CN105606928A - 一种变电站电能质量监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站电能质量监控系统，包括中央处理模块、电压测量模块、电流测量模块、频率监控模块、闪变测试模块、显示模块、报警模块，所述电压测量模块包括谐波电压测量模块、基波电压测量模块、三相电压不平衡测量模块，所述电流测量模块包括基波电流测量模块、谐波电流测量模块，所述中央处理模块用于将测量到的模拟信号转换成数字信号并进行处理，处理后通过显示模块进行显示，所述报警模块用于在电压、电流或频率信号出现异常时发出报警信息。该系统能够准确及时的在线监测变电站的电能质量，避免电能质量差得不到监控损坏用户电气设备以及系统不稳定运行。

Description

一种变电站电能质量监控系统

技术领域

本发明涉及一种变电站电能质量监控系统，属于电力辅助设备领域。

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。

目前，国内外对电能质量的监测方式主要为在线监测。

光伏电厂和秸秆电厂越来越多的在电网中接入，小电源的接入会给电网造成非计划性孤岛现象发生，非计划性孤岛现象发生时，由于系统供电状态未知，将造成以下不利影响：①可能危及电网设施维护人员和用户的人身安全；②干扰电网的正常合闸；③电网不能控制孤岛中的电压和频率，从而损坏配电设备和用户设备。按照《国家电网公司光伏变电站接入电网技术规定》第8.2条要求：光伏变电站必须具备快速监测孤岛且立即断开与电网连接的能力，其防孤岛保护应与电网侧线路保护相配合。非计划性孤岛现象的发生是严格禁止的。根据此要求需要研究符合要求的能与主网备自投、线路保护及主变保护配合的安全方案。该种安全方案主要依靠安全自动装置的研发，根据不同的电网一次主接线和保护配置而选择不同或者说更加合适的安全方案。该科技项目随着分布式电源的越来越多而具有广阔的应用前景。

孤岛运行和孤岛运行的危害：当包含DG的配电系统由于某种原因引起跳闸，使得包含有一个或多个DG的一部分配网与主系统分开，形成一个独立的区域，称之为孤岛。

孤岛运行的危害：孤岛中的电压和频率无法控制，造成用户设备损坏；孤岛中的线路仍然带电，威胁检修人员人身安全；非同期合闸时，对逆变电源和其他设备冲击大。

目前，国外的防孤岛保护是利用输出功率扰动法原理生产出的光伏并网逆变器实现的，安装于并网的光伏站内，而非光伏变电站的防孤岛保护主要靠低频低压解列装置实现，而国内现有的防孤岛保护装置也均是主要是靠频率电压检测来判断来实现的。

国内外的分布式电源的防孤岛保护均主要安装于并网的分布式电源电厂内，而非安装于并网的系统变电站内，对于系统变电站的保护配置以及运行方式带来很大麻烦，随着分布式电源越来越多，需要在系统变电站内采取防孤岛运行的安全方案，因此需要研究一种能根据实际的电网一次主接线和保护配置来采取更加合适的安全方案实现快速跳开并网开关的安全自动装置来实现分布电源的安全稳定运行。

目前电能质量在线监控装置作为一种独立的设备，检测用户的电网电能质量，但是，在变电站侧缺乏简单有效的在线监测电能的装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种变电站电能质量监控系统，解决了变电站侧电能质量在线监测的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种变电站电能质量监控系统，包括中央处理模块、电压测量模块、电流测量模块、频率监控模块、闪变测试模块、显示模块、报警模块，所述电压测量模块包括谐波电压测量模块、基波电压测量模块、三相电压不平衡测量模块，所述谐波电压测量模块用于测量一个周期内谐波电压含有率，所述基波电压测量模块用于测量一个周期内基波电压的相位误差，所述三相电压不平衡测量模块用于测量三相电压不平衡误差度，所述电流测量模块包括基波电流测量模块、谐波电流测量模块，所述基波电流测量模块用于测量一个周期内基波电流的相位误差，所述谐波电流测量模块用于测量一个周期内谐波电流含有率，所述频率监控模块用于检测实时电压频率，闪变测试模块用于测试周期内电压或电流瞬间增大、减小或断开的次数，所述中央处理模块用于将测量到的模拟信号转换成数字信号并进行处理，处理后通过显示模块进行显示，所述报警模块用于在电压、电流或频率信号出现异常时发出报警信息。

所述报警模块包括LED指示灯和蜂鸣器；所述LED指示灯指示用于指示系统故障信息；所述蜂鸣器用于系统发生故障时发出声音报警。

还包括频率电压异常紧急控制装置，所述频率电压异常紧急控制装置与变电站连接；所述频率电压异常紧急控制装置具备滑差闭锁功能、判断短路功能。

所述中央处理器采用单片机、FPGA芯片、ARM芯片、DSP芯片中的一种。

所述中央处理器采用FPGA芯片中的一种。

所述中央处理器采用Xilinx公司的Spartan-6系列FPGA芯片中的一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、该系统能够准确及时的在线监测变电站的电能质量，避免电能质量差得不到监控损坏用户电气设备以及系统不稳定运行。

2、使设备自投动作准确率提高，确保变电所的持续可靠供电。

3、该系统可应用于所有分布式电源并网发电的变电所，可在变电所集中控制室根据实际情况配置安全自动装置，实现维护电网的安全稳定可靠运行。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行详细说明：

一种变电站电能质量监控系统，包括中央处理模块、电压测量模块、电流测量模块、频率监控模块、闪变测试模块、显示模块、报警模块，所述电压测量模块包括谐波电压测量模块、基波电压测量模块、三相电压不平衡测量模块，所述谐波电压测量模块用于测量一个周期内谐波电压含有率，所述基波电压测量模块用于测量一个周期内基波电压的相位误差，所述三相电压不平衡测量模块用于测量三相电压不平衡误差度，所述电流测量模块包括基波电流测量模块、谐波电流测量模块，所述基波电流测量模块用于测量一个周期内基波电流的相位误差，所述谐波电流测量模块用于测量一个周期内谐波电流含有率，所述频率监控模块用于检测实时电压频率，闪变测试模块用于测试周期内电压或电流瞬间增大、减小或断开的次数，所述中央处理模块用于将测量到的模拟信号转换成数字信号并进行处理，处理后通过显示模块进行显示，所述报警模块用于在电压、电流或频率信号出现异常时发出报警信息。

所述报警模块包括LED指示灯和蜂鸣器；所述LED指示灯指示用于指示系统故障信息；所述蜂鸣器用于系统发生故障时发出声音报警。

还包括频率电压异常紧急控制装置，所述频率电压异常紧急控制装置与变电站连接；所述频率电压异常紧急控制装置具备滑差闭锁功能、判断短路功能。

所述中央处理器采用单片机、FPGA芯片、ARM芯片、DSP芯片中的一种。

所述中央处理器采用FPGA芯片中的一种。

所述中央处理器采用Xilinx公司的Spartan-6系列FPGA芯片中的一种。

本实施例采用Xilinx公司的Spartan-6系列芯片中的XC6SLX16芯片作为主处理器，Spartan-6 系列不仅拥有业界领先的系统集成能力，同时还能实现适用于大批量应用的最低总成本。该系列由13个成员组成，可提供的密度从3840个逻辑单元到147443个逻辑单元不等。与上一代Spartan系列相比，该系列功耗仅为其50%，且速度更快、连接功能更丰富全面。Spartan-6系列采用成熟的45nm低功耗铜制程技术制造，实现了性价比与功耗的完美平衡，能够提供全新且更高效的双寄存器6输入查找表(LUT)逻辑和一系列丰富的内置系统级模块，其中包括18Kb(2 x 9Kb)Block RAM、第二代DSP48A1 Slice、SDRAM存储器控制器、增强型混合模式时钟管理模块、SelectIO™技术、功率优化的高速串行收发器模块、PCI Express®兼容端点模块、高级系统级电源管理模式、自动检测配置选项，以及通过AES和Device DNA保护功能实现的增强型IP安全性。这些优异特性以前所未有的易用性为定制ASIC产品提供了低成本的可编程替代方案。Spartan-6 FPGA可为大批量逻辑设计、以消费类为导向的DSP设计以及成本敏感型嵌入式应用提供最佳解决方案。Spartan-6 FPGA奠定了坚实的可编程芯片基础，非常适用于可提供集成软硬件组件的目标设计平台，以使设计人员在开发工作启动之初即可将精力集中到创新工作上。

1.Spartan-6 FPGA逻辑单元评级充分体现了最新6输入LUT架构所具备的更强大的逻辑单元能力。

2.每个 Spartan-6 FPGA Slice均包含4个LUT和8个触发器。

3.每个DSP48A1 Slice 内含一个18x18乘法器、一个加法器及一个累加器。

4.Block RAM大小基本为18Kb。每个模块还可以作为两个独立的9Kb模块使用。

5.每个CMT内含两个DCM和一个PLL。

6.在-3N 速度级别下不支持存储器控制器模块。

技术人员可根据涉及输入的需要选择适合项目的具体型号。

Claims (6)

1.一种变电站电能质量监控系统，其特征在于：包括中央处理模块、电压测量模块、电流测量模块、频率监控模块、闪变测试模块、显示模块、报警模块，所述电压测量模块包括谐波电压测量模块、基波电压测量模块、三相电压不平衡测量模块，所述谐波电压测量模块用于测量一个周期内谐波电压含有率，所述基波电压测量模块用于测量一个周期内基波电压的相位误差，所述三相电压不平衡测量模块用于测量三相电压不平衡误差度，所述电流测量模块包括基波电流测量模块、谐波电流测量模块，所述基波电流测量模块用于测量一个周期内基波电流的相位误差，所述谐波电流测量模块用于测量一个周期内谐波电流含有率，所述频率监控模块用于检测实时电压频率，闪变测试模块用于测试周期内电压或电流瞬间增大、减小或断开的次数，所述中央处理模块用于将测量到的模拟信号转换成数字信号并进行处理，处理后通过显示模块进行显示，所述报警模块用于在电压、电流或频率信号出现异常时发出报警信息。

2.根据权利要求1所述的变电站电能质量监控系统，其特征在于：所述报警模块包括LED指示灯和蜂鸣器；所述LED指示灯指示用于指示系统故障信息；所述蜂鸣器用于系统发生故障时发出声音报警。

3.根据权利要求1所述的变电站电能质量监控系统，其特征在于：还包括频率电压异常紧急控制装置，所述频率电压异常紧急控制装置与变电站连接；所述频率电压异常紧急控制装置具备滑差闭锁功能、判断短路功能。

4.根据权利要求1所述的变电站电能质量监控系统，其特征在于：所述中央处理器采用单片机、FPGA芯片、ARM芯片、DSP芯片中的一种。

5.根据权利要求4所述的变电站电能质量监控系统，其特征在于：所述中央处理器采用FPGA芯片中的一种。

6.根据权利要求5所述的变电站电能质量监控系统，其特征在于：所述中央处理器采用Xilinx公司的Spartan-6系列FPGA芯片中的一种。