,单位时间内待处理的数据量将会 迅速增大,因此DSP和单片机的串行架构难以满足实时高速信号处理算法的需求。
[0004] 基于上述原因,为了能够保证现代电网安全高效的运行,同时能够给用电设备提 供必须的优质电能,对电网运行状态的实时、高性能、分布式组网监测是必须的。发明内容
[0005] 为弥补现有技术的不足,本发明提供一种面向智能电网的电能质量监测系统及方 法,以解决现有技术中高速高性能实时数据传输及处理能力不足的缺陷。
[0006] 为实现上述目的,本发明提供了一种面向智能电网的电能质量监测系统,包括分 布式电能质量在线/离线节点检测模块、网络通信模块、分布式数据库集成管理模块、电能 质量监测系统综合管理模块;
[0007] 所述分布式电能质量在线/离线节点检测模块,包括并行模数转换模块和并行信号处理模块,用于实现对智能电网的分布式检测。
[0008] 所述并行模数转换模块包括多片并行的模数转换芯片、可编程逻辑芯片及时钟分 配模块,采用采样时钟管理算法、数据预处理算法及数据缓冲和传输算法,用于对输入的标 准电气信号进行模数转换和预处理,并传输给并行信号处理模块。
[0009] 所述并行信号处理模块,包括可编程逻辑芯片,采用动态配置算法、高速传输接口 算法及并行数据处理算法,用于接受所述并行模数转换模块输入的多通道并行采样数据, 并进行相应的信号处理及数据压缩操作。
[0010] 所述网络通信模块采用系统远程通讯和节点内短距离通信相结合的方式,负责所 述监测系统网络的组网通信工作;
[0011] 所述网络通信模块包括无线网络模块、有线网络模块及GPS时标和定位模块;
[0012] 所述有线网络模块包括以太网模块,用于将各分布式监测节点单元通过电力标准 通信协议转换器与整体以太网相连;
[0013] 所述无线网络模块包括短程无线网络模块及远程无线网络模块;所述短程无线 网络模块,用于实现所述监测系统网络节点内各检测单元间的短程无线通讯及检测控制功 能,所述远程无线网络模块,用于实现所述监测系统节点与整个网络之间的数据和信息交 互;
[0014] 所述GPS时标和定位模块,用于精确同步所述监测系统节点的采样时间和标定所 述监测系统节点的空间位置。
[0015] 所述分布式数据库集成管理模块包括分布式节点数据库管理模块和中心数据库 管理模块;
[0016] 所述分布式节点数据库管理模块,用于对局部监测数据进行管理,并与其他分布 式节点数据库管理模块进行数据交互,以及保存所有节点操作命令的历史记录;
[0017] 所述中心数据库管理模块,用于存储和管理所述监测系统的配置和监测信息、监 督和维护数据库的正常运行。
[0018] 所述电能质量监测系统综合管理模块,结合GPS时标和定位功能,对智能电网进 行分布式协同监测,对监控数据进行汇总、分析和报表统计。
[0019] 所述分布式电能质量在线/离线节点检测模块还包括模拟采集终端模块、嵌入式 主控模块、自校准模块、时钟模块、显示接口模块;
[0020] 所述模拟采集终端模块,用于将实际电力信号转换为标准电气信号,并送给并行 模数转换模块;[0021 ] 所述嵌入式主控模块包括嵌入式主控芯片及接口芯片,用于接受并行信号处理模 块处理后的数据,对所述监测系统进行动态配置和信息传递;
[0022] 所述自校准模块包括自校准调整电路,采用与模拟采样终端模块及并行数模转换 模块相对应的自校准算法,用于克服所述监测系统中固有的各种静态和动态系统误差,降 低温度、电磁兼容等周围环境因素对监测系统精度的影响;
[0023] 所述时钟模块用于为所述分布式电能质量在线/离线节点检测模块提供准确的 局部时钟;
[0024] 所述显示接口模块,用于实时显示监测数据信息。
[0025] 此外,本发明还提供一种面向智能电网的电能质量监测方法,其特征在于,所述监测方法包括如下步骤:
[0026] 步骤1 :通过主控制管理模块对电能质量监测系统各节点的基本功能进行初始化 配置;
[0027] 步骤2 :节点检测模块采集电力信号,传送给并行模数转换模块;
[0028] 步骤3 :并行模数转换模块对模拟采集终端模块的输出信号进行采样,并将采样 信号传送给并行信号处理模块进行处理和数据压缩,存储到本地的分布式数据库;
[0029] 步骤4 :各监测单元将监测数据通过短程无线网络传送到监测节点的路由模块, 然后由监测节点路由模块将该节点的综合电能质量监测数据通过有线以太网和无线通信 网,远程传输到其他网络节点和监测系统的主控管理平台;
[0030] 步骤5 :对各节点的监测数据进行动态排序和编目;
[0031] 步骤6 :电能质量监测系统的主控管理平台给分布式监控系统的各个节点发送协 同监测命令,接受各节点的监测数据,并进行汇总、分析和报表统计;
[0032] 步骤7 :按主控管理模块或者分布式节点发出的协同监测命令,各节点在GPS时标 和定位模块的统一协调下对电力系统进行协同监测所述步骤1还包括将配置命令通过分 布式通信网络发送给每一个监测节点;各监测节点接收到配置命令以后,启动相应的自校 准程序,自校准成功后按照命令所描述的监测模式进入对应的监测状态。
[0033] 所述步骤2还包括在电网侧500kV、220kV、1 IOkV和35kV变电站的主变和不同电 压等级母线、发电厂主变处设置监测点;在用户和负荷供电的变电站和各级电压母线处设 置监测点。
[0034] 本发明提供的技术方案由于采用多模数转换芯片并联,对模拟输入信号进行采样 检测,提升高精度信号采样的模数转换速率,满足对暂态电能质量信号的监测要求;基于可 编程逻辑芯片,采用并行结构的信号处理算法,对因高采样率而产生的大量数据进行分析 和处理;采用无线短程和和远程通信、有线网络通信等结合方案来实现短程和远程通信组 网,结合GPS时标和定位模块,以形成分布式监测系统的实体,为电能质量进行综合评测提 供了有力的支持,对各级电力用户的正常用电秩序和监督管理提供了保障;采用分布式数 据库管理模式,通过增加系统冗余度来降低数据传送的代价,大大提高了系统的可靠性,并 且便于系统的升级扩充;采用分布式网络通信和控制,实现各节点间进行协调监测,成为真 正意义上的分布式监测系统,满足智能电网的监测需求。附图说明
[0035] 图1为本发明技术方案所提出的面向智能电网的电能质量监测系统结构图;
[0036] 图2为本发明技术方案所提出的分布式电能质量在线/离线节点检测模块结构 图;
[0037] 图3为本发明技术方案所提出的网络通信模块结构图以及网络通信模块、子节点 和上层管理模块的对接示意图;
[0038] 图4为本发明技术方案所提出的分布式数据库集成管理模块结构图;
[0039] 图5为本发明技术方案所提出的面向智能电网的电能质量监测方法流程图;
[0040] 图6为本发明技术方案所提出的并行模数转换原理图;
[0041] 图7为本发明技术方案所提出的并行处理方式示意图。具体实施方式
[0042] 为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚,下面结合附图和实施例,对本发明的 具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案, 而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0043] 实施例1
[0044] 本实施例具体描述本发明所提出的一种面向智能电网的电能质量监测系统。
[0045] 如图1所示,该系统包括分布式电能质量在线/离线节点检测模块、网络通信模 块、分布式数据库集成管理模块、电能质量监测系统综合管理模块;
[0046] 所述分布式电能质量在线/离线节点监测模块在硬件设计上除了满足对复杂电 能质量信号测量的基本性能指标要求、综合考虑检测装置的安全、可靠、低故障要求之外, 同时考虑各分布检测装置之间不会互相影响,能够协同工作,该模块用于实现智能电网在 电力信号底层的基本分布式测量功能。
[0047] 如图2所示,所述分布式电能质量在线/离线节点检测模块包括模拟采集终端模 块、并行模数转换模块、并行信号处理模块、嵌入式主控模块、自校准模块、时钟模块、显示 接口模块。
[0048] 所述模拟采集终端模块包括电压传感器、电流传感器以及相关信号调理电路,用 于将电力系统中的任意电压和电流转换为标准电气信号,并将每一个信号分成多路传送给 并行模数转换模块。
[0049] 所述并行模数转换模块包括多片并行的模数转换芯片、可编程逻辑芯片及时钟分 配器,采用采样时钟管理算法、数据预处理算法及数据缓冲和传输算法,用于对标准的电气 输入信号进行模数转换,对数字采样信号进行预处理,然后传输给并行信号处理模块。
[0050] 所述并行信号处理模块,包括可编程逻辑芯片,采用动态配置算法、高速传输接口 算法及并行数据处理算法,用于接受并行模数转换模块输入的多通道并行采样数据,并进 行相应的匹配和校正,实现多通道并行采样的数据校正和基于电力系统监测所需要的各种 处理算法;将数据处理结果快速发送给嵌入式主控模块;与嵌入式主控模块通信交互,实 现自身功能的动态配置。
[0051] 所述嵌入式主控模块,包括嵌入式主控芯片及接口芯片,用于实现分布式电能质 量监测系统中的各种上层应用功能,例如对数据的统计分析、报表生成、打印、传输、显示等 功能;通过网络接口,连接所述分布式电能质量在线/离线节点检测模块及分布式网络,实 现整个对分布式网络的动态配置和信息传递。
[0052] 所述自校准模块,包括自校准调整电路,采用与模拟采样终端模块及并行数模转 换模块相对应的自校准算法,用于克服所述监测系统中固有的各种静态和动态系统误差, 降低温度、电磁兼容等周围环境因素对监测系统精度的影响;
[0053] 所述时钟模块,用于为所述分布式电能质量在线/离线节点检测模块提供准确的 局部时钟。
[0054] 所述显示接口模块,连接嵌入式主控模块及本地显示器,用于实时显示监测数据 fn息ο
[0055] 所述网络通信模块用于负责处理所述监测系统网络的全部组网通信工作,通信服务采用多线程机制,分布式网络各处的节点可以同时向网络中的多个节点发送信息,也可 以同时接收网络上各节点发来的信息。各个网络节点还可以接受电能质量监测系统综合管 理模块的指令形成控制命令并将其传递给各个具体的监控单元以进行相应的监测动作或 者随时动态更新各网络节点的配置信息。有线网络和无线网络的结合、远程无线通信网络 和短程无线通信网络的结合,既保证了数据传输速度快,又保证了系统的高稳定性。
[0056] 如图3所示,所述网络通信模块包括无线网络模块、有线网络模块及GPS时标和定 位模块。
[0057] 所述有线网络模块包括以太网模块,用于将各分布式监测节点单元通过电力标准 通信协议转换器与整体以太网相连,此种通信方式,传输速率快、系统稳定性高。
[0058] 所述无线网络模块包括短程无线网络模块及远程无线网络模块;所述短程无线网 络模块可采用短程通信无线网络方式,用于实现所述监测系统分布式网络节点内部各检测 单元间的短程无线通讯和各种检测控制功能;所述远程无线网络模块用于将所述监测系统 各个分布式监测节点的监测数据发送到整个监测系统分布式网络上,并接受其他节点的协 作请求或主管理节点的控制命令等信息,实现与整个网络进行数据和信息的交互。
[0059] 所述GPS时标和定位模块将所有的节点监测信息打上全局时间和位置戳,这样所 述监测系统的所有信息就能够在统一的全局时钟和全局空间定位下相互协调、配合和融 合,即在所述分布式电能质量在线节点检测模块中采用时间同步技术及通信技术,用于精 确同步和标定所有分布式监测节点空间定位以及采样数据对应的采样时间,记录下所有测 量点的连续的电能质量参数,组成全区域的电能质量监测系统,通过将监测数据提供给电 能质量监测系统综合管理模块,能够为电网的优化和事故分析提供实时可靠的数据,为电 能质量综合评估提供切实依据。
[0060] 如图4所示,所述分布式数据库集成管理模块用于存储和管理所述监测系统的配 置信息和监测数据,网络监测各分布式节点、网络通信装置、监测管理主站等都可以通过分 布式网络直接和所述数据库集成管理模块进行交互,实现各自的功能。所述管理模块使用 较小的节点检测模块数据管理系统,每个节点检测模块可单独放在一个地方,其中都有一 份完整的全局数据库管理系统拷贝副本,并具有自己局部的数据库,分布于不同地点的许 多节点检测模块通过网络互相连接,共同组成一个完整的、全局的大型数据库。
[0061] 所述分布式数据库集成管理模块包括分布式节点数据库管理模块和中心数据库 管理模块。
[0062] 所述分布式节点数据库管理模块集成在所述分布式电能质量在线/离线节点检 测模块中,其分布式数据库管理软件主要在嵌入式主控器上运行,对来自分布式电能质量 在线/离线节点检测模块的局部监测数据进行管理,并与中心集中管理数据库管理模块和 其他分布式节点数据库进行数据交互,以及保存所有节点操作命令的历史记录,实现对整 个电网及分布式监测网络自身信息的全方位监测。
[0063] 所述中心数据库管理模块集成在所述电能质量监测系统综合管理模块中,其核心 软件主要在所述电能质量监测系统综合管理模块中运行,用于存储和管理所述监测系统的 配置信息和监测信息、监督和维护数据库的正常运行,在各个管理主站可用专用的硬件设 施来实现,实现对分布式电能质量监测网络的信息汇总和报表统计。
[0064] 所述电能质量监测系统综合管理模块为管理分布式电能质量监测系统提供了一个集中管理的平台,结合GPS时标和定位功能,向分布式监测网络节点发出的协同监测命 令,用于对电力系统整体或者某一局部进行协同监测,运行管理软件能够对所述监测系统 进行动态数据配置和监控数据管理,以及对监控数据进行汇总、分析和报表统计,包括对各 节点进行各种实时监测操作、记录提取管理、记录查询、图形生成、报表分析、暂态事件分析等等。
[0065] 实施例2
[0066] 本实施例具体描述本发明所提出的一种面向智能电网的电能质量监测方法。
[0067] 如图5所示,该方法包括如下步骤:
[0068] 步骤1 :对分布式电能质量监测系统进行初始化;
[0069] 通过主控制管理模块对分布式电能质量监测系统各节点的基本功能进行配置,例 如对电压偏差、频率偏差、谐波、电压波动和闪变、三相不平衡等指标进行连续跟踪监测;然 后将配置命令通过分布式通信网络发送给每一个监测节点;各监测节点接收到配置命令以 后,启动相应的自校准程序,自校准成功后按照命令所描述的监测模式进入对应的监测状 态。
[0070] 步骤2 :对节点现场数据进行采集;
[0071] 在电网侧,变电站中存在500kV、220kV、110kV和35kV等不同电压等级母线;在用 户侧,电力用户中存在着各种负荷,比如谐波源负荷,造成电压闪变的负荷等。取这些用户 和负荷供电的变电站和各级电压母线处作为监测点。节点检测模块通过模拟采集终端模块 将电力系统中各监测单元的初级电压、电流信号转换为多路的标准电气信号,提供给并行 模数转换模块。
[0072] 步骤3 :对节点现场数据进行处理;
[0073] 并行模数转换模块所包含的多个并行模数转换通道,在时钟模块的驱动下轮流采 集模拟采集终端模块输出的模拟信号,并将转换后的数字信号传送给并行信号处理模块, 并行信号处理模块对采集信号进行相应的电能质量算法处理,得到期望的电能质量监测参 数和指标,同时完成电能质量数据压缩算法,然后将电能质量的压缩数据存储在本地的分 布式数据库。
[0074] 步骤4 :利用分布式网络进行数据通信;
[0075] 各监测单元将各自的电能质量监测数据通过短程通信无线网络传送到监测节点 的路由模块,然后由监测节点路由模块将该节点的综合电能质量监测数据通过有线以太网 和无线远程通信网,传输到其他每一个网络节点和分布式监测系统的综合管理模块。
[0076] 步骤5 :对分布式数据库进行优化;
[0077] 针对执行分布式查询和数据库管理的特点,根据各监测节点的综合电能质量信 息,对各节点的监测数据进行动态排序和编目,实现各节点之间动态的分布式数据融合,有 利于优化分布式数据库的数据查询、数据管理和数据融合。
[0078] 步骤6 :进行主控管理;
[0079] 分布式监测系统综合管理模块给分布式监控系统的各个节点发送协同监测命令, 接受各节点的电能质量测量结果,为管理分布式电能质量监测系统提供了一个集中管理的 平台,运行管理软件能够对整个系统进行动态的数据配置和监控数据的管理、统计和分析 等操作;同时对所有的监控数据进行汇总、分析和报表统计,包括对各节点进行各种实时监测操作、记录提取管理、记录查询、图形生成、报表分析、暂态事件分析等操作。
[0080] 步骤7 :各节点间进行协调监测;
[0081] 按照综合管理模块发出的协同监测命令或者分布式监测节点发出的协作监测请 求,各监测节点在GPS时标和定位模块的统一协调下联合对电力系统整体或者某一局部进 行监测,从而能够对分布式电网的复杂特性进行更加详尽的分析。
[0082] 实施例3
[0083] 如图6所示,本实施例具体描述本发明所提出技术方案中的并行模数转换。通过 模拟采集终端模块,将实际电力信号转化为标准的电气输入接口,并分为四路送给模数转 换芯片,模数转换芯片在时钟分配模块及时钟模块的驱动下轮流采集传入的输入信号,然 后通过可编程逻辑接口传送给并行处理模块,进行电能质量信号处理和数据压缩;通过自 校准对模拟采集终端模块进行精度校准,实现对检测终端模块的自校准功能。
[0084] 时钟分配模块将一个时钟周期均勻分成4相:0-90度,90-180度,180-270度, 270-360度。工作过程为:在0度时启动模数转换芯片1,采集当前模拟信号转换为数字信 号;在90度时启动模数转换芯片2,采集当前模拟信号转换为数字信号;在180度时启动模 数转换芯片3,采集当前模拟信号转换为数字信号;在270度时启动模数转换芯片4,采集当 前模拟信号转换为数字信号;在下一个时钟周期内,在0度时首先读取前一个时钟周期内 采集得到的数字信号,然后再次启动模数转换芯片1,采集当前模拟信号转换为数字信号; 在90度时首先读取前一个时钟周期内采集得到的数字信号,然后再次启动模数转换芯片 2,采集当前模拟信号转换为数字信号;在180度时首先读取前一个时钟周期内采集得到的 数字信号,然后再次启动模数转换芯片3,采集当前模拟信号转换为数字信号;在270度时 首先读取前一个时钟周期内采集得到的数字信号,然后再次启动模数转换芯片4,采集当前 模拟信号转换为数字信号;这样依次循环采样。原来如果单独采用一个模数采样芯片时受 模数转换速率的约束,则只能一个时钟周期得到一个采样值;而现在将四片模数采样芯片 交错起来,就可以在不提高模数自身性能的情况下得到4倍的采样速率。
[0085] 实施例4
[0086] 本实施例具体描述本发明所提出技术方案中的并行处理方式。
[0087] 如图7,基于可编程逻辑芯片,采用并行处理方式实现电能质量信号处理中的数字 滤波器设计。
[0088] 该分布式的处理方式将乘法运算转换为加法以及移位运算,其原理如下:
[0089]
Figure CN102053202AD00101
[0090] 假设h(n)是已知常数。无符号数χ (η)的表达式为
[0091]
Figure CN102053202AD00102
[0092] 式中:y可以表示为
[0093] y = h(0) [Xb^1 (0) 2Β_1+χΒ_2(0) 2B-2+". +X0(0) 20] +
[0094] h (1) [xb^1 (1) 2β^+χβ_2 (1) 2Β_2+…x0 (1) 2°] +... +
[0095] h (N-I) [Xb^1 (N-I) 2β-1+χβ_2 (N-I) 2β-2+... X0 (N-I) 2°]
[0096] = [h (0) Xh (0) +h (1) Xb^1 (1) +... +h (N-I) Xb^1 (N-I) ] 2时+[0097] [h (0) xB_2 (0) +h (1) xB_2 (1) +... +h (N-I) xB_2 (N-I) ] 2Β-2+... +
[0098] [h (0) X0 (0) +h (1) X0 (1) +... +h (N-I) X0 (N-I) ] 2°
[0099]其中:
[0100] h(n)表示滤波器系数,χ (η)表示输入的数据,y表示处理后的数据,N表示滤波器 的长度,b表示χ (η)的第b位,B表示χ (η)的最高位,
[0101] 由于χ(η)为有限位数据,且、(η)的取值为W,1],故、有2Ν种不同的取值,又因 为h(n)已知,所以可事先将相应的运算结果计算出来,以表格的形式放到相应的存储中, 在运行时通过实时查询该的方法来实现上述算式。在通过相应的二次幂加权并累加,就可 以得到y的结果。
[0102] 通过采用上述技术方案实现的面向智能电网的电能质量监测系统及方法,具有如 下几个特点:
[0103] (1)采用多模数采样芯片并联,对模拟输入信号进行采样检测。尽管每一个模数采 样芯片的采样速度较低,但是多模数采样芯片并联可实现采样精度大大提高,同时价格依 然便宜,而且硬件实现难度小;在并行交错采样结构下,在总的采样速度提高的同时保持了 采样信号的高精度。能够满足现代电力系统的对电能质量信号检测在实时性和精度上的基 本要求。
[0104] 电力系统中存在各种扰动持续时间短、随机性强,如雷击、系统故障、一些非线性 负荷的投切等引起的电压跌落、骤升,电弧炉生产周期的变化引起的电压波动等等情况。根 据采样定律,为了精确测量电网中高次谐波值以及对暂态电能指标进行实时测量,必须保 证较高的采样频率。这样多模数并行采样的结构能够满足上述电力系统各种情况中信号在 高速高精度采样上的要求。
[0105] (2)采用可编程逻辑芯片,采用在硬件层上实现信号处理算法的本质并行结构实 现。充分利用硬件逻辑芯片在实现并行算法上的固有优点,选用适合并行计算的信号分析 处理算法,实现对高速采集的大量采样数据进行分析和处理。
[0106] (3)采用GPS时标和高速通信网络,实现分布式的监测系统。考虑到智能电网具有 固有的分布式系统特点,本发明采用分布式结构,分布于各个变电站的现场采集分析单元 通过通信网络连接成一个有机的整体,共同完成整个区域的电能质量分析和统计,这样不 仅实现了分布式的监测系统,而且能够实现分布式网络各节点之间的联合监测、信息互动 以及分布式信息计算和处理。该方法使电能质量监测不再局限于某一点,实现了同一系统、 不同地点的电能质量的实时监测,可以达到监测标准的统一,并满足精度要求。在功能上更 强调信息化,除具有计算、显示功能外,还有一定的分析处理功能。这种方式为电能质量进 行综合评测提供了有力的支持,对各级电力用户的正常用电秩序和监督管理提供了保障。
[0107] (4)分布式数据库管理模式。分布式数据库系统使用较小的节点检测模块数据管 理系统,每个节点检测模块可单独放在一个地方,其中都有一份完整的全局数据库管理系 统拷贝副本,并具有自己局部的数据库,分布于不同地点的许多节点检测模块通过网络互 相连接,共同组成一个完整的、全局的大型数据库。
[0108] 这种组织数据库的方法克服了传统物理中心数据库组织的弱点。首先,降低了数 据传送代价,因为大多数的对数据库的访问操作都是针对局部数据库的,而不是对其他位 置的数据库访问;其次,提高了系统的可靠性,因为当网络出现故障时,仍然允许对局部数据库的操作,而且一个位置的故障不影响其他位置的处理工作,只有当访问出现故障位置 的数据时,在某种程度上才受影响;第三,各个数据库的位置是透明的,方便系统的扩充。
[0109] 综上所述,本发明所提供的电能质量监测系统及方法,继承了传统电能质量监测 系统的特性,集一般电力参数测量、电能计量和电能质量监测于一身,而且还集高精度电能 计量、多功能电力测量、电能质量分析、保护与监控、智能逻辑控制、事故记录与分析、数据 记录和波形记录等仪表于一身,功能丰富且精度高。本发明技术方案对电能质量的研究、分 析和监测范围,不仅覆盖了国内现有的电能质量稳态指标,而且还包括了较广泛的暂态电 能质量信号。
[0110] 该电能质量监测系统服务于智能电网现场,具有强大的运算能力和人机交互能 力、抗干扰能力强、实时性好、体积小、成本低等特点。通过不同方案的相互结合以取长补 短,综合利用各种解决方案的优势,在控制成本前提下提出满足系统要求的最优方案。
[0111] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人 员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形 也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1. 一种面向智能电网的电能质量监测系统,其特征在于,该电能质量监测系统包括分 布式电能质量在线/离线节点检测模块、网络通信模块、分布式数据库集成管理模块、电能 质量监测系统综合管理模块;所述分布式电能质量在线/离线节点检测模块,包括并行模数转换模块和并行信号处 理模块,用于实现对智能电网的分布式检测。
2.如权利要求1所述的电能质量监测系统,其特征在于,所述并行模数转换模块包括 多片并行的模数转换芯片、可编程逻辑芯片及时钟分配模块,采用采样时钟管理算法、数据 预处理算法及数据缓冲和传输算法,用于对输入的标准电气信号进行模数转换和预处理, 并传输给并行信号处理模块。
3.如权利要求2所述的电能质量监测系统,其特征在于,所述并行信号处理模块,包 括可编程逻辑芯片,采用动态配置算法、高速传输接口算法及并行数据处理算法,用于接受 所述并行模数转换模块输入的多通道并行采样数据,并进行相应的信号处理及数据压缩操 作。
4.如权利要求1-3中任一项所述的电能质量监测系统,其特征在于,所述网络通信模 块采用系统远程通讯和节点内短距离通信相结合的方式,负责所述监测系统网络的组网通 信工作;所述网络通信模块包括无线网络模块、有线网络模块及GPS时标和定位模块;所述有线网络模块包括以太网模块,用于将各分布式监测节点单元通过电力标准通信 协议转换器与整体以太网相连;所述无线网络模块包括短程无线网络模块及远程无线网络模块;所述短程无线网络模 块,用于实现所述监测系统网络节点内各检测单元间的短程无线通讯及检测控制功能,所 述远程无线网络模块,用于实现所述监测系统节点与整个网络之间的数据和信息交互;所述GPS时标和定位模块,用于精确同步所述监测系统节点的采样时间和标定所述监 测系统节点的空间位置。
5.如权利要求1-3中任一项所述的电能质量监测系统,其特征在于,所述分布式数据 库集成管理模块包括分布式节点数据库管理模块和中心数据库管理模块;所述分布式节点数据库管理模块,用于对局部监测数据进行管理,并与其他分布式节 点数据库管理模块进行数据交互,以及保存所有节点操作命令的历史记录;所述中心数据库管理模块,用于存储和管理所述监测系统的配置和监测信息、监督和 维护数据库的正常运行。
6.如权利要求1-3中任一项所述的电能质量监测系统,其特征在于,所述电能质量监 测系统综合管理模块,结合GPS时标和定位功能,对智能电网进行分布式协同监测,对监控 数据进行汇总、分析和报表统计。
7.如权利要求1-3中任一项所述的电能质量监测系统,其特征在于,所述分布式电能 质量在线/离线节点检测模块还包括模拟采集终端模块、嵌入式主控模块、自校准模块、时 钟模块、显示接口模块;所述模拟采集终端模块,用于将实际电力信号转换为标准电气信号,并送给并行模数 转换模块;所述嵌入式主控模块包括嵌入式主控芯片及接口芯片,用于接受并行信号处理模块处理后的数据,对所述监测系统进行动态配置和信息传递;所述自校准模块包括自校准调整电路,采用与模拟采样终端模块及并行数模转换模块 相对应的自校准算法,用于克服所述监测系统中固有的各种静态和动态系统误差,降低温 度、电磁兼容等周围环境因素对监测系统精度的影响;所述时钟模块用于为所述分布式电能质量在线/离线节点检测模块提供准确的局部 时钟;所述显示接口模块,用于实时显示监测数据信息。
8. 一种面向智能电网的电能质量监测方法,其特征在于,所述监测方法包括如下步骤:步骤1 :通过主控制管理模块对电能质量监测系统各节点的基本功能进行初始化配置;步骤2 :节点检测模块采集电力信号,传送给并行模数转换模块; 步骤3 :并行模数转换模块对模拟采集终端模块的输出信号进行采样,并将采样信号 传送给并行信号处理模块进行处理和数据压缩,存储到本地的分布式数据库;步骤4:各监测单元将监测数据通过短程无线网络传送到监测节点的路由模块,然后 由监测节点路由模块将该节点的综合电能质量监测数据通过有线以太网和无线通信网,远 程传输到其他网络节点和监测系统的主控管理平台; 步骤5 :对各节点的监测数据进行动态排序和编目;步骤6 :电能质量监测系统的主控管理平台给分布式监控系统的各个节点发送协同监 测命令,接受各节点的监测数据,并进行汇总、分析和报表统计;步骤7:按主控管理模块或者分布式节点发出的协同监测命令,各节点在GPS时标和定 位模块的统一协调下对电力系统进行协同监测。
9.如权利要求8所述的面向智能电网的电能质量监测方法,其特征在于,所述步骤1还 包括将配置命令通过分布式通信网络发送给每一个监测节点;各监测节点接收到配置命令 以后,启动相应的自校准程序,自校准成功后按照命令所描述的监测模式进入对应的监测 状态。
10.如权利要求9所述的面向智能电网的电能质量监测方法,其特征在于,所述步骤2 还包括在电网侧500kV、220kV、1 IOkV和35kV变电站的主变和不同电压等级母线、发电厂主 变处设置监测点;在用户和负荷供电的变电站和各级电压母线处设置监测点。
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