CN103280815B - 一种用户端低压无功补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用户端低压无功补偿装置，其设置在主站与中低压电网一次设备之间，包括双核处理器、采集器、状态量测量器、视频转换器、大容量存储设备和继电保护装置；双核处理器分别接收采集器采集的中低压电网一次设备的电压和电流信号、状态量测量器采集的中低压电网一次设备的状态量和视频转换器转换的数字视频，进行数据处理后传给配电网主站，并控制低压电网的电容器组，实现无功补偿；当装置出现故障时，继电保护装置用于保护所述低压无功补偿装置。本发明通过在常规的无功补偿装置中增加视频实时监控、大容量存储、高速通信等多种功能，可以有效解决以上问题，从而提高电力设备状态监控能力，提高电力设备安全事故隐患排查水平。

Description

一种用户端低压无功补偿装置

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种用户端低压无功补偿装置。

背景技术

现有的中低压电网中，电能质量监测控制系统一般由电能质量监控主站、电能质量监测控制系统、无功补偿控制终端及相关通信信道构成，如图1所示。电能质量监测控制系统的通信信道有时可和配电自动化系统通信信道合并。电力系统的在线监测系统中一般由在线监测传感器、在线监测终端、在线监测系统服务器及相关通信信道构成。

上述中，电力系统的无功电压控制是保证现代电力系统正常运行的重要环节，调控电网中的无功电源，使无功分布合理，保证无功分层分区平衡，实现电网线损减小、电压质量合格、电压稳定性提高的目标。其无功功率补偿控制终端，可与各型号电容配套使用，实现配网无功功率自动及被动补偿，对提高配网电能质量、降低线路损失具有重要意义。无功功率补偿控制终端的功能满足DL/T597-1996《低压无功功率控制器订货技术条件》和JB/T9663-1999《低压无功功率自动补偿控制器》的要求。

在中低压电网应用较多的无功补偿方式是低压集中补偿方式，可根据用户负荷水平的波动来投入适当数量的电容器来进行跟踪补偿，一般在变压器低压侧、架空线路的杆塔上等处应用补偿装置来实现无功控制。这种补偿方式可改善专用变压器用户的功率因数，实现无功功率的就地平衡，进一步降低中低压电网及变压器的电能损耗，从而保证用户的电压水平。其中为了获得现场电力设备实时信息，需要在现场增加在线监测终端和视频监控设备，即电力设备状态视频监测终端。

为了提高工作现场安全性和实效性，目前视频监控已经广泛应用于变电站等地方，但是由于现有条件限制，配电变压器、电力线路等中低压电网的主要设备并没有能进行远程视频监控，这给电力设备安全及事故隐患排查造成了一定障碍。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种用户端低压无功补偿装置，克服了现有用户端无功补偿功能分散的问题，提高了电力设备状态监控能力，并且提高了电力设备安全事故隐患排查水平。

本发明提供的一种用户端低压无功补偿装置，其改进之处在于，所述低压无功补偿装置设置在主站与中低压电网一次设备之间，其包括双核处理器、采集器、状态量测量器、视频转换器、大容量存储设备和继电保护装置；

所述双核处理器分别接收所述采集器采集的中低压电网一次设备的电压和电流信号、所述状态量测量器采集的中低压电网一次设备的状态量和所述视频转换器转换的数字视频，进行数据处理后传给配电网主站，并控制低压电网的电容器组，实现无功补偿；

所述大容量存储设备用于存储实时视频监控信息；

所述继电保护装置用于保护所述低压无功补偿装置。

其中，所述双核处理器包括ARM内核和DSP内核；

所述ARM内核和所述DSP内核集成于单一芯片上，且所述ARM内核和所述DSP内核之间进行数据交互。

其中，所述ARM内核用于完成非实时工作，包括与通讯相关的任务（包括网口、串口、打印等，从I2C总线键盘输入、LCD屏幕输出、以太网接口、USB2.0接口，实现人机交互、通信及USB大容量存储）、故障事件记录存取和视频监控数据大容量存储；

所述DSP内核用于完成实时任务，包括模拟量的采样、计算，数据的读取，逻辑的判断，出口控制、电力设备视频监控数据采集运算等实时任务。

其中，所述ARM内核包括：

守护任务模块：用于对运行进行实时监测，对不能正常运行的进程进行重启和报错；

人机界面任务模块：用于完成电能自动化、状态监测的设置，并通过人机界面显示；

主站通信任务模块：基于融合的通信规约，实现与配电网主站之间的数据交换；

数据搬移任务模块：用于将DSP内核的处理数据传给大容量存储设备存储；

分析处理任务模块：用于处理与通讯相关的任务；

内部数据交互任务模块：用于完成双核处理器中ARM内核和DSP内核的数据交互。

其中，所述采集器包括数据采集器ADC0809或电压/流传感器。

其中，所述状态量测量器包括光偶和总线驱动芯片。

其中，所述视频转换器根据现场视频监测要求，接入模拟视频信号，通过DSP控制完成视频图像处理并将模拟视频转为数字视频。

其中，所述双核处理器的型号为DAVINCI TMS320DM6446。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

本发明通过在常规的无功补偿装置中增加视频实时监控、大容量存储、高速通信等多种功能，可以有效解决以上问题，从而提高电力设备状态监控能力，提高电力设备安全事故隐患排查水平。

本发明将中低压电网的用户侧无功补偿控制装置、电力主设备视频监控装置等设备统一考虑，实现一体化设计，实现多功能用户端低压无功补偿装置，这将使装置整体结构更紧凑、装置实施体积更小；减少设备投入和安装调试工作量，提高系统性价比；简化装置二次接线，节省控制和信号电缆；加大对中低压电网主设备监控，也能使得电力设备更安全可靠；从而在提高中低压电网运行的可靠性和效率，提高供电质量，降低劳动强度，缩短停电时间和减少停电面积等方面，为供电系统带来可观的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为传统的电能质量监测控制系统组成示意图。

图2为本发明提供的电能质量监测控制系统示意图。

图3为本发明提供的低压无功补偿装置的结构示意图。

图4为本发明提供的实现多功能用户端低压无功补偿装置的软件框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本实施例提出的一种用户端低压无功补偿装置，其放置在主站与中低压电网一次设备之间，构成电能质量监测系统，如图2所示。图中，通过多功能用户端低压无功补偿装置完成电力设备状态在线监测终端、无功补偿控制终端的功能，并可以在本地大容量存储介质中保存实时视频监控信息供安全质量事故分析。

本实施例的低压无功补偿装置，其结构如图3所示，主要包括双核处理器、采集器、状态量测量器、视频转换器、大容量存储设备和继电保护装置；双核处理器分别接收采集器采集的中低压电网一次设备的电压和电流信号、状态量测量器采集的中低压电网一次设备的状态量和视频转换器转换的数字视频，进行数据处理后传给配电网主站，并控制低压电网的电容器组，实现无功补偿；在出现故障时，继电保护装置用于保护低压无功补偿装置。对应的，双核处理器与大容量存储设备连接后通过SPI总线分别与采集器、状态量测量器和视频转换器连接；双核处理器通过II C总线与中低压电网的电容器组连接。

本实施例的低压无功补偿装置的各器件和对应的功能如下：

采集器：

用于完成对中低压电网一次设备的电压、电流数据采集和处理，为状态监测和无功投切的功能实现提供实时判断依据。其主要包括数据采集器ADC0809或电压/流传感器等。

状态量测量器：

用于完成中低压电网一次设备的状态量数据采集和处理、状态检测数字量数据的接入和处理，为状态检测提供数字量判断依据基础，实现按需投切无功补偿设备等功能。其主要包括光偶和总线驱动芯片等。

视频转换器：

其主要根据现场视频监测要求，接入模拟视频信号，通过DSP控制完成视频图像处理并将模拟视频转为数字视频，实现按需投切无功补偿设备等功能。

大容量存储设备：

用于存储实时视频监控信息；其可为移动硬盘，容量可以根据现场监控需要配置，可以配置大于1TB容量的硬盘。

双核处理器：

本实施例以高速双核处理器TI DAVINCI TMS320DM6446作为核心技术，双核处理器完成数据和逻辑的实时处理，完成人机界面、远方上位机通信、实时视频采集运算、大容量存储等功能。双核数据处理模块CPU使用TI（德州仪器）的DAVINCI TMS320DM6446。DAVINCI TMS320DM6446是TI推出的高速低功耗的双核处理器，内含ARM核926EJS-300MHz和DSP核(C64+)-600MHz，，同时包含了大容量的程序FLASH、可编程输入输出接口、RAM、I/O接口、IIC、SPI、SD、USB、10M/100M/1000M以太网接口、视频接口、音频接口和USB串口等资源。两个内核集成于单一芯片上，各司其职，ARM核运行操作系统，主要完成板件部件上的所有通讯相关的任务（包括网口、串口、打印等）及录波、记录的存取、视频监控数据大容量存储等非实时工作。

其中：

（1）DSP核主要完成模拟量的采样、计算，开入的读取，投切逻辑的判断，无功投切控制控制、电力设备视频监控数据采集运算等实时任务。

具体的，数据采样由DSP通过定时器中断完成，无功补偿装置的交流量采集一般采用每周波32点。DSP在每周波采样完成后，进行一次实时数据计算。

数据计算采用基于32点采样的FFT改进算法计算无功补偿相关数据量和测量相关数据量：电压、电流序分量，谐波幅值、含有率，间谐波幅值、含有率，电压波动和闪变等。同时计算电压基波有效值、电流基波有效值、相角、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率等。电压无功数据计算结果通过双核内部数据交换发送到ARM侧，ARM侧将计算数据进行记录、显示，并上送给主站。同时，如果计算数据量参与无功控制动作判据，计算数据量被传递给相应逻辑判断程序，在经过逻辑判断后由DSP侧程序完成电容器的投切，实现电压无功控制。

DSP还完成视频采集计算功能。DSP可以根据ARM侧传递的监控策略决定是否进行视频监控，DSP通过VPIF视频接口实时获得现场电力设备监控图像信息，该并行接口采用ITU-R BT.656格式进行图像采样，DSP采用最近邻域法进行插值计算，生成一路4:2:2的YCBCR的数字视频流，实时视频流通过双核内部数据交换发送到ARM侧，ARM侧将实时视频根据设置的策略，进行记录并上送给主站。视频流的分辨率为720×576像素的D1格式，可以为远程电力设备监控提供清晰的现场实时图像。

（2）ARM核主要完成从I2C总线键盘输入、LCD屏幕输出、以太网接口、USB2.0接口，实现人机交互、通信及USB大容量存储。

ARM内核包括：

守护任务模块：用于对运行进行实时监测，对不能正常运行的进程进行重启和报错；

人机界面任务模块：用于完成电能自动化、状态监测的设置，并通过人机界面显示；

主站通信任务模块：基于融合的通信规约，实现与配电网主站之间的数据交换；

数据搬移任务模块：用于将DSP内核的处理数据传给大容量存储设备存储；

分析处理任务模块：用于处理与通讯相关的任务；

内部数据交互任务模块：用于完成双核处理器中ARM内核和DSP内核的数据交互。

具体的，ARM核基于LINUX实时操作系统构建了多功能用户端低压无功补偿装置管理平台。装置上电完成操作系统的加载和初始化等启动过程后，如图4所示的多个任务进程并行运行，完成多功能用户端低压无功补偿装置的实时量显示、视频监控、信息记录、无功策略通信、视频数据传输参数设置等管理功能。

对于ARM内核侧，通过硬件引导程序启动实时操作系统，应用初始化。其一方面通过守护任务模块进行守护任务并判断任务是否正常，若任务出现异常，则需要重启异常任务并通过人机交互设备显示；另一方面，通过内部数据交互任务模块与DSP内核进行数据交换，进而进行数据处理并通过大容量存储设备存储；若存在非正常数据，进行事故告警处理并通过人机交互设备显示。

对于DSP内核侧，先进行DSP初始化和应用初始化。其一方面收集采集器和状态量测量器的数据，进行投切逻辑判断，将结果传给配电网主站；另一方面，通过视频采集现场数据，转化为数字信号后与ARM内核进行数据交互，并根据配电网主站判断是否需要对电容器组动作，需要的话则进行投切电容，实现无功补偿。

本实施例的内部数据交换任务完成双核结构中ARM核和DSP核的数据交互，其主要功能为获取DSP侧的采样计算数据和实时视频数据，按数据的功能不同分布传递给其它任务，同时接受通信任务或人际界面任务的控制命令并传递给DSP侧，其中包括视频监控策略（即实时监控、分时段监控或按需监控等策略）。

数据处理任务对DSP完成的采样计算数据和实时视频数据进行整理和存储，对于数据量巨大的实时视频，根据主站下达的存储策略决定何时进行本地存储，将其通过SATA接口存储在外部大容量存储设备中，可以供远方离线调用、回放查看。

装置事故告警分析处理任务对DSP完成的计算数据进行分析判断，完成事故告警等功能。通信处理任务完成与主站通信、交互数据、接收控制命令等功能。实现与主站之间电压无功监控与治理、状态检测等相关通信数报文的交互，实现电力设备的实时监控。人机界面任务完成电压无功监控与治理、状态检测功能相关的设置、显示等人机交互功能。守护进程任务对其余进程进行实时监测，对不能正常运行的进程进行重启和报警等动作。

本实施例的电容器组由电容并联构成。双核处理器接收到数据后传给主站，主站根据整个地区的无功情况综合判断是否进行无功补偿及如何进行无功补偿，若需要，则通过双核处理器对当地电容器组发出控制，控制电容器的投入与切除，实现无功补偿。

本实例应用在中低压区域电网中，低压无功补偿装置通过实时检测发现无功变化，将当地无功信息实时传递给主站，由主站根据区域电网的整体情况，形成电容器投切策略，将策略下发给各个低压无功补偿装置，由装置根据情况进行实时投切。同时，低压无功补偿装置也可以将主要电力设备的实时监控视频传递给主站，主站可以对主要电力设备（如变压器、线路等）进行外观状态分析，发现异常也可以通过当地无功补偿装置进行无功投切，以降低事故风险。本实例已经在甘肃电网进行了成功试用，能有效降低电网无功补偿和主要电力设备监控的投入。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种用户端低压无功补偿装置，其特征在于，所述低压无功补偿装置设置在主站与低压电网一次设备之间，其包括双核处理器、采集器、状态量测量器、视频转换器、大容量存储设备和继电保护装置；

所述双核处理器分别接收所述采集器采集的低压电网一次设备的电压和电流信号、所述状态量测量器采集的低压电网一次设备的状态量和所述视频转换器转换的数字视频，进行数据处理后传给配电网主站，并控制低压电网的电容器组，实现无功补偿；

所述大容量存储设备用于存储实时视频监控信息；

所述继电保护装置用于保护所述低压无功补偿装置；

所述ARM内核包括：

守护任务模块：用于对运行进行实时监测，对不能正常运行的进程进行重启和报错；

人机界面任务模块：用于完成电能自动化、状态监测的设置，并通过人机界面显示；

主站通信任务模块：基于融合的通信规约，实现与配电网主站之间的数据交换；

数据搬移任务模块：用于将DSP内核的处理数据传给大容量存储设备存储；

分析处理任务模块：用于处理与通讯相关的任务；

内部数据交互任务模块：用于完成双核处理器中ARM内核和DSP内核的数据交互；

所述状态量测量器包括光偶和总线驱动芯片；

所述视频转换器根据现场视频监测要求，接入模拟视频信号，通过DSP内核控制完成视频图像处理并将模拟视频转为数字视频。

2.如权利要求1所述的低压无功补偿装置，其特征在于，所述双核处理器包括ARM内核和DSP内核；

所述ARM内核和所述DSP内核集成于单一芯片上，且所述ARM内核和所述DSP内核之间进行数据交互。

3.如权利要求2所述的低压无功补偿装置，其特征在于，所述ARM内核用于完成非实时工作，包括与通讯相关的任务、故障事件记录存取和视频监控数据大容量存储；

所述DSP内核用于完成实时任务，包括模拟量的采样、计算，数据的读取，逻辑的判断，出口控制、电力设备视频监控数据采集运算实时任务。

4.如权利要求1所述的低压无功补偿装置，其特征在于，所述采集器包括数据采集器ADC0809或电压/流传感器。

5.如权利要求2所述的低压无功补偿装置，其特征在于，所述双核处理器的型号为DAVINCI TMS320DM6446。