專利名稱：基于can總線的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及評(píng)估系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)估技術(shù)，主要適用于電力系統(tǒng)和各級(jí)配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)估。
背景技術(shù)：
目前現(xiàn)有的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的產(chǎn)品大致可分為3類離線的便攜式儀器、單機(jī)的工控機(jī)方式和基于RS232/485簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)通訊的主從方式。
離線的便攜式儀器只能在人為參與的情況下進(jìn)行有限的數(shù)據(jù)采集和記錄功能，無法提供豐富和滿足需求的存儲(chǔ)和歷史數(shù)據(jù)分析功能。
單機(jī)的工控機(jī)方式在3相實(shí)時(shí)采集和分析方面考慮甚少，工作方式不可靠，也無法將采集分析數(shù)據(jù)傳至控制中心進(jìn)行分析和保存，以便于日后數(shù)據(jù)的比較分析和數(shù)據(jù)挖掘。
基于RS232/485簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)通訊的主從方式存在許多不足一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上只能有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，無法構(gòu)成多主結(jié)構(gòu)或冗余結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，一旦主節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)將出現(xiàn)癱瘓狀態(tài)；數(shù)據(jù)傳輸效率低，靈活性較差，在實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合，這是致命的弱點(diǎn)；物理層采用的RS485規(guī)范，鏈路層為SDLC協(xié)議，總體效率較低，尤其是錯(cuò)誤處理能力不強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上三類電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種基于CAN總線的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及評(píng)估系統(tǒng)，對(duì)供電系統(tǒng)的電壓、頻率和功率波動(dòng)、電網(wǎng)諧波、三相電壓不平衡等指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并通過通信線路上傳至后臺(tái)分析系統(tǒng)，并給出電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和評(píng)估結(jié)果。
為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于CAN總線的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及評(píng)估系統(tǒng)，它由第一層數(shù)據(jù)采集層、第二層數(shù)據(jù)處理層、第三層數(shù)據(jù)傳輸層和第四層用戶層共四層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成；所述數(shù)據(jù)采集層由多個(gè)數(shù)據(jù)采集組組成，每一數(shù)據(jù)采集組包括傳感器、接線端子板、數(shù)據(jù)采集卡，傳感器把監(jiān)測(cè)的電壓和電流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓后通過連線端子板與數(shù)據(jù)采集卡相連，由采集卡實(shí)現(xiàn)采樣頻率為6.4kHz的基本同步的高速數(shù)據(jù)采集，所述數(shù)據(jù)采集卡插入工控機(jī)的PCI插槽中，接收數(shù)據(jù)處理層的控制并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
所述數(shù)據(jù)處理層由若干工控機(jī)和下位機(jī)程序構(gòu)成，工控機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸層送來的PC機(jī)的通信指令，通過數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)程序控制數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集，對(duì)采集到的電氣參數(shù)進(jìn)行換算，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各電能指標(biāo)的計(jì)算和分析，然后調(diào)用數(shù)據(jù)傳輸層CAN通訊卡的驅(qū)動(dòng)程序，把計(jì)算的各電能指標(biāo)送回給數(shù)據(jù)傳輸層。
所述數(shù)據(jù)處理層下位機(jī)程序主要實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量的綜合分析處理，其中涉及到的監(jiān)測(cè)和計(jì)算的量有電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電壓波動(dòng)、諧波分析、閃變計(jì)算等基本指標(biāo)。該軟件部分還提出了把數(shù)字濾波器和電能質(zhì)量分析的過零點(diǎn)檢測(cè)結(jié)合起來的新算法和四階牛頓插值同步化FFT諧波分析算法。
所述數(shù)據(jù)傳輸層由若干CAN通訊卡和超5類雙絞線構(gòu)成，利用CAN總線建立一條高可靠性的開放式數(shù)據(jù)通訊線路，實(shí)現(xiàn)用戶層PC機(jī)與工控機(jī)之間的指令和數(shù)據(jù)的交換，所述CAN通訊卡通過驅(qū)動(dòng)程序，接收來自數(shù)據(jù)處理層的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)。本發(fā)明在數(shù)據(jù)傳輸方式上還采用兩次數(shù)據(jù)傳輸，第一次為數(shù)據(jù)的粗傳輸，第二次為完全傳輸。粗傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括電壓、電流、頻率、有功、無功、功率因數(shù)、電壓波動(dòng)、風(fēng)向、風(fēng)速等信息，用于程序的界面顯示；完全傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括粗傳輸?shù)碾娔苤笜?biāo)和諧波分析數(shù)據(jù)，用于數(shù)據(jù)計(jì)算和分析統(tǒng)計(jì)和存儲(chǔ)。
數(shù)據(jù)傳輸層主要任務(wù)至少有以下方面(1)建立一個(gè)完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過各通信站點(diǎn)相互握手，將所有站點(diǎn)信息統(tǒng)一傳送到PC機(jī)；
(2)巡檢檢查各個(gè)站點(diǎn)的工作狀況；(3)數(shù)據(jù)上傳及處理各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的將分析數(shù)據(jù)規(guī)劃成符合CAN2.0B協(xié)議的數(shù)據(jù)幀形式，PC機(jī)接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)解密后分類顯示或儲(chǔ)存，指令包括基本數(shù)據(jù)的上傳(頻率、電壓有效值、電流有效值等等)、諧波的上傳、閃變結(jié)果及波形數(shù)據(jù)的上傳等。
用戶層由PC機(jī)和上位機(jī)程序構(gòu)成，具有提供友好的操作界面，提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)、分析和評(píng)估功能，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息加以分析、存儲(chǔ)及管理，并直觀地顯示風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，它是整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)及控制中心，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的總體調(diào)度，對(duì)各個(gè)站點(diǎn)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，完成與下位機(jī)的通信。所述用戶層PC機(jī)主程序?qū)Λ@取數(shù)據(jù)設(shè)有兩個(gè)循環(huán)，一個(gè)是每5秒一循環(huán)獲得各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的除諧波分析以外的電能指標(biāo)，另一個(gè)是每10分鐘一循環(huán)獲得各個(gè)站點(diǎn)的所有電能指標(biāo)分析結(jié)果數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)。
由于本發(fā)明采用了上述技術(shù)方案，與背景技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、在數(shù)據(jù)傳輸層采用CAN總線結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的可靠性、容錯(cuò)性和擴(kuò)展性。
2、把數(shù)字濾波器和電能質(zhì)量分析的過零點(diǎn)檢測(cè)結(jié)合起來，這種數(shù)字的算法可以得到更精確的計(jì)算結(jié)果，而且移植性更好。
3、本發(fā)明的一種實(shí)時(shí)性較好而且對(duì)電網(wǎng)頻率偏差較大有很好的抗干擾能力的四階牛頓插值同步化FFT諧波分析算法，不但降低了系統(tǒng)對(duì)硬件電路的要求，而且提高了諧波分析的精度，尤其是改善了相位計(jì)算的誤差。
4、在數(shù)據(jù)傳輸方式上，采用兩次數(shù)據(jù)傳輸，提高了系統(tǒng)顯示的實(shí)時(shí)性也保證了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)的完整性和精確度。


圖1是基于CAN總線的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及評(píng)估系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖2是本發(fā)明信號(hào)傳遞流程圖；圖3是工控機(jī)對(duì)各電氣指標(biāo)運(yùn)算流程圖；
圖4是命令幀和回應(yīng)幀格式；圖5是工控機(jī)采集和傳送數(shù)據(jù)程序流程框圖；圖6是PC機(jī)數(shù)據(jù)處理及與工控機(jī)的通信的程序流程框圖。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施方式表述的范圍。
實(shí)施例1風(fēng)電場(chǎng)的電能質(zhì)量檢測(cè)分析如圖1為本發(fā)明一種基于CAN總線的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及評(píng)估系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，它由第一層數(shù)據(jù)采集層1、第二層數(shù)據(jù)處理層2、第三層數(shù)據(jù)傳輸層3和第四層用戶層4共四層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成；所述數(shù)據(jù)采集層1由多個(gè)數(shù)據(jù)采集組組成，每一數(shù)據(jù)采集組包括傳感器5、接線端子板、數(shù)據(jù)采集卡6。傳感器5把所監(jiān)測(cè)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的三相電壓和三相電流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的0——5V電壓，后通過連線端子板與數(shù)據(jù)采集卡6相連，由采集卡6實(shí)現(xiàn)采樣頻率為6.4kHz的基本同步的高速數(shù)據(jù)采集，所述數(shù)據(jù)采集卡插入工控機(jī)的PCI插槽中，接收數(shù)據(jù)處理層的控制并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；所述數(shù)據(jù)處理層2由若干工控機(jī)7和下位機(jī)程序構(gòu)成，下位機(jī)程序根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸層獲得的指令或者用戶通過操作下位機(jī)軟件的界面命令，通過數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)程序控制數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集，對(duì)采集到的電氣參數(shù)進(jìn)行換算，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各電能指標(biāo)的計(jì)算和分析。如果是由傳輸層獲得的指令，接著就調(diào)用數(shù)據(jù)傳輸層CAN通訊卡的驅(qū)動(dòng)程序，把計(jì)算的各電能指標(biāo)送給數(shù)據(jù)傳輸層；如果是用戶的界面命令就把數(shù)據(jù)顯示在界面上。
所述數(shù)據(jù)傳輸層由下位機(jī)程序、若干CAN通訊卡8、9和物理通訊網(wǎng)線構(gòu)成，利用CAN總線建立一條高可靠性的開放式數(shù)據(jù)通訊線路，實(shí)現(xiàn)用戶層PC機(jī)10與工控機(jī)7之間的指令和數(shù)據(jù)的交換。CAN通訊卡8插在工控機(jī)7的PCI插槽中，、CAN通訊卡9插在PC機(jī)10的PCI插槽中。所述工控機(jī)7的CAN通訊卡8通過驅(qū)動(dòng)程序接收指令數(shù)據(jù)，由下位機(jī)程序把接收到的指令送到數(shù)據(jù)處理層，然后把處理層返回的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)處理層，工控機(jī)7的CAN通訊卡8再通過驅(qū)動(dòng)程序把送來的數(shù)據(jù)發(fā)送出去；PC機(jī)10的CAN通訊卡9通過驅(qū)動(dòng)程序，向工控機(jī)7發(fā)送指令并接收工控機(jī)7送回的數(shù)據(jù)。所述物理通訊網(wǎng)線采用超5類雙絞線。
本發(fā)明在數(shù)據(jù)傳輸方式上還采用兩次數(shù)據(jù)傳輸，第一次為數(shù)據(jù)的粗傳輸，把電壓、電流、頻率、有功、無功、功率因數(shù)、電壓波動(dòng)、風(fēng)向、風(fēng)速等信息傳輸?shù)接脩魧覲C機(jī)上；第二次為完全傳輸，把所有的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)(除了促傳輸?shù)臄?shù)據(jù)外還增加了諧波分析的數(shù)據(jù))一次性發(fā)送。粗傳輸?shù)臄?shù)據(jù)用于界面顯示，完全傳輸?shù)臄?shù)據(jù)用于計(jì)算、分析統(tǒng)計(jì)和存儲(chǔ)。
用戶層由PC機(jī)10和上位機(jī)程序構(gòu)成，具有友好的操作界面，可以接收用戶的指令，提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)、分析和評(píng)估功能，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息加以分析、存儲(chǔ)及管理，并直觀地顯示風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，它是整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)及控制中心，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的總體調(diào)度，對(duì)各個(gè)站點(diǎn)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，完成與下位機(jī)的通信。所述用戶層PC機(jī)的上位機(jī)程序?qū)Λ@取數(shù)據(jù)設(shè)有兩個(gè)循環(huán)，一個(gè)是每5秒一循環(huán)獲得粗傳輸?shù)碾娔苤笜?biāo)并顯示，另一個(gè)是每10分鐘一循環(huán)獲得各個(gè)站點(diǎn)的全部電能分析結(jié)果數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲(chǔ)。
如圖2示出了本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理及監(jiān)測(cè)流程，再結(jié)合圖1所示，首先，遠(yuǎn)距離傳輸過來電壓電流信號(hào)21通過數(shù)據(jù)采集層的步驟22的傳感器5轉(zhuǎn)換為滿足采樣的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，下位機(jī)程序設(shè)置采集卡6為自動(dòng)采集狀態(tài)，CAN通訊卡8處于監(jiān)聽模式，正常工作時(shí)，步驟23的采集卡6工作于持續(xù)采集狀態(tài)，然后步驟24利用工控機(jī)7對(duì)采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)用戶界面命令顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。工控機(jī)7可接收PC機(jī)10的命令，通過CAN總線往PC機(jī)10傳送數(shù)據(jù)，供步驟25的PC機(jī)10顯示及評(píng)估，并存儲(chǔ)留作歷史數(shù)據(jù)。PC機(jī)10也可以根據(jù)用戶命令向工控機(jī)發(fā)送要求數(shù)據(jù)命令，然后把工控機(jī)送來的數(shù)據(jù)保存到歷史數(shù)據(jù)庫中，并顯示該數(shù)據(jù)和相應(yīng)的曲線。
如圖3，本發(fā)明數(shù)據(jù)處理層中工控機(jī)7對(duì)各參數(shù)指標(biāo)的運(yùn)算流程，需監(jiān)測(cè)的電能指標(biāo)有三相電壓和電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電壓波動(dòng)、諧波分析、閃變計(jì)算等。首先步驟31采樣15個(gè)周波的三相電壓和三相電流數(shù)據(jù)，其中每個(gè)周波128個(gè)點(diǎn)，步驟32的頻率可通過計(jì)算電壓或電流一個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)獲得，一般可以認(rèn)為3個(gè)過零點(diǎn)為一個(gè)周期。為了減少諧波成分和高頻噪聲對(duì)確定過零以及FFT諧波計(jì)算的干擾，步驟32中采用了簡(jiǎn)單的IIR(Infinite Impulse Response)濾波器，即軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字帶通濾波器，該數(shù)字濾波器和電能質(zhì)量分析的過零點(diǎn)檢測(cè)結(jié)合起來，即在進(jìn)行過零點(diǎn)檢測(cè)之前，先用一個(gè)帶通濾波器對(duì)采集的電壓信號(hào)進(jìn)行濾波，用濾波后的數(shù)據(jù)序列進(jìn)行過零點(diǎn)的檢測(cè)和基波頻率的計(jì)算。隨后運(yùn)行步驟33進(jìn)行電壓電流有效值計(jì)算、步驟步驟34進(jìn)行有功功率計(jì)算以及步驟35的諧波計(jì)算。其中步驟35指標(biāo)運(yùn)算的諧波計(jì)算部分采用的是基于四階牛頓插值法同步化的FFT諧波分析算法對(duì)電能質(zhì)量的諧波進(jìn)行分析。利用步驟33的計(jì)算結(jié)果，隨后分別進(jìn)行步驟36的有效值平均計(jì)算和步驟37的視在功率計(jì)算。隨后進(jìn)行步驟38的閃變及電壓波動(dòng)計(jì)算，由于采樣頻率是固定的，而信號(hào)有可能產(chǎn)生波動(dòng)，使不能保證滿足FFT算法一個(gè)信號(hào)周波的采樣為2n個(gè)的要求，可利用線性插值的方法來實(shí)現(xiàn)2n個(gè)數(shù)據(jù)。根據(jù)國際電工委員會(huì)(IEC，International Electrotechnical Commission)提出的風(fēng)輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(IEC61400-21)系列標(biāo)準(zhǔn)，閃變計(jì)算所需的數(shù)據(jù)為從工控機(jī)所存儲(chǔ)的10分鐘中的數(shù)據(jù)中進(jìn)行抽樣獲得，10分鐘的數(shù)據(jù)需實(shí)時(shí)更新。利用步驟34的有功功率計(jì)算結(jié)果和步驟37的視在功率計(jì)算結(jié)果進(jìn)行步驟39的功率因數(shù)計(jì)算。最后經(jīng)過步驟310將計(jì)算結(jié)果經(jīng)CAN總線發(fā)往PC機(jī)10。
如圖5所示，本發(fā)明數(shù)據(jù)傳輸層的通信協(xié)議為主從應(yīng)答模式，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(單個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的三相電壓和三相電流共6個(gè)通道的數(shù)據(jù))設(shè)置不同NodeID，以區(qū)分不同的監(jiān)測(cè)點(diǎn)；每個(gè)工控機(jī)的CAN適配卡設(shè)置不同CANID，以區(qū)分不同的工控機(jī)。首先PC機(jī)發(fā)出命令(命令幀)，工控機(jī)8接到PC機(jī)發(fā)出命令，由相應(yīng)的工控機(jī)8做出對(duì)應(yīng)回應(yīng)(回應(yīng)幀)，獲得站點(diǎn)數(shù)據(jù)的過程如下首先步驟41工控機(jī)8收到PC機(jī)命令后，通過步驟42判斷是否為本機(jī)的CANID。如不是，則步驟43不進(jìn)行任何處，等待指令；如是，則進(jìn)行步驟44判斷是否本地有該命令包含的NodeID。如沒有，則運(yùn)行步驟45，發(fā)送錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)；如果有，則步驟46進(jìn)行相應(yīng)得數(shù)據(jù)處理，并通過步驟47把數(shù)據(jù)回復(fù)PC機(jī)，然后返回等待。當(dāng)數(shù)據(jù)較長(zhǎng)時(shí)，可將數(shù)據(jù)劃成多個(gè)數(shù)據(jù)格式發(fā)送。命令幀和回應(yīng)幀數(shù)據(jù)格式見圖4所示，它們的載體為CAN通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)幀，命令幀為單幀數(shù)據(jù)，為2～3個(gè)字節(jié)，B0決定控制站點(diǎn)的工作方式，B1為CANID，B2為NodeID，而回應(yīng)幀每幀最多8個(gè)字節(jié)，B0為命令字，B1為NodeID，其它為數(shù)據(jù)信息，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完畢，數(shù)據(jù)信息為00回應(yīng)。
如圖6所示為用戶層PC機(jī)的上位機(jī)程序的主程序的流程圖，其功能是根據(jù)用戶需求通過數(shù)據(jù)傳輸層向數(shù)據(jù)處理層的工控機(jī)發(fā)送指令，索取數(shù)據(jù)，完成與工控機(jī)的通信并將監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息加以分析、存儲(chǔ)及管理，直觀地顯示風(fēng)電場(chǎng)各風(fēng)機(jī)運(yùn)行的數(shù)據(jù)，對(duì)各個(gè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其功能通過如下步驟實(shí)現(xiàn)首先步驟52程序初始化2個(gè)定時(shí)器，分別是5秒鐘超時(shí)一次和10分鐘超時(shí)一次，然后進(jìn)入步驟53等待超時(shí)，隨后進(jìn)行循環(huán)判斷，步驟54判斷5秒鐘是否已經(jīng)到了？如果5秒鐘超時(shí)到了，則步驟55PC機(jī)發(fā)送粗傳輸命令，然后步驟56接收粗傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，步驟57顯示到上位機(jī)程序界面上，再回到步驟53。如果5秒鐘超時(shí)未到，接下來運(yùn)行步驟58判斷十分鐘超時(shí)到否？如果十分鐘超時(shí)到了，則步驟59的PC機(jī)發(fā)送完全傳輸命令，然后步驟510接收完全傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，步驟511把數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中，再回到步驟53。如果超時(shí)沒到，則直接返回步驟53繼續(xù)等待超時(shí)。
權(quán)利要求
1.基于CAN總線的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由第一層數(shù)據(jù)采集層、第二層數(shù)據(jù)處理層、第三層數(shù)據(jù)傳輸層和第四層用戶層共四層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成；所述數(shù)據(jù)采集層由多個(gè)數(shù)據(jù)采集組組成，每一數(shù)據(jù)采集組包括傳感器、接線端子板和數(shù)據(jù)采集卡，傳感器把監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓和電流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓后通過連線端子板傳遞給數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡插入工控機(jī)的PCI插槽中，接受數(shù)據(jù)處理層的控制并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；所述數(shù)據(jù)處理層由若干工控機(jī)組成，工控機(jī)對(duì)采集到的電氣參數(shù)進(jìn)行換算，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各電能指標(biāo)的計(jì)算和分析，然后把電能指標(biāo)送到數(shù)據(jù)傳輸層，通過數(shù)據(jù)傳輸層把計(jì)算的各電能指標(biāo)傳送給PC機(jī)；所述數(shù)據(jù)傳輸層由若干CAN適配卡和物理網(wǎng)線構(gòu)成，插入工控機(jī)PCI插槽中的各CAN適配卡通過物理網(wǎng)線與插入PC機(jī)的CAN適配卡連接，利用CAN總線協(xié)議建立一條高可靠性的開放式數(shù)據(jù)通訊線路，實(shí)現(xiàn)用戶層PC機(jī)與工控機(jī)之間的指令和數(shù)據(jù)的交換；所述用戶層為PC機(jī)，根據(jù)用戶需求通過數(shù)據(jù)傳輸層向數(shù)據(jù)處理層的工控機(jī)發(fā)送指令，索取相關(guān)數(shù)據(jù)，完成與工控機(jī)的通信并將被監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息加以分析、存儲(chǔ)及管理，直觀地顯示被監(jiān)測(cè)點(diǎn)運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)各被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于，所述工控機(jī)把電能指標(biāo)送到數(shù)據(jù)傳輸層，通過數(shù)據(jù)傳輸層把計(jì)算的各電能指標(biāo)傳送給PC機(jī)通過如下步驟實(shí)現(xiàn)(1)工控機(jī)收到PC機(jī)命令后，判斷是否為本機(jī)的CANID；(2)如不是，則不進(jìn)行任何處，等待指令；如是，則判斷是否本地有該命令包含的NodeID；(3)如沒有，則發(fā)送錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)；如果有，進(jìn)行相應(yīng)得數(shù)據(jù)處理，并把數(shù)據(jù)回復(fù)PC機(jī)，然后返回等待。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于，所述工控機(jī)對(duì)采集到的電氣參數(shù)進(jìn)行換算后先用一個(gè)帶通濾波器對(duì)采集的電壓信號(hào)進(jìn)行濾波，然后用濾波后的數(shù)據(jù)序列進(jìn)行過零點(diǎn)的檢測(cè)和基波頻率的計(jì)算。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于，所述工控機(jī)的電能指標(biāo)的計(jì)算和分析包括電壓、電流波形分析、有功和無功分析、三相不平衡分析和諧波分析，諧波分析采用基于四階牛頓插值法同步化的FFT諧波分析算法對(duì)電能質(zhì)量的諧波進(jìn)行分析。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸層對(duì)用戶層PC機(jī)與工控機(jī)之間的指令和數(shù)據(jù)的交換是采用兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，第一種方式為數(shù)據(jù)的粗傳輸，通過開放式數(shù)據(jù)通訊線路把電壓、電流、頻率、有功、無功、功率因數(shù)、電壓波動(dòng)、風(fēng)向、風(fēng)速等信息傳給所述用戶層PC機(jī)；第二種方式為完全傳輸，即每隔一定的時(shí)間，根據(jù)用戶層PC機(jī)的命令，把采集的所有電能指標(biāo)一次性傳給PC機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于，所述用戶層PC機(jī)與工控機(jī)的通信是指對(duì)獲取數(shù)據(jù)設(shè)有兩個(gè)循環(huán)，一個(gè)是每5秒一循環(huán)，以獲得各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電能指標(biāo)；另一個(gè)是每10分鐘一循環(huán)，以獲得各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電能指標(biāo)和諧波分析結(jié)果數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供基于CAN總線的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及評(píng)估系統(tǒng)。該系統(tǒng)適用于電力系統(tǒng)和各級(jí)配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)估。系統(tǒng)為四層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第一層為數(shù)據(jù)采集層，它將多個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行分組管理，并將所有電網(wǎng)信號(hào)經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓后送入數(shù)據(jù)采集卡。第二層為數(shù)據(jù)處理層，對(duì)數(shù)據(jù)采集層得到的電氣參數(shù)進(jìn)行換算，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電壓波動(dòng)、諧波分析、閃變等電能質(zhì)量的計(jì)算和分析。第三層是數(shù)據(jù)傳輸層，它利用CAN總線建立一條高可靠性的開放式數(shù)據(jù)通訊線路，實(shí)現(xiàn)中控室PC機(jī)與工控機(jī)之間的指令和數(shù)據(jù)的交換。第四層是用戶層，建立友好的操作界面，提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)、分析和評(píng)估功能，并使用戶直觀地觀察到風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H04L12/28GK101079184SQ20071002808
公開日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2007年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月18日
發(fā)明者吳捷, 吳曉朝, 楊金明, 黃飛龍, 周丹瑩 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)