CN215641536U - 海上风电场电能质量在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种海上风电场电能质量在线监测装置，包括，用于采集线路开关量的开入开出板；用于采集海上风电场交流电压电流信号的若干块交流板；用于获取电能质量参数和录波启动参数的中央处理器板；用于显示所述电能质量参数的面板；以及，母线板；所述开入开出板、交流板、中央处理器板和面板均与母线板连接。本实用新型具有多监测通道，能对一些长期性电能质量参数进行监测，同时具备电能质量监测和故障录波的功能，提高电能质量监测的可靠性，并且降低了设备制造成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及海上风电场监测技术领域，特别涉及海上风电场电能质量在线监测装置。
背景技术
目前，我国正大力发展风电事业来缓解紧张的能源供应形势，大规模风电场的输电与并网安全问题已成为风电发展和研究的热点方向。风电场电能质量的在线监测是保证电力系统安全稳定运行和电能质量水平的关键，但目前的研究主要针对陆上风电场，相对于陆上风电而言我国海上风电的研究工作明显滞后，海上风电并网的影响、远程集群控制等还处于研发初级阶段。
海上风电场常受到恶劣的自然环境、复杂的地理位置和困难的交通运输等方面的影响，面对复杂特殊的海况和气候环境，我国尚缺乏成熟的海上风电场设计和电力监测技术，同时海上风电开发规模大、布局集中，考虑到海上风电的特殊性，其大规模接入电网，将对电网的无功电压调节、暂态稳定控制、电能质量等方面带来巨大挑战。与陆上风电场相比，海上风电场风速大、静风期少，且风速的变化幅度也较大，风速的变化可能会影响电网的电能质量，比如电网谐波、闪变、频率等，而这些都是衡量电能质量稳定性的因素。
目前市场上已经存在一些海上风电场电能质量监测方面的设备或仪表，常用的有便携式电能质量分析仪和固定式电能质量在线监测装置。其中，便携式电能质量分析仪存在监测通道少，对一些长期性电能质量指标不便进行监测的问题。固定式电能质量在线监测装置只能测量电能质量指标，不支持录波功能，录波功能在电力系统发生故障时分析故障前后的电压、电流波形，便于故障分析，从而能快速处理故障，也显得十分必要。现有的相互独立的电能质量监测装置和故障录波装置分别采用独立的电源和数据存储设备等，制造的成本较大。随着海上风电电能的普及海上风电电能质量问题愈加突出，有必要设计一种适合海上风电场的电能质量在线监测装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种海上风电场电能质量在线监测装置，具有多监测通道，能对一些长期性电能质量参数进行监测，同时具备电能质量监测和故障录波的功能，提高海上风电场电能质量监测的可靠性，并且降低了设备制造成本。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
本实用新型提供海上风电场电能质量在线监测装置，包括：
用于采集线路开关量的开入开出板；
用于采集海上风电场交流电压电流信号的若干块交流板；
用于获取电能质量参数和录波启动参数的中央处理器板；
用于显示所述电能质量参数的面板；
以及，
母线板；
所述开入开出板、交流板、中央处理器板和面板均与母线板连接。
进一步的，所述开入开出板包括端子排一、端子排二、开入光耦、开出光耦、继电器驱动模块、继电器和第一可编程逻辑器件；
所述端子排一和端子排二安装于监测线路开关位置；
所述端子排一与开入光耦连接，所述开入光耦与所述第一可编程逻辑器件连接，所述第一可编程逻辑器件与所述母线板连接；
所述端子排二依次连接继电器，继电器驱动模块，开出光耦和可编程逻辑器件；
所述第一可编程逻辑器件用于从开入光耦获取线路开入量发送至母线板，以及用于从母线板获取开出信号发送至开出光耦。
进一步的，所述交流板包括依次相连的信号采集模块、模数转换芯片、AD采样芯片和第二可编程逻辑器件，所述第二可编程逻辑器件与母线板连接；
所述信号采集模块包括电压传感器和电流传感器，所述电压传感器用于采集被测线路的三相电压；所述电流传感器用于采集被测线路的三相电流；每一相均配置一个电压传感器和电流传感器；
所述模数转换芯片用于将三相电压和电流信号转换为数字信号；
所述AD采样芯片用于根据采样同步脉冲对数字信号进行同步采样；
所述第二可编程逻辑器件采用FPGA，所述第二可编程逻辑器件用于从母线板获取中央处理器板发送的采样同步脉冲发送至AD采样芯片，以及用于从AD采样芯片读取采样的数字信号存储到自身的双口RAM中。
进一步的，所述中央处理器板包括第一控制处理模块，第二控制处理模块，第一存储模块和第二存储模块；
所述第一控制处理模块采用FPGA，所述第一控制处理模块用于从母线板获取电压电流数字信号和线路开关量信号；
所述第一存储模块采用双口RAM，所述第一存储模块用于存储电压电流数字信号和线路开关量信号；
所述第二控制处理模块采用ARM处理器，所述第二控制处理模块用于读取第一存储模块中存储的电压电流数字信号和线路开关量信号，计算电能质量参数和录波启动参数，以及，根据所述录波启动参数启动录波；
所述第二存储模块采用SD CARD，所述第二存储模块用于存储电能质量参数和录波启动参数。
进一步的，所述FPGA采用芯片EP4CE22，所述ARM处理器采用芯片STM32F746ZGT6。
进一步的，所述中央处理器板还包括以太网接口模块和RS485接口模块，用于与外界通信。
进一步的，所述以太网接口模块包括2个以太网控制芯片AX88796B和2个RJ45网口。
进一步的，所述面板包括液晶模块、按键模块和LED模块；
所述液晶模块、按键模块和LED模块均与母线板连接；
所述液晶模块为液晶显示屏，用于显示电能质量参数；
所述按键模块为键盘；
所述LED模块为LED灯，用于指示监测装置电源和运行状态。
本实用新型具有多监测通道，能对一些长期性电能质量参数进行监测，同时具备电能质量监测和故障录波的功能，提高电能质量监测的可靠性，并且降低了设备制造成本。
附图说明
图1是本实用新型提供的海上风电场电能质量在线监测装置的结构示意图；
图2是本实用新型提供的海上风电场电能质量在线监测装置的交流板的一个实施例的结构示意图；
图3是本实用新型提供的海上风电场电能质量在线监测装置的中央处理器板的一个实施例的结构示意图；
图4是本实用新型提供的海上风电场电能质量在线监测装置的开入开出板的一个实施例的结构示意图。
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作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。
参见图1，本实用新型实施例提供一种海上风电场电能质量在线监测装置，包括开入开出板（以下称BIO板）、N块交流板（以下称AC板）、中央处理器板（以下称CPU板）、母线板和面板（以下称MMI板），所述BIO板、N块AC板、CPU板和MMI板均连接至母线板。
N块AC板用于采集海上风电场交流电压电流信号，并将采集到的电信号转换为数字信号后发送至母线板。
BIO板用于采集开入量信号，并将采集到的开入量信号发送至母线板，并执行来自母线板的开出信号。
CPU板用于从母线板获取所述电流电压数字信号和所述开入量信号，发送开出信号至母线板；并对所述数字信号和所述开入量信号进行分析计算得出电能质量参数和录波启动参数，并根据所述录波启动参数启动录波及将电能质量参数发送至母线板，同时CPU板上的通信口负责与外界进行数据交互。
MMI板用于从母线板获取所述电能质量参数，并对所述电能质量参数进行液晶显示，并通过LED灯反应装置相关状态。
参见图2，交流板包括依次相连的信号采集模块、模数转换芯片、AD采样芯片和可编程逻辑器件，可编程逻辑器件连接至母线板。
具体的，信号采集模块用于采集海上风电场电网的电压电流信号，并将采集到的电信号发送给模数转换芯片。
模数转换芯片用于采集的电信号转换为数字信号。
AD采样芯片用于根据采样同步脉冲对数字信号进行同步采样。
可编程逻辑器件用于从母线板获取CPU板发送的采样同步脉冲，并将其发送至AD采样芯片，以及从AD采样芯片读取采样的数字信号存储到自身的双口RAM中。
进一步地，可编程逻辑器件采用FPGA。
进一步地，信号采集模块包括用于采集电网电压信号的6个电压互感器和用于采集电网电流信号的6个电流互感器。
需要说明的是，6个电压互感器和6个电流互感器分别采集两组电压的A、B、C三相，以及两组电流的A、B、C三相，被测电压和被测电流分别经电压互感器和电流互感器转化为小电压信号后，再经模数转换芯片处理后发送至AD采样芯片。
进一步地，FPGA通过母线板获取CPU板发送的采样同步脉冲，经D触发器滤除毛刺，发送给AD采样芯片进行同步采样。
进一步地，当FPGA监测到AD采样芯片状态转为空闲，立刻将采样的数字信号从AD采样芯片中读出，存储到自身的双口RAM中，并通过母线板向CPU板发送读取信号，提醒CPU板及时将所述数字信号读走。
参见图4，BIO板包括端子排一、端子排二、开入光耦、开出光耦、继电器驱动模块、继电器和可编程逻辑器件。
端子排一和端子排二安装于监测线路开关位置，端子排一与开入光耦连接，开入光耦与所述可编程逻辑器件连接，可编程逻辑器件与母线板连接；
端子排二依次连接继电器，继电器驱动模块，开出光耦和可编程逻辑器件。
需要说明的是，BIO板主要用于采集线路开关量，比如监测线路开关的分合闸位置信息，开出量主要用于输出装置告警、故障等节点。
参见图3，CPU板包括第一控制处理模块，第二控制处理模块，第一存储模块和第二存储模块。
第一控制处理模块与第一存储模块连接，第二控制处理模块与第二存储模块连接。
第一控制处理模块用于从母线板获取数字信号和开入量信号，并将其存储在第一存储模块中。第二控制处理模块用于读取第一存储模块中存储的数字信号和开入量信号，并对所述数字信号和所述开入量信号进行分析计算得出电能质量参数和录波启动参数，并根据所述录波启动参数启动录波，并将录波数据和电能质量参数存储至第二存储模块。需要说明的是，根据电压电流数字信号和开入量信号计算电能质量参数和录波启动参数属于本技术领域的公知技术，不属于本实用新型的保护范畴，本实用新型只需预先在第二控制处理模块中集成计算电能质量参数和录波启动参数的程序即可实现。
进一步地，CPU板还包括与外部通信连接的以太网接口模块和RS485接口模块。
优选的，以太网接口模块包括2个以太网控制芯片AX88796B和2个RJ45网口用于与外界通信。
进一步地，第一控制处理模块采用FPGA，第二控制处理模块采用ARM处理器，第一存储模块采用双口RAM，第二存储模块采用SD CARD。
参见图3，本实施例中FPGA可以采用芯片EP4CE22，ARM处理器可以采用芯片STM32F746ZGT6。
MMI板包括液晶模块、按键模块和LED模块，所述液晶模块、按键模块和LED模块连接至母线板。其中，液晶模块用于从母线版获取电能质量参数并显示；LED模块主要用于指示装置电源、运行状态、告警和故障等信息。
具体实施时：
N块AC板采集海上风电场电网的电信号，并将采集到的电信号转换为数字信号后发送至母线板；BIO板采集开入量信号，并将采集到的开入量信号发送至母线板，N块AC板和BIO板构成多监测通道，解决了检测通道少的问题，能对一些长期性电能质量参数进行监测，提高了电能质量监测的可靠性；CPU板从母线板获取数字信号和开入量信号，发送开出信号至开入开出板；并对数字信号和开入量信号进行分析计算得出电能质量参数和录波启动参数，并根据录波启动参数启动录波及将电能质量参数发送至母线板；同时CPU板上的通信口负责与外界进行数据交互；通过按键操作MMI板从背板获取所述电能质量参数，并对所述电能质量参数进行液晶显示，并通过LED灯反应装置相关状态。同时具备电能质量监测和故障录波的功能，可在海上风电场电力系统发生故障时，自动地、准确地记录故障前后过程的各种电气量的变化情况。
需要说明的是，电能质量参数包括但不限于电压、频率、三相不平衡度、电压波动、闪变、谐波及谐波功率等。
本实用新型提供的海上风电场电能质量在线监测装置，开入开出板用于采集开入量信号至母线板，并接受来自母线板的信号至开出出口；N块交流板用于采集海上风电场交流电压电流信号,并将采集到的电信号转换为数字信号后发送至母线板；N块交流板和开入开出板构成的多监测通道，能对一些长期性电能质量参数进行监测，提高了电能质量监测的可靠性；中央处理器板从母线板获取数字信号和开入量信号，对数字信号和开入量信号进行分析计算得出电能质量参数和录波启动参数，并根据录波启动参数启动录波及将电能质量参数、开出信息发送至母线板，并通负责与外部系统的通信；面板用于人机交互，获取按键操作信息，从母线板获取电能质量参数，并对电能质量参数进行显示。同时具备电能质量监测和故障录波的功能，提高电能质量监测的可靠性，并且降低了设备制造成本。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.海上风电场电能质量在线监测装置，其特征在于，包括：
用于采集线路开关量的开入开出板；
用于采集海上风电场交流电压电流信号的若干块交流板；
用于获取电能质量参数和录波启动参数的中央处理器板；
用于显示所述电能质量参数的面板；
以及，
母线板；
所述开入开出板、交流板、中央处理器板和面板均与母线板连接。
2.根据权利要求1所述的海上风电场电能质量在线监测装置，其特征在于，所述开入开出板包括端子排一、端子排二、开入光耦、开出光耦、继电器驱动模块、继电器和第一可编程逻辑器件；
所述端子排一和端子排二安装于监测线路开关位置；
所述端子排一与开入光耦连接，所述开入光耦与所述第一可编程逻辑器件连接，所述第一可编程逻辑器件与所述母线板连接；
所述端子排二依次连接继电器，继电器驱动模块，开出光耦和可编程逻辑器件；
所述第一可编程逻辑器件用于从开入光耦获取线路开入量发送至母线板，以及用于从母线板获取开出信号发送至开出光耦。
3.根据权利要求1所述的海上风电场电能质量在线监测装置，其特征在于，所述交流板包括依次相连的信号采集模块、模数转换芯片、AD采样芯片和第二可编程逻辑器件，所述第二可编程逻辑器件与母线板连接；
所述信号采集模块包括电压传感器和电流传感器，所述电压传感器用于采集被测线路的三相电压；所述电流传感器用于采集被测线路的三相电流；每一相均配置一个电压传感器和电流传感器；
所述模数转换芯片用于将三相电压和电流信号转换为数字信号；
所述AD采样芯片用于根据采样同步脉冲对数字信号进行同步采样；
所述第二可编程逻辑器件采用FPGA，所述第二可编程逻辑器件用于从母线板获取中央处理器板发送的采样同步脉冲发送至AD采样芯片，以及用于从AD采样芯片读取采样的数字信号存储到自身的双口RAM中。
4.根据权利要求1所述的海上风电场电能质量在线监测装置，其特征在于，所述中央处理器板包括第一控制处理模块，第二控制处理模块，第一存储模块和第二存储模块；
所述第一控制处理模块采用FPGA，所述第一控制处理模块用于从母线板获取电压电流数字信号和线路开关量信号；
所述第一存储模块采用双口RAM，所述第一存储模块用于存储电压电流数字信号和线路开关量信号；
所述第二控制处理模块采用ARM处理器，所述第二控制处理模块用于读取第一存储模块中存储的电压电流数字信号和线路开关量信号，计算电能质量参数和录波启动参数，以及，根据所述录波启动参数启动录波；
所述第二存储模块采用SD CARD，所述第二存储模块用于存储电能质量参数和录波启动参数。
5.根据权利要求4所述的海上风电场电能质量在线监测装置，其特征在于，所述FPGA采用芯片EP4CE22，所述ARM处理器采用芯片STM32F746ZGT6。
6.根据权利要求4所述的海上风电场电能质量在线监测装置，其特征在于，所述中央处理器板还包括以太网接口模块和RS485接口模块，用于与外界通信。
7.根据权利要求6所述的海上风电场电能质量在线监测装置，其特征在于，所述以太网接口模块包括2个以太网控制芯片AX88796B和2个RJ45网口。
8.根据权利要求1所述的海上风电场电能质量在线监测装置，其特征在于，所述面板包括液晶模块、按键模块和LED模块；
所述液晶模块、按键模块和LED模块均与母线板连接；
所述液晶模块为液晶显示屏，用于显示电能质量参数；
所述按键模块为键盘；
所述LED模块为LED灯，用于指示监测装置电源和运行状态。
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| CN202120380049.XU CN215641536U (zh) | 2021-02-19 | 2021-02-19 | 海上风电场电能质量在线监测装置 |
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