CN110082637A - 一种基于同步向量的配电网运行数据监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于同步向量的配电网运行数据监测系统及方法，线路监测系统与中间服务器连接；中间服务器与监控后台系统连接；所述线路监测系统包括监测模块，GPS同步模块和保护模块分别与监测模块连接；监测模块与控制模块连接；监测模块与汇集模块连接；汇集模块与通信模块连接；通信模块与中间服务器连接；解决了现有技术的配电网中远程数据传输而导致的延迟问题、谐波测量精确度不高导致的系统性能下降问题以及单相接地故障的定位速度和精准度偏低问题均不能被很好解决，给配电网运行监测和运维带来极大的不便等技术问题。

Description

一种基于同步向量的配电网运行数据监测系统及方法

技术领域

本发明属于配电网监测技术，尤其涉及一种基于同步向量的配电网运行数据监测系统及方法。

背景技术

配电网处于“发—输—配—用”中的配电环节，其牵涉的网架架构复杂多变、供电面宽广、设备种类繁多、运行数据量巨大。在传统配电网向着智能电网过渡的过程中，运行数据监测的实时性和准确性要求越来越高，而现有配电网数据监测装置却面临着实时性差和功能单一的问题，严重制约配电网的升级换代。配电网中远程数据传输而导致的延迟问题、谐波测量精确度不高导致的系统性能下降问题以及单相接地故障的定位速度和精准度偏低问题均不能被很好解决，给配电网运行监测和运维带来极大的不便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于同步向量的配电网运行数据监测系统及方法，以解决现有技术的配电网中远程数据传输而导致的延迟问题、谐波测量精确度不高导致的系统性能下降问题以及单相接地故障的定位速度和精准度偏低问题均不能被很好解决，给配电网运行监测和运维带来极大的不便等技术问题。

本发明的技术方案是：

一种基于同步向量的配电网运行数据监测系统，它包括：线路监测系统，线路监测系统与中间服务器连接；中间服务器与监控后台系统连接；所述线路监测系统包括监测模块，GPS同步模块和保护模块分别与监测模块连接；监测模块与控制模块连接；监测模块与汇集模块连接；汇集模块与通信模块连接；通信模块与中间服务器连接。

所述控制模块与通信模块连接。

所述监测模块包括电流监测单元，所述电流监测单元包括电流互感器，电流互感器安装在测量点上，电流互感器与AD转换器导线连接；AD转换器与与微处理器连接；微处理器分别与显示器和汇集模块连接。

所述监测模块包括运行阻抗监测单元，所述运行阻抗监测单元包括电压互感器和电流互感器，所述电压互感器和电流互感器分别与变送器连接；变送器与微处理器连接；微处理器分别与显示器和汇集模块连接。

监测模块包括谐波检测单元，所述谐波检测单元包括电压互感器和电流互感器，电压互感器和电流互感器分别与信号预处理模块连接； 信号预处理模块与AD转换模块连接；AD转换模块与微处理器连接；微处理器分别与显示器和汇集模块连接。

利用GPS同步模块给监测系统采集的数据分配时间标签；监测系统借助GPS同步模块分配的时间标签，对应所采数据通过离散傅里叶变换的算法，对电网中母线或节点电压、电流实行同步测量和计算分析，以提供频率、相角和幅值数据信息，实现同步向量采集，并依据时间标签，实现相关同步功能；电流监测单元利用时间标签，实时监测线路电流并与内置显示器同步显示；运行阻抗监测单元利用时间标签，保证内置电压、电流测量装置所测数据的同时性，系统正常运行时，实时监测线路的运行阻抗，发生故障时，利用阻抗变化特征助判别故障发生时间和范围；谐波监测单元利用时间标签保持一个以上谐波测量位置同步测量，系统正常运行时，实时监测配网线路区域或全网的谐波含量，故障时借助自身定位信息辅助故障定位；汇集模块对监测模块的三个监测单元监测的数据进行汇集、整合，并上传至中间服务器和本地装置中的存储模块；中间服务器对汇集模块上传的数据进行集中处理和存储，供监控后台系统实现远程访问，实时查看监测数据；监控后台系统对监测数据可视化显示，并生成报表，进行数据导入、导出，统计分析、阀值预警以及远程修改装置参数。

本发明有益效果：

本发明系统可对配网多种运行数据实时监测，具有数据监测多样性、实时性和准确性的特点，弥补了传统配电网数据监测系统数据采集实时性差和功能单一的缺点。

本发明系统电流监测单元配合高精度GPS同步模块，有效实现数据的同步传输，解决了由于数据远程传输引起网络延迟进而导致的实时数据与显示数据无法同步的问题。

本发明系统运行阻抗监测单元配合高精度GPS同步模块，确保模块内置的线上电压、电流测量装置测量数据的同时性，不仅能够实时地测量线路的运行阻抗，在系统发生接地短路故障时还可以辅助对接地故障发生的时间和范围进行判别，缩短故障排查的时间，提高配电网可靠性。

本发明系统谐波监测单元配合高精度GPS同步模块，可对不同位置的配电网电路的谐波含量进行同步采集、分析，有效解决谐波测量精确度不高导致的系统性能下降问题，同时还可以实现全网的谐波监控及故障发生时借助自身位置信息辅助判定故障位置。

本发明具体涵盖电流监测模块、运行阻抗监测模块和谐波监测模块，可满足配电网电流、阻抗、谐波和线损的实时监测需求，提高配电网电压质量和供电可靠性，有助于推进智能配电网建设；解决了现有技术的配电网中远程数据传输而导致的延迟问题、谐波测量精确度不高导致的系统性能下降问题以及单相接地故障的定位速度和精准度偏低问题均不能被很好解决，给配电网运行监测和运维带来极大的不便等技术问题。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为电流监测单元结构示意图；

图3为运行阻抗监测单元结构示意图；

图4为本发明谐波监测单元结构示意图；

图5为监测方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。参见图1所示：一种基于同步向量的配电网运行数据监测系统，包括：包括线路监测系统、中间服务器、监控后台系统；所述的监测系统包括：高精度GPS同步模块、监测模块、保护模块、控制模块、汇集模块、存储模块、通信模块；

所述的中间服务器对汇集模块上传的数据进行集中处理和存储，通过网页、APP等远程工具可访问、查询相关数据；

所述的监控后台系统可视化显示访问中间服务器所查询的信息，生成报表，进行数据导入、导出，统计分析、阀值预警以及远程修改装置参数。

所述的高精度GPS同步模块与监测模块相连，对监测模块采集的数据授以精准定时标签，有效实现数据的同步传输，解决了由于数据远程传输引起网络延迟进而导致的实时数据与显示数据无法同步的问题。

所述的监测模块与保护模块、控制模块连接，还与汇集模块、通信模块、中间服务器、监控后台系统依次连接；

结合图1~图4，所述的监测模块包括：电流监测单元、运行阻抗监测单元、谐波监测单元；电流监测单元包括：电流互感器、A/D转换器、传输电路、微处理器、显示器；运行阻抗监测单元包括：电流互感器、电压互感器、变送器、微处理器、显示器；谐波检测单元包括：电流互感器、电压互感器、信号预处理环节、A/D转换器、微处理器、显示器。

所述的保护模块配置了过压、过流保护，保护监测模块安全运行。

所述的控制模块除与监测模块连接外，还与通信模块连接，控制着电流、运行阻抗和谐波监测模块的运行、数据处理以及参数设定。

所述的存储模块与汇集模块相连，存储由监测模块采集并经汇集模块整合后的数据。

所述的电流监测单元内置显示器，配合高精度GPS同步模块，实时监测线路电电流并同步显示在显示器上。

所述的运行阻抗监测单元内置电压、电流测量装置，配合高精度GPS同步模块，实时监测线路运行阻抗，同步采集的电压、电流数据，故障时辅住判定故障发生时间和范围。

所述谐波监测单元内置谐波测量装置，配合高精度GPS同步模块，实时监测线路谐波含量，同步配电网多个谐波测量点所测的谐波数据，故障发生时也可借助自身位置信息辅助判定故障位置。

所述的通信模块配置有2/3/4G无线和光纤通信模块，主要用于配电网运行数据在主站和装置之间的传输通信及由主站远程设置控制器设定的控制参数，以提高装置通信的适应性和稳定性

所述的主站用来对整个系统进行运行管理，借助后台计算机功能，显示监测模块测的数据、分析所得数据、远程变更控制器参数、监测值越过阈值预警等功能。

整个系统的工作实现是基于同步向量实现，同步向量测量基本功能是利用GPS信号对电网中母线或节点电压（电流）实行同步测量和必要的计算分析，以提供频率、相角和幅值等数据信息，便于同步监测电力系统全网状态。该系统中的高精度GPS同步测量模块授予监测模块标准时间信号，保证了测量数据时间的同步性；对于电流监测模块来说，获得的标准信号使得实测数据与内置显示器的显示数据得以同步显示，避免因数据传输延迟而导致的实时数据与显示数据无法同步；对于运行阻抗监测模块来说，由于阻抗的测量是通过测量线路电压、电流间接算而来，因此实测电压、电流的时刻必须严格对应，否则测量值便是不准确的，所以对测量的同步性就更加严苛，高精度GPS同步模块很好的解决了这一问题，确保模块内置的线上电压、电流测量装置测量数据的同时性，因而能够实时地测量线路的运行阻抗，并可以测得的结果在系统发生接地短路故障时还可以辅助对接地故障发生的时间和范围进行判别，缩短故障排查的时间，提高配电网可靠性；对谐波监测模块来说，在配电网线路上安装不同位置的测量点，在高精度GPS同步模块的作用下，彼此配合，可对不同位置的配电网电路的谐波含量进行同步采集、分析，有效解决谐波测量精确度不高导致的系统性能下降问题，同时还可以实现全网的谐波监控及故障发生时借助自身位置信息辅助判定故障位置。具体的结合图5，一种基于同步向量的配电网运行数据监测方法，可描述为：

利用高精度GPS同步模块给系统监测模块采集的数据分配时间标签；

监测模块借助高精度GPS同步模块分配的时间标签，对应所采数据，通过离散傅里叶变换的算法，对电网中母线或节点电压（电流）实行同步测量和必要的计算分析，以提供频率、相角和幅值等数据信息，实现同步向量采集，并依据时间标签，实现相关同步功能；具体的有，电流监测单元利用时间标签，实时监测线路电流并与内置显示器同步显示；运行阻抗监测单元利用时间标签，保证内置电压、电流测量装置所测数据的同时性，系统正常运行时，实时监测线路的运行阻抗，发生故障时，利用阻抗变化特征助判别故障发生时间和范围；谐波监测单元利用时间标签保持多个谐波测量位置同步测量，系统正常运行时，实时监测配网线路区域或全网的谐波含量，故障时借助自身定位信息辅助故障定位；

汇集模块对监测模块三个监测单元监测的数据进行汇集、整合，并将其上传至远程中间服务器和本地装置中的存储模块；

中间层服务器对汇集模块上传的数据进行集中处理和存储，供监控后台系统实现远程访问，实时查看监测数据；

监控后台系统对监测数据可视化显示，包括网页、APP等多种途径实时访问中间服务器、查阅监测信息，并可生成报表，进行数据导入、导出，统计分析、阀值预警以及远程修改装置参数。

Claims (6)

1.一种基于同步向量的配电网运行数据监测系统，它包括：线路监测系统，其特征在于：线路监测系统与中间服务器连接；中间服务器与监控后台系统连接；所述线路监测系统包括监测模块，GPS同步模块和保护模块分别与监测模块连接；监测模块与控制模块连接；监测模块与汇集模块连接；汇集模块与通信模块连接；通信模块与中间服务器连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于同步向量的配电网运行数据监测系统，其特征在于：所述控制模块与通信模块连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于同步向量的配电网运行数据监测系统，其特征在于：所述监测模块包括电流监测单元，所述电流监测单元包括电流互感器，电流互感器安装在测量点上，电流互感器与AD转换器导线连接；AD转换器与与微处理器连接；微处理器分别与显示器和汇集模块连接。

4.根据权利要求2所述的一种基于同步向量的配电网运行数据监测系统，其特征在于：所述监测模块包括运行阻抗监测单元，所述运行阻抗监测单元包括电压互感器和电流互感器，所述电压互感器和电流互感器分别与变送器连接；变送器与微处理器连接；微处理器分别与显示器和汇集模块连接。

5.根据权利要求2所述的一种基于同步向量的配电网运行数据监测系统，其特征在于：监测模块包括谐波检测单元，所述谐波检测单元包括电压互感器和电流互感器，电压互感器和电流互感器分别与信号预处理模块连接； 信号预处理模块与AD转换模块连接；AD转换模块与微处理器连接；微处理器分别与显示器和汇集模块连接。

6.根据权利要求2所述的一种基于同步向量的配电网运行数据监测系统的监测方法，其特征在于：利用GPS同步模块给监测系统采集的数据分配时间标签；监测系统借助GPS同步模块分配的时间标签，对应所采数据通过离散傅里叶变换的算法，对电网中母线或节点电压、电流实行同步测量和计算分析，以提供频率、相角和幅值数据信息，实现同步向量采集，并依据时间标签，实现相关同步功能；电流监测单元利用时间标签，实时监测线路电流并与内置显示器同步显示；运行阻抗监测单元利用时间标签，保证内置电压、电流测量装置所测数据的同时性，系统正常运行时，实时监测线路的运行阻抗，发生故障时，利用阻抗变化特征助判别故障发生时间和范围；谐波监测单元利用时间标签保持一个以上谐波测量位置同步测量，系统正常运行时，实时监测配网线路区域或全网的谐波含量，故障时借助自身定位信息辅助故障定位；汇集模块对监测模块的三个监测单元监测的数据进行汇集、整合，并上传至中间服务器和本地装置中的存储模块；中间服务器对汇集模块上传的数据进行集中处理和存储，供监控后台系统实现远程访问，实时查看监测数据；监控后台系统对监测数据可视化显示，并生成报表，进行数据导入、导出，统计分析、阀值预警以及远程修改装置参数。