CN112003375B - 一种电能质量在线监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电能质量在线监测系统，通过由电压互感器、电流互感器、数据格式处理器、抗混叠滤波器、过零比较器、耦合式倍频延迟锁相环电路、模数转换电路、复杂可编程逻辑器件和数字信号处理控制器组成的数据采集模块，以及用于实现对数据采集模块采集到的电能质量扰动参数进行分析得到电能质量事件识别结果和电能质量分析结果、并在电能质量分析结果落入预设预警范围内时发送预警短信、调用预测脚本根据电能质量扰动参数生成短期电能质量预报信息的电能质量分析终端，实现了对电能质量做出精确的在线检测和分析，便于及时发现电能质量问题，提出解决措施，为电能质量的改善提供了依据。

Description

一种电能质量在线监测系统
技术领域
本发明涉及电力监测领域，特别是涉及一种电能质量在线监测系统。
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、非对称性等问题，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，需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。
发明内容
本发明的目的是提供一种电能质量在线监测系统，可以实现电能质量时间的在线高效监测、识别，同时输出对应的调控措施，为电能质量的改善提供依据。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电能质量在线监测系统，包括：数据采集模块和电能质量分析终端；
其中，所述数据采集模块用于将采集到的电能质量扰动参数传输至电能质量分析终端；所述数据采集模块包括：电压互感器，电流互感器，分别与所述电压互感器和所述电流互感器连接的数据格式处理器，与所述数据格式处理器连接的抗混叠滤波器，与所述抗混叠滤波器连接的过零比较器，与所述过零比较器连接的耦合式倍频延迟锁相环电路，与所述耦合式倍频延迟锁相环电路连接的模数转换电路，与所述模数转换电路连接的复杂可编程逻辑器件，以及与所述复杂可编程逻辑器件连接的数字信号处理控制器；
所述电能质量分析终端用于：将所述电能质量扰动参数存入本地关系型数据库；按预设识别规则识别所述电能质量扰动参数，得到电能质量事件识别结果；利用预设分类器分析所述电能质量扰动参数，得到电能质量分析结果，并在所述电能质量分析结果落入预设预警范围内时发送预警短信；调用基于统计回归算法和数据驱动算法建立的预测脚本，根据所述电能质量扰动参数生成短期电能质量预报信息。
可选的，所述数据格式处理器具体为用于利用信源编码为不同的所述电能质量扰动参数分配不同的数据标识的数据格式处理器。
可选的，所述电能质量分析终端按预设识别规则识别所述电能质量扰动参数，得到电能质量事件识别结果，具体为：
所述电能质量分析终端基于业务流模板提取校正后的电能质量扰动参数的特征向量，并利用等距特征映射分类器对所述电能质量事件进行表达、分类和识别，得到电能质量事件识别结果。
可选的，所述电能质量分析终端还用于利用多分组差分进化算法对所述电能质量扰动参数、所述电能质量分析结果、所述电能质量事件识别结果和所述短期电能质量预报信息进行优化计算，得到电能质量优化策略的参数。
可选的，各所述电能质量扰动参数内均载有监测段定位信息，所述监测段定位信息采用与所述电能质量扰动参数唯一对应的数字标识表示。
可选的，所述电能质量分析终端还用于根据所述电能质量扰动参数、所述电能质量事件识别结果绘制电能质量曲线图。
可选的，所述电能质量分析终端还用于基于预先训练的支持向量机对与所述电能质量事件识别结果对应的电能质量扰动参数进行分析，得到对与所述电能质量事件识别结果对应的电能质量事件的原因识别结果。
本发明所提供的电能质量在线监测系统，通过由电压互感器、电流互感器、数据格式处理器、抗混叠滤波器、过零比较器、耦合式倍频延迟锁相环电路、模数转换电路、复杂可编程逻辑器件和数字信号处理控制器组成的数据采集模块，以及用于实现对数据采集模块采集到的电能质量扰动参数进行分析得到电能质量事件识别结果和电能质量分析结果、并在电能质量分析结果落入预设预警范围内时发送预警短信、调用预测脚本根据电能质量扰动参数生成短期电能质量预报信息的电能质量分析终端，实现了对电能质量做出精确的在线检测和分析，便于及时发现电能质量问题，提出解决措施，为电能质量的改善提供了依据。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电能质量在线监测系统的结构示意图；
其中，100为数据采集模块，101为电压互感器，102为电流互感器，103为数据格式处理器，104为抗混叠滤波器，105为过零比较器，106为耦合式倍频延迟锁相环电路，107为模数转换电路，108为CPLD，109为DSP控制器109，200为电能质量分析终端。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种电能质量在线监测系统，可以实现电能质量时间的在线高效监测、识别，同时输出对应的调控措施，为电能质量的改善提供依据。
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。
图1为本发明实施例提供的一种电能质量在线监测系统的结构示意图。
如图1所示，本发明实施例提供的电能质量在线监测系统包括：数据采集模块100和电能质量分析终端200；
其中，数据采集模块100用于将采集到的电能质量扰动参数传输至电能质量分析终端200；数据采集模块100包括：电压互感器101，电流互感器102，分别与电压互感器101和电流互感器102连接的数据格式处理器103，与数据格式处理器103连接的抗混叠滤波器104，与抗混叠滤波器104连接的过零比较器105，与过零比较器105连接的耦合式倍频延迟锁相环电路106，与耦合式倍频延迟锁相环电路106连接的模数转换电路107，与模数转换电路107连接的复杂可编程逻辑器件(CPLD 108)，以及与复杂可编程逻辑器件连接的数字信号处理控制器(DSP控制器109)；
电能质量分析终端200用于：将电能质量扰动参数存入本地关系型数据库；按预设识别规则识别电能质量扰动参数，得到电能质量事件识别结果；利用预设分类器分析电能质量扰动参数，得到电能质量分析结果，并在电能质量分析结果落入预设预警范围内时发送预警短信；调用基于统计回归算法和数据驱动算法建立的预测脚本，根据电能质量扰动参数生成短期电能质量预报信息。
在具体实施中，通过由电压互感器101、电流互感器102、数据格式处理器103、抗混叠滤波器104、过零比较器105、耦合式倍频延迟锁相环电路106、模数转换电路107、CPLD108和DSP控制器109搭建数据采集模块100，实现了对电能质量扰动参数的高速传输和预处理。
电压互感器101输入端与一次侧的电压信号相连接。电流互感器102输入端与一次侧的电流信号相连接。数据格式处理器103的输入端分别与电压互感器101的二次侧和电流互感器102的二次侧连接。抗混叠滤波器104的输入端与数据格式处理器103的输出端相连接。过零比较器105的输入端与抗混叠滤波器104的输出端相连接。过零比较器105的输出端与耦合式倍频延迟锁相环电路106的输入端和CPLD 108的任一I/O输入端分别相连接。耦合式倍频延迟锁相环电路106的输出端与模数转换电路107的输入端连接。模数转换电路107的输出端与CPLD 108的其他I/O输入端相连接。CPLD 108的I/O输出端与DSP控制器109的输入端相连接。
电压互感器101采集到的电压信息和电流互感器102采集到的电流信息合称为电能质量扰动参数。数据格式处理器103用于按不同规则分别对电压互感器101的检测结果和电流互感器102的检测结果进行数据格式处理，具体可以利用信源编码为不同的电能质量扰动参数分配不同的数据标识的数据格式处理器103；同时，各电能质量扰动参数内均载有监测段定位信息，监测段定位信息采用与电能质量扰动参数唯一对应的数字标识表示。从而方便了数据后续的整理、分类和调用。
电能质量分析终端200内载有一数据处理系统，该数据处理系统可以包括数据本地储存模块、电能质量分析模块、在线预警模块以及预测分析模块。其中，数据本地储存模块可以采用python中的MySQL工具包存入本地关系型数据库(MySQL数据库)中；电能质量分析模块可自动完成对电能质量扰动参数事件的识别分析，分析时，根据接收到的电能质量扰动参数以及预设的分类器实现电能质量扰动参数的识别，在所得的分析结果落入预设预警范围时，在线预警模块启动，实现预警短信的发送，预测分析模块采用统计回归和数据驱动方法建立短期预测单元，根据接收到电能质量扰动参数生成短期电能质量预报信息。
进一步的，基于电能质量分析模块实现，电能质量分析终端200按预设识别规则识别电能质量扰动参数，得到电能质量事件识别结果，具体可以为：电能质量分析终端200基于业务流模板(TFT)提取校正后的电能质量扰动参数的特征向量(电力系统波形中单一或多重稳态、暂态以及瞬态电能扰动事件中各个分类的频率、幅值等特征参数，并提取物理意义明确、指标具体的模式特征向量)，并利用等距特征映射(ISOM)分类器对电能质量事件(包括电压暂升、电压暂降、短时断电、谐波、间谐波、频率偏移和电压波动等)进行表达、分类和识别，得到电能质量事件识别结果，实现了对电能质量事件的直观表达和准确分类、识别。
本发明实施例提供的电能质量在线监测系统，通过由电压互感器、电流互感器、数据格式处理器、抗混叠滤波器、过零比较器、耦合式倍频延迟锁相环电路、模数转换电路、复杂可编程逻辑器件和数字信号处理控制器组成的数据采集模块，以及用于实现对数据采集模块采集到的电能质量扰动参数进行分析得到电能质量事件识别结果和电能质量分析结果、并在电能质量分析结果落入预设预警范围内时发送预警短信、调用预测脚本根据电能质量扰动参数生成短期电能质量预报信息的电能质量分析终端，实现了对电能质量做出精确的在线检测和分析，便于及时发现电能质量问题，提出解决措施，为电能质量的改善提供了依据。
在上述实施例的基础上，在本发明实施例提供的电能质量在线监测系统中，基于电能质量分析模块实现，电能质量分析终端200还可以用于利用多分组差分进化算法对电能质量扰动参数、电能质量分析结果、电能质量事件识别结果和短期电能质量预报信息进行优化计算，得到电能质量优化策略的参数。
利用多分组差分进化算法，基于历史电能质量优化策略的数据建立电能质量优化策略分析脚本。通过电能质量优化策略分析脚本，输入电能质量扰动参数、电能质量分析结果、电能质量事件识别结果和短期电能质量预报信息等数据，得到电能质量优化策略的参数，有助于指导电能质量优化方向。
在上述实施例的基础上，在本发明实施例提供的电能质量在线监测系统中，基于电能质量分析模块实现，电能质量分析终端200还可以用于基于预先训练的支持向量机对与电能质量事件识别结果对应的电能质量扰动参数进行分析，得到对与电能质量事件识别结果对应的电能质量事件的原因识别结果。
利用历史电能质量扰动参数与电能质量事件的原因的对应关系训练支持向量机。在对电能质量进行在线监测时，通过输入与电能质量事件识别结果对应的电能质量扰动参数，得到对电能质量事件的原因识别结果，从而节约了人工分析的成本。
在上述实施例的基础上，在本发明实施例提供的电能质量在线监测系统中，数据处理系统还可以包括曲线绘制模块，基于曲线绘制模块，电能质量分析终端200还可以用于根据电能质量扰动参数、电能质量事件识别结果绘制电能质量曲线图。
在曲线绘制模块中预设曲线绘制脚本，针对不同类型的参数设置不同的制图规则，根据电能质量扰动参数、电能质量事件识别结果绘制相应的电能质量曲线图，从而对电能质量情况进行直观、数据化的显示，方便工作人员进行对比查看。
以上对本发明所提供的一种电能质量在线监测系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (4)

1.一种电能质量在线监测系统，其特征在于，包括：数据采集模块和电能质量分析终端；
其中，所述数据采集模块用于将采集到的电能质量扰动参数传输至电能质量分析终端；所述数据采集模块包括：电压互感器，电流互感器，分别与所述电压互感器和所述电流互感器连接的数据格式处理器，与所述数据格式处理器连接的抗混叠滤波器，与所述抗混叠滤波器连接的过零比较器，与所述过零比较器连接的耦合式倍频延迟锁相环电路，与所述耦合式倍频延迟锁相环电路连接的模数转换电路，与所述模数转换电路连接的复杂可编程逻辑器件，以及与所述复杂可编程逻辑器件连接的数字信号处理控制器；
所述数据格式处理器具体为用于利用信源编码为不同的所述电能质量扰动参数分配不同的数据标识的数据格式处理器；各所述电能质量扰动参数内均载有监测段定位信息，所述监测段定位信息采用与所述电能质量扰动参数唯一对应的数字标识表示；
所述电能质量分析终端用于：将所述电能质量扰动参数存入本地关系型数据库；按预设识别规则识别所述电能质量扰动参数，得到电能质量事件识别结果；利用预设分类器分析所述电能质量扰动参数，得到电能质量分析结果，并在所述电能质量分析结果落入预设预警范围内时发送预警短信；调用基于统计回归算法和数据驱动算法建立的预测脚本，根据所述电能质量扰动参数生成短期电能质量预报信息；
所述电能质量分析终端按预设识别规则识别所述电能质量扰动参数，得到电能质量事件识别结果，具体为：所述电能质量分析终端基于业务流模板提取校正后的电能质量扰动参数的特征向量，并利用等距特征映射分类器对所述电能质量事件进行表达、分类和识别，得到电能质量事件识别结果；所述校正后的电能质量扰动参数包括电力系统波形中单一或多重稳态、暂态以及瞬态电能扰动事件中各个分类的频率、幅值；所述电能质量事件包括电压暂升、电压暂降、短时断电、谐波、间谐波、频率偏移和电压波动。
2.如权利要求1所述的电能质量在线监测系统，其特征在于，所述电能质量分析终端还用于利用多分组差分进化算法对所述电能质量扰动参数、所述电能质量分析结果、所述电能质量事件识别结果和所述短期电能质量预报信息进行优化计算，得到电能质量优化策略的参数。
3.如权利要求1所述的电能质量在线监测系统，其特征在于，所述电能质量分析终端还用于根据所述电能质量扰动参数、所述电能质量事件识别结果绘制电能质量曲线图。
4.如权利要求1所述的电能质量在线监测系统，其特征在于，所述电能质量分析终端还用于基于预先训练的支持向量机对与所述电能质量事件识别结果对应的电能质量扰动参数进行分析，得到对与所述电能质量事件识别结果对应的电能质量事件的原因识别结果。
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