專利名稱：電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量在線監(jiān)測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在線監(jiān)測電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量的裝置及方法，特別涉及一種多通 道、高采集速度、長時間的，適用于電力系統(tǒng)IOkV IOOOkV的各個電壓等級的在線監(jiān)測裝
置及方法。
背景技術(shù)：
近年來，特高壓直流輸電和國家大力推廣風電等清潔能源的建設(shè)，電氣化鐵道的 發(fā)展以及各種重工業(yè)部門大量使用了電力電子設(shè)備和應(yīng)用電力整流和換流技術(shù)，產(chǎn)生了大 量諧波注入電網(wǎng)，造成電力系統(tǒng)電壓波形的畸變。隨著這些非線性、沖擊性負荷的大量使 用，電壓質(zhì)量問題將會變得更加突出，對電網(wǎng)運行、敏感電氣設(shè)備的影響和危害將更加明 顯，具體體現(xiàn)為電壓偏差超標會使用電設(shè)備的損耗增加、壽命縮短、工作不正常；電壓的 波動和閃變超標會危害與其連接在公共供電點的其他用戶的設(shè)備，電力事故發(fā)生的可能性 將逐步表現(xiàn)為由電能質(zhì)量不合格所引起。所以，防止過電壓對電力運行設(shè)備的損害，或把損 害減到最小，確切知道變電站內(nèi)受到了多大過電壓的長期侵襲，設(shè)備是否能承受過電壓沖 擊，某些重點設(shè)備是否需要特別保護，系統(tǒng)參數(shù)配合是否恰當?shù)确浅Ｖ匾?。測量暫態(tài)過電壓 波形，得到過電壓倍數(shù)和頻率等信息，對運行變電站的過電壓狀況、避雷器保護水平及殘壓 等是否有效等有清晰的資料數(shù)據(jù)，就可以快速查找故障和異常事故的原因，減少電力系統(tǒng) 的故障率。另一方面，隨著眾多基于計算機、微處理器控制的精密電子和電力電子裝置在電 力系統(tǒng)大量使用，用戶對供電可靠性的要求越來越高，對電壓質(zhì)量的敏感程度越來越高。監(jiān) 測電網(wǎng)電壓質(zhì)量，全面、詳細地分析電壓質(zhì)量指標的變化，及時發(fā)現(xiàn)危及電網(wǎng)安全運行的隱 患，采取有效措施改善供電系統(tǒng)電壓質(zhì)量，提高用戶的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，減少設(shè)備故障，降 低能耗，同時，能獲得污染源負荷詳實的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，從而幫助污染源用戶采取經(jīng)濟合理的治 理措施，改善內(nèi)部用電環(huán)境，保證用電設(shè)備的安全運行，給用戶帶來良好的經(jīng)濟效益和間接 的社會效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有電壓質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)的不足，解決了電壓質(zhì)量的定時穩(wěn) 態(tài)測量和過電壓的暫態(tài)波形記錄的兩方面技術(shù)，提供了一種同時監(jiān)測各個電壓等級的電壓 質(zhì)量在線監(jiān)測裝置及方法。采用32路高速多通道采集、自動啟動、定時測量、計算、統(tǒng)計和 存儲電壓質(zhì)量的監(jiān)測設(shè)備，同時監(jiān)測電壓的穩(wěn)態(tài)量和暫態(tài)量。裝置的軟件采用Iinux操作 系統(tǒng)，將暫態(tài)的過電壓波形和穩(wěn)態(tài)的電壓偏差、諧波、電壓波動和閃變、三相不平衡度的定 時測量，兩方面技術(shù)進行數(shù)據(jù)共享，使用Web/Brower的方式，采用FTP服務(wù)進行遠程數(shù)據(jù)傳 輸，采用MySql數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的存儲等。本發(fā)明電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量在線監(jiān)測裝置解決了過電壓暫態(tài)波形和其他電壓質(zhì)量 的穩(wěn)態(tài)定時測量的不同，是目前可以同時測量電壓質(zhì)量穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測裝置。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明裝置由以下部分組成多路電壓信號處理前端、工控機、多路高速采集卡、 標準電氣屏、顯示器、打印機、交流電源隔離部分和輸入端子等。本發(fā)明裝置可以同時采集32路電壓量，采集頻率最高達IMHz，32路同時采集頻率 可達20kHz，電壓信號可以從電壓互感器二次側(cè)接入，也可由分壓器低壓臂接入。多路電壓信號處理前端設(shè)計成可以處理電壓的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)信號特點，重點解決了 快速的電壓暫態(tài)變化引起的過電壓對裝置信號采集卡的危害，又解決了電力系統(tǒng)的強電磁 干擾，準確測量了高頻的過電壓的電壓信號。多路電壓信號處理前端對電壓互感器二次側(cè) 接入的電氣信號進行交流信號的光電隔離變換，雙端輸入，各路電壓信號隔離不共地，克服 了交流電壓通道間的共地干擾。工控機和多通道高速采集卡將多路電壓信號處理前端處理后的低電壓信號進行 采集、計算和存儲，提供采集軟件、控制軟件、分析軟件和通訊軟件環(huán)境。多路電壓信號處理 前端處理后的低壓信號，通過專用的連接電纜，跟工控機的多通道數(shù)據(jù)采集卡連接。多通道 數(shù)據(jù)采集卡可以提供32路的電壓測量。采集卡是PCI型，工控機主板采用Intel P4 2. OG CPU,內(nèi)存1G，硬盤160G容量，采用Iinux操作系統(tǒng)，保留WEB服務(wù)、FTP服務(wù)和MySql數(shù)據(jù) 庫服務(wù)。采集軟件、控制軟件、分析軟件和通訊軟件等程序采用標準C語言開發(fā)。TOB服務(wù) 采用標準的Apache服務(wù)。采用CGI程序提供用戶交互界面，使用WEB瀏覽器的方式進行操 作，可以實現(xiàn)遠程控制和數(shù)據(jù)傳輸。自動啟動信號采用電壓突變量方式啟動。降壓隔離的220V交流供電系統(tǒng)，使裝置的電源和外部供電電源電磁隔離，在避免 電力系統(tǒng)現(xiàn)場供電電壓偏高的同時，避免了電源的雜波干擾。一種電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量在線監(jiān)測方法，利用本發(fā)明裝置，通過程序進行監(jiān)測，其具 體的方法步驟如下(1)初始化根據(jù)需要監(jiān)測的不同的電壓等級設(shè)定不同的采集通道的電壓啟動 值、選擇采集頻率、數(shù)據(jù)記錄長度、電壓的偏差、諧波、電壓波動和閃變、三相不平衡度的定 時計算的周期、用戶名稱和安裝地點等。啟動Linux的TOB服務(wù)、FTP服務(wù)等。采集主程序 同時啟動。(2)數(shù)據(jù)采集在第(1)步完成后，通過由電壓互感器接入本裝置的測量通道進行 實時在線監(jiān)測和定時采樣，通過多通道數(shù)據(jù)采集卡測量32個通道的電壓信號，實時采集信 號，每半滿數(shù)據(jù)的32個通道進行連續(xù)采樣。(3)進行暫態(tài)過電壓的錄波在第(2)步中，采集卡在采集到半滿數(shù)據(jù)后，通過監(jiān) 測采集程序開始傳輸此半滿數(shù)據(jù)，而采集卡則繼續(xù)進行下一個半滿的數(shù)據(jù)采集。程序計算 當前半滿的數(shù)據(jù)，得到的各個電壓通道的濾波后的峰值，與之前各個通道設(shè)定的初始值進 行比較，如果任意通道比較的差值都沒有超過對應(yīng)通道的啟動值，則當前的峰值被設(shè)定為 新的初始值，繼續(xù)等待新的半滿比較數(shù)據(jù)采集完成，來進行循環(huán)的比較；如果某一通道比較 的差值超過了啟動值，則開始記錄所有的32個通道的數(shù)據(jù)，連續(xù)記錄設(shè)定的時間長度，同 時將上一個半滿的數(shù)據(jù)作為記錄的開始，這樣得到的波形則包括故障前和故障后的完整波 形。(4)暫態(tài)過電壓的數(shù)據(jù)存儲在第(3)步中，在記錄完成一次規(guī)定時間長度的數(shù)據(jù) 后，將記錄的數(shù)據(jù)進行濾波等數(shù)據(jù)處理，將最終數(shù)據(jù)存儲到硬盤中，寫入各種參數(shù)設(shè)置信息
4到數(shù)據(jù)文件中。存儲完畢后返回到第(2)步，繼續(xù)進行數(shù)據(jù)采集過程。(5)其他穩(wěn)態(tài)電壓量的定時測量根據(jù)初始化設(shè)置，在規(guī)定的時間間隔，提取在第 ⑵步當前的半滿數(shù)據(jù)，進行電壓的偏差、諧波、電壓波動和閃變、三相不平衡度計算，得到 的各種電壓質(zhì)量數(shù)據(jù)值進行相應(yīng)的軟件處理后，得到穩(wěn)定的電壓質(zhì)量數(shù)值，將各個數(shù)值和 相應(yīng)的時間進行儲存。定時存儲的電壓質(zhì)量數(shù)值和時間，最終提供長時間的電壓質(zhì)量統(tǒng)計 值，裝置可以連續(xù)存儲一年的電壓質(zhì)量數(shù)值。(6)數(shù)據(jù)存儲、遠程控制和數(shù)據(jù)傳輸WEB服務(wù)提供了數(shù)據(jù)分析和遠程控制功能， FTP服務(wù)提供了數(shù)據(jù)的遠傳功能。MySql數(shù)據(jù)庫服務(wù)提供穩(wěn)態(tài)電壓量的儲存服務(wù)。Linux操 作系統(tǒng)具備多任務(wù)服務(wù)功能，在遠程分析和控制的同時不影響采集數(shù)據(jù)的操作和存儲，同 時具備良好的穩(wěn)定性。本發(fā)明裝置具備通過計算機網(wǎng)絡(luò)進行遠方控制和傳輸功能，采用Iinux操作系 統(tǒng)，采用標準TCP/IP通訊協(xié)議，裝置可以設(shè)置成任意的IP地址，通過計算機網(wǎng)絡(luò)上的通用 瀏覽器即可實現(xiàn)實時控制裝置進行控制、分析、顯示和傳輸?shù)裙δ?。在變電站運行的裝置只 要通過標準計算機網(wǎng)線聯(lián)上計算機網(wǎng)絡(luò)，同時配置相應(yīng)的IP地址，就可以實現(xiàn)在計算機網(wǎng) 絡(luò)上無論在當?shù)剡€是在異地進行控制和數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明裝置開發(fā)在線分析軟件是以用CGI功能開發(fā)的，可以實現(xiàn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)分析 和波形的顯示及打印功能。對數(shù)據(jù)進行分析顯示主要是編制靈活的數(shù)據(jù)曲線放大計算功能 和統(tǒng)計報表功能，可以進行各種計算，包括過電壓倍數(shù)和頻率，諧波合格率，短時閃變和長 時閃變，電壓偏差統(tǒng)計、電壓不平衡統(tǒng)計等。提供的打印功能，可以方便的提供各種曲線和 計算結(jié)果的打印，同時提供各種電壓質(zhì)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)的圖表打印功能。本發(fā)明技術(shù)創(chuàng)新點在于1)本發(fā)明裝置監(jiān)測的電壓質(zhì)量中的暫態(tài)過電壓波形，采集頻率可達32通道同時 采集頻率20kHz，過電壓波形記錄時間可達5秒。對于電力系統(tǒng)過電壓暫態(tài)現(xiàn)象達到全過程記錄。2)本發(fā)明裝置，可以對自動記錄的過電壓暫態(tài)波形進行過電壓的倍數(shù)和頻率的計 算，同時可以計算過電壓波形中任意一個周波的諧波，給出諧波總畸變率，2-100次的諧波 值和諧波含量。3)本發(fā)明裝置，同時具備根據(jù)電壓監(jiān)測的各個國家標準規(guī)定的需要記錄的各個定 時電壓測量的功能，進行電壓的偏差、諧波、電壓波動和閃變、三相不平衡度的穩(wěn)態(tài)量，并且 可以循環(huán)記錄一年的數(shù)據(jù)。4)過電壓測量采用電壓突變量的啟動方式。本發(fā)明裝置可以任意值設(shè)定任意通道 的過電壓啟動值，一個工頻周波即可判斷是否達到啟動條件，窗口式的判斷方式可以撲捉 到電壓的突升和突降。提供手動記錄的功能，用于測量當前時刻的電壓波形。5)本發(fā)明裝置采用Iinux操作系統(tǒng)，具備計算機聯(lián)網(wǎng)功能，可實現(xiàn)遠程控制、數(shù)據(jù) 傳輸和數(shù)據(jù)分析，提供在線的數(shù)據(jù)分析軟件，提供各種暫態(tài)波形分析和穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計報 表功能。


圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)圖。
圖2為電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量在線監(jiān)測方法流程圖。圖3為電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式裝置的電壓信號可以從電壓互感器二次側(cè)，或分壓器低壓臂接入本發(fā)明裝置，經(jīng) 過多路電壓信號處理前端，處理后的電壓信號經(jīng)專用電纜接入到工控機中數(shù)據(jù)采集卡中， 采集軟件將根據(jù)具體的參數(shù)循環(huán)采集處理電壓信號，在達到設(shè)定的啟動條件后或接到控制 命令后進行過電壓波形的記錄或定時測量穩(wěn)態(tài)電壓量，對得到的數(shù)據(jù)進行計算和存儲。
權(quán)利要求
一種電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量在線監(jiān)測裝置及方法，由以下部分組成多路電壓信號處理前端、工控機、多路高速采集卡、標準電氣屏、顯示器、打印機、交流電源隔離部分和輸入端子等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置及方法，其特征在于電壓模擬量32路，多通道同時采 集頻率可以達到20kHz，每一路模擬通道接入電壓，可以從電壓互感器二次側(cè)接入，也可以 由分壓器低壓臂接入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置及方法，其特征在于針對電力系統(tǒng)的交流電壓需要采 集的數(shù)據(jù)暫態(tài)波形特點而設(shè)計的。在電路設(shè)計上著重考慮了過電壓測量的暫態(tài)信號的處 理，帶通頻率達到IOOkHz ；電壓信號采用雙端輸入，各路信號彼此隔離不共地，同時，對一 次電壓和二次電壓進行光電隔離，保證設(shè)備采集卡的安全和測量精度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置及方法，其特征在于電力系統(tǒng)的電壓經(jīng)過電壓互感器 變換后接入多路電壓信號處理前端。在多路電壓信號處理前端內(nèi)經(jīng)過多路電壓信號處理板 隔離處理成低壓信號，然后與采集卡連接；采用隔離的電源供電系統(tǒng)，將整個采集裝置與外 部隔離，避免交流220V電源的干擾。
5.工控機和多路高速采集卡負責將信號進行采集、計算和存儲，同時提供控制軟件和 通訊部分軟件運行環(huán)境；多路電壓信號處理前端通過接線端子板和專用電纜連接到32通 道，lM/s高速多功能采集卡中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置及方法，其特征在于本發(fā)明裝置可以對任意通道進行 任意設(shè)定過電壓波形記錄啟動值，同時提供手動記錄實時波形的功能；自動啟動信號采用 電壓突變量窗口方式啟動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置及方法，其特征在于本裝置可以進行電壓質(zhì)量中過電 壓的監(jiān)測，提供記錄的過電壓波形，可以進行過電壓的波形分析，計算過電壓倍數(shù)、頻率和 時間長度等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置及方法，其特征在于裝置具備遠程控制和傳輸功能，采 用Linux操作系統(tǒng)的TCP/IP通訊協(xié)議，設(shè)置裝置的IP地址，通過計算機網(wǎng)絡(luò)中的其它計算 機中的瀏覽器，可以實時控制裝置，設(shè)定參數(shù)，進行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)的傳輸?shù)裙δ堋?br> 全文摘要
一種電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量在線監(jiān)測裝置及方法，可以實時在線監(jiān)測記錄電力系統(tǒng)從10kV到1000kV各個電壓等級的電壓質(zhì)量，全面監(jiān)測電壓的偏差、諧波、電壓波動和閃變、三相不平衡度等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，同時監(jiān)測暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓的暫態(tài)數(shù)據(jù)。該裝置采用多通道高速采集、自動記錄、存儲、顯示電壓質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備，可以實時、多路、高速采集各個電壓等級的電壓。同時記錄32個電壓的各種質(zhì)量數(shù)據(jù)。該裝置可以自動啟動存儲記錄過電壓暫態(tài)波形，計算過電壓倍數(shù)和暫態(tài)頻率。記錄時間可以達到5秒鐘。裝置采用linux多任務(wù)操作系統(tǒng)，整體軟件采用Web/Brower方式。
文檔編號G01R19/00GK101957396SQ20091007250
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者卞楊, 司德亮, 孟大偉, 宋朝暉, 張凱, 溫祥龍, 陳岳, 韓冰 申請人:黑龍江省電力科學研究院