CN205404703U - 一种电能质量扰动报警系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电能质量扰动报警系统，包括：用于同步采集电力设备三相模拟信号的信号同步采集器；与所述信号同步采集器相连，用于依据所述三相模拟信号计算电能质量指标，同时俘获并记录所述电能质量指标对应的扰动信号的扰动分析记录仪；与所述扰动分析记录仪相连，用于依据所述扰动信号生成报警信号的报警器。由于设置了扰动分析记录仪，能够有效俘获以及记录扰动信号，同时，报警器依据记录后的扰动信号生成报警信号，在电能质量受到扰动时能够及时报警，有效提醒工作人员及时获得准确的电能质量指标。

Description

一种电能质量扰动报警系统

技术领域

本实用新型涉及电能质量技术领域，更具体地说，涉及一种电能质量扰动报警系统。

背景技术

电能质量(PowerQuality，PQ)即电力系统中电能的质量，从普遍意义上讲就是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量、用电质量。理想的电能应该是完美对称的正弦波。衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。扰动对电能质量的破坏表现在导致用电设备不能正常工作的电压、电流、频率的偏差，其内容包括电压偏差、频率偏差、电磁暂态、供电可靠性、波形失真、谐波、三相不平衡、电压波动和闪变等。

目前，电能质量在受到扰动时，并不能有效对扰动进行报警，因此，如何在电能质量受到扰动时能够及时报警，有效提醒工作人员及时获得准确的电能质量指标的问题，是本领域技术人员急需要解决的问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电能质量扰动报警系统，能够在电能质量受到扰动时能够及时报警，有效提醒工作人员及时获得准确的电能质量指标。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种电能质量扰动报警系统，包括：

用于同步采集电力设备三相模拟信号的信号同步采集器；

与所述信号同步采集器相连，用于依据所述三相模拟信号计算电能质量指标，同时俘获并记录所述电能质量指标对应的扰动信号的扰动分析记录仪；

与所述扰动分析记录仪相连，用于依据所述扰动信号生成报警信号的报警器。

优选地，在上述电能质量扰动报警系统中，还包括：

与所述扰动分析记录仪相连，用于对所述扰动信号以及所述电能质量指标进行数据处理，同时输出所述扰动信号以及所述电能质量指标的报文通信管理器。

优选地，在上述电能质量扰动报警系统中，所述信号同步采集器包括：

用于依据当前模拟量工频信号频率计算模拟量采样频率，并依据所述模拟量采样频率生成三相同步采样控制信号的FPGA芯片；

与所述FPGA芯片相连，用于依据所述三相同步采样控制信号分别同时对三相模拟信号进行采集，并将所述三相模拟信号转换为离散的采样值，还用于将所述采样值传输至所述FPGA芯片的A/D芯片；

GPS同步IRIG-B时间码发生器，与所述A/D芯片相连，用于将GPS卫星时钟发送的IRIG-B时间码解码成时标信息，并将所述时标信息与所述采样值进行绑定，生成各个终端时基统一的时标采样值的GPS同步IRIG-B时间码发生器。

优选地，在上述电能质量扰动报警系统中，所述扰动分析记录仪包括：

与所述FPGA芯片相连，用于针对所述采样值进行频谱分析，得到电能质量指标，同时对所述采样值进行畸变判别以及扰动性质判别，俘获与所述电能质量指标对应的扰动信号的DSP处理器；

与所述DSP处理器相连，用于存储所述电能质量指标以及记录与所述电能质量指标对应的扰动信号的存储器。

优选地，在上述电能质量扰动报警系统中，所述报文通信管理器包括：

用于对所述扰动信号以及所述电能质量指标进行数据处理的ARM处理器；

与所述ARM处理器相连，用于输出所述扰动信号以及所述电能质量指标的3G无线模块。

优选地，在上述电能质量指标扰动报警系统中，所述报文通信管理器还包括与所述ARM处理器相连的指示灯。

优选地，在上述电能质量指标扰动报警系统中，所述报文通信管理器还包括：

与所述ARM处理器相连，用于显示所述电能质量指标以及所述扰动信号的显示器。

优选地，在上述电能质量扰动报警系统中，所述显示器为触摸屏。

优选地，在上述电能质量扰动报警系统中，所述报警器为声光报警器。

从上述技术方案可以看出，本实用新型所提供的一种电能质量扰动报警系统，包括：用于同步采集电力设备三相模拟信号的信号同步采集器；与所述信号同步采集器相连，用于依据所述三相模拟信号计算电能质量指标，同时俘获并记录所述电能质量指标对应的扰动信号的扰动分析记录仪；与所述扰动分析记录仪相连，用于依据所述扰动信号生成报警信号的报警器。由于设置了扰动分析记录仪，能够有效俘获以及记录扰动信号，同时，报警器依据记录后的扰动信号生成报警信号，在电能质量受到扰动时能够及时报警，有效提醒工作人员及时获得准确的电能质量指标。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种电能质量扰动报警系统示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种电能质量扰动报警系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1和图2，图1为本实用新型实施例提供的一种电能质量扰动报警系统示意图；图2为本实用新型实施例提供的另一种电能质量扰动报警系统示意图。

在一种具体的实施方式中，提供了一种电能质量扰动报警系统，包括：用于同步采集电力设备三相模拟信号的信号同步采集器101；与所述信号同步采集器101相连，用于依据所述三相模拟信号计算电能质量指标，同时俘获并记录所述电能质量指标对应的扰动信号的扰动分析记录仪102；与所述扰动分析记录仪102相连，用于依据所述扰动信号生成报警信号的报警器103。

具体的，信号同步采集器101依据当前模拟量工频信号频率计算模拟量采样频率，依据所述模拟量采样频率生成三相同步采样控制信号，依据所述三相同步采样控制信号分别同时对三相模拟信号进行采集，并将所述三相模拟信号转换为离散的采样值。其中，电力系统的电力设备输出三相模拟信号具体指三相电流和三相电压，三相电流具体包括了A相电流、B相电流以及C相电流，三相电压具体包括了A相电压、B相电压以及C相电压，三相模拟信号以一定的模拟量工频信号频率输出。首先，需要对模拟量工频信号频率进行测量和跟踪，本实施例中，采用锁相环技术进行频率跟踪，产生同步于电力设备的模拟量工频信号频率的采样脉冲，对电力设备的三相模拟信号进行整周期同步等间隔采样，即实时跟踪模拟量工频信号频率的变换改变模拟量采样频率，具体为每N次采样后，计算一次基波实时频率，实现跟踪采集，目的是避免测量误差和频谱泄露。同时，提高了跟踪当前模拟量工频信号频率的跟踪频率速度以及精度。此外，在本实施例中，采用多通道采样不仅能够加快采集速度，还能够避免同一通道采集数据的错误率。在三相同步采样控制信号的控制下对三相模拟信号进行同步采集，提高了数据采集的同步性，为三相模拟信号的序分量精确计算提供了前提，进而提高了电能质量指标的准确率。

扰动分析记录仪102与所述信号同步采集器101相连，用于依据所述三相模拟信号计算电能质量指标，同时俘获并记录所述电能质量指标对应的扰动信号。本实施例中，扰动分析记录仪102一方面针对采样值进行频谱分析，实时基波频率计算、并以此为频率基础进行各通道的真有效值计算、并以此为频率基础采用复数FFT进行各通道电能质量特征参数如各次谐波幅值、相位计算，基波线电压、有功功率、无功功率，功率因数等的计算，作为计算电能质量指标的数据基础，最终计算电能质量指标如正序、负序以及零序电压或者电流、三项电压或电流的不平衡度、电压偏差、频率偏差、电压波动和闪变等。另一方面，对所述采样值进行畸变判别以及扰动性质判别，并记录与电能质量指标对应的畸变波形数据以及扰动事件波形数据，具体的采用突变量启动算法对各通道中采集的采样值进行畸变判别，实现暂态扰动检测，同时启动录波，根据不同扰动事件采用不同的分辨率数据以及录波长度，大大缩小了录波记录文件的大小，由于现有技术中长期启动录波保存大量无畸变无扰动的正常数据，在大量数据中寻找畸变波形数据或者扰动事件波形数据浪费存储空间和传输带宽，采用实时突变量算法，提高了畸变波形数据以及扰动事件波形数据的提取准确度。

报警器103依据记录后的扰动信号生成报警信号，及时对受到扰动的电能质量指标进行报警，有效提醒工作人员及时获得准确的电能质量指标。

在另一种实施方式中，在上述电能质量扰动报警系统基础上，还包括：与所述扰动分析记录仪102相连，用于对所述扰动信号以及所述电能质量指标进行数据处理，同时输出所述扰动信号以及所述电能质量指标的报文通信管理器。报文通信管理器将电能质量指标以波形、频谱、趋势图及报表的形式输出，同时输出扰动信号，便于技术人员对扰动信号以及电能质量指标进行查看以及判别，同时为报警器的报警提供了有效的证据。

进一步的，在上述电能质量扰动报警系统中，所述信号同步采集器101包括：用于依据当前模拟量工频信号频率计算模拟量采样频率，并依据所述模拟量采样频率生成三相同步采样控制信号的FPGA芯片；与所述FPGA芯片相连，用于依据所述三相同步采样控制信号分别同时对三相模拟信号进行采集，并将所述三相模拟信号转换为离散的采样值的A/D芯片；与所述A/D芯片相连，用于将GPS卫星时钟发送的IRIG-B时间码解码成时标信息，并将所述时标信息与所述采样值进行绑定，生成各个终端时基统一的时标采样值的GPS同步IRIG-B时间码发生器。

FPGA芯片采用FPGA芯片EP4CE10E22I7N，由施密特触发器、高速光耦和锁相倍频电路组成，锁相倍频电路实时跟踪模拟量工频信号频率的变换改变模拟量采样频率，只需要模拟量采样频率恰好等于当前模拟量工频信号频率的整数倍，实现跟踪采集，避免频谱泄露的问题。同时，FPGA芯片依据所述模拟量采样频率生成三相同步采样控制信号，由于配电网中输出三相电流和三相电压，三相电流具体包括了A相电流、B相电流以及C相电流，三相电压具体包括了A相电压、B相电压以及C相电压，三相同步采样控制信号具体是指A相电流、B相电流以及C相电流同时同步采集，或者A相电压、B相电压以及C相电压同时同步采集。因此，FPGA芯片实现了上述两个方面的同步，FPGA芯片为电能质量指标的精确计算以及系统性分析畸变判别和扰动性质判别提供了准确的数据分析基础。A/D芯片依据所述三相同步采样控制信号分别同时对三相模拟信号进行采集时，三相电流和三相电压分别通过不同的通道被A/D芯片采集，提高了数据采集速度。GPS同步IRIG-B时间码发生器保证了所有监测点的同步采样，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。时标信息与采样值进行绑定为电能质量指标的精确计算以及系统性分析畸变判别和扰动性质判别提供了统一的时间基准。

进一步的，在上述电能质量扰动报警系统中，所述扰动分析记录仪102包括：DSP处理器芯片，与所述FPGA芯片相连，用于针对所述采样值进行频谱分析，得到电能质量指标，同时对所述采样值进行畸变判别以及扰动性质判别，俘获与所述电能质量指标对应的扰动信号；存储器，与所述DSP处理器相连，用于存储所述电能质量指标以及记录与所述电能质量指标对应的扰动信号。

FPGA芯片通过双口RAM以DMA的方式与DSP处理器芯片进行数据交互。DSP处理器芯片采用芯片ADSP_21489KSWZ。一方面，DSP处理器芯片用于对所述时标采样值进行畸变判别以及扰动性质判别，并记录时标采样值的畸变波形数据以及扰动事件波形数据，采用突变量启动算法对各通道中采集的时标采样值进行畸变判别，实现暂态扰动检测。扰动检测中，从电能质量扰动的特征可以将电能质量分为稳态电能质量与动态电能质量，其中稳态电能质量以波形畸变且持续时间通常超过一分钟为主要特征，主要是指传统的电能质量，包括谐波、三相不平衡、欠电压、过电压、频率偏差等，动态电能质量则通常是以暂态持续时间为特征，通常持续时间很短，分为脉冲暂态和振荡暂态。主要有电压暂升、电压暂降、闪变、脉冲、振荡等。在进行畸变判别以及扰动性质判别的同时启动录波，根据不同扰动事件采用不同的分辨率数据以及录波长度，大大缩小了录波记录文件的大小，由于现有技术中长期启动录波保存大量无畸变无扰动的正常数据，在大量数据中寻找畸变波形数据或者扰动事件波形数据浪费存储空间和传输带宽，DSP处理器芯片减小了内存，加快了畸变波形数据以及扰动事件波形数据的提取速度。另一方面，DSP处理器芯片用于针对所述时标采样值进行频谱分析，得到电能质量特征参数，作为后续计算电能质量指标的数据基础。电能质量特征参数的具体计算过程为：实时依据基波频率计算电能质量精确计算各通道的均方根有效值、复数FFT及S变换模矩阵，进行实时频谱分析得出各次谐波幅值、相位、基波线电压、有功无功功率以及功率因数。

存储器包括但不限于SD卡存储器，SD卡存储器能够存储大量的电能质量指标，以及畸变波形数据以及扰动事件波形数据等，当然，存储器还可以为其它类型的存储器，例如，半导体存储器、磁表面存储器等，均在保护范围内。

进一步的，在上述电能质量扰动报警系统中，所述报文通信管理器包括：用于依据所述扰动信号对所述电能质量指标进行数据处理的ARM处理器；与所述ARM处理器相连，用于输出所述扰动信号以及所述电能质量指标的3G无线模块。ARM处理器104采用ARM9芯片i.MX287，完成电能质量指标完成电能质量指标越限次数、越限率等的计算，3G无线模块完成了电能质量指标扰动报警系统通信及远程无线通信功能。

进一步的，在上述电能质量扰动报警系统中，为了便于技术人员查询电能质量指标以及扰动信号，所述报文通信管理器还包括：与所述ARM处理器相连，用于显示所述电能质量指标以及所述扰动信号的显示器。

进一步的，在上述电能质量扰动报警系统中，所述显示器优选为触摸屏。当然，显示器还可以为LED显示屏或者液晶显示屏(LCD)等，均在保护范围之内。

进一步的，在上述电能质量扰动报警系统中，所述报警器103为声光报警器103。声光报警器103包括指示灯和鸣笛装置，指示灯闪亮同时鸣笛，提醒技术人员电力设备的电能质量指标发生扰动，提醒工作人员及时获得准确的电能质量指标。

综上所述，本实用新型提供的一种电能质量扰动报警系统，由于设置了扰动分析记录仪，能够有效俘获以及记录扰动信号，同时，报警器依据记录后的扰动信号生成报警信号，及时对受到扰动的电能质量指标进行报警，有效提醒工作人员及时获得准确的电能质量指标。

本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。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种电能质量扰动报警系统，其特征在于，包括：

用于同步采集电力设备三相模拟信号的信号同步采集器；

与所述信号同步采集器相连，用于依据所述三相模拟信号计算电能质量指标，同时俘获并记录所述电能质量指标对应的扰动信号的扰动分析记录仪；

与所述扰动分析记录仪相连，用于依据所述扰动信号生成报警信号的报警器。

2.如权利要求1所述的电能质量扰动报警系统，其特征在于，还包括：

与所述扰动分析记录仪相连，用于对所述扰动信号以及所述电能质量指标进行数据处理，同时输出所述扰动信号以及所述电能质量指标的报文通信管理器。

3.如权利要求2所述的电能质量扰动报警系统，其特征在于，所述信号同步采集器包括：

用于依据当前模拟量工频信号频率计算模拟量采样频率，并依据所述模拟量采样频率生成三相同步采样控制信号的FPGA芯片；

与所述FPGA芯片相连，用于依据所述三相同步采样控制信号分别同时对三相模拟信号进行采集，并将所述三相模拟信号转换为离散的采样值，还用于将所述采样值传输至所述FPGA芯片的A/D芯片；

与所述FPGA芯片相连，用于将GPS卫星时钟发送的IRIG-B时间码解码成时标信息，并将所述时标信息与所述采样值进行绑定，生成各个终端时基统一的时标采样值的GPS同步IRIG-B时间码发生器。

4.如权利要求3所述的电能质量扰动报警系统，其特征在于，所述扰动分析记录仪包括：

与所述FPGA芯片相连，用于针对所述采样值进行频谱分析，得到电能质量指标，同时对所述采样值进行畸变判别以及扰动性质判别，俘获与所述电能质量指标对应的扰动信号的DSP处理器；

与所述DSP处理器相连，用于存储所述电能质量指标以及记录与所述电能质量指标对应的扰动信号的存储器。

5.如权利要求4所述的电能质量扰动报警系统，其特征在于，所述报文通信管理器包括：

用于对所述扰动信号以及所述电能质量指标进行数据处理的ARM处理器；

与所述ARM处理器相连，用于输出所述扰动信号以及所述电能质量指标的3G无线模块。

6.如权利要求5所述的电能质量扰动报警系统，其特征在于，所述报文通信管理器还包括与所述ARM处理器相连的指示灯。

7.如权利要求6所述的电能质量扰动报警系统，其特征在于，所述报文通信管理器还包括：

与所述ARM处理器相连，用于显示所述电能质量指标以及所述扰动信号的显示器。

8.如权利要求7所述的电能质量扰动报警系统，其特征在于，所述显示器为触摸屏。

9.如权利要求1至8任一项所述的电能质量扰动报警系统，其特征在于，所述报警器为声光报警器。