CN110943542A - 一种应用于高压直流输电系统数据的储存装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力系统技术领域,尤其为一种应用于高压直流输电系统数据的储存装置,包括数据采集单元、数据处理单元和数据存储单元,所述数据处理单元与数据采集单元和数据存储单元均双向连接,所述数据采集单元用于对高压直流输电系统换流站内以及直流输电线的运行数据进行实时采集,所述数据处理单元用于对数据采集单元采集的数据进行处理判断。本发明能够可靠、准确和高效地完成高压直流输电换流站的运行状态监测任务,同时可以运行数据进行计算处理,并给出高压直流输电系统运行状态,同时可以将监测运行数据进行备份存储,方便监控人员了解换流站的实时和历史运行状态,对于确保高压直流输电系统安全稳定运行具有重要意义。

Description

一种应用于高压直流输电系统数据的储存装置
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域,具体为一种应用于高压直流输电系统数据的储存装置。
背景技术
高压直流输电技术与交流输电方式相比改变了电能传送的方式,由传统的三相交流输电系统改变为了正负地直流输电系统,直流输电系统具有很多交流系统不具备的技术优势,包括较好的系统稳定性能、较低的损耗和较高的经济传输容量,该技术在远距离输电、新能源并网和非同步系统互联等方面具有巨大的应用前景,并且已经在世界各个主要电力系统中得到了普遍的商业化应用。
高压直流输电系统的核心设备是直流换流站系统,该系统的主要功能是通过电力电子元件,实现电能的交/直流变换,为交直流系统互联提供了一个灵活可控的电能变换接口;但另一方面,高压直流输电系统由于涉及高压大电流的电力电子原件,导致直流换流站系统造价昂贵,限制了高压直流输电系统的普遍应用。
近年来,模块化多电平技术被应用到高压直流输电换流站主电路拓扑结构中并得到了商业化实际应用,通过将大量的模块化电力电子半桥、全桥单元模块进行串并联组合,可以实现对高压大电流系统的交直流变换目的,从而有效地降低了直流换流站的建设成本;但另一方面,大量模块化电力电子半桥和全桥单元的应用,导致模块化高电平高压直流换流站中需要监测的模块数量与常规柔性高压直流换流站相比呈现几何级数地增加,为了保证高压直流输电设备安全、稳定和高效地运行,需要对换流站以及直流输电线路的各个设备运行状态进行实时监测,采集大量的实时数据以帮助评估系统运行状态,进行设备运行故障警报、尽可能快地解除故障以减少社会和经济损失。
因此何如有效地对模块化多电平高压直流输电系统换流站运行状态进行监测,将运行数据进行监测采集并处理,成为确保高压直流输电系统安全稳定可靠运行的重要技术保障;同时,对于运行数据的进行有效合理的存储也是一个急需解决的问题,从而,本发明提出一种应用于高压直流输电系统数据的储存装置。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本发明提供了一种应用于高压直流输电系统数据的储存装置,解决了上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种应用于高压直流输电系统数据的储存装置,包括数据采集单元、数据处理单元和数据存储单元,所述数据处理单元与数据采集单元和数据存储单元均双向连接,所述数据采集单元用于对高压直流输电系统换流站内以及直流输电线的运行数据进行实时采集,所述数据处理单元用于对数据采集单元采集的数据进行处理判断,所述数据存储单元用于将高压直流输电系统换流站内以及直流输电线的实时运行数据进行存储和覆盖更新,所述数据采集单元为模块化结构,所述数据采集单元为N个,所述数据存储单元通过数据总线和地址总线与N个数据采集单元双向连接。
作为本发明的一种优选技术方案,所述数据采集单元包括数据采集模块、预处理模块和A/D转换模块,所述数据采集模块与预处理模块连接,所述预处理模块与A/D转换模块连接。
作为本发明的一种优选技术方案,所述数据采集模块包括电压互感器、电流互感器、霍尔电流传感器和霍尔电压传感器。
作为本发明的一种优选技术方案,所述预处理模块为处理电路。
作为本发明的一种优选技术方案,所述数据处理单元包括FPGA模块和DSP模块,所述FPGA模块和DSP模块双向连接。
作为本发明的一种优选技术方案,所述数据存储单元包括FLASH存储卡。
作为本发明的一种优选技术方案,还包括人机交互单元,所述人机交互单元与数据处理单元双向连接,所述人机交互单元用于显示装置实时运行状态并输入指令,所述人机交互单元包括按键模块和LCD显示模块。
作为本发明的一种优选技术方案,还包括数据传输单元,所述数据传输单元与数据处理单元双向连接,所述数据传输单元用于将装置实时运行数据传输给监测中心,所述数据传输单元包括以太网接口。
(三)有益效果
与现有技术相比,本发明提供了一种应用于高压直流输电系统数据的储存装置,具备以下有益效果:该应用于高压直流输电系统数据的储存装置,能够可靠、准确和高效地完成高压直流输电换流站的运行状态监测任务,同时可以运行数据进行计算处理,并给出高压直流输电系统运行状态,同时可以将监测运行数据进行备份存储,方便监控人员了解换流站的实时和历史运行状态,对于确保高压直流输电系统安全稳定运行具有重要意义。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中:1、数据采集单元;101、数据采集模块;10101、电压互感器;10102、电流互感器;10103、霍尔电流传感器;10104、霍尔电压传感器;102、预处理模块;103、A/D转换模块;2、数据处理单元;201、FPGA模块;202、DSP模块;3、数据存储单元;301、FLASH存储卡;4、人机交互单元;401、按键模块;402、LCD显示模块;5、数据传输单元;501、以太网接口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1,本发明提供以下技术方案:一种应用于高压直流输电系统数据的储存装置,包括数据采集单元1、数据处理单元2和数据存储单元3,数据处理单元2与数据采集单元1和数据存储单元3均双向连接;数据采集单元1用于对高压直流输电系统换流站内以及直流输电线的运行数据进行实时采集,数据处理单元2用于对数据采集单元1采集的数据进行处理判断,数据存储单元3用于将高压直流输电系统换流站内以及直流输电线的实时运行数据进行存储和覆盖更新,数据采集单元1为模块化结构,考虑到目前高压直流输电系统监测点数量众多,数据采集单元1采用模块化结构,可根据监测点数量配置灵活调整数据采集通道数量,数据采集单元1为N个,数据存储单元3通过数据总线和地址总线与N个数据采集单元1双向连接,其中数据采集单元1通过90Pin引脚的标准插座与数据处理单元2进行连接,其中数据处理单元2具有128个90Pin标准插座接口,因此数据采集单元1的数量最多不超过90个。
具体的,数据采集单元1包括数据采集模块101、预处理模块102和A/D转换模块103,数据采集模块101与预处理模块102连接,预处理模块102与A/D转换模块103连接。
具体的,数据采集模块101包括电压互感器10101、电流互感器10102、霍尔电流传感器10103和霍尔电压传感器10104。
具体的,预处理模块102为处理电路。
具体的,数据处理单元2包括FPGA模块201和DSP模块202,FPGA模块201和DSP模块202双向连接。
具体的,数据存储单元3包括FLASH存储卡301。
具体的,还包括人机交互单元4,人机交互单元4与数据处理单元2双向连接,人机交互单元4用于显示装置实时运行状态并输入指令,人机交互单元4包括按键模块401和LCD显示模块402。
具体的,还包括数据传输单元5,数据传输单元5与数据处理单元2双向连接,数据传输单元5用于将装置实时运行数据传输给监测中心,数据传输单元5包括以太网接口501。
本实施方案中:数据处理单元2还包括千兆以太网接口芯片、闪存数据存储驱动芯片、LCD驱动模块和按键驱动模块,分别与数据传输单元5、数据存储单元3和人机交互单元4相对应。
本发明装置工作时,通过电流互感器10101和电压互感器10102对交流电压电流模拟量进行监测,直流电压电流信号通过霍尔电流传感器10103和霍尔电压传感器10104进行监测,利用霍尔效应对直流电压电流进行测量,由于传感器输出的模拟电压信号与A/D转换模块103能够识别的电压范围存在一定差异,因此需要经过信号调理电路调整后确保输入到A/D转换模块103的信号电平与A/D转换模块103的测量范围相匹配,最大化利用A/D转换模块103的测量分辨率,其中A/D转换模块103为A/D转换芯片;因此霍尔电压传感器10104和霍尔电流传感器10103的输出电流经过预处理模块102后,转换为共计8路-10V~+10V的模拟电压信号,模拟电压信号通过A/D转换模块103完成模拟量到数字量的变换,然后通过地址总线和数据总线送至DSP模块202进行处理;
FPGA模块201通过数据总线和地址总线将数据采集单元1的监测数据进行采集,数据采集单元1转换完成后的数据通过数据总线送至DSP模块202进行数据处理,待处理完成后,DSP模块202通过一条连接线向FPGA模块201发送中断请求信号,随后FPGA模块201通过数据与地址总线接收DSP模块202发送过来的处理后数据结果,并利用检测算法对数据有效性进行计算,当数据存在异常时判断该异常数据是由传感器等故障造成或是由被监测对象真实故障造成的,最终,FPGA模块201将数据通过串行控制线存储至FLASH存储卡301中,FPGA模块201具备控制实现数据实时采集并写入FLASH存储卡301的功能;
DSP模块202利用获取的高压直流输电系统运行数据,经计算处理后给出高压直流输电系统处于正常、告警和故障状态的处理结果,作为后续单元进行处理的操作依据;当DSP模块202判断系统处于告警及故障状态时,人机交互单元4能够根据DSP模块202发送的告警及故障代码信息,对高压直流输电系统出现告警及故障的故障模块进行闪烁告警提示,提示操作人员进行检查处理,其中LCD显示模块402能够显示当前高压直流输电系统的运行状态信息(包括整体高压直流输电站交流侧出口三相电压和电流数值、有功和无功功率瞬时值和电压和电流谐波分量计算结果;直流侧出口电压、电流和有功功率瞬时值;高压直流输电站中各个功率半导体开关器件电压和电流瞬时值以及正常、告警和故障状态文字信息)以及不正常运行状态下报警标识进行闪烁报警;按键模块401便于工作人员能够迅速准确地输入相应指令,切换LCD显示模块402的显示内容;
运行数据首先保存在数据监测处理单元中DSP模块202内的内存中,当累积数据达到一定规模(例如8Mb)后,一次性存储到FLASH存储卡301之中,减少对FLASH存储卡301的损耗,可以通过按键模块401输入更改预先设定的累积存储规模(上述8Mb)阈值;此外,当FLASH存储卡301存储空间出现溢出时顺序滚动覆盖最初的存储数据,本发明根据千兆以太网接口芯片接收到的指令开始或者停止将高压直流输电系统中的实时运行数据存储到FLASH存储卡301中,系统每接收到一组数据,计数器加1,使用计数器的存储数值乘以单组数据包的长度,即可计算得到当前FLASH存储卡301已使用的容量,当发现FLASH存储卡301可用存储容量耗尽时,发出擦除FLASH存储卡301上最早存储的单个数据包的指令信号,擦除数据后,将最新的单组数据包结果存储至这一位置,完成最新数据对最早数据的有效覆盖。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种应用于高压直流输电系统数据的储存装置,其特征在于:包括数据采集单元(1)、数据处理单元(2)和数据存储单元(3),所述数据处理单元(2)与数据采集单元(1)和数据存储单元(3)均双向连接,所述数据采集单元(1)用于对高压直流输电系统换流站内以及直流输电线的运行数据进行实时采集,所述数据处理单元(2)用于对数据采集单元(1)采集的数据进行处理判断,所述数据存储单元(3)用于将高压直流输电系统换流站内以及直流输电线的实时运行数据进行存储和覆盖更新,所述数据采集单元(1)为模块化结构,所述数据采集单元(1)为N个,所述数据存储单元(3)通过数据总线和地址总线与N个数据采集单元(1)双向连接。
2.根据权利要求1所述的一种应用于高压直流输电系统数据的储存装置,其特征在于:所述数据采集单元(1)包括数据采集模块(101)、预处理模块(102)和A/D转换模块(103),所述数据采集模块(101)与预处理模块(102)连接,所述预处理模块(102)与A/D转换模块(103)连接。
3.根据权利要求2所述的一种应用于高压直流输电系统数据的储存装置,其特征在于:所述数据采集模块(101)包括电压互感器(10101)、电流互感器(10102)、霍尔电流传感器(10103)和霍尔电压传感器(10104)。
4.根据权利要求3所述的一种应用于高压直流输电系统数据的储存装置,其特征在于:所述预处理模块(102)为处理电路。
5.根据权利要求1所述的一种应用于高压直流输电系统数据的储存装置,其特征在于:所述数据处理单元(2)包括FPGA模块(201)和DSP模块(202),所述FPGA模块(201)和DSP模块(202)双向连接。
6.根据权利要求1所述的一种应用于高压直流输电系统数据的储存装置,其特征在于:所述数据存储单元(3)包括FLASH存储卡(301)。
7.根据权利要求1所述的一种应用于高压直流输电系统数据的储存装置,其特征在于:还包括人机交互单元(4),所述人机交互单元(4)与数据处理单元(2)双向连接,所述人机交互单元(4)用于显示装置实时运行状态并输入指令,所述人机交互单元(4)包括按键模块(401)和LCD显示模块(402)。
8.根据权利要求1所述的一种应用于高压直流输电系统数据的储存装置,其特征在于:还包括数据传输单元(5),所述数据传输单元(5)与数据处理单元(2)双向连接,所述数据传输单元(5)用于将装置实时运行数据传输给监测中心,所述数据传输单元(5)包括以太网接口(501)。
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