CN220553847U - 一种基于北斗的配电网故障自愈装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及配电网故障自愈技术领域，公开一种基于北斗的配电网故障自愈装置，包括：数据处理单元，被配置为与数据存储模块通信连接；北斗授时模块，与所述数据处理单元通信连接，被配置为通过时钟同步功能，向所述数据处理单元发送电力系统同步时钟采样脉冲信号，使数据处理单元通过DFT正交系数变换，得到相量信号，通过FIR滤波器，获得基波相量，并将基波相量存储到所述数据存储模块；在使用过程中，所述数据处理单元根据存储在所述数据存储模块中的基波相量和电压电流信号的特征分量，实时获取配电网的动态变化，确定所测量节点的运行状况，以在故障发生时采取紧急处理措施。
Description
技术领域
本申请涉及配电网故障自愈技术领域，例如涉及一种基于北斗的配电网故障自愈装置。
背景技术
目前，智能配电网是实现新能源分散消纳、与用户互动的重要载体，可观和可控性是维持配电网可靠运行的重要条件之一。随着我国大量工业及家用电器的投入使用，配电网呈现出规模大和结构复杂的特点，而主动配电网的实现及分布式电源并入配电网，使得配电网络结构及电网运行过程的动态行为复杂度越来越高。所以，实时的对配电网运行趋势进行预测、判断电网运行异常，以能够根据检测结果采取有效措施和降低电网的故障率成为电力系统控制领域不可或缺的一部分。
在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：
配电网中，精确故障定位技术的发展面临着许多挑战，包括：
1）线路结构形式复杂；
2）线路参数不对称情况普遍，且参数误差大；
3）量测系统不完善，互感器精度低，缺乏支撑精确故障定位技术的时钟同步机制；
4）配电自动化系统普及率低，通信条件较差，缺乏适用于配电网的数据同步技术；
5）含分布式电源及电力电子装置的中压配电网故障暂态过程波形复杂，次/超同步振荡问题日益明显，某些传统的故障分析定位手段不能适应有源配电网的要求。
实用新型内容
为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。
本公开实施例提供一种用于基于北斗的配电网故障自愈装置，通过北斗技术中的授时功能，为装置提供同步时钟采样脉冲信号，通过数据处理单元处理得到电压、电流的幅值、频率、相位等信息，利用配置的APP计算分析得出电网运行状况及故障情况，并进行故障恢复控制。
在一些实施例中，所述基于北斗的配电网故障自愈装置，其特征在于，包括
数据处理单元，与数据存储模块通信连接，数据处理单元包括由微处理器MPU、滤波器、模数转换电路构成的硬件平台；
所述数据存储模块，采用工业级NAND flash芯片并配有并行接口，用于代码和数据存储；
北斗授时模块，与所述数据处理单元通信连接，被配置为通过时钟同步功能，向所述数据处理单元发送电力系统同步时钟采样脉冲信号，使数据处理单元通过DFT正交系数变换，得到相量信号，通过FIR滤波器，获得基波相量，并将基波相量存储到所述数据存储模块；
主控单元，被配置为通过I/O接口与接口模块通信连接，通过本地总线Local Bus或串口与其他模块通信连接以进行数据传输；
在使用过程中，所述数据处理单元根据存储在所述数据存储模块中的基波相量和电压电流信号的特征分量，实时获取配电网的动态变化，确定所测量节点的运行状况，以在故障发生时采取紧急处理措施。
可选地，所述北斗授时模块，具体被配置为：
接收北斗卫星信号，自主同步产生授时信号，时延自动补偿，自动测量同步，驯服本地晶振产生10MHz稳定度的时钟信号；或者，在无同步信号输入时，北斗授时模块自主守时，可输出串行时钟信号。
可选地，所述接口模块引入接口融合技术，增加USB的接口对相应的通信业务接口进行拓展，并配备如RS485、RS232、CAN、HPLC、LoRa、以太网的转换接口，满足多种通信业务的接口接入。
可选地，所述配电网故障自愈装置，还包括：
电源模块，被配置为通过交流220V电源供电，同时使用两块12V蓄电池串联作为备用电源。
可选地，所述电源模块，包括电源转换芯片和控制电路，用于将交流电转换为直流电，再将直流电通过转换为各级稳定电压以进行供电。
可选地，所述配电网故障自愈装置，还包括：
远程通信模块，被配置为采用北斗短报文与4G/5G及电力线载波相结合方式，实现与主站间的数据通信。
可选地，所述配电网故障自愈装置，还包括：
安全模块，被配置为支持多种国密算法，以对通信数据进行完整性保护和校验。
可选地，所述数据处理单元，包括由操作系统、容器、应用软件系统组成的具备边缘计算能力的软件平台，包括配电网故障定位和故障分析计算模式。
本公开实施例提供的用于基于北斗的配电网故障自愈装置，可以实现以下技术效果：
本申请通过利用北斗授时系统，为相量测量提供了精确的时钟信号，结合实时采集线路的电压电流信息，计算出电压电流的实时频率、相角，通过实时配电网的功角变化，诊断所测量节点的运行状况，实时掌握配电网的动态变化，并通过测量结果及内置APP控制配电网，可在故障发生时快速采取紧急处理措施，实现快速故障恢复控制，提升供电可靠性，实现配电网的快速、实时的测量与保护。
以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：
图1是本公开实施例提供的一个基于北斗的配电网故障自愈装置的结构示意图；
图2是本公开实施例提供的一个基于北斗的配电网故障自愈装置的软件架构图；
图3是本公开实施例提供的一个基于北斗的配电网故障自愈装置的工作流程图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。
本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
本公开实施例中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本公开实施例及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本公开实施例中的具体含义。
另外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开实施例中的具体含义。
除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。
术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
结合图1所示，本公开实施例提供一种基于北斗的配电网故障自愈装置，通过北斗授时系统提供精准同步时钟信号进行同步相量测量，得到精准的频率、相角以及幅值，实时掌握配电网的动态变化，并通过测量结果及内置APP控制配电网，实现配电网的快速、实时的测量与保护，其中，所述基于北斗的配电网故障自愈装置，主要由主控单元、北斗模块、数据处理单元、远程通信模块、接口模块、安全模块、电源模块、数据存储模块组成。
具体而言，数据处理单元，与数据存储模块通信连接，数据处理单元包括由微处理器MPU、滤波器、模数转换电路构成的硬件平台；
数据存储模块，采用工业级NAND flash芯片并配有并行接口，用于代码和数据存储；
北斗授时模块，与所述数据处理单元通信连接，被配置为通过时钟同步功能，向所述数据处理单元发送电力系统同步时钟采样脉冲信号，使数据处理单元通过DFT正交系数变换，得到相量信号，通过FIR滤波器，获得基波相量，并将基波相量存储到所述数据存储模块；
主控单元，被配置为通过I/O接口与接口模块通信连接，通过本地总线Local Bus或串口与其他模块通信连接以进行数据传输；
可选地，结合图1所示，所述主控单元，由微控制单元（Micro Controller Unit，MCU）、复位电路等关键器件组成的硬件系统，由操作系统、基础软件系统组成软件平台。主控单元通过I/O对接口模块进行控制，各个模块通过本地总线Local Bus或串口与主控单元通信连接以进行数据传输。
在使用过程中，所述数据处理单元根据存储在所述数据存储模块中的基波相量和电压电流信号的特征分量，实时获取配电网的动态变化，确定所测量节点的运行状况，以在故障发生时采取紧急处理措施。
本公开实施例提供的基于北斗的配电网故障自愈装置，通过利用北斗授时系统，为相量测量提供了精确的时钟信号，结合实时采集线路的电压电流信息，计算出电压电流的实时频率、相角，通过实时配电网的功角变化，诊断所测量节点的运行状况，实时掌握配电网的动态变化，并通过测量结果及内置APP控制配电网，可在故障发生时快速采取紧急处理措施，实现快速故障恢复控制，提升供电可靠性，实现配电网的快速、实时的测量与保护。
可选地，结合图1所示，所述北斗授时模块，采用高精度北斗授时模块，接收北斗卫星信号，自主同步产生高精度授时信号，时延自动补偿，自动测量同步，可驯服本地晶振产生10MHz稳定度的时钟信号，在无同步信号输入时，GPS/北斗授时模块自主守时，可输出串行时钟信号。
可选地，结合图1所示，所述电源模块，通过交流220V电源供电，同时使用两块12V蓄电池串联作为备用电源。电源模块还包含电源转换芯片及控制电路，将220V交流电通过AC/DC转换为12V直流电，将12V电源经过DC/DC电压转换得到5V、3.3V、1.8V、1.0V等级电压，经4V为远程通信模块供电，经3.3V、1.8V、1.0V为主控单元供电，经5V为接口模块、北斗授时模块、安全模块及数据处理单元供电。
可选地，结合图1所示，所述接口模块，引入接口融合技术，增加USB接口并对相应的通信业务接口进行拓展，并配备如RS485、RS232、CAN、HPLC、LoRa、以太网等的转换接口，满足多种通信业务的接口接入。
可选地，结合图1所示，所述远程通信模块，采用北斗短报文与4G/5G及电力线载波相结合方式，实现与主站间的可靠通信。
可选地，结合图1所示，所述安全模块，该安全单元支持SM1、SM2、SM3国密算法，可对通信数据进行完整性保护和校验。
可选地，结合图1所示，所述数据存储模块，采用工业级NAND flash芯片，并行接口，用于代码和数据存储，具有可靠性强、读取速度快等特性。
可选地，结合图1所示，数据处理单元，作为本装置的中心处理单元，构建以MPU为核心，滤波器、模数转换电路等构成的硬件平台，由操作系统、容器、应用软件系统组成边缘计算软件平台，具备边缘计算能力，包含配电网故障定位、故障分析等多种计算模式，具有强大的运算/处理能力，可执行复杂多样的大型程序。
本公开实施例提供的配电网故障自愈装置的软件架构如图2所示，软件部分包括测量管理软件、数据管理软件、同步及高精度守时应用APP、故障分析软件、故障定位软件、及故障恢复控制软件，并拓展出拓扑分析、状态估计、潮流计算、解合环分析、负荷转供、配网仿真等高级应用软件功能。
本公开实施例提供的配电网故障自愈装置的工作流程如图3所示，电压电流信号经过互感器，通过低通滤波器、幅值调理后形成满足A/D输入电压范围的信号。北斗模块通过时钟同步功能，向数据处理单元发送电力系统同步时钟采样脉冲信号，通过DFT正交系数变换，得到相量信号，通过FIR滤波器，获得相量，存储到数据存储模块。
电压电流信号经过互感器，通过带通滤波器，滤除直流信号和谐波分量，获得基频交流信号。信号通过整形及数模转换后，进行快速傅里叶变换，形成次/抄同步分量，提取特征值，存储到数据存储模块。
利用内置的故障分析软件、故障定位软件，利用同步相量信息、设备故障信号、设备电流等信息相融合，进行配电网状态估计、高频动态状态估计、运行风险评估、故障快速诊断分析，生成故障距离矩阵，然后对故障定位结果进行融合，输出精确故障定位的结果。通过故障恢复控制软件，合理运用同步相量量测数据，基于同步相量的孤岛无缝切换与稳定控制、动态特性优化、精准合环、快速故障恢复等控制方法，深度挖掘分布式电源、柔性负荷等可调控潜力，充分发挥分布式电源在主网故障情况下应有的供电支撑作用，实现快速故障恢复控制，以缩短停电时间，缩小停电区域，提升供电可靠性。
本申请提出的基于北斗的配电网故障自愈装置主要由主控单元、北斗模块、数据处理单元、远程通信模块、接口模块、安全模块、电源模块、数据存储模块组成，同时，本申请提出利用北斗授时系统，为相量测量提供了精确的时钟信号，结合实时采集线路的电压电流信息，计算出电压电流的实时频率、相角，通过实时配电网的功角变化，诊断所测量节点的运行状况，可在故障发生时快速采取紧急处理措施，实现快速故障恢复控制，提升供电可靠性。
这样，本申请通过采用北斗卫星系统为相量测量提供了精确的时间信息，实现对配电网提供动态的监控和保护，实时采集线路的电压电流，结合北斗提供的时间信息，计算出电压电流的实时频率、相角。实时配电网的功角变化，诊断所测量节点的运行状况，可在故障发生时快速采取紧急处理措施，如甩掉负荷、切机等等。因此，本申请的基于北斗的配电网故障自愈装置的开发具有很重要意义，实时相量测量的实现为配电网的稳定控制和保护开辟了一个新的领域。
Claims (8)
1.一种基于北斗的配电网故障自愈装置，其特征在于，包括：
数据处理单元，与数据存储模块通信连接，数据处理单元包括由微处理器MPU、滤波器、模数转换电路构成的硬件平台；
所述数据存储模块，采用工业级NAND flash芯片并配有并行接口，用于代码和数据存储；
北斗授时模块，与所述数据处理单元通信连接，被配置为通过时钟同步功能，向所述数据处理单元发送电力系统同步时钟采样脉冲信号，使数据处理单元通过离散傅里叶正交系数变换，得到相量信号，再通过FIR滤波器，获得基波相量，并将基波相量存储到所述数据存储模块；
主控单元，被配置为通过I/O接口与接口模块通信连接，通过本地总线Local Bus或串口与其他模块通信连接以进行数据传输；
在使用过程中，所述数据处理单元根据存储在所述数据存储模块中的基波相量和电压电流信号的特征分量，实时获取配电网的动态变化，确定所测量节点的运行状况，以在故障发生时采取紧急处理措施。
2.根据权利要求1所述的基于北斗的配电网故障自愈装置，其特征在于，所述北斗授时模块，具体被配置为：
接收北斗卫星信号，自主同步产生授时信号，时延自动补偿，自动测量同步，驯服本地晶振产生10MHz稳定度的时钟信号；或者，在无同步信号输入时，北斗授时模块自主守时，可输出串行时钟信号。
3.根据权利要求1所述的基于北斗的配电网故障自愈装置，其特征在于，所述接口模块，包括USB接口以及相应的通信业务接口，并配备包括RS485、RS232、CAN、HPLC、LoRa和以太网的转换接口。
4.根据权利要求1所述的基于北斗的配电网故障自愈装置，其特征在于，还包括：
电源模块，被配置为通过交流220V电源供电，同时使用两块12V蓄电池串联作为备用电源。
5.根据权利要求4所述的基于北斗的配电网故障自愈装置，其特征在于，所述电源模块，包括电源转换芯片和控制电路，用于将交流电转换为直流电，再将直流电通过转换为各级稳定电压以进行供电。
6.根据权利要求1所述的基于北斗的配电网故障自愈装置，其特征在于，还包括：
远程通信模块，被配置为采用北斗短报文与4G/5G及电力线载波相结合方式，实现与主站间的数据通信。
7.根据权利要求1所述的基于北斗的配电网故障自愈装置，其特征在于，还包括：
安全模块，被配置为支持多种国密算法，以对通信数据进行完整性保护和校验。
8.根据权利要求1至7任一项所述的基于北斗的配电网故障自愈装置，其特征在于，所述数据处理单元，包括由操作系统、容器、应用软件系统组成的具备边缘计算能力的软件平台，包括配电网故障定位和故障分析计算模式。
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