一种电网过电压的监测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供的电网过电压监测方法和系统具有良好的实时响应特性和高采样速率特性，能够长时间记录整个过程，可同时记录下触发前三周期、触发周期及出发后的两周期的数据，极好的保障了过电压波形的记录；并采用实时压缩可极大的减少采集波形数据的数据量，方便存储，解决了高采样速率与记录时间之间的矛盾，能够准确、稳定的捕捉到过电压波形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电网过电压测量领域，并且更具体地，涉及一种电网过电压的监测方法及系统。
技术介绍
电网系统中经常发生各种各样的过电压，如雷电过电压，操作过电压，线性谐振过电压，铁磁谐振过电压，弧光接地过电压等，各种过电压的波形，幅值和持续时间均不相同，变化范围也很大。当过电压幅值很高时，会使绝缘发生击穿，幅值略小但作用时间较长，也可能发生击穿，幅值较小但在多次作用下也会促使绝缘老化。运行经验和研究表明，过电压往往是造成电力系统绝缘损坏事故的直接原因，特别是10KV、35KV配电网，内部过电压更为复杂，持续时间更长，此类事故比重更大。随着超、特高电压大电网的迅速建设与发展，过电压对电网安全运行的影响越来越受到人们的重视。尽管在实际电网系统中安装了大量避雷器等过电压保护装置，但当出现过电压事故时，由于没有监测装置，难以确定事故原因是由于过电压幅值或陡度超过设备的承受能力，或者设备的绝缘水平降低所造成，还是保护装置有问题，这些使得分析判断变得十分困难。因此记录完整事故过程的暂态电压波形，是分析事故原因的重要基础。过电压监测要求测试系统具有良好的频率响应特性和高采样速率，并能够长时间记录整个过程。目前故障录波装置，主要记录的是以工频及其谐波为基础的故障录波，不适合对系统的过电压监测。目前已有的各类过电压记录仪，由于高采样速率和长记录时间之间的矛盾，无法满足过电压事故果的电压波形记录要求，高采样速率记录长度就短，低采样速率记录时间会加长，但会丢失快速脉冲波形的最大峰值，如雷电波，造成事后分析问题时不准确甚至得出错误的结论。
技术实现思路
本专利技术提出的过电压监测方法和系统通过数据压缩实现了长时间记录的同时用较高的采样速度完成采样，并通过三种判断方法实时监测当前周期是否为触发周期，且可同时记录下触发前三周期、触发周期及触发后的两周期的所有数据，保证了波形的完整性，进而保证了事后分析问题的准确性。根据本专利技术的一个方面，提供了一种电网过电压的监测方法，包括：设定过电压监测的基本参数；采集电压数据并对数据进行压缩和缓存，并以预定的频率抽取数据进行快速傅里叶变换FFT；通过相似波形判断、幅值触发判断或频率漂移判断，判断电压数据的当前周期是否为触发周期；若当前周期为触发周期，则将当前周期的数据以及当前周期的前三个周期的数据和后续两个周期的数据存储到DDR同步动态随机存储器中，并发送给上位机；以及若当前周期不是触发周期，则使用下一个周期的数据对DDR同步动态随机存储器中缓存的最开始的周期数据进行覆盖。优选地，所述基本参数包括：数据采样率F、最小记录偏差△y、最大存储间隔N、最低存储频率Fk、FFT频率漂移阈值△f、FFT基波幅值阈值△g以及均方根阈值△rms。优选地，所述对数据进行压缩包括：将当前周期内第一个采样点Xi记录为特征点，然后判断下一个采样点Xi+1与Xi之间的差值的绝对值是否小于△y，若所述差值大于或等于△y，则缓存Xi+1的值并以Xi+1为新的特征点进行下一次压缩，直到一个周期结束；若所述差值小于△y，则压缩点的数量a的值加1，当a大于或等于最大存储间隔N时，缓存Xi+1的值并以Xi+1为新的特征点进行下一次压缩，直到一个周期结束。优选地，所述相似波形判断为：在进行数据采集时，计算当前周期的每个记录点以及相对应的上一个周期的记录点的值的均方根，若所述均方根的值大于均方根阈值△rms，则当前周期和上一个周期的波形不相似，则当前周期为触发周期，其中每个周期均有16个记录点，分别为每个周期内的最大值、最小值以及最大值与最小值之间均匀采集的14个点。优选地，所述幅值触发判断为：对进行FFT后的数据进行判断，若所述进行FFT后的数据的基波幅值分量大于FFT基波幅值阈值△g，则当前周期为触发周期。优选地，所述频率漂移判断为：对进行FFT后的数据进行判断，若所述进行FFT后的数据的频率偏差大于FFT频率漂移阈值△f，则当前周期为触发周期。优选地，在开始监测时，通过获取GPS模块的秒脉冲进行本地时钟的自动授时，并以100MHz的时钟频率进行自守时操作。优选地，在进行数据采集之前，对待测信号进行隔离、抑制偶数阶谐波和共模噪声操作。优选地，在将触发周期的数据以及触发周期的前三个周期的数据和后续两个周期的数据发送至上位机波形观察处理装置时，设置每次发送的数据量，并以多次循环模式发送。根据本专利技术的另一方面，提供一种电网过电压的监测系统，包括：上位机波形观察处理装置，用于进行过电压波形的显示、放大、分析、历史数据查询以及保存，且可主动触发独立采集单元进行数据采集；三路独立采集单元，用于采集、判断和存储过电压波形信号；以及主板，为三路独立采集系统供电，发送采集信号并外接GPS模块；其中，每路独立采集系统均包括：信号调理采集电路，用于实现过电压信号的采集和转换；FPGA采集板，对信号调理采集电路采集并转换的数字信号进行压缩，同步抽取数字信号进行快速傅里叶变换，并利用内嵌的ARM处理器进行触发周期的判断；以及DDR同步动态随机存储器，用于进行压缩后数字信号的缓存和触发周期的数据以及触发周期的前三个周期的数据和后续两个周期的数据存储。优选地，所述对电网进行过电压监测的系统还包括：GPS模块，与主板连接，用于三路独立采集系统的时钟校准以及自守时；SPI接口，用于三路独立采集系统与主板间的通讯；以及系统控制板，用于参数设置和FPGA采集板的重启。优选地，所述每路独立采集系统还包括：网络接口，用于独立采集系统与上位机波形观察处理软件进行数据传输；以及串口，用于读取GPS模块发送的校准数据。优选地，所述信号调理采集电路包括：电压跟随器，用于隔离待测信号和后级电路，其中所述后级电路为单端转差分处理器和A/D采集电路；单端转差分处理器，用于抑制待测信号的偶数阶谐波和共模噪声；以及A/D采集电路，用于对处理后的待测信号进行采集和转换，得到电压数据。优选地，当三路独立采集系统中任意一路独立采集系统判断出当前采集周期为触发周期，在进行数据存储的同时，FPGA采集板向主板发送触发信号，主板接收到触发信号后，发送采集信号至另两路独立采集系统，使三路独立采集系统同时对当前周期的信号进行采集。附图说明通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本专利技术的示例性实施方式：图1为根据本专利技术优选实施例的电压过电压监测方法的流程图；图2为根据本专利技术优选实施例的对数据进行压缩的方法流程图；图3为根据本专利技术优选实施例的电网过电压监测系统的结构图；以及图4为根据本专利技术优选实施例的电网过电压监测系统的结构图。具体实施方式现在参考附图介绍本专利技术的示例性实施方式，然而，本专利技术可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本专利技术，并且向所属
的技术人员充分传达本专利技术的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本专利技术的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属
的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。图1为根据本专利技术优选实施例的电网过电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电网过电压的监测方法，包括：设定过电压监测的基本参数；采集电压数据并对数据进行压缩和缓存，并以预定的频率抽取数据进行快速傅里叶变换FFT；通过相似波形判断、幅值触发判断或频率漂移判断，判断电压数据的当前周期是否为触发周期；若当前周期为触发周期，则将当前周期的数据以及当前周期的前三个周期的数据和后续两个周期的数据存储到DDR同步动态随机存储器中，并发送给上位机；以及若当前周期不是触发周期，则使用下一个周期的数据对DDR同步动态随机存储器中缓存的最开始的周期数据进行覆盖。

【技术特征摘要】
1.一种电网过电压的监测方法，包括：设定过电压监测的基本参数；采集电压数据并对数据进行压缩和缓存，并以预定的频率抽取数据进行快速傅里叶变换FFT；通过相似波形判断、幅值触发判断或频率漂移判断，判断电压数据的当前周期是否为触发周期；若当前周期为触发周期，则将当前周期的数据以及当前周期的前三个周期的数据和后续两个周期的数据存储到DDR同步动态随机存储器中，并发送给上位机；以及若当前周期不是触发周期，则使用下一个周期的数据对DDR同步动态随机存储器中缓存的最开始的周期数据进行覆盖。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基本参数包括：数据采样率F、最小记录偏差△y、最大存储间隔N、最低存储频率Fk、FFT频率漂移阈值△f、FFT基波幅值阈值△g以及均方根阈值△rms。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对数据进行压缩包括：将当前周期内第一个采样点Xi记录为特征点，然后判断下一个采样点Xi+1与Xi之间的差值的绝对值是否小于△y，若所述差值大于或等于△y，则缓存Xi+1的值并以Xi+1为新的特征点进行下一次压缩，直到一个周期结束；若所述差值小于△y，则压缩点的数量a的值加1，当a大于或等于最大存储间隔N时，缓存Xi+1的值并以Xi+1为新的特征点进行下一次压缩，直到一个周期结束。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述相似波形判断为：在进行数据采集时，计算当前周期的每个记录点以及相对应的上一个周期的记录点的值的均方根，若所述均方根的值大于均方根阈值△rms，则当前周期和上一个周期的波形不相似，则当前周期为触发周期，其中每个周期均有16个记录点，分别为每个周期内的最大值、最小值以及最大值与最小值之间均匀采集的14个点。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述幅值触发判断为：对进行FFT后的数据进行判断，若所述进行FFT后的数据的基波幅值分量大于FFT基波幅值阈值△g，则当前周期为触发周期。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述频率漂移判断为：对进行FFT后的数据进行判断，若所述进行FFT后的数据的频率偏差大于FFT频率漂移阈值△f，则当前周期为触发周期。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在开始监测时，通过获取GPS模块的秒脉冲进行本地时钟的自动授时，并以100MHz...

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，吴涛，苟维汉，康文斌，梅刚，范冕，王磊，谭波，童雪芳，何慧文，戴敏，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：北京;11