CN2907042Y - 低压配电网数据监控管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低压配电网数据监控管理系统，包括主站和远方站，主站通过无线和有线介质接收各个远方站发来的数据和向远方站发送命令，远方站包括配电变压器、用户电量集中器和无功补偿器，该远方站还包括变压器测试单元，远方站进行数据采集、自动无功补偿、用户电量集中器数据转发，主站通过与远方站的数据通信对低压配电网进行监控管理，该系统可以提高低电压配电系统运行的稳定性、可靠性，有利于线损管理，从而提高低电压配电系统运行的经济性，可以进行无功补偿，提高低电压配电系统的供电质量。

Description

低压配电网数据监控管理系统

技术领域

本实用新型涉及综合监视、控制、管理低压配电网运行的专用计算机网络系统，尤其涉及对低压配电网的电压等技术参数进行分析处理的低压配电网数据监控管理系统。

背景技术

电力系统承担着为国民经济各部门提供动力的任务，因此电力系统对运行的稳定性、可靠性都有着极高的要求。

对于小规模的电力系统，其稳定性、可靠性的问题比较容易解决。但是，现代的电力系统都是跨地区、跨省，甚至是跨国的大系统。在这样的大系统中，既存在着高电压和超高电压的远距离输电系统，也存在着向各个用户供电的低电压配电系统。

早期对电力系统运行参数的采集使用直流采样技术加通用CPU(CentralProcessing Unit)的技术方案。由于直流采样技术有事故分辨率低和需要价格较昂贵的变送器等缺点，所以近年来兴起了交流采样技术，主要是指正弦交流信号不必变换为直流信号，直接输入到模拟前端，采集其瞬时值，从而得到正弦波一系列实时值的技术。

在交流采样技术的早期，常使用微控制器作为CPU。由于微控制器不能高效地运行数字信号处理算法，所以运行不够稳定，系统性能不好。随着大规模集成电路制造技术的飞速提高，性能高超的单片式DSP(Digital SignalProcessor.)开始应用于电力系统运行控制领域。DSP以改进的哈佛结构、多存储空间、流水线技术、片上外围和片上闪速存储器为基础，支持既能高效执行数字信号处理算法，又能完成控制功能的指令系统。因此，用DSP取代传统的微控制器，已成为交流采样技术的发展方向。

经过多年来不断的技术发展，高电压和超高电压输电系统的计算机控制问题已经得到完善的解决。但是低电压配电系统的计算机控制问题还未能解决，所以成了影响整个电力系统运行稳定性、可靠性的瓶颈问题。计算机控制的低电压配电系统对电力系统的经济运行有着十分关键的影响，然而目前还没有一个实时性强、精度高的综合监控、管理低压配电网运行的数据监控管理系统。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：提供低压配电网数据监控管理系统，其基于DSP平台，能够稳定、可靠、经济运行。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：提供一种低压配电网数据监控管理系统，包括主站和远方站，主站通过无线和有线介质接收各个远方站发来的数据和向远方站发送命令，远方站包括配电变压器、用户电量集中器和无功补偿器，该远方站还包括变压器测试单元，远方站进行数据采集、自动无功补偿、用户电量集中器数据转发，主站通过与远方站的数据通信对低压配电网进行监控管理。

所述变压器测试单元基于DSP平台。

所述变压器测试单元包括包括开关稳压电源、A/D采集电路模块、存储模块、主控模块、输入输出控制电路模块、LCD显示模块、通信模块和看门狗电路模块。

所述变压器测试单元的A/D采集电路模块以DSP为核心，以A/D变换器为模拟前端，并且支持交流采样技术和FFT算法。

数据采集所得到的数据，不仅作为实时数据向主站传送，同时也作为历史数据存入变压器测试单元本地非易失存储器。

所述A/D变换器采用具有十六位字长、六个同时采样模拟通道的器件，其输入端连接无源电压、电流互感器。

所述变压器测试单元的本地非易失存储器采用铁电存储器。

所述主站设置有前置处理机，负责管理与变压器测试单元的数据通信，接收到变压器测试单元发来的数据进行预处理后，送到网络上供各有关工作站调用。

远方站包括与配电变压器一起同杆安装的变压器测试单元和用户电量集中器，二者安装在同一个机箱内。

变压器测试单元用于：采集并监测配电变压器的运行参数，实现无功补偿器的自动投入/切除，提供与用户电量集中器接口所必需的硬件和协议，经由无线和有线通信介质与主站进行数据通信。

从上述技术方案可以看出，该系统可以达到以下有益效果：

提高低电压配电系统运行的稳定性、可靠性。在一个供电区域内，通常会具有数百台甚至上千台配电变压器，安装地点也比较分散，因而靠人工进行故障检查和维修不可能及时，从而影响了低电压配电系统运行的稳定性、可靠性。安装了本实用新型之后，可以做到及时发现故障，及时维修，因而可以提高低电压配电系统运行的稳定性、可靠性。

有利于线损管理，从而提高低电压配电系统运行的经济性。传统上，低电压配电系统所需要的线损管理基础数据比较缺乏，因此不能实现有效的线损管理，从而降低了低电压配电系统运行的经济性。配电变压器在安装了本实用新型之后，可以获得必须的线损管理基础数据，从而可以实现有效的线损管理，提高低电压配电系统运行的经济性。

可以进行无功补偿，提高低电压配电系统的供电质量。电力系统的负载呈现出明显的电感性质，因而使得功率因数比较低，这不仅会降低供电电压，也会加大线损。解决这个问题的办法，就是在适当的时候投入适当容量的电容器，以进行无功补偿。配电变压器在安装了本实用新型之后，可以根据无功功率的当前值，比较准确而及时地控制电容器的投入或切除，从而使得功率因数保持在所要求的值。

可以实现远程集中管理，从而提高管理效率。

附图说明

图1是本实用新型系统结构示意图；

图2是本实用新型远方站系统结构示意图；

图3是本实用新型TTU系统结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更清楚，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，本实用新型是一个全面、综合监视、控制、管理低压配电网运行的专用计算机网络系统，包括主站1和远方站2，主站1是一个局域网，完成各种管理功能。远方站的系统结构如图2所示，其核心部分称为变压器测试单元TTU(Transformer Test Unit)23。为了方便与其他设备的接口，TTU 23带有标准的RS-232C接口、标准的工业接口RS-485和并行接口。TTU 23以DSP为平台，完成数据采集、自动无功补偿、用户电量集中器数据转发等功能。主站1经由RS-232C接口，通过无线和有线介质与TTU 23进行数据通信，既可以接收各个TTU发来的数据，也可以向各个TTU发送命令，发送的命令既可以召唤实时信息，也可以召唤历史信息，也可以设置参数。

本实用新型的主站1既可以是一个独立的系统，也可以是配电综合自动化系统的一个子系统，可以与其他子系统共享信息资源。

主站1设置两台前置处理机11，负责管理与各个TTU的数据通信，在此把接收到的各个TTU发来的数据进行预处理后，送到网络上供各有关工作站调用，如客户服务中心工作站、线损管理工作站、电费管理工作站、运行管理工作站、设备管理工作站及有关领导工作站等。主站1也可以与电业局MIS网联网。

主站1的主要管理功能有：打印配电变压器24日负荷记录表；打印配电变压器三相电压谐波畸变率；打印每月配电变压器日最大最小负荷记录表；打印配电变压器负荷月统计报表；按变压器台区自动计算出每天、每月的线损率；自动统计出电压不合格时间，并计算出电压合格率；自动分析出电压最高、最低值及发生时间以及电压越上限、下限的累计时间；自动记录停电时间，计算出供电可靠率；自动记录最大、最小负荷及发生时间。

此外主站1还可以向用户提供如下报表：日用电量、月用电量、年用电量、电费单据。主站端可以向各TTU终端发送时钟信号，以便统一对时。

本实用新型的主站1所实现的功能包括：

1、查看实时数据：三相电压、三相电流、零序电流、三相功率因数、有功电量、无功电量、温度量、频率、电容投切状态、状态量、综合含有率超标累计时间、厂家编号；

2、查看配电变压器带时标的日负荷整点数据表：三相电压、三相电流、零序电流、三相功率因数、有功电量、无功电量；

3、查看配电变压器三相电压最高到19次的各次谐波数据表；

4、查看每月配电变压器日最大、最小负荷统计数据表：三相电压、三相电流、三相功率因数、三相功率等、线损率；

5、查看配电变压器月负荷统计表：变压器编号、容量、供电可靠率、最大零序电流、月累计供电量(有功、无功)，最高电压、最低电压、电压合格率、补偿电容平均整点投入级数、平均投入容量、投切次数、线损率；

6、查看事件数据表：三相电压越限、三相电压谐波越限、三相电压断相、三相电流越限、零序电流越限、停电、开门/关门；

7、查看电容投切纪录表；

8、查看参数；

9、查看三相电压最高到19次的各次谐波含有率最大值以及谐波综合含有率；

10、查看综合含有率超标日累计时间；

11、参数设置(包含向各TTU发送对时信号)；

12、查看转抄其他系统数据设置；

13、远程速切电容；

14、具备系统监视功能，可以对TTU、通信通道进行监测；

15、MIS主网联网，信息共享，供有关部门及领导调用。

主站1与TTU 23之间的通信介质，既可以使用有线，也可以使用无线。为了接口的方便，TTU具有RS-232C标准接口。如图1所示，RS-232C接口外接有线MODEM，即可使用有线通信介质；RS-232C接口外接无线MODEM，即可使用无线通信介质。

如图2所示，远方站2包括与每台配电变压器24一起同杆安装的一个TTU23和一个用户电量集中器26，二者安装在同一个机箱内。

图3为TTU 23系统结构示意图。本实用新型的TTU基于DSP平台，主要包括开关稳压电源231、A/D采集电路模块232、存储模块233、主控模块234、输入输出控制电路模块235、LCD显示模块236、通信模块237、看门狗电路238等模块。

TTU 23的主要功能包括：采集并监测配电变压器24各项运行参数，无功补偿电容器25自动投入/切除(提高功率因数，降低线损，提高电压合格率)，提供与用户电量集中器26接口所必需的硬件和协议(收集用户电量集中器发来的电能数据)，能够经由无线和有线通信介质与主站1进行数据通信。

为了保证能够高精度、高稳定性地采集配电变压器的运行参数，本实用新型的TTU 23采用了针对测控应用优化过的单片DSP为平台，从而稳定地实现交流采样技术和频域分析技术，并最终输出高精度的结果到主站和控制无功补偿电容器25自动投入/切除。

TTU的数据采集系统以DSP为核心，以A/D变换器为模拟前端，共同构成支持交流采样技术和FFT(Fast Fourierism Transformation)算法的硬件平台。

A/D变换器的输入端连接的是无源电压、电流互感器。相对于有源互感器来说，无源互感器无需定时调节零点，从而减轻了维护工作量。

A/D变换器采用了具有十六位字长、六个同时采样模拟通道、输入端无需布置放大器、工业标准六线同步串行接口的新型器件，从而使得结构更加紧凑，信号线间的串扰更小，因而运行更加稳定。

本实用新型的数据采集实现如下：

从配电变压器24的低压侧输入3个相电压和3个相电流，在同一个时间基准的控制下，实施交流采样技术，可以得到一批反映相电压和相电流的数据。

由交流采样得到的相电压和相电流的数据，输入到FFT，经变换后输出频率、三相电压、三相电流及零线电流、三相功率因数，最大到19次谐波数据。电压和电流有效值的测量误差不大于3‰。

接着，由数据处理功能计算出三相有功功率和三相总有功功率、三相无功功率和三相总无功功率、三相有功电能，无功电能、三相电压谐波畸变率、总谐波电压畸变率THDu、三相电流谐波畸变率、总谐波电流畸变率THDi。

数据采集所得到的数据，不仅作为实时数据向主站1传送，同时也作为历史数据存入TTU本地非易失存储器。

为了对低电压配电系统中所消耗的电感性质的无功功率进行补偿，本实用新型的TTU具有以无功功率为依据实现自动/手动投入/切除补偿和各种保护功能。用于电容器自动投入/切除功能的接口是带输出锁存功能的并行接口，这样可以使得输出的控制信号稳定，减少误操作。

电容器自动投入/切除功能以低电压配电系统中所消耗的无功功率、电压上、下限值及谐波超值作为判据，以决定电容器的投入/切除。此外还具备自动循环投入/切除，先投先切、后投后切，以及自动/手动投切切换功能和投入延时、切除延时功能。

为了防止电容器投入/切除的误操作，还设置了加电保护、缺相保护、欠流封锁功能、过压/欠压保护、谐波超值保护等保护措施。

TTU本地非易失存储器没有采用传统的由备用电池供电的CMOS SRAM存储器，而是采用了新型的铁电存储器(FM1808/FM3808)。铁电存储器在不使用备用电池供电的情况下，断电后依然可以保持数据不丢失。

目前用户电量集中器26可以有两种选择，一是三相电子式电能表，二是集中抄表器。为了接口的方便，TTU选用了标准的工业接口RS-485。这样，无论用户选用哪一种用户电量集中器，TTU的接口都无需改动。

本实用新型采用专用开关稳压电源为TTU提供直流稳压电源。开关稳压电源的输入为三相交流，当任一、两相电源断电时，均可保证输出电源的连续性和稳定性。采用这样的方案，有效的避免了使用机械开关在各相之间切换而引起的干扰与可靠性不好的问题。此外，该开关稳压电源与其他稳压电源一样具有过电压保护、过负载保护、短路保护。

TTU设置有人—机接口，以方便调试和运行参数设置。该人—机接口的设备包括：面板上具有3个LED指示灯指示工作状态；面板上具有一个EDM12864型(128×64点阵)图形液晶显示器，用于显示各种信息；面板上具有5个薄膜按键开关：用于手动复位1个、用于返回操作1个、用于确认操作1个、用于上翻操作1个、用于下翻操作1个。TTU该人机接口实现的主要组成及作用包括：

1、人—机接口硬件

A、面板上具有LED指示灯指示工作状态：工作电源指示、电容器投切指示、通信传输指示(闪烁)。

B、面板上具有一个EDM12864型(128×64点阵)图形液晶显示器，用于显示各种信息。

C、面板上具有5个薄膜按键开关：用于手动复位操作的Reset键、用于返回操作的ESC键、用于确认操作的回车键、用于上翻操作的↑键(用于选择操作实用新型或参数增量)、用于下翻操作的↓键(用于选择操作实用新型或参数减量)。

2、显示输出与按键输入

TTU加电启动之后，显示器上会显示出如下所示的主选单：

此时，可以使用↑、↓键操作，分别进入自动/设置/手动。此时，如果不进行任何操作，延时10s之后，进入自动状态。“自动”二字反显。

A、自动状态下的功能

在自动状态下，可以显示7屏信息，通过操作↑、↓键可以在各个屏幕间进行切换。7个屏幕所能够显示的信息如下：

第1屏：日期、时间、设备编号。

第2屏：电网实时电压、电流、功率因数。

第3屏：有功功率、无功功率(+)、无功功率(-)。

第4屏：有功电能、无功电能(+)、无功电能(-)、零序电流。

第5屏：最大15分钟平均电流、电压＞242伏的累计时间，电压＜198V的累计时间。

第6屏：电压谐波总畸变率THDu、电流谐波总畸变率THDi。

第7屏：各次电压谐波分量HRUn。

B、设置状态下的功能

在设置状态下，可以显示4屏信息(共21项参数)，通过操作↑、↓键可以在各个屏幕间进行切换。

如上所述的21项参数，在出厂时已经设置好。如果需要，用户可以进行修改，方法如下：当某1屏信息出现在显示器上的时候，可以通过↑、↓键在各个参数间进行切换和对其进行增量/减量操作，最后通过回车键确认。上述的21项参数，保存在非易失存储器中，断电后不会丢失。

4个屏幕所能够显示并且修改的信息如下：

第1屏：密码、设备编号、电流互感器变比、有功电能、无功电能、日期与时间。

第2屏：过压保护设定值(预置264V)、欠压保护设定值(预置176V)、合格电压上限(预置242V)、合格电压下限(预置198V)、零序电流超限保护值(预置1.5A)、电压谐波畸变率超限保护值(预置5％)。

第3屏：电容器级数、单相电容器容量、投入门限(范围为0.6Kvar～1.6Kvar，预置1.1(与单相电容器容量相比))、切除门限(预置-0.5Kvar)、切除延时(预置10s)、投入延时(1s～180s，预置10s)。

第4屏：RS-232C与RS-485接口的波特率设置。

C、手动状态下的功能

在手动状态下，可以进行电容器的投入/切除操作，方法如下：可以通过↑、↓键选中某路，最后通过回车键确认。

手动状态只允许在调试阶段检测用，系统接入电网后不允许进入手动状态。

TTU可以把用户电量集中器转发到主站去，TTU本地产生的实时数据、历史数据、设置数据，以及户电量集中器转发数据均可以上传到主站，主站可以使用不同的命令召唤上述各种数据。TTU与主站之间的通信，符合自行设计的协议，TTU与主站之间所交换的信息如下所示：

1、实时数据：三相电压、三相电流、零序电流、三相功率因数、有功电量、无功电量、温度量、频率、电容投切状态、状态量、综合含有率超标累计时间、厂家编号；

2、整点数据：三相电压、三相电流、零序电流、三相功率因数、有功电量、无功电量；

3、谐波数据：三相电压最高到19次的各次谐波数据；

4、统计数据(最大值、最小值)：三相电压、三相电流、三相功率因数、三相功率等；

5、事件数据：三相电压越限、三相电压谐波越限、三相电压断相、三相电流越限、零序电流越限、停电、开门/关门；

6、电容投切纪录；

7、参数查询；

8、电压谐波含有率：三相电压最高到19次的各次谐波含有率最大值以及谐波综合含有率；

9、综合含有率超标日累计时间；

10、参数设置；

11、查看转抄其他系统数据设置；

12、远程速切电容；

采用了本实用新型的结构之后，可以在整个供电范围内实现全部配电变压器的远程集中管理，从而提高管理效率，也可以极大地节约用于巡检的人力。

具体体现在：

1、提高低电压配电系统运行的稳定性、可靠性。

在一个供电区域内，通常会具有数百台甚至上千台配电变压器，安装地点也比较分散，因而靠人工进行故障检查和维修不可能及时，从而影响了低电压配电系统运行的稳定性、可靠性。安装本实用新型之后，可以做到及时发现故障，及时维修，因而可以提高低电压配电系统运行的稳定性、可靠性。

2、有利于线损管理，从而提高低电压配电系统运行的经济性。

传统上，低电压配电系统所需要的线损管理基础数据比较缺乏，因此不能实现有效的线损管理，从而降低了低电压配电系统运行的经济性。配电变压器在安装了本实用新型之后，可以获得必须的线损管理基础数据，从而可以实现有效的线损管理，提高低电压配电系统运行的经济性。

3、可以进行无功补偿，提高低电压配电系统的供电质量。

电力系统的负载呈现出明显的电感性质，因而使得功率因数比较低，这不仅会降低供电电压，也会加大线损。解决这个问题的办法，就是在适当的时候投入适当容量的电容器，以进行无功补偿。配电变压器在安装了本实用新型之后，可以根据无功功率的当前值，比较准确而及时地控制电容器的投入或切除，从而使得功率因数保持在所要求的值。

4、可以实现远程集中管理，从而提高管理效率。

本实用新型的可以应用于向各个用户供电的低电压配电系统的监控与管理，除了可以在电力部门应用之外，经过不太多的改造之后，也可以应用在其他部门。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1、一种低压配电网数据监控管理系统，包括主站和远方站，主站通过无线和有线介质接收各个远方站发来的数据和向远方站发送命令，远方站包括配电变压器、用户电量集中器和无功补偿器，其特征在于：该远方站还包括变压器测试单元，远方站进行数据采集、自动无功补偿、用户电量集中器数据转发，主站通过与远方站的数据通信对低压配电网进行监控管理。

2、根据权利要求1所述的低压配电网数据监控管理系统，其特征在于：所述变压器测试单元基于DSP平台。

3、根据权利要求1所述的低压配电网数据监控管理系统，其特征在于：所述变压器测试单元包括开关稳压电源、A/D采集电路模块、存储模块、主控模块、输入输出控制电路模块、LCD显示模块、通信模块和看门狗电路模块。

4、根据权利要求3所述的低压配电网数据监控管理系统，其特征在于：所述变压器测试单元的A/D采集电路模块以DSP为核心，以A/D变换器为模拟前端，并且支持交流采样技术和FFT算法。

5、根据权利要求4所述的低压配电网数据监控管理系统，其特征在于：数据采集所得到的数据，不仅作为实时数据向主站传送，同时也作为历史数据存入变压器测试单元本地非易失存储器。

6、根据权利要求4所述的低压配电网数据监控管理系统，其特征在于：所述A/D变换器采用具有十六位字长、六个同时采样模拟通道的器件，其输入端连接无源电压、电流互感器。

7、根据权利要求5所述的低压配电网数据监控管理系统，其特征在于：所述变压器测试单元的本地非易失存储器采用铁电存储器。

8、根据权利要求1所述的低压配电网数据监控管理系统，其特征在于：所述主站设置有前置处理机，负责管理与变压器测试单元的数据通信，接收到变压器测试单元发来的数据进行预处理后，送到网络上供各有关工作站调用。

9、根据权利要求1所述的低压配电网数据监控管理系统，其特征在于：远方站包括与配电变压器一起同杆安装的变压器测试单元和用户电量集中器，二者安装在同一个机箱内。

10、根据权利要求2所述的低压配电网数据监控管理系统，其特征在于：变压器测试单元用于：采集并监测配电变压器的运行参数，实现无功补偿器的自动投入/切除，提供与用户电量集中器接口所必需的硬件和协议，经由无线和有线通信介质与主站进行数据通信。

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