一种电网电气量宽带多频测量装置及其实现方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电网电气量宽带多频测量装置及其实现方法，包括总线背板，以及插在总线背板的宽频采样板、数据存储板、数据传输板、数据计算分析板和电源板；宽频采样板用于模拟量采样数据；所述数据传输板可用于数字量采样、模拟量和数字量采样数据的分频传输；数据计算分析板用于数据的计算和结果的分析，并将计算和分析结果对外传输；数据存储板用于存储采样数据、计算分析数据以及录波文件。本发明专利技术能够为电网电力电子化的监测与控制提供有力的监测手段，能有效简化变电站当前冗余繁复的数据采集回路，为变电站和面向电力电子化的电网的发展建设提供测量解决方案，为保障电力电子设备大量应用的电网安全稳定、推动新能源大规模应用提供有力保障。

A wide band multi frequency measurement device for electrical quantity of power grid and its implementation

The invention relates to a multi frequency measuring device for electric power capacity broadband and its implementation method, including bus backplane, backplane bus and broadband inserted in the mining model, data storage, data transmission board board, data analysis board and power board; broadband sampling board for analog sampled data; the data transmission board can be used for digital the amount of sampling, analog and digital sampling frequency data transmission; calculation analysis for plate calculation and the results of data, and the results of calculation and analysis of foreign transmission; data storage board is used to store the sampling data, calculation and data analysis recorder. The invention can provide a powerful tool for monitoring the monitoring and control of power electronic system, can effectively simplify the complicated data acquisition substation redundancy circuit, providing measurement solutions for the development and construction of substation and power oriented electronic power grid, providing a powerful guarantee for the security and stability of power grid, a large number of applications of power electronic equipment to promote the new security the large-scale application of energy.

【技术实现步骤摘要】
一种电网电气量宽带多频测量装置及其实现方法
本专利技术涉及电力自动化领域，具体涉及一种电网电气量宽带多频测量装置及其实现方法。
技术介绍
随着大规模可再生能源开发利用和智能电网的发展和统一潮流控制器(Unifiedpowerflowcontroller,UPFC)、静止同步补偿器(StaticSynchronousCompensator,STATCOM)、可控串联补偿电容器(ThyristorControlledSeriesCompensation,TCSC)等新型电力电子装备不断投入运行，电网谐波干扰、次同步振荡等扰动现象更加频繁，电网的谐波呈现宽频域的趋势，亟需提高电网对不同频率扰动分量的监测能力，降低电网运行风险。当前，高压直流输电、柔性交流输电技术(FACTS)和大规模光伏风电等新能源接入给电网带来了大量快速瞬变的高频信号，现有测量技术采样频率较低，难以适应高频信号的测量需求。当前智能变电站内的采样频率仅为80点/周波(4kHz)，虽然满足了保护、测控类设备的采样需求，但采样频率仍然较低，无法满足计量、电能质量监测(12.8k)等数据的测量需求。随着大量无功补偿装置、新型电力电子设备在变电站的广泛应用，这些基于全控或者半控器件的电力电子设备，以脉宽调制(PWM)方式运行，开关速度达到毫秒级甚至微秒级，会对电网注入大量宽频域、高频次特性的谐波，这些谐波具有快速瞬变的特性，现有的采样频率难以满足要求。其次，变电站现有的数据测量技术无法对次同步振荡、高次谐波扰动数据进行测量，且难以应对电网电力电子化后对数据测量精度的影响。变电站内现有测控装置仅能测量稳态下的电压和电流量，且仅达到13次谐波分量的测量；PMU装置主要用来监测45-55Hz范围内工频信号的幅值和相角，无法针对低频振动信号和次/超同步振荡的信号、13次谐波以上的高次谐波信号进行测量。电能质量装置虽然能够监测高次谐波，但主要应用于中低压的配电网，应用于高压输电网的设备较少，且现有的电能质量监测装置只能测量50次谐波，也无法满足大量电力电子设备给电网带来的大量高次谐波信号的测量和分析需求。另外，变电站现有的数据采集按照不同的应用分类设置，不仅采集测量回路冗余繁复，而且也难以为电网故障分析提供系统全面的数据，迫切需要开展全站统一测量技术研究，在厂站端实现电网扰动的快速分析和诊断，为调度主站对电网故障分析提供新的支撑手段。现阶段，变电站内测控装置往往关注于稳态数据测量，PMU关注于动态数据测量，故障录波装置关注于暂态测量，这些设备都是针对电网的某一特定运行行为而设置，且不同应用的需求而分别采用不同的采样频率，采样测量回路重复配置，增加了全站数据采集测量的复杂程度，有必要对同一数据源进行统一测量，为大电网的分析和针对提供系统、全面的数据。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种电网电气量宽带多频测量装置及其实现方法，不仅能够为电网电气量的测量、分析与控制提供新的支撑手段，同时也能够有效简化全站冗余繁复的采集回路，不仅能够为新能源的大规模应用、直流电网的发展建设、柔性交流电网的发展提供新的测量手段，同时还能够有效简化变电站内部的数据数量，进一步降低全站的建设成本。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种电网电气量宽带多频测量装置，其改进之处在于，安装于变电站的间隔层和过程层之间，所述装置包括插在总线背板的宽频采样板、数据存储板、数据传输板、数据计算分析板和电源板，所述宽频采样板包括用于模拟量采样数据接入的宽频采样板；所述数据传输板将采集到的数字量采样数据传输给数据计算分析板和数据存储板。进一步地，所述宽频采样板包括FPGA芯片、A/D转换芯片和采样频率设定模块；所述采样频率设定模块用于设定所述宽频采样板最高采样频率和在所述最高采样频率范围内周期性设定实际的采样频率；所述FPGA芯片用于读取模拟量采样频率；所述A/D转换芯片用于保证采样数据精度。进一步地，所述数据传输板包括用于数字量采样数据接入的分频传输板，所述分频传输板用于对从宽频采样板获取的采样数据或者自身接收的采样数据按照外部定制的需求进行传输；进一步地，所述分频传输板还用于接收外部报文并进行存储；所述外部报文包括：IEC61850-9-2报文和IEC60044-8报文，当接收IEC61850-9-2报文时，将32位的IEC61850-9-2报文采样数据换算成16位采样数据进行存储；当接收IEC60044-8报文时，直接存储IEC60044-8报文。进一步地，所述数据传输板包括采样时钟，所述采样时钟以宽频采样板的时钟节奏作为采样数据存储的标准时钟。进一步地，所述数据存储板包括连续存储空间、USB2.0端口、以太网接口和DVI-I显示接口和数据存储方式判断模块；所述存储方式判断模块用于根据不用的存储方式采用相应的方式对数据进行存储，包括：(1)连续滚动存储的方式，包括所有的采样数据按照设定的时间长度进行分割存储，每个文件的数据都从整秒时刻开始，到设定的时长为止；(2)连续存储方式，包括当存储空间存满后再从最早存储的文件开始进行滚动存储；(3)触发存储方式，包括在外部环境满足检测到电网扰动时的触发条件时触发连续存储，直到外部环境条件不满足触发条件时停止存储数据；(4)通过以太网接口对外传输存储的采样数据，其传输方式包括设定等待时间、设定文件存储大小和等待外部召唤方式。进一步地，所述数据传输板包括2路1000M网口和6路100M以太网口，支持IEEE1588和IRIG-B对时；优选的，数据传输板包括预处理功能模块，所述预处理功能模块包括预处理采样数据的传输功能，用于将数据计算分析板所计算出的电压、电流的幅值、相角、频率、有功功率、无功功率和功率因素电气量通过GOOSE报文的方式分频传输给变电站间隔层二次设备；优选的，所述数据传输板还包括第一传输模块、第二传输模块、第三传输模块和第四传输模块；所述第一传输模块用于接收外部数字量采样数据，并将接收的采样数据传输给数据存储板；所述第二传输模块用于所述多频测量装置同时采用数字量采样数接入和模拟量采样数据接入两种方式时，整个数据的采集存储步调以宽频采样板的模拟量采样数据采集为准；所述第一传输模块用于将模拟量采集数据或数字量采样数接入的宽频采样数据通过IEC61850-9-2报文、IEC60044-8报文的格式组包传输；所述第一传输模块用于将模拟量采样数据接入或数字量采样数接入的宽频采样原始数据按照定制需求插值计算后分频传输，传输规约采用IEC61850-9-2和IEC60044-8方式。进一步地，所述数据传输板还包括第一分频传输模块和第二分频传输模块；所述第一分频传输模块用于模拟量接入方式下的原始采样数据的传输根据设定的采样频率来设置传输报文所包含采样数据应用服务数据单元ASDU的数量；所述第二分频传输模块用于原始采样数据的分频传输根据需要进行定制传输：当原始采样频率是外部定制的采样频率的整数倍时，通过抽点的方式对外传输采样数据，传输的格式支持IEC61850-9-2格式和IEC60044-8格式；当原始采样频率不是外部定制的采样频率的整数倍时，根据采样频率对原始采样频率进行插值，再按照IEC61850-9-2和IEC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电网电气量宽带多频测量装置，其特征在于，包括总线背板，以及插在总线背板的宽频采样板、数据存储板、数据传输板、数据计算分析板和电源板；所述宽频采样板用于模拟量采样数据；所述数据传输板可用于数字量采样、模拟量和数字量采样数据的分频传输；所述数据计算分析板用于数据的计算和结果的分析，并将计算和分析结果对外传输；所述数据存储板用于存储采样数据、计算分析数据以及录波文件。

【技术特征摘要】
1.一种电网电气量宽带多频测量装置，其特征在于，包括总线背板，以及插在总线背板的宽频采样板、数据存储板、数据传输板、数据计算分析板和电源板；所述宽频采样板用于模拟量采样数据；所述数据传输板可用于数字量采样、模拟量和数字量采样数据的分频传输；所述数据计算分析板用于数据的计算和结果的分析，并将计算和分析结果对外传输；所述数据存储板用于存储采样数据、计算分析数据以及录波文件。2.如权利要求1所述的电网电气量宽带多频测量装置，其特征在于，所述宽频采样板包括FPGA芯片、A/D转换芯片和采样频率设定模块；所述采样频率设定模块用于设定所述宽频采样板最高采样频率和在所述最高采样频率范围内设定的实际的采样频率；所述FPGA芯片用于读取模拟量采样数据；所述A/D转换芯片用于保证采样数据精度。3.如权利要求1所述的电网电气量宽带多频测量装置，其特征在于，所述数据传输板包括用于数字量采样数据的接入模块，接收外部传输的IEC61850-9-2格式或者IEC60044-8格式的采样报文，获取数字量采样数据；对从宽频采样板获取的采样数据或者自身接收的采样数据按照外部定制的需求进行分频传输。4.如权利要求3所述的电网电气量宽带多频测量装置，其特征在于，所述数据存储板对数据传输板外部接收的报文中的数据进行存储时会进行数据转化：所述外部报文包括：IEC61850-9-2报文和IEC60044-8报文，当接收IEC61850-9-2报文时，将IEC61850-9-2报文中32位的采样数据换算成16位采样数据进行存储；当接收IEC60044-8报文时，直接存储IEC60044-8报文数据。5.如权利要求1-4中任一项所述的电网电气量宽带多频测量装置，其特征在于，当宽频采样板和数据传输板同时进行模拟量采样和数字量采样报文接收时，装置内部的采样时钟以宽频采样板为基准。6.如权利要求1所述的电网电气量宽带多频测量装置，其特征在于，所述数据存储板包括数据存储空间、数据交互端口和数据存储方式判断模块；所述数据存储方式判断模块用于根据不同的存储方式采用相应的方式对数据以文件的方式进行存储，包括：(1)连续滚动存储的方式，包括所有的采样数据按照设定的时间长度进行分割存储，每个文件的数据都从整秒时刻开始，到设定的时长为止；(2)连续滚动存储的方式，包括当存储空间存满后再从最早存储的文件开始进行滚动存储；(3)触发存储方式，包括在外部环境满足检测到电网扰动时的触发条件时触发连续存储，直到外部环境条件不满足触发条件时停止存储数据；所述数据交互端口包括USB端口、DVI-I显示接口和以太网通信接口；所述USB端口，用来连接鼠标和键盘；所述DVI-I接口用来连接显示器；所述以太网通信接口用于对外传输存储的采样数据，其传输方式包括设定等待时间、设定文件存储大小和等待外部召唤方式。7.如权利要求1所述的电网电气量宽带多频测量装置，其特征在于所述数据传输板包括采样数据传输模块、预处理数据传输模块和同步对时模块；所述采样数据传输模块是指数据传输板能够将获的模拟量采样数据和数字量采样数据进行数据传输，传输规约采用IEC61850-9-2和IEC60044-8方式；所述预处理数据传输模块用于实现将数据计算分析板所计算出的电压、电流的幅值、相角、频率、有功功率、无功功率和功率因素电气量通过GOOSE报文的方式分频传输给变电站间隔层二次设备；所述同步对时模块用于接收IEEE1588和IRIG-B同步对时信号。8.如权利要求7所述的电网电气量宽带多频测量装置，其特征在于，所述数...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊陈，姚建国，於益军，倪益民，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网山西省电力公司临汾供电公司，
类型：发明
国别省市：北京,11