本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于變電站的電壓質(zhì)量指標(biāo)監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)：

隨著人們生活水平的日益提高和電力市場環(huán)境的日趨開放，電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題越來越受到人們的關(guān)注。電壓質(zhì)量指標(biāo)是電能質(zhì)量的一項(xiàng)重要組成部分，是衡量供電質(zhì)量的優(yōu)劣的一系列指標(biāo)，它包括：電壓偏差、諧波、三相電壓不平衡、電壓波動與閃變、電壓暫升與電壓暫降、頻率等。供電電壓質(zhì)量的好壞，將直接影響到客戶設(shè)備的安全運(yùn)行及產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，是電網(wǎng)企業(yè)提升服務(wù)水平的重要內(nèi)涵。供電電壓質(zhì)量的優(yōu)劣直接反映了電網(wǎng)管理部門技術(shù)水平的高低，反映了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是否合理，因此提高供供電電壓質(zhì)量既是廣大用電客戶期望，也是供電企業(yè)必須達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)之一，是企業(yè)管理工作的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)工作，也是一項(xiàng)綜合性工作。

《電能質(zhì)量供電電壓偏差》(gb/t12325-2008)、《電能質(zhì)量電壓波動和閃變》(gb/t12326-2008)、《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》(gb/t15543-2008)、《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》(gb/t14549-1993)、《電能質(zhì)量電壓暫降與短時(shí)中斷》(gb/t30137-2013)、《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差》(gb/t15945-2008)等標(biāo)準(zhǔn)對于相關(guān)指標(biāo)的要求作出了明確的定義，為此，需要一種應(yīng)用于變電站的電壓質(zhì)量指標(biāo)監(jiān)測裝置以監(jiān)測各項(xiàng)供電質(zhì)量指標(biāo)的情況，為評估治理提供量化的依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種適用于變電站中能夠?qū)Ω黜?xiàng)電壓質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行全面監(jiān)測的裝置。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種電壓質(zhì)量指標(biāo)監(jiān)測裝置，與變電站的變壓器二次側(cè)母線相連接并用于監(jiān)測所述變壓器二次側(cè)的電壓信號的質(zhì)量，所述電壓質(zhì)量指標(biāo)監(jiān)測裝置包括信號調(diào)理電路、電壓測量單元、主控單元、數(shù)據(jù)通信單元和數(shù)據(jù)存儲單元；

所述信號調(diào)理電路與所述變壓器二次側(cè)母線相連接，所述信號調(diào)理電路實(shí)時(shí)將所述變壓器二次側(cè)的電壓信號采樣變換為所述電壓測量單元能夠處理的模擬量信號；

所述電壓測量單元與所述信號調(diào)理電路相連接，所述電壓測量單元將所述信號調(diào)理電路輸出的所述模擬量信號轉(zhuǎn)換為所述主控單元能夠處理的數(shù)字量信號；

所述主控單元與所述電壓測量單元相連接，所述主控單元基于所述電壓測量單元輸出的數(shù)字量信號實(shí)時(shí)分別計(jì)算所述電壓信號的一系列指標(biāo)，所述主控單元還能夠輸出控制所述數(shù)據(jù)通信單元的控制信號；

所述數(shù)據(jù)通信單元與所述主控單元相連接，并通過通訊網(wǎng)絡(luò)和變電站電量與電能質(zhì)量集成化管理系統(tǒng)相連接，所述數(shù)據(jù)通信單元在所述控制信號的控制下實(shí)現(xiàn)將所述電壓信號的一系列指標(biāo)傳輸至所述變電站電量與電能質(zhì)量集成化管理系統(tǒng)；

所述數(shù)據(jù)存儲單元與所述主控單元相連接并存儲所述電壓信號的一系列指標(biāo)；

所述電壓信號的一系列指標(biāo)包括電壓偏差指標(biāo)、電壓波動與閃變指標(biāo)、三相電壓不平衡指標(biāo)、公共電網(wǎng)諧波指標(biāo)、電壓暫降與短時(shí)中斷指標(biāo)、電力系統(tǒng)頻率偏差指標(biāo)。

監(jiān)測所述變壓器二次側(cè)的電壓信號的電壓值并記錄電壓監(jiān)測時(shí)間，判斷所述電壓值是否超過所允許的限值并統(tǒng)計(jì)所述電壓值超過所允許的限值的電壓超限時(shí)間，根據(jù)計(jì)算電壓超限率，再根據(jù)電壓合格率＝1-電壓超限率計(jì)算出電壓合格率，所述電壓合格率用于表征所述電壓偏差指標(biāo)。

先剔除un(1±22％)范圍以外的無效電壓值后再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，所述所允許的限值包括上限值和下限值，所述上限值為un(1+7％)，所述下限值為un(1-10％)，其中un為額定電壓，所述電壓超限時(shí)間包括電壓超上限時(shí)間和電壓超下限時(shí)間，

計(jì)算所述電壓波動與閃變指標(biāo)的方法為：先通過采樣計(jì)算出所述電壓信號的短時(shí)間電壓閃變指標(biāo)，再根據(jù)多個(gè)所述短時(shí)間電壓閃變指標(biāo)計(jì)算出長時(shí)間電壓閃變指標(biāo)，判斷所述長時(shí)間電壓閃變指標(biāo)是否超標(biāo)并記錄所述長時(shí)間電壓閃變指標(biāo)超標(biāo)的閃變超限時(shí)間，根據(jù)計(jì)算閃變合格率，所述閃變合格率用于表征所述電壓波動與閃變指標(biāo)。

計(jì)算所述三相電壓不平衡指標(biāo)的方法為：基于三相電壓的幅值和相位計(jì)算正序分量、負(fù)序分量和零序分量，再根據(jù)計(jì)算所述三相電壓不平衡率，判斷所述三相電壓不平衡率是否超限并記錄所述三相電壓不平衡率超限時(shí)間，根據(jù)計(jì)算三相電壓不平衡率合格率，所述三相電壓不平衡率合格率用于表征所述三相電壓不平衡指標(biāo)，其中，u1為三相電壓的正序分量方均根值，u2為三相電壓的負(fù)序分量方均根值，u0為三相電壓的零序分量方均根值。

計(jì)算所述公共電網(wǎng)電壓諧波指標(biāo)的方法為：對所述電壓信號的波形進(jìn)行fft分解而計(jì)算出各次電壓諧波數(shù)據(jù)uhi，通過計(jì)算出諧波電壓含量，再根據(jù)計(jì)算出電壓總畸變率，判斷所述電壓總畸變率是否超限并記錄所述電壓總畸變率超限時(shí)間，根據(jù)計(jì)算電壓總畸變率合格率，其中ui為所述電壓信號的基波，所述電壓總畸變率合格率用于表征所述公共電網(wǎng)電壓諧波指標(biāo)。

計(jì)算所述電壓暫降與短時(shí)中斷指標(biāo)的方法為：對于每一相電壓信號，分別以半周波和一周波為周期刷新所述電壓信號的均方根值，獲得半周波電壓均方根值urms(1/2)(k1)和每周波電壓均方根值urms(1)(k2)，當(dāng)一相或多相電壓信號的半周波電壓均方根值urms(1/2)(k1)或每周波電壓均方根值urms(1)(k2)低于設(shè)置的暫降閾值時(shí)，電壓暫降開始，當(dāng)所有相電壓信號的半周波電壓均方根值urms(1/2)(k1)或每周波電壓均方根值urms(1)(k2)等于或高于所述暫降閾值與遲滯電壓之和時(shí)，電壓暫降結(jié)束，據(jù)此記錄電壓暫降次數(shù)以及暫降深度，以所述電壓暫降次數(shù)以及暫降深度來表征所述電壓暫降與短時(shí)中斷指標(biāo)。

計(jì)算所述電力系統(tǒng)頻率偏差指標(biāo)的方法為：計(jì)算所述電壓信號的頻率并判斷所述頻率是否在合格范圍內(nèi)，并統(tǒng)計(jì)所述電壓信號的頻率超出所述合格范圍的頻率超限時(shí)間，根據(jù)計(jì)算出頻率合格率，所述頻率合格率用于表征所述電力系統(tǒng)頻率偏差指標(biāo)。

優(yōu)選的，所述信號調(diào)理電路包括依次連接的電壓互感器、電壓變換電路、濾波電路、電壓過零比較電路；

所述電壓測量單元包括a/d轉(zhuǎn)換器；

所述主控單元包括arm處理器及其外圍電路；

所述數(shù)據(jù)通信單元為電力線載波數(shù)據(jù)通信單元；

所述數(shù)據(jù)存儲單元包括flash存儲器。

優(yōu)選的，所述主控單元還連接有數(shù)據(jù)輸出顯示單元。

由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明的電壓質(zhì)量指標(biāo)監(jiān)測裝置能夠?qū)ψ冸娬局械母黜?xiàng)電壓質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行全面監(jiān)測，從而為變電站供電電壓指標(biāo)存在的問題提供有效的信息，為電能質(zhì)量評估治理提供量化依據(jù)。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明的電壓質(zhì)量指標(biāo)監(jiān)測裝置的原理框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例一：如附圖1所示，一種與變電站的變壓器二次側(cè)母線相連接并用于監(jiān)測變壓器二次側(cè)的電壓信號質(zhì)量的電壓質(zhì)量指標(biāo)監(jiān)測裝置，包括信號調(diào)理電路、電壓測量單元、主控單元、數(shù)據(jù)通信單元、數(shù)據(jù)存儲單元以及數(shù)據(jù)輸出顯示單元。

信號調(diào)理電路與變壓器二次側(cè)母線相連接，它實(shí)時(shí)將變壓器二次側(cè)的電壓信號采樣變換為電壓測量單元能夠處理的模擬量信號。該信號調(diào)理電路包括依次連接的精度等級為0.1級的電壓互感器、電壓變換電路、濾波電路、電壓過零比較電路。

電壓測量單元與信號調(diào)理電路相連接，它將信號調(diào)理電路輸出的模擬量信號轉(zhuǎn)換為主控單元能夠處理的數(shù)字量信號。電壓測量單元包括工業(yè)級高精度14位a/d轉(zhuǎn)換器。

主控單元與電壓測量單元相連接，它基于電壓測量單元輸出的數(shù)字量信號實(shí)時(shí)分別計(jì)算電壓信號的一系列指標(biāo)，包括：電壓偏差指標(biāo)、電壓波動與閃變指標(biāo)、三相電壓不平衡指標(biāo)、公共電網(wǎng)諧波指標(biāo)、電壓暫降與短時(shí)中斷指標(biāo)、電力系統(tǒng)頻率偏差指標(biāo)。主控單元還能夠輸出控制數(shù)據(jù)通信單元的控制信號。主控單元包括arm處理器(或mcu、cpu等)及其外圍電路。

數(shù)據(jù)通信單元與主控單元相連接，并通過通訊網(wǎng)絡(luò)和變電站電量與電能質(zhì)量集成化管理系統(tǒng)相連接。數(shù)據(jù)通信單元在控制信號的控制下實(shí)現(xiàn)將電壓信號的一系列指標(biāo)傳輸至變電站電量與電能質(zhì)量集成化管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)通信單元采用電力線載波數(shù)據(jù)通信單元。

數(shù)據(jù)存儲單元與主控單元相連接并存儲電壓信號的一系列指標(biāo)，它包括flash存儲器。

數(shù)據(jù)輸出顯示單元與主控單元相連接，從而能夠輸出和/或顯示電壓信號的一系列指標(biāo)，它可以分別由數(shù)據(jù)輸出單元和數(shù)據(jù)顯示單元構(gòu)成。

該電壓質(zhì)量指標(biāo)監(jiān)測裝置能夠通過網(wǎng)絡(luò)接入到變電站電量與電能質(zhì)量集成化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)供電電壓指標(biāo)數(shù)據(jù)的上傳。

上述電壓質(zhì)量指標(biāo)監(jiān)測裝置包括以下工作步驟：

(1)初始化：上電后首先進(jìn)行硬件初始化，包括arm處理器及其實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、a/d轉(zhuǎn)換器、flash存儲器等的初始化；

(2)數(shù)據(jù)采集：在由電壓互感器接入本裝置的測量通道上啟動電壓采樣定時(shí)器，從而通過信號調(diào)理電路對變壓器二次側(cè)的電壓信號進(jìn)行采樣，a/d轉(zhuǎn)換器輸出電壓采樣值，經(jīng)電壓測量單元變換后送入主控單元；

(3)數(shù)據(jù)計(jì)算：在主控單元中對電壓信號進(jìn)行一些列指標(biāo)的計(jì)算分析，所得出的結(jié)果通過數(shù)據(jù)輸出顯示單元進(jìn)行顯示、通過數(shù)據(jù)通信單元上傳至變電站電量與電能質(zhì)量集成化管理系統(tǒng)中、通過數(shù)據(jù)存儲單元進(jìn)行存儲。

在主控單元中，對電壓偏差指標(biāo)、電壓波動與閃變指標(biāo)、三相電壓不平衡指標(biāo)、公共電網(wǎng)諧波指標(biāo)、電壓暫降與短時(shí)中斷指標(biāo)、電力系統(tǒng)頻率偏差指標(biāo)的計(jì)算分析方法如下：

1、電壓偏差指標(biāo)

電壓偏差指標(biāo)以電壓合格率表征。

在采樣的中斷服務(wù)程序中，可根據(jù)相鄰兩次采樣值計(jì)算出電網(wǎng)周期，進(jìn)而得到電網(wǎng)頻率，然后根據(jù)電網(wǎng)周期設(shè)置采樣定時(shí)器的定時(shí)周期，用以控制同步采樣。每當(dāng)mcu獲取到一個(gè)新的采樣數(shù)據(jù)，就執(zhí)行一次電壓合格率計(jì)算程序，判斷當(dāng)前電壓合格狀況。

在采樣得到電壓值后執(zhí)行電壓合格率計(jì)算程序，其過程如下：

a、異常剔除：監(jiān)測變壓器二次側(cè)的電壓信號的電壓值并記錄電壓監(jiān)測時(shí)間，將異常的電壓值剔除，即剔除額定電壓un(1+22％)范圍以外的無效電壓值而得到有效電壓值進(jìn)行儲存；

b、統(tǒng)計(jì)單元計(jì)算：以1min作為一個(gè)統(tǒng)計(jì)單元，取1min內(nèi)有效電壓值的平均值u1min，作為被監(jiān)測點(diǎn)即時(shí)的實(shí)際運(yùn)行電壓；

c、電壓合格率計(jì)算：判斷電壓值是否超過所允許的限值，所允許的限值包括上限值和下限值，上限值為un(1+7％)，下限值為un(1-10％)，un為額定電壓，電壓超限時(shí)間包括電壓超上限時(shí)間和電壓超下限時(shí)間，當(dāng)u1min＞un(1+7％)時(shí)電壓值超上限，當(dāng)u1min＜un(1-10％)時(shí)電壓值超下限。統(tǒng)計(jì)電壓值超過所允許的限值的電壓超限時(shí)間，根據(jù)

即

計(jì)算電壓超限率。

然后再根據(jù)

電壓合格率＝1-電壓超限率

計(jì)算出電壓合格率。

或者可以現(xiàn)根據(jù)

電壓合格率＝1-(電壓越上限率+電壓越下限率)

進(jìn)行計(jì)算。

2、電壓波動與閃變指標(biāo)

電壓波動與閃變指標(biāo)以閃變合格率來表征。

a、先通過采樣計(jì)算出電壓信號的短時(shí)間電壓閃變指標(biāo)pstj，即通過采樣對電壓波動分量進(jìn)行解調(diào)，獲得與電壓波動成線性關(guān)系的電壓，在觀察期內(nèi)(10min)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由cpf曲線獲得短時(shí)閃變值，pstj，j表示短時(shí)間電壓閃變指標(biāo)的編號；

b、再根據(jù)多個(gè)短時(shí)間電壓閃變指標(biāo)計(jì)算出長時(shí)間電壓閃變指標(biāo)(每兩小時(shí)計(jì)算一次)。

c、判斷長時(shí)間電壓閃變指標(biāo)是否超標(biāo)，即判斷是否plt＞1，并記錄長時(shí)間電壓閃變指標(biāo)plt超標(biāo)的閃變超限時(shí)間。閃變合格率為實(shí)際運(yùn)行電壓在閃變合格范圍內(nèi)的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間與對應(yīng)的裝置總運(yùn)行時(shí)間的百分百，即根據(jù)

計(jì)算閃變合格率。

3、三相電壓不平衡指標(biāo)

三相電壓不平衡指標(biāo)以三相電壓不平衡率合格率表征。

在三相系統(tǒng)中，通過測量三相電壓的幅值和相位，利用對稱分量法，求出三相電壓的正序分量、負(fù)序分量和零序分量，進(jìn)而得到正序分量方均根值u1(單位為伏)，負(fù)序分量方均根值u2(單位為伏)，零序分量方均根值u0(單位為伏)，再根據(jù)

計(jì)算三相電壓不平衡率，并據(jù)此判斷三相電壓不平衡率是否超限，記錄三相電壓不平衡率超限時(shí)間后結(jié)合裝置的總運(yùn)行時(shí)間，根據(jù)

計(jì)算三相電壓不平衡率合格率。

4、公共電網(wǎng)電壓諧波指標(biāo)

公共電網(wǎng)電壓諧波指標(biāo)以電壓總畸變率合格率表征。

對電壓信號的波形進(jìn)行fft分解而計(jì)算出0-50次的各次電壓諧波數(shù)據(jù)uhi，i＝1-50，然后按照

計(jì)算出諧波電壓含量uh，再根據(jù)

計(jì)算出電壓總畸變率thdu，其中ui為電壓信號的基波。

判斷電壓總畸變率是否超限并記錄電壓總畸變率超限時(shí)間，根據(jù)

計(jì)算電壓總畸變率合格率。

5、電壓暫降與短時(shí)中斷指標(biāo)

電壓暫降與短時(shí)中斷指標(biāo)以電壓暫降次數(shù)以及暫降深度來表征。得到電壓采樣值后，判斷是否有電壓暫降發(fā)生并計(jì)算暫降特征量，對于每一相電壓信號，其判斷過程如下：

以半周波為周期(計(jì)算窗口)刷新電壓信號的均方根值，得到半周波電壓均方根值urms(1/2)(k1)：

式中：

n——每周期的采樣點(diǎn)數(shù)；

u(i)——第i次采樣得到的電壓信號的瞬時(shí)值；

t——計(jì)算開始時(shí)刻；

k1——以半周波為周期的計(jì)算窗口序號，k1＝1，2，3，…；則半周波電壓均方根值的第一個(gè)值是在第一個(gè)周波內(nèi)，即從采樣點(diǎn)1至n獲得的，半周波電壓均方根值的第二個(gè)值是在采樣點(diǎn)(n/2)+1至(n/2)+n獲得的，以此類推。

以一周波為周期(計(jì)算窗口)刷新電壓信號的均方根值，得到每周波電壓均方根值urms(1)(k2)：

式中：

n——每周期的采樣點(diǎn)數(shù)；

u(i)——第i次采樣得到的電壓信號的瞬時(shí)值；

t——計(jì)算開始時(shí)刻；

k2——以一周波為周期的計(jì)算窗口序號，k2＝1，2，3，…；則每周波電壓均方根值的第一個(gè)值是在第一個(gè)周波內(nèi)，即從采樣點(diǎn)1至n獲得的，每周波電壓均方根值的第二個(gè)值是在采樣點(diǎn)n+1至2n獲得的，以此類推。

預(yù)設(shè)暫降閾值，一般依據(jù)電壓暫降的定義設(shè)置為0.9p.u.(額定電壓的90％)為暫降閾值。當(dāng)一相或多相電壓信號的半周波電壓均方根值urms(1/2)(k1)或每周波電壓均方根值urms(1)(k2)低于設(shè)置的暫降閾值時(shí)，電壓暫降開始，當(dāng)所有相電壓信號的半周波電壓均方根值urms(1/2)(k1)或每周波電壓均方根值urms(1)(k2)等于或高于暫降閾值與遲滯電壓之和時(shí)，電壓暫降結(jié)束。從而根據(jù)電壓暫降的過程記錄電壓暫降次數(shù)以及暫降深度。

6、電力系統(tǒng)頻率偏差指標(biāo)

電力系統(tǒng)頻率偏差指標(biāo)以頻率合格率表征。

計(jì)算電力系統(tǒng)頻率偏差指標(biāo)的方法為：啟動測頻捕獲功能與采樣定時(shí)器，在捕獲的中斷服務(wù)程序中，可根據(jù)相鄰兩次捕獲值計(jì)算出電網(wǎng)周期，進(jìn)而計(jì)算電壓信號的頻率，以1s作為一個(gè)統(tǒng)計(jì)單元，取1s內(nèi)頻率預(yù)處理值的平均值，作為被監(jiān)測點(diǎn)即時(shí)的實(shí)際運(yùn)行頻率f。

判斷頻率f是否在合格范圍49.8＜f＜50.2內(nèi)。統(tǒng)計(jì)電壓信號的頻率超出合格范圍的頻率超限時(shí)間(單位為s)，根據(jù)

計(jì)算出頻率合格率。

通過上述方法計(jì)算出的各項(xiàng)指標(biāo)通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸而上傳至變電站電量與電能質(zhì)量集成化管理系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)供電電壓指標(biāo)的數(shù)據(jù)傳輸。

上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。