CN111463899A - 一种高压直流输电系统数据监测装置及方法 - Google Patents

一种高压直流输电系统数据监测装置及方法 Download PDF

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CN111463899A CN202010264142.4A CN202010264142A CN111463899A CN 111463899 A CN111463899 A CN 111463899A CN 202010264142 A CN202010264142 A CN 202010264142A CN 111463899 A CN111463899 A CN 111463899A
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胥威汀
雷云凯
苏韵掣
李奥
刘方
杨新婷
欧阳雪彤
晁化伟
唐权
李婷
刘建琴
易海琼
杨林
梁亮
辜星谣
饶志
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Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
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Abstract

本发明涉及一种高压直流输电系统数据监测装置及方法，其特征在于，该监测装置包括数据采集单元、数据处理单元和人机交互单元；数据采集单元用于实时采集待监测高压直流输电系统中换流站内各器件以及交流侧和直流侧的电压信号和电流信号，并进行处理得到数字电压信号；数据处理单元用于根据得到的数字电压信号，确定待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息和运行故障信息，并发送至上级监测中心进行故障类别判断；人机交互单元用于实时显示待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息，以及根据得到的运行故障信息进行故障告警提示，本发明可广泛用于高压直流输电技术领域中。

Description

一种高压直流输电系统数据监测装置及方法
技术领域
本发明是关于一种高压直流输电系统数据监测装置及方法，属于高压直流输电技术领域。
背景技术
高压直流输电方式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。该系统在远距离输电、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，且已经在世界各个主要电力系统中得到普遍的商业化应用。
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一个灵活可控的电能变换接口。但是，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，限制高压直流输电系统的普遍应用。近年来，模块化多电平方式被应用到高压直流输电换流站主电路拓扑结构中并得到商业化实际应用，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。
然而，大量模块化电力电子半桥、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。为保证高压直流输电设备安全、稳定、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，如何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，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。然而，现有技术中并没有可以覆盖现有的常规高压直流输电系统换流站(晶闸管方案)、常规柔性高压直流输电系统换流站(GTO/IGBT全桥技术方案)和模块化多电平高压直流输电系统换流站(MMC模块化技术方案)三种高压直流输电系统换流站技术方案的运行状态监测设备。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够覆盖现有的三种高压直流输电系统换流站技术方案运行状态监测的高压直流输电系统数据监测装置及方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种高压直流输电系统数据监测装置，该监测装置包括数据采集单元、数据处理单元和人机交互单元；
所述数据采集单元用于实时采集待监测高压直流输电系统中换流站内各器件以及交流侧和直流侧的电压信号和电流信号，并处理得到数字电压信号；
所述数据处理单元用于根据得到的数字电压信号，确定待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息和运行故障信息，并发送至上级监测中心进行故障类别判断；
所述人机交互单元用于实时显示待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息，以及根据得到的运行故障信息进行故障告警提示。
进一步地，该监测装置还包括本地存储单元，用于周期性地存储待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息，并在存满时滚动覆盖前期存储的运行状态信息。
进一步地，所述数据采集单元包括数据采集预处理单元和A/D转换器单元，其中，所述数据采集预处理单元均包括霍尔电压传感器、霍尔电流传感器和处理电路；
所述霍尔电压传感器用于采集待监测高压直流输电系统中换流站内各器件以及交流侧和直流侧的电压信号；
所述霍尔电流传感器用于采集待监测高压直流输电系统中换流站内各器件以及交流侧和直流侧的电流信号；
所述处理电路用于对各霍尔电压传感器和霍尔电流传感器采集的电压信号和电流信号进行放大和滤波处理，得到对应模拟电压信号；
所述A/D转换器单元用将模拟电压信号转换为数字电压信号，并发送至所述数据处理单元。
进一步地，所述数据处理单元包括FPGA模块、DSP模块、闪存数据存储驱动芯片、LCD驱动芯片和按键驱动芯片；
所述FPGA模块用于按照所述数据采集单元的最高运行频率，依次控制所有所述数据采集单元完成对待监测高压直流输电系统的数据采集，并将转换后的数字电压信号通过数据与地址总线发送至所述DSP模块；所述FPGA模块用于实时采集待监测高压直流输电系统的连续运行时间；所述FPGA模块还用于采用检测算法，对各所述数据采集单元实时采集的数字电压信号进行有效性分析，确定该监测装置的器件以及待监测高压直流输电系统是否存在故障；
所述DSP模块用于根据各所述数据采集单元得到的数字电压信号以及预先获取的待监测高压直流输电系统所有节点的有功、无功、相位和电压信号，确定待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息；所述DSP模块还用于存储确定的当前运行状态信息，当确定的当前运行状态信息存储至预先设定的存储规模阈值时，向所述FPGA模块发送中断请求信号，所述FPGA模块通过数据与地址总线接收该中断请求信号，根据该中断请求信号将累积存储的当前运行状态信息一次性发送至所述本地存储单元；
所述闪存数据存储驱动芯片用于进行所述本地存储单元和所述数据与地址总线间的接口处理；
所述按键驱动芯片用于接收经所述数据传输单元输入的指令内容；
所述LCD驱动芯片用于根据输入的指令内容驱动所述人机交互单元显示对应信息，以及当待监测高压直流输电系统出现运行故障时驱动所述人机交互单元进行故障告警提示。
进一步地，所述当前运行状态信息包括待监测高压直流输电系统交流侧出口的三相电压数值和电流数值、有功和无功功率瞬时值以及电压和电流的谐波分量计算结果；待监测高压直流输电系统直流侧出口的电压数值、电流数值和有功功率瞬时值；待监测高压直流输电系统中各功率半导体开关器件电压瞬时值和电流瞬时值；以及待监测高压直流输电系统中换流站的运行效率值。
进一步地，所述人机交互单元包括按键和LCD显示屏；
所述按键用于输入指令内容，以及更改预先设定的所述DSP模块的累积存储规模阈值；
所述LCD显示屏用于根据显示指令内容对应的信息以及进行闪烁故障告警提示。
一种高压直流输电系统数据监测方法，包括以下内容：
1)数据处理单元按照数据采集单元的最高运行频率，依次控制所有数据采集单元对待监测高压直流输电系统中换流站内各器件以及交流侧和直流侧的电压信号和电流信号进行采集，并处理得到数字电压信号；
2)数据处理单元对各数据采集单元得到的数字电压信号进行有效性分析，确定监测装置的器件以及待监测高压直流输电系统是否存在故障；
3)数据处理单元根据各数据采集单元得到的数字电压信号以及预先获取的待监测高压直流输电系统所有节点的有功、无功、相位和电压信号，确定待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息，实现高压直流输电系统中换流站的运行状态监测；
4)数据处理单元根据故障告警信号驱动人机交互单元进行故障警报，并将运行故障信息发送至上级监测中心，上级监测中心通过运行故障信息的数据特征进行故障类别判断。
进一步地，所述步骤2)的具体过程为：
2.1)各数据采集单元处理得到的数字电压信号Ci为：
Ci＝[Ci(t-p+1),…,Ci(t-1),Ci(t)]T,i＝p,p+1,…,m
其中，i为数据集的下标，m为数据采集单元的序号，p为时刻的序号，t为时刻；
2.2)采用格拉布斯准则，计算各数字电压信号Ci(t)的平均值
Figure BDA0002440576490000041
和标准差si，并根据平均值
Figure BDA0002440576490000042
和标准差si，计算临界值G：
Figure BDA0002440576490000043
2.3)确定检出水平α；
2.4)根据检出水平α，确定各数字电压信号Ci(t)是否为异常数据，当
Figure BDA0002440576490000044
Figure BDA0002440576490000045
时，数字电压信号Ci(t)不可信，为异常数据，剔除该数字电压信号Ci(t)，其中，N为数据集的数量；
2.5)根据各数字电压信号Ci(t)异常数据的确定结果，将该时刻t的每一数字电压信号采用1或0的可信度标识进行表示，其中，1表示数字电压信号为异常数据，0表示数字电压信号为正常数据；
2.6)当仅有一个数字电压信号的可信度标识为1时，则说明出现测量错误，剔除该故数字电压信号；当多个数字电压信号的可信度标识均为1时，则监测装置出现故障，发送故障告警信号至LCD驱动芯片。
进一步地，所述步骤2)的具体过程为：
2.1)各数据采集单元处理得到的数字电压信号Ci为：
Ci＝[Ci(t-p+1),…,Ci(t-1),Ci(t)]T,i＝p,p+1,…,m
其中，i为数据集的下标，m为数据采集单元的序号，p为时刻的序号，t为时刻；
2.2)采用格拉布斯准则，计算各数字电压信号Ci(t)的中位数Zi和标准差si，并根据中位数Zi和标准差si，计算临界值G：
Figure BDA0002440576490000046
2.3)确定检出水平α；
2.4)根据检出水平α，确定各数字电压信号Ci(t)是否为异常数据，当
Figure BDA0002440576490000047
Figure BDA0002440576490000048
时，数字电压信号Ci(t)不可信，为异常数据，剔除该数字电压信号Ci(t)，其中，N为数据集的数量；
2.5)根据各数字电压信号Ci(t)异常数据的确定结果，将该时刻t的每一数字电压信号采用1或0的可信度标识进行表示，其中，1表示数字电压信号为异常数据，0表示数字电压信号为正常数据；
2.6)当数字电压信号的可信度标识为1时，将对应的中位数Zi赋值至数字电压信号Ci(t)，以此替代该异常数据，并发送故障提示信号至LCD驱动芯片。
进一步地，所述数据处理单元还存储确定的当前运行状态信息，当确定的当前运行状态信息存储至预先设定的累积存储规模阈值时，向FPGA模块发送中断请求信号，FPGA模块接收该中断请求信号，根据该中断请求信号中断将累积存储的当前运行状态信息一次性发送至本地存储单元；本地存储单元接收输入的时间间隔指令，周期性地存储待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息，当一个存储周期结束后，清除本地存储单元内的当前运行状态信息。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、考虑到现有常规高压直流输电换流站和常规柔性高压直流输电换流站的监测需求，同时考虑到未来混合高压直流输电系统规划需要，本发明能够实时监测高压直流输电系统中换流站的运行状态，具备对所获数据进行处理、检测、判断和故障警报等功能，通过加装本发明将可以实时监测现有常规高压直流输电换流站和常规柔性高压直流输电换流站中高压直流输电系统的运行情况，剔除错误数据，进行故障报警，以及对监测数据的实时本地备份。
2、本发明还具备对所获取的当前运行状态信息进行本地存储和网络传送功能，使高压直流输电系统运行监控人员能够了解换流站的当前和历史运行状态信息，对于确保高压直流输电系统安全稳定运行具有重要意义，历史运行状态信息可用于进一步规划后续高压直流输电系统，提供量化计算依据。
3、本发明可以根据每次采集的高压直流输电系统中换流站内各器件以及交流侧和直流侧的电压信号和电流信号，计算得到高压直流输电系统的当前运行状态信息，并将这些运行状态参数进行存储，用于后续系统规划，可以广泛应用于高压直流输电技术领域中。
附图说明
图1是本发明实施例一中监测装置的结构示意图；
图2是本发明实施例二中MMC型高压直流输电系统中换流站的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
实施例一
如图1所示，本实施例提供的高压直流输电系统数据监测装置，包括若干数据采集单元1、一数据处理单元2、一数据传输单元3、一本地存储单元4和一人机交互单元5。
数据采集单元1用于实时采集待监测高压直流输电系统中换流站内各器件以及交流侧和直流侧的电压信号和电流信号，并进行处理得到数字电压信号。
数据处理单元2用于根据得到的数字电压信号，确定待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息和运行故障信息，并通过数据传输单元3发送至上级监测中心进行故障类别判断。
本地存储单元4用于实时存储待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息。
人机交互单元5用于实时显示待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息，以及根据得到的运行故障信息进行故障告警提示。
在一个优选的实施例中，数据采集单元1包括数据采集预处理单元11和A/D转换器单元12，其中，数据采集预处理单元11均包括16个霍尔电压传感器、16个霍尔电流传感器和一处理电路，A/D转换器单元12采用AD7864芯片。霍尔电压传感器用于采集待监测高压直流输电系统中换流站内各器件以及交流侧和直流侧的电压信号。霍尔电流传感器用于采集待监测高压直流输电系统中换流站内各器件以及交流侧和直流侧的电流信号。处理电路用于对各霍尔电压传感器和霍尔电流传感器采集的电压信号和电流信号进行放大和滤波等处理，得到8路-10V～+10V的模拟电压信号。A/D转换器单元12用将模拟电压信号转换为数字电压信号，并发送至数据处理单元2。
在一个优选的实施例中，数据处理单元2包括FPGA(Field Programmable GateArray，现场可编辑门阵列)模块21、DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)模块22、闪存数据存储驱动芯片、LCD驱动芯片和按键驱动芯片。
FPGA模块21用于通过数据与地址总线按照数据采集单元1的最高运行频率，依次控制所有数据采集单元1完成对待监测高压直流输电系统的数据采集，并将转换后的数字电压信号通过数据与地址总线发送至DSP模块22；FPGA模块21内设置有计数器nfail，用于确定待监测高压直流输电系统进入故障状态的次数；FPGA模块21还用于实时采集待监测高压直流输电系统的连续运行时间；FPGA模块21还用于采用检测算法，对各数据采集单元1实时采集的数字电压信号进行有效性分析，确定本发明监测装置的器件例如传感器以及待监测高压直流输电系统是否存在故障。
DSP模块22用于根据各数据采集单元1得到的数字电压信号以及预先获取的待监测高压直流输电系统所有节点的有功、无功、相位和电压信号，确定待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息，其中，当前运行状态信息包括待监测高压直流输电系统交流侧出口的三相电压数值和电流数值、有功和无功功率瞬时值以及电压和电流的谐波分量计算结果，待监测高压直流输电系统直流侧出口的电压数值、电流数值和有功功率瞬时值，待监测高压直流输电系统中各功率半导体开关器件电压瞬时值和电流瞬时值，以及待监测高压直流输电系统中换流站的运行效率值；DSP模块22还用于存储确定的当前运行状态信息，当确定的当前运行状态信息存储至预先设定的存储规模阈值时，向FPGA模块21发送中断请求信号，FPGA模块21通过数据与地址总线接收该中断请求信号，根据该中断请求信号将累积存储的当前运行状态信息通过串行控制线一次性发送至本地存储单元4，即根据中断请求信号中断当前任务，处理此次当前运行状态信息向本地存储单元4的转移任务，以减少对本地存储单元4的损耗。
闪存数据存储驱动芯片用于进行本地存储单元4和数据与地址总线间的接口处理，包括串并行转换、添加包头、添加特定协议的握手信号和电平转换等，以满足数据与地址总线写入和读出本地存储单元4中数据的要求。
按键驱动芯片用于接收经数据传输单元3输入的指令内容。
LCD驱动芯片用于根据输入的指令内容驱动人机交互单元5的LCD显示屏52显示对应信息(例如当前运行状态信息)，以及当待监测高压直流输电系统出现运行故障时驱动人机交互单元5的LCD显示屏52进行闪烁故障告警提示。
在一个优选的实施例中，数据传输单元3包括千兆以太网芯片31和以太网接口32，千兆以太网芯片31连接以太网接口32。
在一个优选的实施例中，本地存储单元4可以采用FLASH存储卡，按照通过数据传输单元3经按键51输入的时间间隔指令，周期性地存储待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息，并在存满时滚动覆盖前期存储的运行状态信息。
在一个优选的实施例中，人机交互单元5包括按键51和LCD显示屏52。按键51用于输入指令内容，以及更改预先设定的DSP模块22的累积存储规模(上述8Mb)阈值。LCD显示屏52用于根据显示指令内容对应的信息例如当前运行状态信息以及进行闪烁故障告警提示。
在一个优选的实施例中，每一数据采集单元1均设置有90Pin引脚插座，数据处理单元2设置有128个90Pin引脚插座接口，用于连接每一数据采集单元1。
实施例二
本实施例中，监测高压直流输电系统一侧的换流站数据，并监测与换流站连接的直流量，假设该换流站为MMC型，如图2所示，本实施例每经过1s接收一次由数据采集单元1传输的数据，包括换流站内全控型器件上的电压和电流、交流侧三相电压和电流以及直流侧电压和电流(这些测量值已归算为实际值)。
通常情况下，传感器可能受到外界干扰或出现测量故障，进而得到错误的监测结果，由此导致高压直流输电系统给出错误的运行状态计算结果，造成额外的系统损失。为解决这一问题，需对本发明监测装置的器件例如单一传感器故障和高压直流输电系统单一器件故障进行有效区分。为此，考虑当高压直流输电系统中单一器件出现故障时，其余正常器件的运行状态发生明显变化，因此单一器件故障将由多个传感器所获取的异常数据所印证。而另一方面，当本发明监测装置中的单一传感器的监测结果出现错误时，本发明监测装置将仅获取单一异常信号并与其余传感器所获得的监测结果矛盾，即可判断为传感器故障。
基于上述原理，本实施例提供一种高压直流输电系统数据监测方法，包括以下步骤：
1)FPGA模块21通过数据与地址总线按照数据采集单元1的最高运行频率，依次控制所有数据采集单元1以1秒为间隔，通过霍尔电压传感器和霍尔电流传感器对待监测高压直流输电系统中换流站内各器件以及交流侧和直流侧的电压信号和电流信号进行采集，FPGA模块21还实时确定待监测高压直流输电系统的连续运行时间ttotal和进入故障状态的次数nfail，待监测高压直流输电系统的故障概率统计结果
Figure BDA0002440576490000081
2)各数据采集单元1的处理电路对对应各霍尔电压传感器和霍尔电流传感器进行放大和滤波等处理，得到8路-10V～+10V的模拟电压信号，各数据采集单元1的A/D转换器单元用将对应模拟电压信号转换为数字电压信号，并发送至FPGA模块21和DSP模块22。
3)FPGA模块21采用格拉布斯准则，对各数据采集单元1得到的数字电压信号进行有效性分析，确定本发明监测装置的器件以及待监测高压直流输电系统是否存在故障，具体为：
3.1)假设每一秒某一数据采集单元1处理得到的数字电压信号为C＝[C1,C2,…,Cm-1,Cm-2]T，则各数据采集单元1处理得到的数字电压信号Ci为：
Ci＝[Ci(t-p+1),…,Ci(t-1),Ci(t)]T,i＝p,p+1,…,m (1)
其中，i为数据集的下标，m为数据采集单元1的序号，p为时刻的序号，t为时刻。
3.2)采用格拉布斯准则，对各数字电压信号Ci(t)的进行有效性分析，计算各数字电压信号Ci(t)的平均值
Figure BDA0002440576490000082
和标准差si，并根据平均值
Figure BDA0002440576490000083
和标准差si，计算临界值G：
Figure BDA0002440576490000084
3.3)确定检出水平α，一般为0.01或0.05。
3.4)根据检出水平α，确定各数字电压信号Ci(t)是否为异常数据，当
Figure BDA0002440576490000091
Figure BDA0002440576490000092
时，数字电压信号Ci(t)不可信，为异常数据，需要剔除该数字电压信号Ci(t)，其中，N为数据集的数量。
3.5)根据各数字电压信号Ci(t)异常数据的确定结果，将该时刻t的每一数字电压信号采用1或0的可信度标识进行表示，其中，1表示数字电压信号不可信即数字电压信号为异常数据，0表示数字电压信号可信即数字电压信号为正常数据。
3.6)根据可信度标识后的数字电压信号，确定本发明监测装置的器件例如传感器以及待监测高压直流输电系统是否存在故障：
当仅有一个数字电压信号的可信度标识为1时，则说明出现测量错误，剔除该故数字电压信号即可；当多个数字电压信号(例如C1、C2、C3、C4)的可信度标识均为1时，则监测装置出现故障，发送故障告警信号至LCD驱动芯片。
4)DSP模块22根据各数据采集单元1处理得到的数字电压信号以及预先获取的待监测高压直流输电系统所有节点的有功、无功、相位和电压信号，确定待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息，包括待监测高压直流输电系统直流传送电流值idc和直流电压值vdc、待监测高压直流输电系统交流侧输入有功功率Pac、待监测高压直流输电系统中换流站的运行效率值η＝vdc×idc/Pac和待监测高压直流输电系统的损耗功率Pdcloss＝idc 2×Rdc等，其中，Rdc为待监测高压直流输电系统的直流输电线路等效电阻，待监测高压直流输电系统的故障概率统计结果
Figure BDA0002440576490000093
5)LCD驱动芯片根据故障告警信号驱动LCD显示屏52进行故障警报，并将可信度标识均为1的数字电压信号通过数据传输单元3发送至上级监测中心，上级监测中心通过数据特征判断故障类别和应对措施。
6)同时，DSP模块22还存储确定的当前运行状态信息，当确定的当前运行状态信息存储至预先设定的累积存储规模阈值时，向FPGA模块21发送中断请求信号，FPGA模块21通过数据与地址总线接收该中断请求信号，根据该中断请求信号将累积存储的当前运行状态信息通过串行控制线一次性发送至本地存储单元4。
7)本地存储单元4接收通过数据传输单元3经按键51输入的时间间隔指令，周期性地存储待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息，当一个存储周期结束后，自动清除本地存储单元4内的当前运行状态信息，保证新的当前运行状态信息能够保存至本地存储单元4中，具体为：
7.1)本地存储单元4每接收到一组数据包，计数器加1，将本地存储单元4计数器的存储数值乘以单组数据包的长度，即可计算得到当前本地存储单元4已使用的容量。
7.2)当本地存储单元4可用存储容量耗尽时，发出擦除本地存储单元4上最早存储的数据包的指令信号。
7.3)当本地存储单元4擦除数据后，将最新的数据包存储至本地存储单元4，完成最新数据包对最早数据包的有效覆盖。
实施例三
本实施例与实施例二的内容基本相同，不同的是本实施例将实施例二中步骤3.2)的采用格拉布斯准则，对各数字电压信号Ci(t)的进行有效性分析，计算各数字电压信号Ci(t)的平均值
Figure BDA0002440576490000101
和标准差si，并根据平均值
Figure BDA0002440576490000102
和标准差si，计算临界值G替换成：采用格拉布斯准则，对各数字电压信号Ci(t)的进行有效性分析，计算各数字电压信号Ci(t)的中位数Zi和标准差si，并根据中位数Zi和标准差si，计算临界值G：
Figure BDA0002440576490000103
将实施例二中步骤3.6)的当仅有一个数字电压信号的可信度标识为1时，则说明出现测量错误，剔除该故数字电压信号即可；当多个数字电压信号的可信度标识均为1时，则监测装置出现故障，发送故障告警信号至LCD驱动芯片替换成：当数字电压信号的可信度标识为1即数字电压信号为异常数据时，将对应的中位数Zi赋值至数字电压信号Ci(t)，以此替代该异常数据，提高数据存储的精确度，且不发送故障告警信号，只发送故障提示信号至LCD驱动芯片，本实施例得到的处理结果更为可靠。
下面以交流侧a相电压和a相电流为例详细说明本实施例的监测方法：
C1＝[219.9,220.1,220.2,219.8,220.0,220.0,220.2,219.8,243.2,220.0]；
C2＝[0.33,0.32,0.33,0.31,0.33,0.34,0.33,0.32,0.33,0.34]，具体计算结果如下表1所示：
表1：a相电压和a相电流的计算结果
Figure BDA0002440576490000104
Figure BDA0002440576490000111
假设其他数字电压信号均为正常数据，选定α＝0.05，p＝0.95，N＝10，采用格拉布斯准则，得到临界值G＝2.176，Z1＝220.0，Z2＝0.33，G1＝3.16，G2＝0。
可以看出，G1>G，G2<0。由上式可知，数字电压信号C1为不可信数据，将C1采用中位数0.33替代，且不发出故障报警信号，只发出故障提示信号。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压直流输电系统数据监测装置，其特征在于，该监测装置包括数据采集单元、数据处理单元、和人机交互单元；
所述数据采集单元，用于采集待监测高压直流输电系统中换流站内各器件以及交流侧和直流侧的电压信号和电流信号，并处理得到数字电压信号；
所述数据处理单元，用于根据得到的数字电压信号，确定待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息和运行故障信息，并发送至上级监测中心进行故障类别判断；
所述人机交互单元用于实时显示待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息，以及根据得到的运行故障信息进行故障告警提示。
2.如权利要求1所述的一种高压直流输电系统数据监测装置，其特征在于，该监测装置还包括本地存储单元，用于周期性地存储待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息，并在存满时滚动覆盖前期存储的运行状态信息。
3.如权利要求1所述的一种高压直流输电系统数据监测装置，其特征在于，所述数据采集单元包括数据采集预处理单元和A/D转换器单元，其中，所述数据采集预处理单元均包括霍尔电压传感器、霍尔电流传感器和处理电路；
所述霍尔电压传感器用于采集待监测高压直流输电系统中换流站内各器件以及交流侧和直流侧的电压信号；
所述霍尔电流传感器用于采集待监测高压直流输电系统中换流站内各器件以及交流侧和直流侧的电流信号；
所述处理电路用于对各霍尔电压传感器和霍尔电流传感器采集的电压信号和电流信号进行放大和滤波处理，得到对应模拟电压信号；
所述A/D转换器单元用将模拟电压信号转换为数字电压信号，并发送至所述数据处理单元。
4.如权利要求2所述的一种高压直流输电系统数据监测装置，其特征在于，所述数据处理单元包括FPGA模块、DSP模块、闪存数据存储驱动芯片、LCD驱动芯片和按键驱动芯片；
所述FPGA模块用于按照所述数据采集单元的最高运行频率，依次控制所有所述数据采集单元完成对待监测高压直流输电系统的数据采集，并将转换后的数字电压信号通过数据与地址总线发送至所述DSP模块；所述FPGA模块用于实时采集待监测高压直流输电系统的连续运行时间；所述FPGA模块还用于采用检测算法，对各所述数据采集单元实时采集的数字电压信号进行有效性分析，确定该监测装置的器件以及待监测高压直流输电系统是否存在故障；
所述DSP模块用于根据各所述数据采集单元得到的数字电压信号以及预先获取的待监测高压直流输电系统所有节点的有功、无功、相位和电压信号，确定待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息；所述DSP模块还用于存储确定的当前运行状态信息，当确定的当前运行状态信息存储至预先设定的存储规模阈值时，向所述FPGA模块发送中断请求信号，所述FPGA模块通过数据与地址总线接收该中断请求信号，根据该中断请求信号将累积存储的当前运行状态信息一次性发送至所述本地存储单元；
所述闪存数据存储驱动芯片用于进行所述本地存储单元和所述数据与地址总线间的接口处理；
所述按键驱动芯片用于接收经所述数据传输单元输入的指令内容；
所述LCD驱动芯片用于根据输入的指令内容驱动所述人机交互单元显示对应信息，以及当待监测高压直流输电系统出现运行故障时驱动所述人机交互单元进行故障告警提示。
5.如权利要求4所述的一种高压直流输电系统数据监测装置，其特征在于，所述当前运行状态信息包括待监测高压直流输电系统交流侧出口的三相电压数值和电流数值、有功和无功功率瞬时值以及电压和电流的谐波分量计算结果；待监测高压直流输电系统直流侧出口的电压数值、电流数值和有功功率瞬时值；待监测高压直流输电系统中各功率半导体开关器件电压瞬时值和电流瞬时值；以及待监测高压直流输电系统中换流站的运行效率值。
6.如权利要求4所述的一种高压直流输电系统数据监测装置，其特征在于，所述人机交互单元包括按键和LCD显示屏；
所述按键用于输入指令内容，以及更改预先设定的所述DSP模块的累积存储规模阈值；
所述LCD显示屏用于根据显示指令内容对应的信息以及进行闪烁故障告警提示。
7.一种高压直流输电系统数据监测方法，其特征在于，包括以下内容：
1)数据处理单元按照数据采集单元的最高运行频率，依次控制所有数据采集单元对待监测高压直流输电系统中换流站内各器件以及交流侧和直流侧的电压信号和电流信号进行采集，并处理得到数字电压信号；
2)数据处理单元对各数据采集单元得到的数字电压信号进行有效性分析，确定监测装置的器件以及待监测高压直流输电系统是否存在故障；
3)数据处理单元根据各数据采集单元得到的数字电压信号以及预先获取的待监测高压直流输电系统所有节点的有功、无功、相位和电压信号，确定待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息，实现高压直流输电系统中换流站的运行状态监测；
4)数据处理单元根据故障告警信号驱动人机交互单元进行故障警报，并将运行故障信息发送至上级监测中心，上级监测中心通过运行故障信息的数据特征进行故障类别判断。
8.如权利要求7所述的一种高压直流输电系统数据监测方法，其特征在于，所述步骤2)的具体过程为：
2.1)各数据采集单元处理得到的数字电压信号Ci为：
Ci＝[Ci(t-p+1),…,Ci(t-1),Ci(t)]T,i＝p,p+1,…,m
其中，i为数据集的下标，m为数据采集单元的序号，p为时刻的序号，t为时刻；
2.2)采用格拉布斯准则，计算各数字电压信号Ci(t)的平均值
Figure FDA0002440576480000031
和标准差si，并根据平均值
Figure FDA0002440576480000032
和标准差si，计算临界值G：
Figure FDA0002440576480000033
2.3)确定检出水平α；
2.4)根据检出水平α，确定各数字电压信号Ci(t)是否为异常数据，当
Figure FDA0002440576480000034
Figure FDA0002440576480000035
时，数字电压信号Ci(t)不可信，为异常数据，剔除该数字电压信号Ci(t)，其中，N为数据集的数量；
2.5)根据各数字电压信号Ci(t)异常数据的确定结果，将该时刻t的每一数字电压信号采用1或0的可信度标识进行表示，其中，1表示数字电压信号为异常数据，0表示数字电压信号为正常数据；
2.6)当仅有一个数字电压信号的可信度标识为1时，则说明出现测量错误，剔除该故数字电压信号；当多个数字电压信号的可信度标识均为1时，则监测装置出现故障，发送故障告警信号至LCD驱动芯片。
9.如权利要求7所述的一种高压直流输电系统数据监测方法，其特征在于，所述步骤2)的具体过程为：
2.1)各数据采集单元处理得到的数字电压信号Ci为：
Ci＝[Ci(t-p+1),…,Ci(t-1),Ci(t)]T,i＝p,p+1,…,m
其中，i为数据集的下标，m为数据采集单元的序号，p为时刻的序号，t为时刻；
2.2)采用格拉布斯准则，计算各数字电压信号Ci(t)的中位数Zi和标准差si，并根据中位数Zi和标准差si，计算临界值G：
Figure FDA0002440576480000036
2.3)确定检出水平α；
2.4)根据检出水平α，确定各数字电压信号Ci(t)是否为异常数据，当
Figure FDA0002440576480000041
Figure FDA0002440576480000042
时，数字电压信号Ci(t)不可信，为异常数据，剔除该数字电压信号Ci(t)，其中，N为数据集的数量；
2.5)根据各数字电压信号Ci(t)异常数据的确定结果，将该时刻t的每一数字电压信号采用1或0的可信度标识进行表示，其中，1表示数字电压信号为异常数据，0表示数字电压信号为正常数据；
2.6)当数字电压信号的可信度标识为1时，将对应的中位数Zi赋值至数字电压信号Ci(t)，以此替代该异常数据，并发送故障提示信号至LCD驱动芯片。
10.如权利要求7所述的一种高压直流输电系统数据监测方法，其特征在于，所述数据处理单元还存储确定的当前运行状态信息，当确定的当前运行状态信息存储至预先设定的累积存储规模阈值时，向FPGA模块发送中断请求信号，FPGA模块接收该中断请求信号，根据该中断请求信号中断将累积存储的当前运行状态信息一次性发送至本地存储单元；
本地存储单元接收输入的时间间隔指令，周期性地存储待监测高压直流输电系统的当前运行状态信息，当一个存储周期结束后，清除本地存储单元内的当前运行状态信息。
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