一種適于智能化變電站的全站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置和監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適于智能化變電站的全站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置和監(jiān)測(cè)方法，屬于供電管理【技術(shù)領(lǐng)域】。該裝置主要由以多核處理器為核心的主系統(tǒng)、過(guò)程層以太網(wǎng)通訊卡、站控層以太網(wǎng)通訊卡、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、MMI模塊、設(shè)備調(diào)試模塊、電源模塊組成；所述多核處理器通過(guò)PCIE總線的擴(kuò)展槽與過(guò)程層以太網(wǎng)通訊卡、站控層以太網(wǎng)通訊卡以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊通訊連接，且分別通過(guò)USB接口和網(wǎng)絡(luò)接口與MMI模塊和設(shè)備調(diào)試模塊通訊連接。本發(fā)明以太網(wǎng)通訊卡提供的都是千兆網(wǎng)口，可以通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)接收全站的采樣值報(bào)文，最多可實(shí)現(xiàn)同時(shí)監(jiān)測(cè)60路監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種適于智能化變電站的全站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置和監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置和方法，尤其是一種適于智能化變電站的全站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置和監(jiān)測(cè)方法，屬于供電管理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著自動(dòng)控制技術(shù)以及智能化電氣的發(fā)展，智能化變電站的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因此如何在智能變電站中開(kāi)展電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)成為迫切需要解決的問(wèn)題。
[0003]智能化變電站的一個(gè)重要技術(shù)特征是數(shù)據(jù)共享。各類數(shù)據(jù)從源頭實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，真正實(shí)現(xiàn)信息集成、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)共享。在電流、電壓的采集環(huán)節(jié)采用智能化電氣測(cè)量系統(tǒng)(如光電/電子式互感器)，實(shí)現(xiàn)了電氣量數(shù)據(jù)采集的智能化應(yīng)用，并為實(shí)現(xiàn)常規(guī)變電站裝置冗余向信息冗余的轉(zhuǎn)變以及信息集成化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，也為在智能變電站中，由一個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)全站的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)創(chuàng)造了實(shí)現(xiàn)的條件。然而，目前應(yīng)用于智能變電站的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置仍采用常規(guī)變電站以間隔為單元的配置方案，性能比不高，未充分體現(xiàn)智能化變電站的信息共享的優(yōu)點(diǎn)，而基于冗余、共享的全站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置仍是空白。高速的網(wǎng)絡(luò)處理能力和強(qiáng)大的計(jì)算能力是實(shí)現(xiàn)智能化變電站全站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵和難點(diǎn)。
[0004]檢索發(fā)現(xiàn)，申請(qǐng)?zhí)枮?01210000881.8的中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種智能變電站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)終端，其技術(shù)特點(diǎn)是:包括變送模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、管理模塊、數(shù)據(jù)處理及分析模塊和GPS時(shí)間基準(zhǔn)模塊，變送模塊的輸入端與過(guò)程層合并單元相連接，變送模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、管理模塊、數(shù)據(jù)處理及分析模塊依次相連接，GPS時(shí)間基準(zhǔn)模塊連接到內(nèi)部總線上，數(shù)據(jù)處理及分析模塊通過(guò)通信接口與站控層相連接。該專利申請(qǐng)存在的問(wèn)題是:1)只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，變送模塊輸入端直接與合并單元相連接，只適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的過(guò)程層采樣報(bào)文接收處理；2)整個(gè)構(gòu)架的網(wǎng)絡(luò)處理能力和計(jì)算能力有限，DSP插件和EXT插件間都采用雙端口 RAM來(lái)傳遞數(shù)據(jù)會(huì)帶來(lái)數(shù)據(jù)流的處理瓶頸，無(wú)法擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)智能化變電站多監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)。
[0005]此外，申請(qǐng)?zhí)枮?01220335628.3的中國(guó)專利公開(kāi)了一種智能變電站電能質(zhì)量在線檢測(cè)裝置，包括帶隔離的開(kāi)關(guān)電源、光纖轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊、以太網(wǎng)通訊電路、I個(gè)以上的DSP處理器、顯示裝置及Internet通訊模塊。本發(fā)明提供一種能夠接收數(shù)字化變電站統(tǒng)一信息平臺(tái)的光纖數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)光電轉(zhuǎn)化和協(xié)議解析轉(zhuǎn)化，獲得電能質(zhì)量分析需要的電壓電流瞬時(shí)采樣數(shù)據(jù)，再通過(guò)高性能的硬件平臺(tái)和軟件算法實(shí)現(xiàn)最多8路X3相電壓和8路X3相電流的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，并且路數(shù)可通過(guò)軟件靈活配置。該專利申請(qǐng)存在的問(wèn)題是:I)雖然能夠接收智能化變電站統(tǒng)一信息平臺(tái)的光纖數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)光電轉(zhuǎn)化和協(xié)議解析轉(zhuǎn)化，獲得電能質(zhì)量分析需要的電壓電流瞬時(shí)采樣數(shù)據(jù)，但存在網(wǎng)絡(luò)處理能力的瓶頸，不能處理全站合并單元輸出的采樣值報(bào)文，無(wú)法滿足全站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的要求；2)雖然采用了擴(kuò)展DSP處理模塊，理論上可以滿足全站計(jì)算能力的要求，但要考慮全站所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的情況則需要很多塊DSP處理插件，因而存在硬件過(guò)于復(fù)雜，功耗難以控制，運(yùn)行可靠性較差等問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在干:針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量足以滿足變電站需求、并且擴(kuò)展靈活、可以無(wú)縫切換、運(yùn)行可靠的適于智能化變電站的全站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，同時(shí)給出監(jiān)測(cè)方法。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明適用于智能變電站的全站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置基本技術(shù)方案為:主要由以下部分組成:
[0008]以多核處理器為核心的主系統(tǒng)(1)，用以將接收的采樣值報(bào)文按預(yù)定規(guī)則計(jì)算處理得出電能質(zhì)量數(shù)據(jù)信息；
[0009]用以外接過(guò)程層交換機(jī)并接收所述交換機(jī)匯集的采樣值報(bào)文后傳送給多核處理器的過(guò)程層以太網(wǎng)通訊卡(2)；
[0010]用以將多核處理器計(jì)算處理得出的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)信息(包括監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)、事件記錄信息、裝置設(shè)置/配置信息)傳輸至外部管理系統(tǒng)的站控層以太網(wǎng)通訊卡(3)；
[0011]用以存儲(chǔ)多核處理器計(jì)算得出的全站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)事件及相應(yīng)波形數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(4)；
[0012]用以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的麗I模塊(5 );
[0013]用以下載程序代碼并據(jù)以進(jìn)行設(shè)備調(diào)試的設(shè)備調(diào)試模塊(6)；
[0014]電源模塊(7);
[0015]所述多核處理器通過(guò)PCIE總線的擴(kuò)展槽與過(guò)程層以太網(wǎng)通訊卡(2)、站控層以太網(wǎng)通訊卡(3)以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(4)通訊連接，且分別通過(guò)USB接口和網(wǎng)絡(luò)接ロ與MMI模塊
(5)和設(shè)備調(diào)試模塊(6)通訊連接。
[0016]此外，所述電源模塊為雙路電源模塊，所述雙路電源模塊用以將兩路外部電源進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換后通過(guò)雙路自適應(yīng)切換電路擇一接入，所述雙路自適應(yīng)切換電路用以在兩路外部電源之一電壓異常時(shí)自動(dòng)切換為另一外部電源供電。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)只適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的過(guò)程層采樣報(bào)文接收處理相比，本發(fā)明以太網(wǎng)通訊卡提供的都是千兆網(wǎng)ロ，可以通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)接收全站的采樣值報(bào)文，最多可實(shí)現(xiàn)同時(shí)監(jiān)測(cè)60路監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
[0018]多核處理器含有以下裝置:
[0019]標(biāo)幺化裝置，用于以前ー時(shí)間間隔(通常為I分鐘)內(nèi)接收到的采樣值均方根為平均值，以當(dāng)前時(shí)間間隔接收的采樣值除以所述平均值作為該采樣值的標(biāo)幺值；
[0020]第一平方裝置，用于將輸入的標(biāo)么值平方后輸出標(biāo)么平方值；
[0021]第一濾波裝置，至少含有I階高通濾波器(通常還含有6階巴特沃茲濾波器以及加權(quán)濾波器)，用于對(duì)標(biāo)么平方值濾波后輸出濾波中間值；
[0022]第二平方裝置，用于將輸入的濾波中間值平方后輸出濾波平方值；
[0023]第二濾波裝置，至少含有I階高通濾波器，用于對(duì)濾波平方值再次濾波后輸出無(wú)量綱的瞬時(shí)閃變值P(t)(主要是電壓閃變值，也可以是其它參數(shù)的閃變值);
[0024]統(tǒng)計(jì)處理裝置，設(shè)有預(yù)定數(shù)量的統(tǒng)計(jì)區(qū)間(通常將0.0110000分為1024個(gè)區(qū)間)，用于判斷瞬時(shí)閃變值P(t)落在哪個(gè)區(qū)間，并在該區(qū)間的統(tǒng)計(jì)值上+1，得到該區(qū)間的更新概率統(tǒng)計(jì)值；[0025]計(jì)時(shí)裝置，用于累計(jì)獲取采樣值時(shí)間，并判斷是否達(dá)到預(yù)定時(shí)長(zhǎng)(通常為10分鐘)，如是則啟動(dòng)閃變計(jì)算裝置，否則啟動(dòng)上述裝置，繼續(xù)采樣、處理、更新概率統(tǒng)計(jì)值；
[0026]閃變計(jì)算裝置，用于按預(yù)定權(quán)重公式計(jì)算得到所需的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)值Pst并輸出。
[0027]所述預(yù)定權(quán)重公式通常為
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種適于智能化變電站的全站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于主要由以下部分組成: 以多核處理器為核心的主系統(tǒng)(1)，用以將接收的采樣值報(bào)文按預(yù)定規(guī)則計(jì)算處理得出電能質(zhì)量數(shù)據(jù)信息； 用以外接過(guò)程層交換機(jī)并接收所述交換機(jī)匯集的采樣值報(bào)文后傳送給多核處理器的過(guò)程層以太網(wǎng)通訊卡(2)； 用以將多核處理器計(jì)算處理得出的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)信息(包括監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)、事件記錄信息、裝置設(shè)置/配置信息)傳輸至外部管理系統(tǒng)的站控層以太網(wǎng)通訊卡(3)； 用以存儲(chǔ)多核處理器計(jì)算得出的全站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)事件及相應(yīng)波形數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(4)； 用以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的匪I模塊(5)； 用以下載程序代碼并據(jù)以進(jìn)行設(shè)備調(diào)試的設(shè)備調(diào)試模塊(6)； 電源模塊(7)； 所述多核處理器通過(guò)PCIE總線的擴(kuò)展槽與過(guò)程層以太網(wǎng)通訊卡(2)、站控層以太網(wǎng)通訊卡(3)以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(4)通訊連接，且分別通過(guò)USB接口和網(wǎng)絡(luò)接ロ與麗I模塊(5)和設(shè)備調(diào)試模塊(6)通訊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于智能化變電站的全站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述電源模塊為雙路電源模塊，所述雙路電源模塊用以將兩路外部電源進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換后通過(guò)雙路自適應(yīng)切換電路擇一接入，所述雙路自適應(yīng)切換電路用以在兩路外部電源之一電壓異常時(shí)自動(dòng)切換為另一外部電源供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適于智能化變電站的全站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述多核處理器含有以下裝置: 標(biāo)幺化裝置，用于以前ー時(shí)間間隔內(nèi)接收到的采樣值均方根為平均值，以當(dāng)前時(shí)間間隔接收的采樣值除以所述平均值作為該采樣值的標(biāo)幺值； 第一平方裝置，用于將輸入的標(biāo)么值平方后輸出標(biāo)么平方值； 第一濾波裝置，至少含有I階高通濾波器，用于對(duì)標(biāo)么平方值濾波后輸出濾波中間值； 第二平方裝置，用于將輸入的濾波中間值平方后輸出濾波平方值； 第二濾波裝置，至少含有I階高通濾波器，用于對(duì)濾波平方值再次濾波后輸出無(wú)量綱的瞬時(shí)閃變值； 統(tǒng)計(jì)處理裝置，設(shè)有預(yù)定數(shù)量的統(tǒng)計(jì)區(qū)間，用于判斷瞬時(shí)閃變值落在哪個(gè)區(qū)間，并在該區(qū)間的統(tǒng)計(jì)值上+1，得到該區(qū)間的更新概率統(tǒng)計(jì)值； 計(jì)時(shí)裝置，用于累計(jì)獲取采樣值時(shí)間，并判斷是否達(dá)到預(yù)定時(shí)長(zhǎng)，如是則啟動(dòng)閃變計(jì)算裝置，否則啟動(dòng)上述裝置，繼續(xù)采樣、處理、更新概率統(tǒng)計(jì)值； 閃變計(jì)算裝置，用于按預(yù)定權(quán)重公式計(jì)算得到所需的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)值并輸出。
4.一種適于智能化變電站的全站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于含有以下硬件構(gòu)成的裝置 以多核處理器為核心的主系統(tǒng)(1)，用以將接收的采樣值報(bào)文按預(yù)定規(guī)則計(jì)算處理得出電能質(zhì)量數(shù)據(jù)信息； 用以外接過(guò)程層交換機(jī)并接收所述交換機(jī)匯集的采樣值報(bào)文后傳送給多核處理器的過(guò)程層以太網(wǎng)通訊卡(2)； 用以將多核處理器計(jì)算處理得出的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)信息(包括監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)、事件記錄信息、裝置設(shè)置/配置信息)傳輸至外部管理系統(tǒng)的站控層以太網(wǎng)通訊卡(3)； 用以存儲(chǔ)多核處理器計(jì)算得出的全站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)事件及相應(yīng)波形數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(4)； 用以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的麗I模塊(5)； 用以下載程序代碼并據(jù)以進(jìn)行設(shè)備調(diào)試的設(shè)備調(diào)試模塊(6); 電源模塊(7)； 所述多核處理器通過(guò)PCIE總線的擴(kuò)展槽與過(guò)程層以太網(wǎng)通訊卡(2)、站控層以太網(wǎng)通訊卡(3 )以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(4 )通訊連接，且分別通過(guò)USB接口和網(wǎng)絡(luò)接口與麗I模塊(5 )和設(shè)備調(diào)試模塊(6)通訊連接； 其中所述多核處理器按如下步驟進(jìn)行監(jiān)測(cè): A.標(biāo)么化步驟——以前一時(shí)間間隔內(nèi)接收到的采樣值均方根為平均值，以當(dāng)前時(shí)間間隔接收的采樣值除以所述 平均值作為該采樣值的標(biāo)幺值； B.第一平方步驟，將輸入 的標(biāo)么值平方后輸出標(biāo)么平方值； C.第一濾波步驟，通過(guò)I階高通濾波器、6階巴特沃茲濾波器以及加權(quán)濾波器將標(biāo)幺平方值濾波后輸出濾波中間值； D.第二平方步驟，將輸入的濾波中間值平方后輸出濾波平方值； E.第二濾波步驟，通過(guò)I階高通濾波器將濾波平方值再次濾波后輸出無(wú)量綱的瞬時(shí)閃變值； F.統(tǒng)計(jì)處理步驟，判斷瞬時(shí)閃變值落在預(yù)定數(shù)量的統(tǒng)計(jì)區(qū)間中的哪個(gè)區(qū)間，并在該區(qū)間的統(tǒng)計(jì)值上+1，得到該區(qū)間的更新概率統(tǒng)計(jì)值； G.計(jì)時(shí)步驟，累計(jì)獲取采樣值時(shí)間，并判斷是否達(dá)到預(yù)定的10分鐘時(shí)長(zhǎng)，如是則進(jìn)入閃變計(jì)算步驟，否則返回標(biāo)么化步驟，繼續(xù)采樣、處理、更新概率統(tǒng)計(jì)值； H.閃變計(jì)算步驟，用于按如下預(yù)定權(quán)重公式計(jì)算得到所需的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)值并輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述適于智能化變電站的全站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:所述預(yù)定權(quán)重公式為
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK103529327SQ201310504779
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】金耘嶺, 姚東方, 任小寶, 俞友誼, 章曉敏, 林宇 申請(qǐng)人:南京燦能電力自動(dòng)化有限公司