CN202405879U - 新型智能电网电能质量监测系统 - Google Patents

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刘颖英
安哲
周胜军
罗开信
张树民
郭浩
崔健
李国栋
刘美静
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Tianjin Electric Power Corp
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China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Tianjin Electric Power Corp
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Abstract

本实用新型涉及一种新型智能电网电能质量监测系统，其技术特点是：包括电能质量监测系统主站、电能质量监测终端和其他电力信息系统，电能质量监测系统主站、电能质量监测终端和其他电力信息系统通过局域网接入到电力通信网中，电能质量监测终端安装在智能电网的各类负荷及电源的入网点处。本实用新型通过在智能电网关键节点设置电能质量监测终端，实时监测智能电网全网电能质量并进行分析，能够充分适应智能电网用户多样化、多元化的需求，对电能质量进行有效的分析奠定了基础，在减少电能质量监测设备成本投资、提高电力系统经济效益方面具有重要意义。

Description

新型智能电网电能质量监测系统
技术领域
本实用新型属于智能电网领域，尤其是一种新型智能电网电能质量监测系统。
背景技术
随着智能电网的快速发展，很多新技术在智能电网的建设中扮演重要角色，例如智能双向互动服务技术、储能技术、分布式新能源的高效接入技术、电动汽车的普及以及与电网的互动技术，这些技术的广泛应用，使得智能电网发电结构和用电结构具有多样化、多元化特点，同时也使得电能质量问题日益突出，也面临新的挑战。在当前智能电网建设背景下，如何对电能质量监测资源的最优布点和合理配置来实现对全网电能质量状况的有效监测和分析是目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种布局设计合理、能够实现全网电能质量有效监测的新型智能电网电能质量监测系统。
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种新型智能电网电能质量监测系统，包括电能质量监测系统主站、电能质量监测终端和其他电力信息系统，电能质量监测系统主站、电能质量监测终端和其他电力信息系统通过局域网接入到电力通信网中，电能质量监测终端安装在智能电网的各类负荷及电源的入网点处。
而且，所述的各类负荷及电源的入网点包括传统电源入网点、分布式电源入网点、敏感负荷入网点、污染源负荷入网点和特殊用电需求用户入网点。
而且，所述的分布式电源入网点设置在分布式电源的并网处。
而且，在分布式电源包括风力发电场和光伏发电厂，在风力发电场接入地区内设有电压电压暂降监测仪。
而且，所述的电能质量监测终端包括变送模块、数据采集模块、管理模块、数据处理及分析模块及GPS时间基准模块，变送模块、数据采集模块、管理模块、数据处理及分析模块依次相连接，其连接接口为总线式的接口或差分接口，GPS时间基准模块通过内部总线与管理模块连接在一起，所述的数据采集模块由数据采集DSP和双端口ARM连接构成，管理模块由管理DSP模块和双端口RAM构成，数据处理与分析模块由嵌入式ETX、通信接口及显示打印接口连接构成。
本实用新型的优点和积极效果是：
本实用新型通过在智能电网关键节点设置电能质量监测终端实现实时监测智能电网全网电能质量分析功能，能够充分适应智能电网用户多样化、多元化的需求，对电能质量进行有效的分析奠定了基础，在减少电能质量监测设备成本投资、提高电力系统经济效益方面具有重要意义。
附图说明
图1是本实用新型的连接示意图；
图2是电能质量监测终端的电路框图；
图3是电能质量监测系统主站的业务处理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：
一种新型智能电网电能质量监测系统，如图1所示，包括电能质量监测系统主站2、电能质量监测终端1、电压暂降监测仪4和其他电力信息系统3，电能质量监测终端、电能质量监测系统主站和其他电力信息系统通过局域网接入到电力通信网中，电能质量监测终端安装在智能电网的各类负荷及电源的入网点。本监测系统根据智能电网能够覆盖所有类型的电源及负荷，在各类型负荷及电源的入网点均装设了电能质量监测终端，实现对智能电网所有类型的电源及负荷的有效监测功能，上述入网点包括水电、火电等传统电源入网点，光伏、风电等分布式电源入网点，精密加工、医院等敏感负荷入网点，电铁、冶炼等污染源负荷入网点，军工、政府机构等特殊用电需求用户入网点等。对于类似于风电集中地区和光伏集中地区，可考虑仅在其集中并网点装设电能质量监测终端，以监测分布式电源接入对电网电能质量的影响。而对于分布式电源接入地区内部，例如风电场，考虑到风电低电压穿越问题，可在风电集中接入地区内布置电压暂降监测仪，以避免电压暂降对风电的影响，同时也可减少装设全功能电能质量监测终端而造成的不必要资源浪费。考虑到电铁负荷产生谐波和负序问题在电网中的渗透特性，应对其接入的不同电压等级(110kV、220kV)都进行监测。同时，电能质量监测系统可通过电力通信网与其他电力信息系统互联，实现信息交互功能。
本监测系统根据智能电网的负荷特点，按下述原则进行入网点的设置：
(1)覆盖各种类型电源及负荷，包括：水电、火电等传统电源入网点；光伏、风电等分布式电源入网点；精密加工、医院等敏感负荷入网点；电铁、冶炼等污染源负荷入网点；军工、政府机构等特殊用电需求用户入网点等。
(2)同类负荷或电源集中接入地区不重复布点，只考虑集中入网点的监测；
(3)某类负荷集中地区的电网可考虑针对负荷特性布置专项监测装置，避免不必要的投资；
(4)考虑电压等级渗透特点，选点应考虑不同电压等级分布；
(5)考虑定制电力装置控制需求进行布点。
考虑电能质量监测资源的优化配置，为电能质量分析奠定基础，智能电网监测系统可考虑下述配置方法：
(1)结合负荷或电源特点以及电能质量分析需求，对监测终端进行选择及配置，包括终端性能的选择、测试指标的配置等；
(2)与其他信息系统互联，实现数据共享，避免数据资源浪费；
(3)考虑定制电力装置控制需求配置监测终端。
本系统中的电能质量监测终端采用工业级的ETX(Embedded TechnologyExtended)嵌入式模块化CPU、大规模现场可编程逻辑器件(FPGA)、32位浮点数字信号处理器(DSP)、大规模可编程逻辑器件(CPLD)、具有丰富接口的ARM管理CPU，采用分层分布式并行控制技术，在保证了系统的实时性的基础上，整个系统功能合理分散、结构紧凑、易于扩展。如图2所示，电能质量监测终端包括变送模块、数据采集模块、管理模块、数据处理及分析模块及GPS时间基准模块，其中，数据采集模块由数据采集DSP和双端口ARM连接构成，管理模块由管理DSP模块和双端口RAM构成，数据处理与分析模块由嵌入式ETX、通信接口及显示打印接口连接构成，各智能模块之间采用总线式的接口或差分接口，充分保证了极高的数据吞吐能力，并具有高精度和高可靠性。监测终端在接收GPS同步时钟信号后，形成同步采集控制信号，在同步采集信号的控制下，数据采集模块进行同步采集及预处理，采集数据通过总线分别送到管理模块进行相关算法计算，由数据处理及分析模块进行数据存储、数据分析处理模块进行数据存储、分析、打印及数据远传等处理。
监测终端的主要功能包括：
(1)电能质量参数监测
全面监测电能质量参数，包括电压偏差、频率偏差、谐波(50次)、间谐波、电压电流不平衡度、电压波动与闪变、基波及各次谐波有功、无功功率、功率因数等；谐波电压、电流的幅值及其相位；各次谐波电压的含有率及其电压总畸变率；各次谐波有功、无功功率、功率因数等。
(2)统计功能
统计选择时间段的最大值、最小值及发生时间、平均值、95％概率值等，自动生成各种统计报表。
(3)曲线绘制
数据以波形、频谱、趋势图及报表的形式输出。
根据测试结果自动生成各种曲线和报表。
(4)记录存储功能
具有大容量存储器(≥160G)，所有存储记录至少保存12个月，之后按先进先出的原则循环更新。
(5)录波功能
具备完整的录波功能：电能质量超标录波(电压偏差、频率、不平衡、谐波)、电网暂态扰动录波(电压短时中断、电压跌落、电压骤升)、开关量变位录波、手动试验录波。记录超标发生的准确时间，持续时间和幅度，可依据录波文件做进一步的故障根源分析。每一种启动方式可由用户根据现场实际情况设置为启动或屏蔽。
(6)GPS对时
接收外部GPS接点对时信号，保证了所有监测装置的同步采样，所有记录数据带有绝对时刻时标，使电能质量数据与录波数据和其他数据紧密关联。
(7)远传功能
采用局域网络技术与远程通信网络技术，组网方式灵活，具有工业以太网接口、MODEM接口、RS232、RS485串行口，支持标准的TCP/IP协议，经光纤网络或MODEM拨号，实现数据远传，构成电能质量监测网，实现远程控制调用，网点的扩展不受限制。
(8)通道配置
通道配置灵活：最多可监测3*10相电压或电流，16路开关量输入。所有通道同步采样，保证计算结果的高精度。
(9)参数设置
系统参数设置、修改方便，可当地或远方修改。
如图3所示，本系统中的电能质量监测系统主站采用面向对象的分布式开放式系统体系结构，在系统和底层不同硬件体系、不同操作系统之间建立了一个基于CORBA规范的分布式系统运行和开发中间件软件包，该软件包能够有效地将上层应用和底层系统隔离开，为各种不同的上层应用提供了统一开发和运行的环境，以适应系统对开放性、可扩展性、可移植性、易维护性、可靠性和安全性的要求。电能质量监测系统主站的应用系统和后台资源信息模型之间的数据交互都通过基于分布式软总线的数据交换适配层进行数据操作，这样就从系统体系上完全隔离了基础信息和业务应用。未来的业务扩展和业务变动，只需要按照具体要求调整数据模型或者业务流程，不会导致系统架构的变化，也不会因本业务的功能调整对其他业务功能产生影响。电能质量监测系统主站的数据模型和数据交换都采用符合国际标准的开放式统一架构，可以实现与其他兼容系统之间的无缝互操作，使本系统与其他厂家软件产品之间的协同工作变的简单可行。系统采用面向对象的系统思想和模型驱动的设计方法，全面分析系统资源信息构成，建立完备的变电站资源信息模型：将资源对象的静态信息、空间信息、图形信息等揉和在一起，形成符合国际标准的、完备的、面向对象的可视化信息模型，保证了软件系统和管理思想的先进性和实用性。本系统采用构件化的方法进行软件系统的实现，从而保证软件实现的先进性和实用性。系统选用了高效、先进的开发工具和开发技术，在有限的投资规模下，极大地提高了开发效率和开发质量，并使系统的开发过程可控、高效。电能质量监测系统主站采用实时数据库，直接采用DAIS/HDAIS作为标准的数据访问接口，避免数据访问的接口转换，满足对来自于不同地理分布多个数据源的大量数据进行实时采集、实时存储、实时计算、实时发布的苛刻性能要求。电能质量监测系统主站采用统一的、符合国际国内标准的数据模型和数据通信接口，并在此基础上实现统一配置管理下的全网互联互通和全系统数据共享。系统充分运用面向对象的系统理论，借鉴IEC/CIM标准规范、遵循IEC/CIM设计思想统一规划设计通用信息模型。该模型的设计参考了IEC61970/IEC61968等系列标准，并与上述标准保持一致。系统还提供符合OMG DAF/DAIS/HDAIS标准的通信接口，以方便与其他系统之间的数据共享需求。
电能质量监测系统主站具有以下功能：
(1)数据采集功能模块
系统按照周期性定时数据采集和指令召唤数据采集两种方式采集监测终端的电能质量数据；指令召唤采集方式具有召唤事件数据、实时数据和历史监测数据的功能。
(2)数据存储功能模块
数据存储功能模块能够完整存储在线监测设备上传的数据；能够将数据存储于直接相连的数据库中，遵循就近存储原则。数据存储功能模块的核心是数据库。监测系统的数据库包括实时数据库和历史数据库。实时数据库直接存储在线监测设备上传的数据，若要进行实时数据浏览，可以将数据从中间数据库中调出；中间数据库还完成短时数据分析汇总功能，例如，分析汇总一天的电能质量监测数据。实时数据库中的数据传送到历史数据库中存储，按照监测点、监测区域、不同电压等级等途径将电能质量指标分别存储，以便之后可以进行数据的快速调用。
(3)数据分析查询功能模块
数据分析功能模块可以进行实时数据的分析查询(从数据存储功能模块的实时数据库中调用数据)，分析后的结果存入历史数据库，需要时，也可以进行历史数据的分析查询(从历史数据库中调用数据)。该功能模块实现以下几个功能：数据处理、统计功能、图表显示功能、数据查询功能等。
(4)高级应用模块
对数据存储功能模块中的历史数据库中的数据进行分析，包括：a)根据地理区域的电能质量指标统计情况，绘制电能质量污区图；b)根据历史数据的统计结果和电能质量指标的特征值，进行事件诊断，如：电压暂降事件源。高级应用模块中的每一个功能都是可独立嵌入的，以便以后开发更多高级应用功能。
(5)系统服务功能模块
主要包括以下几个功能：参数设置(可设置电网及负荷基本信息、支持对监测终端的远程参数设置)、信息发布(具有通过web网页形式发布电能质量数据功能)、用户权限管理、系统对时等。
本系统的工作过程为：分布在各个监测点的电能质量监测终端，对电能质量进行持续地监测，并将采集到的数据，通过电力通信网传输给电能质量监测系统主站，电能质量监测系统主站作为数据中心，根据预定的功能完成所有数据的处理、储存和发布，用户根据自身的需要以客户浏览的方式从主站获得相关信息。
需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (5)

1.一种新型智能电网电能质量监测系统，其特征在于：包括电能质量监测系统主站、电能质量监测终端和其他电力信息系统，电能质量监测系统主站、电能质量监测终端和其他电力信息系统通过局域网接入到电力通信网中，电能质量监测终端安装在智能电网的各类负荷及电源的入网点处。
2.根据权利要求1所述的新型智能电网电能质量监测系统，其特征在于：所述的各类负荷及电源的入网点包括传统电源入网点、分布式电源入网点、敏感负荷入网点、污染源负荷入网点和特殊用电需求用户入网点。
3.根据权利要求2所述的新型智能电网电能质量监测系统，其特征在于：所述的分布式电源入网点设置在分布式电源的并网处。
4.根据权利要求3所述的新型智能电网电能质量监测系统，其特征在于：在分布式电源包括风力发电场和光伏发电厂，在风力发电场接入地区内设有电压电压暂降监测仪。
5.根据权利要求1所述的新型智能电网电能质量监测系统，其特征在于：所述的电能质量监测终端包括变送模块、数据采集模块、管理模块、数据处理及分析模块及GPS时间基准模块，变送模块、数据采集模块、管理模块、数据处理及分析模块依次相连接，其连接接口为总线式的接口或差分接口，GPS时间基准模块通过内部总线与管理模块连接在一起，所述的数据采集模块由数据采集DSP和双端口ARM连接构成，管理模块由管理DSP模块和双端口RAM构成，数据处理与分析模块由嵌入式ETX、通信接口及显示打印接口连接构成。
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