CN105137231A - 一种电能质量监测方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电能质量监测方法,通过安装在变电站内的数据采集终端,由GPS对时服务器统一对时,对监测点的电气量实时数据进行同步采集;数据采集终端将采集到的带有时标的电气量实时数据,通过高速无线通信网络经由云端通信服务器发送给云端运算服务器;云端运算服务器对电气量实时数据进行运算,获得电能质量数据和非电能质量数据,并将获得的数据保存到云端数据库服务器;云端高级应用分析服务器提取电能质量数据和非电能质量数据,进行监测数据的实时显示、历史趋势统计、报表生成及输出、波形回放显示、谐波源追溯分析完成电能质量的监测分析及管理;本发明极大地降低了系统的运行维护成本,使得监测系统的可扩展性得到了根本的提高。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统监控技术领域,尤其涉及一种电能质量监测方法和系统。
背景技术
电力系统存在着大量非线性、冲击性和波动性负荷,比如大功率的变频设备及拖动装置、电气化铁路、电化工业的整流设备、感应加热炉,电弧炉等,这些负荷造成了电网发生波形畸变(谐波)、电压波动、闪变、三相不平衡、非对称性,使得电网电能质量的严重降低。同时,基于计算机、微处理器控制的精密电子仪器在国民经济企业中大量使用,对供电质量的敏感程度越来越高,对电能质量提出了更高的要求,从而使电能质量问题及其解决措施逐渐成为研究的热点。要对电网的电能质量进行改善,首先要对电能质量做出精确的检测和分析,测量电网的电能质量水平,并分析和判断造成各种电能质量问题的原因,为电能质量的改善提供依据。
现有的电能质量监测系统构建方法存在监测终端测量算法标准不一致、测量精度不一致、数据采样不同步、数据通信协议不一致、有线以太网网络带宽有限、无法传输实时数据等问题,导致目前的监测系统的可扩展性差、不易升级维护、实时性差、测量结果无法满足国际电工委员会(IEC)电能质量标准中A级一致性要求,无法真正为电网运行和事故分析提供科学、有效、权威的决策依据,阻碍了“坚强”、“统一”的智能电网的发展。
发明内容
有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种电能质量监测方法和系统,基于云计算技术和5G无线通信技术,消除了目前电能质量监测系统构建中的上述问题,将有力地促进大型电能质量监测系统的建设和发展,为电网安全生产运行提供有效手段。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
本发明公开了一种电能质量监测方法,所述方法包括:
通过安装在变电站内的数据采集终端,由GPS对时服务器统一对时,对电气量实时数据进行同步采集;
数据采集终端将采集到的带有时标的电气量实时数据,通过高速无线通信网络经由云端通信服务器发送给云端运算服务器;
云端运算服务器对电气量实时数据进行运算,获得电能质量数据和非电能质量数据,并将获得的数据保存到云端数据库服务器;数据采集终端按照设定的权限访问云端数据库服务器中的运算结果并就地显示及导出;
云端高级应用分析服务器提取电能质量数据和非电能质量数据,结合数据采集终端的位置信息进行实时显示、统计分析及结果输出,完成电能质量的监测。
其中,所述电气量实时数据包括:A相、B相、C相及零序电流和电压;所述高速无线通信网络包括:3G、和/或4G、和/或5G无线通信网络。
其中,所述云端运算服务器对电气量实时数据进行运算,获得电能质量数据和非电能质量数据,具体为:按照GB/T12325、GB/T12326、GB/T15543、GB/T15945、GB/T24337、GB/T14549、GB/T30137的规定对数据采集终端采集到的电气量实时数据中的电能质量评价指标进行计算获得电能质量数据,同时计算获得其他非电能质量数据。
其中,所述电能质量评价指标包括:供电电压偏差、电压波动与闪变、三相电压不平衡、频率偏差、间谐波、谐波、电压暂降等数据;
所述电能质量数据包括:供电电压偏差、电压波动与闪变、三相电压不平衡、频率偏差、间谐波、谐波,这六种稳态指标按最大值(Max)、最小值(Min)、平均值(Avg)、及95%概率大值(CP95)进行统计得出的数据;
所述非电能质量数据包括:电流幅值、电压幅值、基波电流相位、基波电压相位、谐波电流相位、谐波电压相位、基波功率、谐波功率、功率因数、位移功率因数。
其中,所述云端高级应用分析服务器提取电能质量数据和非电能质量数据,结合数据采集终端的位置信息进行实时显示、统计分析及结果输出,完成电能质量的监测,具体为:提取云端数据库服务器中的电能质量数据和非电能质量数据,基于GIS地理信息系统的显示技术,将电网结构和数据采集终端的位置信息结合,直观实现监测数据实时显示、历史趋势统计、报表生成及输出、波形回放显示、谐波源追溯分析;
其中,GPS对时服务器,具体为:为整体系统提供统一对时。
本发明还公开了一种电能质量监测系统,所述系统包括:数据采集终端、GPS对时服务器、云端通信服务器、云端运算服务器、云端数据库服务器和云端高级应用分析服务器,其中,
所述数据采集终端安装在变电站内,由GPS对时服务器统一对时,用于对电气量实时数据进行同步采集,将采集到的带有时标的电气量实时数据,通过高速无线通信网络经由云端通信服务器发送给云端运算服务器;采集终端可以按照设定的权限访问云端数据库中的数据,并就地显示及导出;
所述云端运算服务器,用于对电气量实时数据进行运算,获得电能质量数据和非电能质量数据,并将获得的数据保存到云端数据库服务器;
所述云端高级应用分析服务器,用于提取电能质量数据和非电能质量数据,结合数据采集终端的位置信息,数据的展示、分析及输出,完成电能质量的监测。
其中,所述电气量实时数据包括:A相、B相、C相及零序电流和电压;所述高速无线通信网络包括:3G、和/或4G、和/或5G无线通信网络。
其中,所述云端运算服务器对电气量实时数据进行运算,获得电能质量数据和非电能质量数据,具体为:按照GB/T12325、GB/T12326、GB/T15543、GB/T15945、GB/T24337、GB/T14549、GB/T30137的规定对数据采集终端采集到的电气量实时数据中的电能质量评价指标进行计算获得电能质量数据,同时计算获得其他非电能质量数据。
其中,所述电能质量评价指标包括:供电电压偏差、电压波动与闪变、三相电压不平衡、频率偏差、间谐波、谐波、电压暂降等数据;
所述电能质量数据包括:供电电压偏差、电压波动与闪变、三相电压不平衡、频率偏差、间谐波、谐波,这六种稳态指标按最大值(Max)、最小值(Min)、平均值(Avg)、及95%概率大值(CP95)进行统计得出的数据;
所述非电能质量数据包括:电流幅值、电压幅值、基波电流相位、基波电压相位、谐波电流相位、谐波电压相位、基波功率、谐波功率、功率因数、位移功率因数。
其中,所述云端高级应用分析服务器提取电能质量数据和非电能质量数据,结合数据采集终端的位置信息,完成数据的展示、分析及输出,,完成电能质量的监测,具体为:提取云端数据库服务器中的电能质量数据和非电能质量数据,基于GIS地理信息系统的显示技术,将电网结构和数据采集终端的位置信息结合,直观实现监测数据实时显示、历史趋势统计、报表生成及输出、波形回放显示、谐波源追溯分析;
其中,GPS对时服务器,具体为:为整体系统提供统一对时。
本发明所提供的电能质量监测方法,通过安装在变电站内的数据采集终端,由GPS对时服务器统一对时,对电气量实时数据进行同步采集;数据采集终端将采集到的带有时标的电气量实时数据,通过高速无线通信网络经由云端通信服务器发送给云端运算服务器;云端运算服务器对电气量实时数据进行运算,获得电能质量数据和非电能质量数据,并将获得的数据保存到云端数据库服务器;数据采集终端按照设定的权限访问云端数据库服务器的运算结果,并就地显示及导出;云端高级应用分析服务器提取电能质量数据和非电能质量数据,结合数据采集终端的位置信息对数据进行显示、统计、分析并输出,完成电能质量的监测,这样不仅简化了采集终端的设计,实现数据采样的时刻高度同步,极大地降低了系统的运行维护成本,使得监测系统的可扩展性得到了根本的提高,为大型监测系统的快速建设提供了有力技术支撑,同时还使得监测系统给出的分析结果能够对实际的生产运行和事故分析更具有实际价值和意义。
附图说明
图1是本发明电能质量监测方法的流程示意图;
图2是本发明电能质量监测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。
图1是本发明电能质量监测方法的流程示意图,如图1所示,所述方法包括:
步骤101,通过安装在变电站内的数据采集终端,由GPS对时服务器统一对时,对电气量实时数据进行同步采集;
具体的,所述电气量实时数据包括:A相、B相、C相及零序电流和电压。所述数据采集终端以微控制单元(MicrocontrollerUnit,MCU)+数字信号处理器(digitalsignalprocessing,DSP)为处理核心。
步骤102,数据采集终端将采集到的带有时标的电气量实时数据,通过高速无线通信网络经由云端通信服务器发送给云端运算服务器;
具体的,所述高速无线通信网络包括:3G、和/或4G、和/或5G无线通信网络。
步骤103,云端运算服务器对电气量实时数据进行运算,获得电能质量数据和非电能质量数据,并将获得的数据保存到云端数据库服务器;数据采集终端按照设定的权限访问云端数据库服务器中的运算结果并就地显示及导出;
具体的,所述云端运算服务器对电气量实时数据进行运算,获得电能质量数据和非电能质量数据,具体为:按照GB/T12325、GB/T12326、GB/T15543、GB/T15945、GB/T24337、GB/T14549、GB/T30137的规定对数据采集终端采集到的电气量实时数据中的电能质量评价指标进行计算获得电能质量数据,同时计算获得其他非电能质量数据。其中,所述电能质量评价指标包括:供电电压偏差、电压波动与闪变、三相电压不平衡、频率偏差、间谐波、谐波、电压暂降等数据。所述电能质量数据包括:供电电压偏差、电压波动与闪变、三相电压不平衡、频率偏差、间谐波、谐波,这六种稳态指标按最大值(Max)、最小值(Min)、平均值(Avg)、及95%概率大值(CP95)进行统计得出的数据。所述非电能质量数据包括:电流幅值、电压幅值、基波电流相位、基波电压相位、谐波电流相位、谐波电压相位、基波功率、谐波功率、功率因数、位移功率因数。
所述将获得的数据保存到云端数据库服务器,具体为:将所述统计得出的数据以PQDIF格式存储于云端数据库服务器的电能质量数据库中,将电压暂降数据以Comtrade格式存储于云端数据库服务器的电能质量数据库中,将非电能质量数据存储于云端数据库服务器的非电能质量数据库中。
步骤104,云端高级应用分析服务器提取电能质量数据和非电能质量数据,结合数据采集终端的位置信息进行实时显示、统计分析及结果输出,完成电能质量的监测。
具体的,云端高级应用分析服务器提取电能质量数据和非电能质量数据,结合数据采集终端的位置信息进行实时显示、统计分析及结果输出,完成电能质量的监测,具体为:提取云端数据库服务器中的电能质量数据和非电能质量数据,基于GIS地理信息系统的显示技术,将电网结构和数据采集终端的位置信息结合,直观实现监测数据实时显示、历史趋势统计、报表生成及输出、波形回放显示、谐波源追溯分析。其中,GPS对时服务器,具体为:为整体系统提供统一对时。
进一步的,在云端高级应用分析服务器完成电能质量的监测之后,还由云端高级应用分析服务器进行电能质量预警、和/或电网运行优化建议、和/或电网稳定安全分析。
此外,在数据采集终端和工作站还设置有人机交互系统,与云端数据库服务器连接,按照设定的权限访问云端数据库服务器的运算结果,并就地显示及导出。所述工作站包括:配有计算机的中央控制室、或管理人员的智能联网终端。例如,智能手机、上网本、平板电脑等。所述人机交互系统包括:显示屏、键盘、SD卡数据输出接口等。
需要进一步说明的是,在实际应用中,本发明具备以下优势:
1).本专利中分散在各地的数据采集终端通过高速无线网络连接实时对时,实现数据采样的时刻高度同步,解决了整个监测系统所有数据采样的同步性问题。
2).本专利中数据采集终端完成数据采样后,不同于现有构建方法中的终端设备需要就地计算电能质量的指标结果,而是直接将统一采样频率的同步采样数据通过高速5G无线通信网络实时上传到云端服务器组,由计算能力强大的云端服务器按照统一的计算测量方法计算出电能质量的各种技术指标,解决了全系统采样分辨率、计算测量方法的一致性问题,使全系统监测点的计算数据具有均符合一致性测量要求。当相关技术标准对电能质量数据测量方法有新要求时,云端服务器算法可以很方便地升级,避免了现有系统构建方法中必须要对所有监测终端逐一升级或更换带来的巨大工作量和费用支出,极大地降低了系统的运行维护成本。
3).本专利中的高速数据采集终端上传的数据只有原始的采样数据,通信协议简单,使全系统、甚至是全国的通信协议的一致性成为可能,彻底解决了目前各地监测系统对现有监测终端上传各种计算结果(电流电压的基波/谐波/间谐波、电压偏差、频率偏差、三相不平衡、电压波动与闪变、电压暂降和骤升及可能的中间计算结果等)的筛选、格式、顺序、传输间隔等提出不同要求,而导致的通信协议的不一致性。使得监测系统的可扩展性得到了根本的提高。
4).本专利中应用的5G无线通信技术,不仅使大规模数据采集终端原始采样数据上传成为可能,也使得数据采集终端的接入更为方便,真正做到了“即插即用”,为大型监测系统的快速建设提供了有力技术支撑。
5).本专利中应用的云计算技术,使电能质量数据实现了全系统的统一计算,测量方法、测量精度以及数据的全面性得到了充分的保证,也使得监测系统给出的分析结果能够对实际的生产运行和事故分析更具有实际价值和意义。
6).本专利中的云端服务器组计算分析的结果还可以通过5G无线网络由各个数据采集终端实现访问及显示,数据采集终端不仅可以看到本监测点的电能质量数据,还可以按照系统管理员赋予的权限浏览、调用的监测系统内其它监测点的数据,真正实现了全系统的数据共享,有效解决了现有监测系统本监测点安装的监测终端只能看到本监测点数据的弊端。
图2是本发明电能质量监测系统的结构示意图,如图2所示,所述系统包括:数据采集终端21、GPS对时服务器22、云端通信服务器23、云端运算服务器24、云端数据库服务器25和云端高级应用分析服务器26,其中,
所述数据采集终端21安装在变电站内,由GPS对时服务器22统一对时,用于对电气量实时数据进行同步采集,将采集到的带有时标的电气量实时数据,通过高速无线通信网络经由云端通信服务器23发送给云端运算服务器24;
具体的,所述电气量实时数据包括:A相、B相、C相及零序电流和电压。所述数据采集终端以MCU+DSP为处理核心。所述高速无线通信网络包括:3G、和/或4G、和/或5G无线通信网络。
所述云端运算服务器24,用于对电气量实时数据进行运算,获得电能质量数据和非电能质量数据,并将获得的数据保存到云端数据库服务器25;
具体的,所述云端运算服务器24对电气量实时数据进行运算,获得电能质量数据和非电能质量数据,具体为:按照GB/T12325、GB/T12326、GB/T15543、GB/T15945、GB/T24337、GB/T14549、GB/T30137的规定对数据采集终端21采集到的电气量实时数据中的电能质量评价指标进行计算获得电能质量数据,同时计算获得其他非电能质量数据。其中,所述电能质量评价指标包括:供电电压偏差、电压波动与闪变、三相电压不平衡、频率偏差、间谐波、谐波、电压暂降等数据。所述电能质量数据包括:供电电压偏差、电压波动与闪变、三相电压不平衡、频率偏差、间谐波、谐波,这六种稳态指标按最大值(Max)、最小值(Min)、平均值(Avg)、及95%概率大值(CP95)进行统计得出的数据。所述非电能质量数据包括:电流幅值、电压幅值、基波电流相位、基波电压相位、谐波电流相位、谐波电压相位、基波功率、谐波功率、功率因数、位移功率因数。
所述将获得的数据保存到云端数据库服务器25,具体为:将所述统计得出的数据以PQDIF格式存储于云端数据库服务器25的电能质量数据库中,将电压暂降数据以Comtrade格式存储于云端数据库服务器25的电能质量数据库中,将非电能质量数据存储于云端数据库服务器25的非电能质量数据库中。
所述云端高级应用分析服务器26,用于提取电能质量数据和非电能质量数据,结合数据采集终端21的位置信息,完成数据的展示、分析及输出,完成电能质量的监测与管理分析。
具体的,云端高级应用分析服务器26提取电能质量数据和非电能质量数据,结合数据采集终端21的位置信息,完成数据的展示、分析及输出,完成电能质量的监测,具体为:提取云端数据库服务器25中的电能质量数据和非电能质量数据,基于GIS地理信息系统的显示技术,将电网结构和数据采集终端21的位置信息结合,直观实现监测数据实时显示、历史趋势统计、报表生成及输出、波形回放显示、谐波源追溯分析。其中,GPS对时服务器22,具体为:为整体系统提供统一对时。
进一步的,在云端高级应用分析服务器26完成电能质量的监测之后,还由云端高级应用分析服务器26进行电能质量预警、和/或电网运行优化建议、和/或电网稳定安全分析。
此外,在数据采集终端21和工作站还设置有人机交互系统,与云端高级应用分析服务器26相连接,用于对电能质量的监测数据进行管理和应用。所述工作站包括:配有计算机的中央控制室、或管理人员的智能联网终端。例如,智能手机、上网本、平板电脑等。所述人机交互系统包括:显示屏、键盘、SD卡数据输出接口等。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电能质量监测方法,其特征在于,所述方法包括:
通过安装在变电站内的数据采集终端,由GPS对时服务器统一对时,对电气量实时数据进行同步采集;
数据采集终端将采集到的带有时标的电气量实时数据,通过高速无线通信网络经由云端通信服务器发送给云端运算服务器;
云端运算服务器对电气量实时数据进行运算,获得电能质量数据和非电能质量数据,并将获得的数据保存到云端数据库服务器;数据采集终端按照设定的权限访问云端数据库服务器中的运算结果并就地显示及导出;
云端高级应用分析服务器提取电能质量数据和非电能质量数据,结合数据采集终端的位置信息进行实时显示、统计分析及结果输出,完成电能质量的监测。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述电气量实时数据包括:A相、B相、C相及零序电流和电压;所述高速无线通信网络包括:3G、和/或4G、和/或5G无线通信网络。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述云端运算服务器对电气量实时数据进行运算,获得电能质量数据和非电能质量数据,具体为:按照GB/T12325、GB/T12326、GB/T15543、GB/T15945、GB/T24337、GB/T14549、GB/T30137的规定对数据采集终端采集到的电气量实时数据中的电能质量评价指标进行计算获得电能质量数据,同时计算获得其他非电能质量数据。
4.根据权利要求3述的方法,其特征在于,所述电能质量评价指标包括:供电电压偏差、电压波动与闪变、三相电压不平衡、频率偏差、间谐波、谐波、电压暂降等数据;
所述电能质量数据包括:供电电压偏差、电压波动与闪变、三相电压不平衡、频率偏差、间谐波、谐波,这六种稳态指标按最大值(Max)、最小值(Min)、平均值(Avg)、及95%概率大值(CP95)进行统计得出的数据;
所述非电能质量数据包括:电流幅值、电压幅值、基波电流相位、基波电压相位、谐波电流相位、谐波电压相位、基波功率、谐波功率、功率因数、位移功率因数。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述云端高级应用分析服务器提取电能质量数据和非电能质量数据,结合数据采集终端的位置信息进行实时显示、统计分析及结果输出,完成电能质量的监测,具体为:提取云端数据库服务器中的电能质量数据和非电能质量数据,基于GIS地理信息系统的显示技术,将电网结构和数据采集终端的位置信息结合,直观实现监测数据实时显示、历史趋势统计、报表生成及输出、波形回放显示、谐波源追溯分析;
其中,GPS对时服务器,具体为:为整体系统提供统一对时。
6.一种电能质量监测系统,其特征在于,所述系统包括:数据采集终端、GPS对时服务器、云端通信服务器、云端运算服务器、云端数据库服务器和云端高级应用分析服务器,其中,
所述数据采集终端安装在变电站内,由GPS对时服务器统一对时,用于对电气量实时数据进行同步采集,将采集到的带有时标的电气量实时数据,通过高速无线通信网络经由云端通信服务器发送给云端运算服务器;
所述云端运算服务器,用于对电气量实时数据进行运算,获得电能质量数据和非电能质量数据,并将获得的数据保存到云端数据库服务器;
所述云端高级应用分析服务器,用于提取电能质量数据和非电能质量数据,结合数据采集终端的位置信息,完成数据的展示、分析及输出,完成电能质量的监测。
7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述电气量实时数据包括:A相、B相、C相及零序电流和电压;所述高速无线通信网络包括:3G、和/或4G、和/或5G无线通信网络。
8.根据权利要求6或7所述的系统,其特征在于,所述云端运算服务器对电气量实时数据进行运算,获得电能质量数据和非电能质量数据,具体为:按照GB/T12325、GB/T12326、GB/T15543、GB/T15945、GB/T24337、GB/T14549、GB/T30137的规定对数据采集终端采集到的电气量实时数据中的电能质量评价指标进行计算获得电能质量数据,同时计算获得其他非电能质量数据。
9.根据权利要求8述的系统,其特征在于,所述电能质量评价指标包括:供电电压偏差、电压波动与闪变、三相电压不平衡、频率偏差、间谐波、谐波、电压暂降等数据;
所述电能质量数据包括:供电电压偏差、电压波动与闪变、三相电压不平衡、频率偏差、间谐波、谐波,这六种稳态指标按最大值(Max)、最小值(Min)、平均值(Avg)、及95%概率大值(CP95)进行统计得出的数据;
所述非电能质量数据包括:电流幅值、电压幅值、基波电流相位、基波电压相位、谐波电流相位、谐波电压相位、基波功率、谐波功率、功率因数、位移功率因数。
10.根据权利要求6或7所述的系统,其特征在于,所述云端高级应用分析服务器提取电能质量数据和非电能质量数据,结合数据采集终端的位置信息,完成数据的展示、分析及输出,完成电能质量的监测,具体为:提取云端数据库服务器中的电能质量数据和非电能质量数据,基于GIS地理信息系统的显示技术,将电网结构和数据采集终端的位置信息结合,直观实现监测数据实时显示、历史趋势统计、报表生成及输出、波形回放显示、谐波源追溯分析。
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