CN113252976A - 一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供的一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置，包括：采集监测控制主机、三相电压采集变换模块、三相电流采集变换模块；采集监测控制主机、分别与三相电压采集变换模块、三相电流采集变换模块电性连接；采集监测控制主机是整机的控制和处理中心，包括：上位机系统和FGPA；三相电压采集变换模块包括：DC电源、三相电压采集模块、光纤同步模块和光纤传输模块；三相电流采集变换模块包括：DC电源、三相电流采集模块、光纤同步模块、光纤传输模块；光纤同步模块与光纤同步模块相连接。本申请从配电网一次设备直接采集三相电流电压，保证采集监测的数据宽频特性不受影响，实现了10kV配电网宽频电参量的快捷准确测量，且便于携带。

Description

一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置
技术领域
本申请涉及电能计量技术领域，尤其涉及一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置。
背景技术
我国10kV配电网几乎担负着所有的用电量任务，为满足用电需求，10kV高压电网的建设规模较从前有了很大程度的增加。电力系统中的非线性负荷越来越多，如：电气牵引机车牵引、钢铁金属冶炼电弧炉、化工生产设备、家用电器和其他电力电子装置等，使得电力系统的负荷用电状况电能质量越来越差复杂(如：谐波增加、动态畸变、功率因数变化、低电压、重过载现象等)；除此之外，随着越来越多的风电、光伏等新能源接入智能电网，由于其发电出力的不可控，导致输出功率不稳定，且产生谐波，不但给电网带来谐波污染，而且更重要的是对电能计量产生很大的影响。非线性负荷产生的谐波使系统的电压、电流波形发生畸变，所产生的谐波电流会强制反馈回电网，从而对电力系统产生谐波污染。该类用电负荷不仅对电能质量产生影响，使电网含有谐波，而且影响电能计量误差。上述类型的用电负荷不仅对电能质量产生影响，容易导致电网含有谐波，而且对电能计量也有影响。因此，研究复杂用电工况下的电参量监测及采集技术，研发便于安装的10kV配电网宽频电参量的采集监测装置，对于解决典型复杂工况下配电网电量准确计量和溯源问题具有重要意义。
现有技术中，通过工频互感器对电参量进行采集监测。
然而现有技术还存在以下问题：通过工频互感器，从配电网一次设备间接采集三相电流电压，采集监测的数据宽频特性受干扰，宽频电参量的测量结果不准确。
发明内容
本申请提供了一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置，可解决现有技术中抗干扰能力弱、设备不便于携带安装的问题。并且，本申请实施例提供的装置具有从电气一次侧直接采集和监测宽频电参量的特点，挂网安装后可实现与传统计量装置在线比对，具有较高的适用性。
本申请提供的一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置，包括：采集监测控制主机、三相电压采集变换模块、三相电流采集变换模块；所述采集监测控制主机、分别与三相电压采集变换模块、三相电流采集变换模块电性连接；所述采集监测控制主机是整机的控制和处理中心，包括：上位机系统和FGPA；所述三相电压采集变换模块包括：DC电源、三相电压采集模块、光纤同步模块和光纤传输模块；所述三相电流采集变换模块包括：DC电源、三相电流采集模块、光纤同步模块、光纤传输模块；所述光纤同步模块与所述光纤同步模块相连接，通过光纤数字信号进行电压、电流、频率以及相位的同步。
所述采集监测控制主机包括上位机系统、FGPA、隔离芯片、三相电压A/D模块和三相电流A/D模块部分等，是整机的控制和处理中心，实现装置电路中数字信号的高速控制和处理、算术逻辑运算、数据的存储、操作指令的读取执行与传输发送等功能，为功率测量模块提供接口，对采集的数据进行分析和处理，控制显示器的显示数据，为按键提供响应等。
所述三相电压采集变换模块采用高精度电阻分压器，从原理上保证宽频一次信号的变换，配合三相电压A/D模块，将1kV～10kV的一次电压变化为1V～5V小信号提供给主控系统，主控电路中配有高精度参考基准电压，将转换后的小电压信号进行比较后再输出给FPGA单元。
所述三相电流采集变换模块采用三台宽频电流比较仪并对高压部分采用光纤隔离绝缘，可直接置于高压母线上使用，将10A～1000A范围内宽频电流的一次信号的准确变换，配合三相电流A/D模块，将其一次电流变化为1V～5V小信号提供给主控系统，主控电路中配有高精度参考基准电压，将转换后的小电压信号进行比较后再输出给FPGA单元。
进一步，所述三相电压采集变换模块和所述三相电流采集变换模块外壳采用绝缘树脂设计，提高绝缘性能。
所述三相电压采集变换模块、三相电流采集变换模块均采用合成绝缘树脂材料作为外壳，提供高绝缘性能的同时降低采集变化模块重量，达到重量轻，便携的效果。
所述三相电流采集变换模块采用穿心式设计，保证采集变换的精度和宽频性能。
所述三相电压采集变换模块、三相电流采集变换模块中各有一组光纤同步模块，通过光纤信号对采集到的一次电参量信号进行同步，并将同步后的信号传输到采集监控主机。
所述一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置，整机完全采用光纤传输数据，绝缘能力好，抗外部干扰能力强。
所述一种三相电压采集变换模块、三相电流采集变换模块中的DC电源采用可充电锂电池进行供电，决绝配电网一次设备挂网接线不便取电的问题，单次充满可供采集变换模块连续工作24小时。同时也可采用220V外接电源进行供电，实现长期挂网采集变换。
由以上技术方案可知，本申请提供的一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置，包括采集监测控制主机、三相电压采集变换模块、三相电流采集变换模块。本申请从配电网一次设备直接采集三相电流电压，保证采集监测的数据宽频特性不受影响，实现了10kV配电网宽频电参量的快捷准确测量，且便于携带。本申请可解决现有技术中抗干扰能力弱、设备不便于携带安装的问题。本申请实施例提供的装置具有从电气一次侧直接采集和监测宽频电参量的特点，挂网安装后可实现与传统计量装置在线比对，具有较高的适用性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置的一种实施例的结构示意图；
图2为本申请一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置中采集监测控制主机的正面示意图；
图3为本申请一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置中采集监测控制主机的背面示意图；
图4为本申请一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置中三相电压采集变换模块的正面示意图；
图5为本申请一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置中三相电压采集变换模块的背面示意图；
图6为本申请一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置中三相电流采集变换模块的正面示意图；
图7为本申请一种l0kV配电网宽频电参量的采集监测装置的电连接示意图。
其中，1-采集监测控制主机；2-三相电压采集变换模块；3-三相电流采集变换模块；21-DC电源，22-三相电压采集模块，23-光纤同步模块，24-光纤传输模块；31-DC电源，32-三相电流采集模块，33-光纤同步模块，34-光纤传输模块。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
本发明的目的在于，提出一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置，可解决现有技术中抗干扰能力弱、设备不便于携带安装的问题。并且，本申请实施例提供的装置具有从电气一次侧直接采集和监测宽频电参量的特点，挂网安装后可实现与传统计量装置在线比对，具有较高的适用性。
图1为本申请一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置的一种实施例的结构示意图。如图1所示，本申请提供的一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置，包括：采集监测控制主机1、三相电压采集变换模块2、三相电流采集变换模块3；所述采集监测控制主机1、分别与三相电压采集变换模块2、三相电流采集变换模块3电性连接；所述采集监测控制主机1是整机的控制和处理中心，包括：上位机系统和FGPA；所述三相电压采集变换模块2包括：DC电源21、三相电压采集模块22、光纤同步模块23和光纤传输模块24；所述三相电流采集变换模块3包括：DC电源31、三相电流采集模块32、光纤同步模块33、光纤传输模块34；所述光纤同步模块23与所述光纤同步模块33相连接，通过光纤数字信号进行电压与电流、频率、相位的同步。
图2为本申请一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置中采集监测控制主机的正面示意图，图3为本申请一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置中采集监测控制主机的背面示意图。结合图2和图3，101为触摸控制显示屏；102为电量显示指示器；103为电源开关。图3中104为三相分体式A、B、C电流及三相合一式电压光纤通信接口；105为接地端口；106为充电端口；107为RS232通讯端口；108为LAN通讯端口；109为USB数据通信端口；110为电能脉冲输入端口；111为电能脉冲输出端口
图4为本申请一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置中三相电压采集变换模块的正面示意图，图5为本申请一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置中三相电压采集变换模块的背面示意图。结合图4和图5，203为A相电压输入端口，202为B相电压输入端口，201为C相电压输入端口；204为光纤传输接口；205为光纤同步端口；206为电量指示；207为接地保护端口；208为电源开关；209为充电端口。
图6为本申请一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置中三相电流采集变换模块的正面示意图。如图6所示，301为电量指示；302为光纤同步端口；303为光纤传输接口；304为电源开关；305为充电端口。
图7为本申请一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置的电连接示意图。如图7所示，所述一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置中采集监测控制主机、三相电压采集变换模块、三相电流采集变换模块通过以下示意图7方式连接。
图示7中，每个部件充电并开机后，一台三相电压采集变换模块与三台三相电流采集变换模块通过光纤同步信号相连，进行宽频电参量的同步，完成数据同步后三相电压采集变换模块与三相电流采集变换模块分别将电压、电流、频率、功率、相位等数据传输到采集监测控制主机。
本申请实施过程中，一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置将各部件充满电或插电运行，开机后，将一台三相电压采集变换模块与三台三相电流采集变换模块通过光纤同步信号相连；三相电压采集变换模块与三相电流采集变换模块分别与采集监测控制主机相连。通过主机触摸控制显示屏即可进行相关操作，开展对10kV配电网宽频多功能电参量采集与监测。
其中，三相电压采集变换模块与配电网一次带电线路采用绝缘导线相连，三台三相电流采集变换模块通过穿心的方式安装于配电网一次带电线路上。
被测的功率信号分为电压测量回路和电流测量回路。被测的电压信号经过三相电压电压转换、被测的电流信号经过三相电流电压转换后，幅值变为ADC转换器工作范围内的大小，转换为数字量后通过隔离芯片传递给FPGA中，电压的幅值和频率信号再由FPGA传输至CPU中进行计算后传输至人机交互系统的显示屏或通信接口，实现电压和电流的幅值与频率的测量。而通过同时对电压和电流两个回路的测量，通过锁相电路，实现对电压电流之间相位的测量，通过FPGA和CPU的计算后，得到功率值。
由以上技术方案可知，本申请提供的一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置，包括采集监测控制主机、三相电压采集变换模块、三相电流采集变换模块，实现了三相Y/V、Y/Y等各种接线方式下，同时测量交流回路中的多个电量包括：电压、电流、频率、相位、谐波、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、有功电能、无功电能等，该仪器应用范围广，体积小、重量轻，方便现场携带使用。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种10kV配电网宽频电参量的采集监测装置，其特征在于，包括：采集监测控制主机(1)、三相电压采集变换模块(2)、三相电流采集变换模块(3)；
所述采集监测控制主机(1)、分别与三相电压采集变换模块(2)、三相电流采集变换模块(3)电性连接；
所述采集监测控制主机(1)是整机的控制和处理中心，包括：上位机系统和FGPA；
所述三相电压采集变换模块(2)包括：DC电源(21)、三相电压采集模块(22)、光纤同步模块(23)和光纤传输模块(24)；
所述三相电流采集变换模块(3)包括：DC电源(31)、三相电流采集模块(32)、光纤同步模块(33)、光纤传输模块(34)；
所述光纤同步模块(23)与所述光纤同步模块(33)相连接，通过光纤数字信号进行电压、电流、频率以及相位的同步。
2.根据权利要求1所述的采集监测装置，其特征在于，所述三相电压采集变换模块(2)和所述三相电流采集变换模块(3)外壳采用绝缘树脂设计，提高绝缘性能。
3.根据权利要求1所述的采集监测装置，其特征在于，所述三相电压采集变换模块(2)采用高精度电阻分压器。
4.根据权利要求1所述的采集监测装置，其特征在于，所述三相电流采集变换模块(3)采用三台宽频电流比较仪并对高压部分采用光纤隔离绝缘。
5.根据权利要求1所述的采集监测装置，其特征在于，所述三相电流采集变换模块(3)采用穿心式设计。
6.根据权利要求1所述的采集监测装置，其特征在于，所述DC电源(21)和DC电源(31)采用可充电锂电池进行供电。
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