專利名稱：電能質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電能質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)，特別是用于電力系統(tǒng)及電力用戶配電網(wǎng)的電能質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法。
另外，現(xiàn)有裝置均未采用面向?qū)ο蟮目刂品绞?即一對一監(jiān)控)，采用多路監(jiān)控出現(xiàn)的問題是任何一路的故障均有可能影響到其它回路的監(jiān)控，任何一個元件的故障都將威脅整臺裝置的安全運行，不能適應(yīng)電力系統(tǒng)要求的高可靠性穩(wěn)定性要求，也難以適應(yīng)把事故縮小到最小范圍的要求。
本發(fā)明的電能質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于包括若干電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置，它們分別配置于電力系統(tǒng)和若干用戶配電網(wǎng)，用于實時采集、分析處理、顯示以及傳輸被監(jiān)測電網(wǎng)的電能質(zhì)量參數(shù)；至少一個服務(wù)器，通過電話線或光纖與所述的若干電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置組成監(jiān)控網(wǎng)，用于實時接收、分析處理所有電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置送來的電能質(zhì)量參數(shù)，并可提供給其它多用戶瀏覽分析。
本發(fā)明的電能質(zhì)量在線監(jiān)控方法，基于由服務(wù)器和配置于電網(wǎng)的若干電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置組成的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于采取如下步驟a、各電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置實時采集被監(jiān)測電網(wǎng)的電能質(zhì)量參數(shù)，分析處理、存儲，顯示；b、所述的電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置通過電話線或光纖網(wǎng)實時向服務(wù)器傳送電能質(zhì)量參數(shù)；c、服務(wù)器實時接收、分析處理所有電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置送來的電能質(zhì)量參數(shù)，并可提供其它多用戶瀏覽分析。
本發(fā)明通過若干面向?qū)ο蟮脑诰€監(jiān)控裝置就地監(jiān)控、顯示相關(guān)電能質(zhì)量參數(shù)，同時通過網(wǎng)線和主服務(wù)器組成實時在線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，將被監(jiān)控電能參數(shù)實時傳輸給主服務(wù)器分析處理，并可提供其它多用戶瀏覽分析，實現(xiàn)了電能這一特殊商品的質(zhì)量參數(shù)之直觀描述和實時分析處理。同時利用該系統(tǒng)提供的功能強大的后臺分析軟件，根據(jù)電能質(zhì)量的五項國家標(biāo)準(zhǔn)，形成不同時間階段的數(shù)據(jù)統(tǒng)一報表，形成不同時間階段的電能質(zhì)量各項參數(shù)的動態(tài)時間變化曲線，形成一個龐大的實時在線的電能質(zhì)量信息網(wǎng)，滿足信息時代電力發(fā)展的新要求。
其各電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置、服務(wù)器均能實時顯示三相基波電壓、電流、頻率偏差，三相2～25次諧波電壓、電流、功率，負(fù)序電壓、電流，三相不平衡度，電壓偏差，功率因數(shù)，電壓波動閃變等電能質(zhì)量參數(shù)，實時顯示波形、頻譜曲線等電能質(zhì)量參數(shù)。
其電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置采用雙數(shù)字信號處理芯片(DSP)、雙端口RAM、就地大容量FLASH、大屏幕液晶顯示等先進技術(shù)。在電能監(jiān)控系統(tǒng)中，首次采用數(shù)字信號處理器(DSP)完成FFT運算，進而對電能質(zhì)量進行準(zhǔn)確、實時的分析跟蹤。技術(shù)構(gòu)思新穎，結(jié)構(gòu)緊湊，運行可靠，信息處理速度、控制精度較現(xiàn)有技術(shù)大大提高。
其中PQM-1就地監(jiān)控單元(裝置)主要實現(xiàn)在當(dāng)?shù)赝瓿砂ㄈ嗷妷?、電流、頻率偏差，三相2～25次諧波電壓、電流、功率，負(fù)序電壓、電流，頻率，三相不平衡度，電壓偏差，功率因數(shù)，電壓波動閃變等電能質(zhì)量參數(shù)的采集、實時分析、實時顯示以及就地存儲功能。PQM-1就地監(jiān)控單元(裝置)也能夠?qū)崿F(xiàn)就地實時顯示三相電壓電流實時波形、2～25次諧波電壓、電流、功率頻譜曲線等，并完成所有實時參數(shù)的遠方傳輸，接受遠方發(fā)布的指令。
主服務(wù)器完成遠方數(shù)據(jù)的實時接收、定時接收或人工取當(dāng)?shù)卮鎯?shù)據(jù)，以供進一步根據(jù)電能質(zhì)量的五項國家標(biāo)準(zhǔn)自動形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)報表及電能質(zhì)量動態(tài)變化曲線，同時實時在線地顯示實時波形、各次諧波頻譜等圖形。
如電能質(zhì)量實時在線監(jiān)控裝置的原理框圖2和實施電路圖3所示，在線監(jiān)控裝置包括三相電流電壓采樣電路、兩個數(shù)字信號處理器(DSP1、DSP2)、雙端口RAM、A/D變換器、I/O控制器、程序數(shù)據(jù)存儲器、通訊控制單元、FLASH存儲器、顯示器以及鍵盤，A/D變換器連接于采樣電路和DSP1之間，雙端口RAM通過總線連接于DSP1和DSP2之間，程序數(shù)據(jù)存儲器、I/O控制器以及通訊控制單元均通過總線與DSP2連接，F(xiàn)LASH存儲器、顯示器和鍵盤均連接于I/O控制器的相應(yīng)端口。
三相電壓、電流信號，從配置于電力系統(tǒng)(或電力用戶)變電站的電壓互感器(PT)及電流互感器(CT)獲得。
變換器(2)由信號變換器和前端信號濾波電路組成，將來自CT、PT的高電壓大電流信號轉(zhuǎn)換為適合后續(xù)電路使用的弱電信號，并濾除信號線上的尖峰干擾。
A/D變換器(3)采用高精度的16位6路同時采樣的A/D變換器，將各模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，并將其傳送給DSP1，6路同時采樣特性的選用保證了U、I信號的真正同時性，采樣速率可高達64K。
數(shù)字信號處理器DSP1(4)采用最新數(shù)字化信號處理技術(shù)的高性能DSP芯片(DSP320F206)，該技術(shù)有別于普通的科學(xué)計算與分析，DSP主要強調(diào)運算處理的實時性，DSP與MPU(通用微處理器)、MCU(微控制器)的主要區(qū)別在于DSP面向高性能、重復(fù)性、數(shù)值運算密集型的實時處理；MPU大量應(yīng)用于計算機，MCU則適應(yīng)于以控制為主的處理過程。
PQM系統(tǒng)應(yīng)用DSP實現(xiàn)FFT算法，從而確定信號頻率、三相電壓電流的2～25次諧波數(shù)值，其速度不僅是MPU的4-10倍，而且可以流水無間斷地完成數(shù)據(jù)的實時輸入/出。DSP技術(shù)結(jié)合FFT算法在此領(lǐng)域的應(yīng)用在國內(nèi)外尚屬首次，主要將實時數(shù)據(jù)進行FFT實時變換以形成后續(xù)電路所需數(shù)據(jù)。
雙端口RAM(5)主要完成將數(shù)據(jù)從DSP1高速互不干擾地搬移到DSP2以便進行進一步后續(xù)處理。雙端口RAM可選用DUAL-PORT-SRAM(2K*16bit)電路，雙端口RAM的應(yīng)用確保了數(shù)據(jù)能夠高速、同時、互不干擾地傳遞，實時性好，而且便于實現(xiàn)。比較而言，不采用雙端口RAM的電路不僅復(fù)雜(需用其它元件組合實現(xiàn))，而且實時性差，容易發(fā)生數(shù)據(jù)傳遞沖突、出錯。
DSP2(6)將DSP1經(jīng)FFT后的數(shù)據(jù)進行進一步數(shù)據(jù)分析并判斷是否超標(biāo)，完成就地大屏幕液晶顯示、就地大容量FLASH存貯，同時完成數(shù)據(jù)的遠方傳輸控制等功能。DSP2芯片也可采用DSP320F206電路等。
FLASH存儲器(7)就地大容量FLASH主要完成實時數(shù)據(jù)的當(dāng)?shù)卮娣?。該項技術(shù)的應(yīng)用確保了該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方法的真正實用，從而不必采用龐大的工控機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存放，同時大大減少裝置的外形尺寸。
液晶顯示(8)能夠就地大屏幕液晶顯示，完成對上述各種電能質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)及實時波形、頻譜的當(dāng)?shù)仫@示，便于現(xiàn)場分析觀察，又確保了該裝置能夠不組網(wǎng)而單獨運行。
(9)為光纖、電話線及Morden，用于為數(shù)據(jù)的實時傳輸提供通道。通訊接口可在RS485與RS232之間任意切換，電話線傳輸速率為38.4K，光纖傳輸速率為115.2K，既可直接與PC機通訊，也可通過光纖和電話線與遠方的PC機進行通訊。充分利用現(xiàn)有帶寬，在極小損失傳輸速度的情況下，有效地解決了沖突的發(fā)生，使一個監(jiān)控中心最多可同時控制安裝于同一變電站的99臺監(jiān)測單元(裝置)遠方監(jiān)控中心服務(wù)器(10)用于完成實時數(shù)據(jù)的遠方監(jiān)控，波形、記錄的顯示，形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)分析報表，統(tǒng)一變化曲線報表。
監(jiān)控裝置的核心部分(11)，采用最新數(shù)字化技術(shù)，形成雙端口RAM+雙DSP、配合就地大容量FLASH及大屏幕液晶顯示的全新硬件結(jié)構(gòu)，一個DSP主要完成FFT，另一個DSP完成數(shù)據(jù)的進一步分析處理、存貯、顯示、遠傳功能，互不干擾，高效、實時、簡單、實用、方便，充分利用了當(dāng)今數(shù)字化處理的最新技術(shù)。
以下結(jié)合流程圖4、5詳細描述監(jiān)控裝置的工作過程。
采樣電路將高電壓、大電流信號經(jīng)過變換器轉(zhuǎn)化為弱電信號并濾除信號線上的尖峰干擾，然后經(jīng)過由差分電路與濾波電路組成的信號耦合電路耦合至A/D轉(zhuǎn)換電路，耦合電路主要濾除高頻信號，由于采用了差分模式，有效地提高了耦合電路的共模抑制比。
高性能DSP1芯片主要接收A/D變換的數(shù)據(jù)，并實時計算信號頻率，運用FFT算法計算三相電壓、電流信號的1～25次分量的幅值和相位(每周波采樣128點，采樣頻率6400HZ)，并將此信號通過2K*16bit的雙端口RAM傳輸給第二個DSP2進一步分析處理，雙端口RAM的采用，確保了信號高速、實時、準(zhǔn)確、無誤的傳遞；DSP2主要完成采樣數(shù)據(jù)的進一步計算分析(計算各次諧波電壓、電流含有率，總畸變率，各次諧波的有功無功功率，總的有功、無功功率，功率因數(shù)，線電壓，電壓偏差，電壓不平衡度，負(fù)序電壓電流、電壓波動閃變)，同時負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的就地存儲、比較、通訊、實時顯示、系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置等功能。
128Mbit大容量FLASH主要完成實時記錄、報警數(shù)據(jù)的就地存儲；利用單元面板自帶的軟觸摸按鍵，能夠很方便地實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)(包括電壓PT參數(shù)、電流CT參數(shù)、系統(tǒng)短路容量、各種電能質(zhì)量參數(shù)的報警限值等參數(shù))的設(shè)置整定，并將此類信息參數(shù)存貯在高速的small sector FLASH中。
面板配置的大容量就地液晶實時顯示包括三相基波電壓、電流、頻率偏差，三相2～25次諧波電壓、電流、功率，負(fù)序電壓、電流，頻率，三相不平衡度，電壓偏差，功率因數(shù)，電壓波動閃變等電能質(zhì)量參數(shù)，同時顯示三相電壓電流實時波形、2～25次諧波電壓、電流、功率頻譜曲線等。通訊控制回路完成各種控制命令及實時數(shù)據(jù)的傳輸。
控制主程序(圖5)主要執(zhí)行如下操作初始化，根據(jù)設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)命令設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)；根據(jù)讀取系統(tǒng)參數(shù)命令，讀取已經(jīng)更新后的DARAM中的數(shù)據(jù)，分析處理報警信號；接著運行通訊控制模塊，處理與I/O口有關(guān)通訊命令；然后根據(jù)當(dāng)前顯示界面跳轉(zhuǎn)到需要的監(jiān)控界面，顯示相應(yīng)的參數(shù)；最后處理與I/O口有關(guān)通訊命令，刷新LCD顯示器返回，完成一次循環(huán)。本實施例的監(jiān)控界面包括主界面實時波形顯示、諧波綜合數(shù)據(jù)顯示、電壓諧波頻譜顯示、電流諧波頻譜顯示、有功功率諧波頻譜顯示、無功功率諧波頻譜顯示、其它電能質(zhì)量參數(shù)顯示等。
本發(fā)明電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法的實施，打破了傳統(tǒng)的電能質(zhì)量監(jiān)測的概念，形成了全方位的電能質(zhì)量信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了電能這一特殊商品的質(zhì)量參數(shù)之直觀描述和實時分析處理。
權(quán)利要求
1.一種電能質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于包括若干電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置，它們分別配置于電力系統(tǒng)和若干用戶配電網(wǎng)，用于實時采集、分析處理、顯示以及傳輸被監(jiān)測電網(wǎng)的電能質(zhì)量參數(shù)；至少一個服務(wù)器，通過電話線或光纖與所述的若干電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置組成監(jiān)控網(wǎng)，用于實時接收、分析處理所有電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置送來的電能質(zhì)量參數(shù)，并可提供給其它多用戶瀏覽分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電能質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置包括三相電流電壓采樣電路、兩個數(shù)字信號處理器(DSP1、DSP2)、雙端口RAM、A/D變換器、I/O控制器、程序數(shù)據(jù)存儲器、通訊控制單元、FLASH存儲器、顯示器以及鍵盤，A/D變換器連接于采樣電路和DSP1之間，雙端口RAM通過總線連接于DSP1和DSP2之間，程序數(shù)據(jù)存儲器、I/O控制器以及通訊控制單元均通過總線與DSP2連接，F(xiàn)LASH存儲器、顯示器和鍵盤均連接于I/O控制器的相應(yīng)端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述電能質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置的顯示器采用液晶顯示器。
4.一種電能質(zhì)量在線監(jiān)控方法，基于由服務(wù)器、和配置于電網(wǎng)的若干電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置組成的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于采取如下步驟a、各電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置實時采集被監(jiān)測電網(wǎng)的電能質(zhì)量參數(shù)，分析處理、存儲，顯示；b、所述的電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置通過電話線或光纖網(wǎng)實時向服務(wù)器傳送電能質(zhì)量參數(shù)；c、服務(wù)器實時接收、分析處理所有電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置送來的電能質(zhì)量參數(shù)，并可提供其它多用戶瀏覽分析。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述電能質(zhì)量在線監(jiān)控方法，其特征在于在步驟a中，DSP1根據(jù)A/D變換的數(shù)據(jù)實時計算信號頻率，用FFT算法計算三相電壓、電流信號的1～25次分量的幅值和相位，并將此信號通過雙端口RAM傳輸給DSP2，由DSP2完成采樣數(shù)據(jù)的進一步計算分析，同時完成數(shù)據(jù)的就地存儲、比較、通訊、實時顯示以及系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明涉及電能質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法，包括若干電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置，它們分別配置于電力系統(tǒng)和若干用戶配電網(wǎng)，用于實時采集、分析處理、顯示以及傳輸被監(jiān)測電網(wǎng)的電能質(zhì)量參數(shù)；至少一個服務(wù)器，通過電話線(或光纖)與所述若干在線監(jiān)控裝置組成監(jiān)控網(wǎng)，用于實時接收、分析處理所有在線監(jiān)控裝置送來的電能質(zhì)量參數(shù)，并可提供其它多用戶瀏覽分析。其電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置采用雙數(shù)字信號處理芯片(DSP)、雙端口RAM、就地大容量FLASH、大屏幕液晶顯示等先進技術(shù)。其在線監(jiān)控方法首次采用數(shù)字信號處理器(DSP)完成FFT運算，進而對電能質(zhì)量進行準(zhǔn)確、實時的分析跟蹤，技術(shù)構(gòu)思新穎，結(jié)構(gòu)緊湊，運行可靠，信息處理速度、控制精度較現(xiàn)有技術(shù)大大提高。
文檔編號H02J13/00GK1416197SQ01129880
公開日2003年5月7日 申請日期2001年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月4日
發(fā)明者王海峰, 杜仁勛, 劉軍成, 王建強 申請人:深圳市領(lǐng)步科技有限公司