CN109613354A - 一种电能质量无线监测系统及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电能质量无线监测系统，包括电子式互感器、数据处理模块、电能质量计算模块、仿真分析模块、电子式互感器工况接入模块、GSM通信模块。本发明从电子式互感器源头出发改变系统采样率，并统一系统采样率，从而解决了为满足电能质量装置采样率要求而导致计算量的增大和算法的带来的数据不一致性问题，实现各种电能质量稳态指标与暂态指标的监测与分析；每个电子式互感器均自带运行状态监测功能，避免了由于某个电子式互感器故障未及时发现，而导致数据的缺失，从而影响电能质量计算分析的精确性，同时也方便了电子式互感器的后期维护。通过GSM通信模块实现监测结果的及时传输，一定程序上提高了整个电能系统的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统监控领域，具体涉及一种电能质量无线监测系统及其监测方法。
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
本发明的目的在于提供了一种电能质量无线监测系统及其监测方法，实现各种电能质量稳态指标与暂态指标的监测与分析。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种电能质量无线监测系统，包括：
电子式互感器，用于将电力系统一次侧的高电压、大电流信号转换成二次侧低电压和小电流模拟信号；
数据处理模块，用于按照同步功能单元给定的同步转换信号将电子式互感器采集的二次侧低电压和小电流模拟信号转换为数字信号，然后经过同步、解码、组帧处理后封装成IEC 61850-9-2标准经无线数据传输模块发送给电能质量评估模块；
电能质量计算模块，以IEC 61850-9-2标准接收来自一个或多个数据处理模块的高采样率信号并基于计算分析模块完成电能质量数据处理，计算得到各种电能质量指标的实时值和统计值；
仿真分析模块，基于所述电能质量指标的实时值和统计值通过Simulink搭建相关电能质量数据仿真分析模型对所监测到的数据进行仿真分析，完成电能质量信息的发布；
电子式互感器工况接入模块，用于接入电子式互感器的工作状态参数，完成电子式互感器工作状态的监测；
GSM通信模块，当仿真分析模块的分析结果/电子式互感器工作状态异常时，单片机主控模块基于所述分析结果/电子式互感器工作状态判断出报警类型，然后将报警信号传送给GSM通信模块，最后GSM通信模块将报警信号以短消息的形式发送给预先设定的用户的手机号码，提示用户采取相应措施。
优选地，所述电子式互感器内安装有北斗模块，所述工作状态参数携带有每个电子式互感器的北斗定位数据。
优选地，所述电子式互感器包括低功率采样线圈和采样信号发送模块，采样信号发送模块的采样频率适应同步功能单元所设置的频率。
优选地，所述同步功能单元包括总线模块、FPGA配置模块、扇出模块、时钟合成模块，所述FPGA配置模块用于通过总线模块接收上位机的配置指令，按照配置指令配置FPGA程序，所述时钟合成模块用于按照FPGA配置模块配置的FPGA程序，通过时钟合成芯片的功能引脚配置实现所配置时钟；所述扇出模块用于通过扇出芯片实现信号由一路到多路的输出；所述FPGA配置模块还同时接收采样反馈信号，解读出采样反馈信号传输回的信号值，并与上位机设置信号和输出采样同步信号进行对比，反馈给上位机进行显示以实现频率跟踪的功能。
优选地，所述电子式互感器包括电子式电压互感器和电流互感器。
优选地，所述计算分析模块内设算法编辑模块，用于各种目标数据的获取。
本发明还提供了一种电能质量无线监测方法，包括如下步骤：
S1、利用电子式互感器将电力系统一次侧的高电压、大电流信号转换成二次侧低电压和小电流模拟信号，按照同步功能单元设置的频率接入数据处理模块；同时通过电子式互感器工况接入模块接入电子式互感器的工作状态参数，完成电子式互感器工作状态的监测；
S2、利用数据处理模块按照同步功能单元给定的同步转换信号将电子式互感器采集的二次侧低电压和小电流模拟信号转换为数字信号，然后经过同步、解码、组帧处理后封装成IEC 61850-9-2标准以太网格式发送给电能质量监测装置，期间维持同步功能单元设置的采样率不变；
S3、利用电能质量计算模块以IEC61850-9-2标准接收来自一个或多个数据处理模块的高采样率信号，基于计算分析模块进行电能质量数据处理，计算得到各种电能质量指标的实时值和统计值，并将各种电能质量数据发送到仿真分析模块，通过Simulink搭建相关电能质量数据仿真分析模型对所监测到的数据进行仿真分析，完成电能质量信息的发布。
进一步地，当仿真分析模块的分析结果/电子式互感器工作状态异常时，单片机主控模块基于所述分析结果/电子式互感器工作状态判断出报警类型，然后将报警信号传送给GSM通信模块，最后GSM通信模块将报警信号以短消息的形式发送给预先设定的用户的手机号码，提示用户采取相应措施。
本发明具有以下有益效果：
从电子式互感器源头出发改变系统采样率，并统一系统采样率，从而解决了为满足电能质量装置采样率要求而导致计算量的增大和算法的带来的数据不一致性问题，实现各种电能质量稳态指标与暂态指标的监测与分析；每个电子式互感器均自带运行状态监测功能，避免了由于某个电子式互感器故障未及时发现，而导致数据的缺失，从而影响电能质量计算分析的精确性，同时也方便了电子式互感器的后期维护。通过GSM通信模块实现监测结果的及时传输，一定程序上提高了整个电能系统的安全性。
附图说明
图1为本发明实施例一种电能质量无线监测系统的系统框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例的一种电能质量无线监测系统，包括：
电子式互感器，用于将电力系统一次侧的高电压、大电流信号转换成二次侧低电压和小电流模拟信号；所述电子式互感器包括低功率采样线圈和采样信号发送模块，采样信号发送模块的采样频率适应同步功能单元所设置的频率；
数据处理模块，用于按照同步功能单元给定的同步转换信号将电子式互感器采集的二次侧低电压和小电流模拟信号转换为数字信号，然后经过同步、解码、组帧处理后封装成IEC 61850-9-2标准经无线数据传输模块发送给电能质量评估模块；
电能质量计算模块，以IEC 61850-9-2标准接收来自一个或多个数据处理模块的高采样率信号并基于计算分析模块完成电能质量数据处理，计算得到各种电能质量指标的实时值和统计值；
仿真分析模块，基于所述电能质量指标的实时值和统计值通过Simulink搭建相关电能质量数据仿真分析模型对所监测到的数据进行仿真分析，完成电能质量信息的发布；
电子式互感器工况接入模块，用于接入电子式互感器的工作状态参数，完成电子式互感器工作状态的监测；
GSM通信模块，当仿真分析模块的分析结果/电子式互感器工作状态异常时，单片机主控模块基于所述分析结果/电子式互感器工作状态判断出报警类型，然后将报警信号传送给GSM通信模块，最后GSM通信模块将报警信号以短消息的形式发送给预先设定的用户的手机号码，提示用户采取相应措施。
所述电子式互感器包括电子式电压互感器和电流互感器，内安装有北斗模块，所述工作状态参数携带有每个电子式互感器的北斗定位数据。
所述同步功能单元包括总线模块、FPGA配置模块、扇出模块、时钟合成模块，所述FPGA配置模块用于通过总线模块接收上位机的配置指令，按照配置指令配置FPGA程序，所述时钟合成模块用于按照FPGA配置模块配置的FPGA程序，通过时钟合成芯片的功能引脚配置实现所配置时钟；所述扇出模块用于通过扇出芯片实现信号由一路到多路的输出；所述FPGA配置模块还同时接收采样反馈信号，解读出采样反馈信号传输回的信号值，并与上位机设置信号和输出采样同步信号进行对比，反馈给上位机进行显示以实现频率跟踪的功能。
所述计算分析模块内设算法编辑模块，用于各种目标数据的获取。
本发明还提供了一种电能质量无线监测方法，包括如下步骤：
S1、利用电子式互感器将电力系统一次侧的高电压、大电流信号转换成二次侧低电压和小电流模拟信号，按照同步功能单元设置的频率接入数据处理模块；同时通过电子式互感器工况接入模块接入电子式互感器的工作状态参数，完成电子式互感器工作状态的监测；
S2、利用数据处理模块按照同步功能单元给定的同步转换信号将电子式互感器采集的二次侧低电压和小电流模拟信号转换为数字信号，然后经过同步、解码、组帧处理后封装成IEC 61850-9-2标准以太网格式发送给电能质量监测装置，期间维持同步功能单元设置的采样率不变；
S3、利用电能质量计算模块以IEC61850-9-2标准接收来自一个或多个数据处理模块的高采样率信号，基于计算分析模块进行电能质量数据处理，计算得到各种电能质量指标的实时值和统计值，并将各种电能质量数据发送到仿真分析模块，通过Simulink搭建相关电能质量数据仿真分析模型对所监测到的数据进行仿真分析，完成电能质量信息的发布。
值得注意的是，当仿真分析模块的分析结果/电子式互感器工作状态异常时，单片机主控模块基于所述分析结果/电子式互感器工作状态判断出报警类型，然后将报警信号传送给GSM通信模块，最后GSM通信模块将报警信号以短消息的形式发送给预先设定的用户的手机号码，提示用户采取相应措施。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种电能质量无线监测系统，其特征在于：包括：
电子式互感器，用于将电力系统一次侧的高电压、大电流信号转换成二次侧低电压和小电流模拟信号；
数据处理模块，用于按照同步功能单元给定的同步转换信号将电子式互感器采集的二次侧低电压和小电流模拟信号转换为数字信号，然后经过同步、解码、组帧处理后封装成IEC 61850-9-2标准经无线数据传输模块发送给电能质量评估模块；
电能质量计算模块，以IEC 61850-9-2标准接收来自一个或多个数据处理模块的高采样率信号并基于计算分析模块完成电能质量数据处理，计算得到各种电能质量指标的实时值和统计值；
仿真分析模块，基于所述电能质量指标的实时值和统计值通过Simulink搭建相关电能质量数据仿真分析模型对所监测到的数据进行仿真分析，完成电能质量信息的发布；
电子式互感器工况接入模块，用于接入电子式互感器的工作状态参数，完成电子式互感器工作状态的监测；
GSM通信模块，当仿真分析模块的分析结果/电子式互感器工作状态异常时，单片机主控模块基于所述分析结果/电子式互感器工作状态判断出报警类型，然后将报警信号传送给GSM通信模块，最后GSM通信模块将报警信号以短消息的形式发送给预先设定的用户的手机号码，提示用户采取相应措施。
2.如权利要求1所述的一种电能质量无线监测系统，其特征在于：所述电子式互感器内安装有北斗模块，所述工作状态参数携带有每个电子式互感器的北斗定位数据。
3.如权利要求1所述的一种电能质量无线监测系统，其特征在于：所述电子式互感器包括低功率采样线圈和采样信号发送模块，采样信号发送模块的采样频率适应同步功能单元所设置的频率。
4.如权利要求1所述的一种电能质量无线监测系统，其特征在于：所述同步功能单元包括总线模块、FPGA配置模块、扇出模块、时钟合成模块，所述FPGA配置模块用于通过总线模块接收上位机的配置指令，按照配置指令配置FPGA程序，所述时钟合成模块用于按照FPGA配置模块配置的FPGA程序，通过时钟合成芯片的功能引脚配置实现所配置时钟；所述扇出模块用于通过扇出芯片实现信号由一路到多路的输出；所述FPGA配置模块还同时接收采样反馈信号，解读出采样反馈信号传输回的信号值，并与上位机设置信号和输出采样同步信号进行对比，反馈给上位机进行显示以实现频率跟踪的功能。
5.如权利要求1所述的一种电能质量无线监测系统，其特征在于：所述电子式互感器包括电子式电压互感器和电流互感器。
6.如权利要求1所述的一种电能质量无线监测系统，其特征在于：所述计算分析模块内设算法编辑模块，用于各种目标数据的获取。
7.一种电能质量无线监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、利用电子式互感器将电力系统一次侧的高电压、大电流信号转换成二次侧低电压和小电流模拟信号，按照同步功能单元设置的频率接入数据处理模块；同时通过电子式互感器工况接入模块接入电子式互感器的工作状态参数，完成电子式互感器工作状态的监测；
S2、利用数据处理模块按照同步功能单元给定的同步转换信号将电子式互感器采集的二次侧低电压和小电流模拟信号转换为数字信号，然后经过同步、解码、组帧处理后封装成IEC 61850-9-2标准以太网格式发送给电能质量监测装置，期间维持同步功能单元设置的采样率不变；
S3、利用电能质量计算模块以IEC61850-9-2标准接收来自一个或多个数据处理模块的高采样率信号，基于计算分析模块进行电能质量数据处理，计算得到各种电能质量指标的实时值和统计值，并将各种电能质量数据发送到仿真分析模块，通过Simulink搭建相关电能质量数据仿真分析模型对所监测到的数据进行仿真分析，完成电能质量信息的发布。
8.如权利要求7所述的一种电能质量无线监测方法，其特征在于：当仿真分析模块的分析结果/电子式互感器工作状态异常时，单片机主控模块基于所述分析结果/电子式互感器工作状态判断出报警类型，然后将报警信号传送给GSM通信模块，最后GSM通信模块将报警信号以短消息的形式发送给预先设定的用户的手机号码，提示用户采取相应措施。
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