CN110346668A - 一种电力系统中的检测录波装置及数据监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力系统中的检测录波装置及数据监测方法，检测录波装置的数据采集模块依次与录波计算模块和录波管理模块相连；数据采集模块侦听至少三种类型采样数据信号。数据采集模块保存不同类型数据接口实时采样值，形成同一时刻点的采样帧，采样帧的长度由用户通过录波管理模块配置的配置信息决定。数据采集模块形成采样帧后交给录波计算模块处理。录波计算模块缓存并发送采样帧，根据采样数据类型、采样数据长度计算实时波形，故障判断，暂态录波和稳态录波。录波管理机模块负责可视化和人机交互。用户可对通道采样数据类型、采样数据长度进行配置。本发明解决现有电力系统录波计算装置采样数据类型单一、采样数据精确性差的问题。

Description

一种电力系统中的检测录波装置及数据监测方法

技术领域

本发明属于电力系统的技术领域，涉及电力系统数据记录装置，尤其涉及一种电力系统中的检测录波装置及数据监测方法。

背景技术

目前传统电力监测设备大多是监测AD转换数据。而AD转换器本身量化位数决定了监控数据的长度，常见的为8bit、10bit、12bit和16bit。随着计算机、电子、自动化、通信技术的快速发展，电力系统中出现了除AD转换数据之外的、精度更高的信号数据，如32bit甚至64bit，需要实时监测，如通过SPI、UART接口传递的信号数据。这些类型的信号，传统电力监测设备无法兼容，如果单纯实现兼容，还存在精度丢失的问题，无法满足用户需求。为了解决这个问题，本发明提供了一种采集数据类型、数据长度可灵活配置的电力系统检测录波装置，兼容不同接口信号数据，并确保数据的精确性，同时不会造成存储空间浪费。

发明内容

本发明的目的在于针对现有电力系统录波装置采样数据类型单一、采样数据精确性较差的问题，提出一种兼容不同采样数据类型、采样数据长度的电力系统中的检测录波装置及数据监测方法。

本发明的技术方案如下：

一种电力系统中的检测录波装置，包括数据采集模块、录波计算模块、录波管理模块，其特征在于：数据采集模块依次与录波计算模块和录波管理模块相连；

录波管理模块用于可视化和人机交互；用户通过录波管理模块配置采样数据通道的采样数据长度、采样数据类型以及相应常规配置；将配置信息发送给录波计算模块；

录波计算模块接收录波管理模块的配置信息并转发给数据采集模块，录波计算模块缓存数据采集模块的采样帧，根据采样数据类型、采样数据长度确定原始值，并计算实时波形、故障判断、暂态录波和稳态录波，并转发给录波管理模块；

数据采集模块侦听至少AD报文、SPI报文和UART报文三种类型采样数据信号，数据采集模块根据配置信息侦听到对应类型和长度的数据信号后读取对应类型和长度的数据信号的实时采样值，形成同一时刻点的采样帧，转给录波计算模块进行处理。

所述的录波管理模块为安装有录波管理软件的主机，录波管理软件实现的功能包括：1.为用户提供可视化界面，用户可直观观察采样数据实时波形；2.为用户提供配置操作功能，方便用户根据实际情况对采样数据类型、采样数据长度进行灵活配置；用户进行配置时，配置信息通过网络发送到录波计算模块。

所述的录波计算模块采用实时嵌入式操作系统，包括CPU、存储器、网络通信子模块；CPU通过LOCALBUS与数据采集模块进行交互；CPU在收到数据采集模块发送的采样帧后，进行数据缓存、波形计算、故障判断和数据存储，将计算后的有效值和波形文件通过网络通信子模块发送到录波管理模块进行展示；同时，CPU还通过网络通信子模块接收录波管理模块发送的配置信息，计算和存储时，以用户配置为依据，用户配置的配置信息还通过LOCALBUS发送到数据采集模块。

所述的数据采集模块为FPGA处理器，外接AD数据接口、UART数据接口和SPI数据接口。在收到用户配置的配置信息时，录波计算模块的CPU通过LOCALBUS将配置信息发送给FPGA处理器，控制FPGA处理器侦听哪种类型数据信号，同时也控制FPGA处理器根据配置信息的数据长度进行采集。数据采集模块不断按照配置信息从相应的数据接口读取数据，形成一个时刻点的采样帧，发送给录波计算模块的CPU进行处理。

一种利用电力系统中的检测录波装置的数据监测方法，其特征在于按以下步骤进行：

步骤一、配置录波管理模块的采样数据接口类型，采样数据接口类型包括：SPI数据接口、UART数据接口、AD数据接口、SCI数据接口、RS485数据接口、RS422数据接口和/或IIC数据接口；

步骤二、配置录波管理模块的各采样类型的每个通道属性：包括采样通道的数量、采样类型、额定值、量程、零漂、修正系数、一二次变比和采样率；采样类型有交流电压、交流电流、直流电压、直流电流、温度、压强和转速；采样率在800Hz－5MHz；

步骤三、数据采集模块根据录波管理模块的配置信息侦听采样数据：FPGA芯片通过步骤一配置的采样类型进行采样数据的侦听，按照指定的采样率进行采样数据的收集整理，并形成等间隔的采样报文上送给录波计算模块的CPU；

步骤四、录波计算模块采样报文分析：录波计算模块的CPU收集到采样报文后，将数据进行分类整理并进行相关的录波启动计算，并同步进行故障判断、稳态波形记录和暂态波形记录，并发送给录波管理模块，录波管理模块最终提供实时的监控页面。

本发明将采样数据接口类型从普通的串行数据扩展为各种不同的数据接口类型。采样数据类型从交流电压、直流电压、直流电流、交流电流扩展为温度、压强、转速。采样数据精度从2¹⁶之一，扩展为2⁶⁴分之一，量程从2¹⁶扩展为2⁶⁴。采样数据的算法从单纯的傅里叶变化扩展为NTC温度算法、大气\液体\气体\固体\肺泡压强算法、线角速度算法。本发明有效解决现有电力系统检测录波装置采样数据类型单一、采样数据精确性差的问题。

附图说明

图1为本发明的检测录波装置结构示意图。

图2为本发明录波计算模块的配置信息处理流程图。

图3为本发明的采样帧格式范例。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本发明进一步详细阐述。

本发明的检测录波装置结构如图1所示，主要包括录波管理模块、录波计算模块和数据采集模块，特征在于：数据采集模块依次与录波计算模块和录波管理模块相连；录波管理模块用于可视化和人机交互；用户通过录波管理模块配置采样数据通道的采样数据长度、采样数据类型以及相应常规配置；将配置信息发送给录波计算模块；录波计算模块接收录波管理模块的配置信息并转发给数据采集模块，录波计算模块缓存数据采集模块的采样帧，根据采样数据类型、采样数据长度确定原始值，并计算实时波形、故障判断、暂态录波和稳态录波，并转发给录波管理模块；数据采集模块侦听至少AD报文、SPI报文和UART报文三种类型采样数据信号，数据采集模块根据配置信息侦听到对应类型和长度的数据信号后读取对应类型和长度的数据信号的实时采样值，形成同一时刻点的采样帧，转给录波计算模块进行处理。

所述的录波管理模块硬件上可以是安装有录波管理软件的主机。录波管理软件实现的功能包括：1.为用户提供可视化界面，用户可直观观察采样数据实时波形；2.为用户提供配置操作功能，方便用户根据实际情况对采样数据类型、采样数据长度进行灵活配置。用户进行配置时，配置信息通过网络发送到录波计算模块。

录波计算模块采用实时嵌入式操作系统，包括CPU、存储器、网络通信子模块；CPU通过LOCALBUS与数据采集模块进行交互；CPU在收到数据采集模块发送的采样帧后，进行数据缓存、波形计算、故障判断和数据存储，将计算后的有效值和波形文件通过网络通信子模块发送到录波管理模块进行展示；同时，CPU还通过网络通信子模块接收录波管理模块发送的配置信息，计算和存储时，以用户配置为依据，用户配置的配置信息还通过LOCALBUS发送到数据采集模块。

录波计算模块对用户配置的处理流程如图2所示。具体步骤如下：

步骤1：启动用户配置侦听任务。

步骤2：判断是否接收到用户(录波管理模块)的配置信息，如果是，则转入步骤3，如果不是，则再次执行步骤2。

步骤3：判断接收到的用户配置信息是否为采样数据类型的配置，如果是，则转入步骤5，如果不是，转入步骤4。

步骤4：判断接收到的用户配置信息是否为采样数据长度的配置，如果是，则转入步骤5，如果不是，转入步骤6。

步骤5：将配置信息发送给数据采集模块修改相应配置。

步骤6：将配置信息更新到本地配置。

数据采集模块为FPGA处理器，外接AD数据接口、UART数据接口和SPI数据接口。在收到用户配置的配置信息时，录波计算模块的CPU通过LOCALBUS将配置信息发送给FPGA处理器，控制FPGA处理器侦听哪种类型数据信号，同时也控制FPGA处理器根据配置信息的数据长度进行采集。数据采集模块不断按照配置信息从相应的数据接口读取数据，形成一个时刻点的采样帧，发送给录波计算模块的CPU进行处理。

一种利用电力系统中的检测录波装置的数据监测方法，其特征在于按以下步骤进行：

步骤一、配置录波管理模块的采样数据接口类型，采样数据接口类型包括：SPI数据接口、UART数据接口、AD数据接口、SCI数据接口、RS485数据接口、RS422数据接口和/或IIC数据接口；

步骤二、配置录波管理模块的各采样类型的每个通道属性：包括采样通道的数量、采样类型、额定值、量程、零漂、修正系数、一二次变比和采样率；采样类型有交流电压、交流电流、直流电压、直流电流、温度、压强和转速；采样率在800Hz－5MHz；

步骤三、数据采集模块根据录波管理模块的配置信息侦听采样数据：FPGA芯片通过步骤一配置的采样类型进行采样数据的侦听，按照指定的采样率进行采样数据的收集整理，并形成等间隔的采样报文上送给录波计算模块的CPU；

步骤四、录波计算模块采样报文分析：录波计算模块的CPU收集到采样报文后，将数据进行分类整理并进行相关的录波启动计算，并同步进行故障判断、稳态波形记录和暂态波形记录，并发送给录波管理模块，录波管理模块最终提供实时的监控页面。

如上文所述，数据采集模块根据用户配置信息确定一个采样帧的数据格式。例如，用户配置了64个数据长度为16bit的AD数据通道，配置了8个数据长度为32bit的UART数据通道，配置了8个数据长度为64bit的SPI数据通道，则采样帧的格式如图3所示。

图3所示的采样帧格式为一种配置的举例说明，实际采样帧格式按照用户配置确定。

同样的，录波计算模块也采用相同的采样帧格式缓存采样数据，根据通道采样数据长度计算采样真实值。再进一步进行波形计算、故障判断、数据存储。

以上所述仅为体现本发明原理的较佳实施例，并不因此限定本发明的保护范围。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，在结构相同的基础上，对本发明中各种相同功能的元件进行替换、对接口数量增减，不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的基本结构和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电力系统中的检测录波装置，包括数据采集模块、录波计算模块、录波管理模块，其特征在于：数据采集模块依次与录波计算模块和录波管理模块相连；

录波管理模块用于可视化和人机交互；用户通过录波管理模块配置采样数据通道的采样数据长度、采样数据类型以及相应常规配置；将配置信息发送给录波计算模块；

录波计算模块接收录波管理模块的配置信息并转发给数据采集模块，录波计算模块缓存数据采集模块的采样帧，根据采样数据类型、采样数据长度确定原始值，并计算实时波形、故障判断、暂态录波和稳态录波，并转发给录波管理模块；

数据采集模块侦听至少AD报文、SPI报文和UART报文三种类型采样数据信号，数据采集模块根据配置信息侦听到对应类型和长度的数据信号后读取对应类型和长度的数据信号的实时采样值，形成同一时刻点的采样帧，转给录波计算模块进行处理。

2.根据权利要求1所述的电力系统中的检测录波装置，其特征在于：所述的录波管理模块为安装有录波管理软件的主机，录波管理软件实现的功能包括：1.为用户提供可视化界面，用户可直观观察采样数据实时波形；2.为用户提供配置操作功能，方便用户根据实际情况对采样数据类型、采样数据长度进行灵活配置；用户进行配置时，配置信息通过网络发送到录波计算模块。

3.根据权利要求1所述的电力系统中的检测录波装置，其特征在于：所述的录波计算模块采用实时嵌入式操作系统，包括CPU、存储器、网络通信子模块；CPU通过LOCALBUS与数据采集模块进行交互；CPU在收到数据采集模块发送的采样帧后，进行数据缓存、波形计算、故障判断和数据存储，将计算后的有效值和波形文件通过网络通信子模块发送到录波管理模块进行展示；同时，CPU还通过网络通信子模块接收录波管理模块发送的配置信息，计算和存储时，以用户配置为依据，用户配置的配置信息还通过LOCALBUS发送到数据采集模块。

4.根据权利要求1所述的电力系统中的检测录波装置，其特征在于：所述的数据采集模块为FPGA处理器，外接AD数据接口、UART数据接口和SPI数据接口。在收到用户配置的配置信息时，录波计算模块的CPU通过LOCALBUS将配置信息发送给FPGA处理器，控制FPGA处理器侦听哪种类型数据信号，同时也控制FPGA处理器根据配置信息的数据长度进行采集；数据采集模块不断按照配置信息从相应的数据接口读取数据，形成一个时刻点的采样帧，发送给录波计算模块的CPU进行处理。

5.一种利用权利要求1－4所述的电力系统中的检测录波装置的数据监测方法，其特征在于按以下步骤进行：

步骤一、配置录波管理模块的采样数据接口类型，采样数据接口类型包括：SPI数据接口、UART数据接口、AD数据接口、SCI数据接口、RS485数据接口、RS422数据接口和IIC数据接口；

步骤二、配置录波管理模块的各采样类型的每个通道属性：包括采样通道的数量、采样类型、额定值、量程、零漂、修正系数、一二次变比和采样率；采样类型有交流电压、交流电流、直流电压、直流电流、温度、压强和转速；采样率在800Hz－5MHz；

步骤三、数据采集模块根据录波管理模块的配置信息侦听采样数据：FPGA芯片通过步骤一配置的采样类型进行采样数据的侦听，按照指定的采样率进行采样数据的收集整理，并形成等间隔的采样报文上送给录波计算模块的CPU；

步骤四、录波计算模块采样报文分析：录波计算模块的CPU收集到采样报文后，将数据进行分类整理并进行相关的录波启动计算，并同步进行故障判断、稳态波形记录和暂态波形记录，并发送给录波管理模块，录波管理模块最终提供实时的监控页面。