一种配电架空线路同步相量测量和运行监测终端及方法技术

本发明专利技术公开了一种配电架空线路同步相量测量和运行监测终端及方法，包括监测模块、录波模块和电源模块；录波模块包括录波处理器、模拟信号采集器、采样电流互感器和电场强度传感器，录波处理器接收模拟信号采集器采集的录波数据，并利用录波数据计算同步相量和电能质量；监测模块从录波模块获取所述线路电流信号、电场强度信号、同步相量和电能质量，并通过网线传输至主站服务器；电源模块用于给录波模块和监测模块提供合适的电源。本发明专利技术即能记录配电网运行异常与故障时的暂态波形，又能实时监测配电网电力系统稳态运行行为，而且还能分析谐波污染等电能质量问题，为配电网运行提供了更为全面、细致的暂稳态行为监测。

【技术实现步骤摘要】
一种配电架空线路同步相量测量和运行监测终端及方法
本专利技术涉及电力系统自动化领域，具体涉及一种配电架空线路同步相量测量和运行监测终端及方法。
技术介绍
配电网是电力系统中直接连接用户的低压电网，是保证用户安全可靠供电的关键环节。随着我国经济技术的发展，现代工业自动化水平得到很大提高，人们对于配电网运行水平的要求越来越高，而我国配电网具有覆盖面积广、结构复杂、累加距离长、运行环境恶劣等特点，导致配电网成为电力系统中事故率最高的环节。近年来，配电网规模不断扩大，一方面，风力、光伏等分布式可再生能源快速增加，使得配电网由传统的无源网络变成有源网络，系统动态行为和电能质量问题愈加复杂；另一方面，超级计算机、大数据中心等大容量波动性负荷和电动汽车、储能装置等强非线性负荷开始大量接入中压或低压配电网，改变了配电网中传统的负荷特性，造成电能质量问题突出，对配网系统的安全稳定运行产生极大的影响。配电自动化系统是提高配电网运行水平的最直接有效的手段，它既可通过监测终端实现配电网络电气量信息可观，又可以基于配电自动化一次设备实现配电网的优化运行。线路故障指示器就是配电自动化监测终端的一种，安装于配电线路，实时监测线路电流、电场场强等电气量信息，识别线路短路和接地故障，运维人员可借助故障指示器的告警显示，迅速确定故障点，为配网快速故障定位、故障处理提供了有力的保障。但现有故障指示器存在如下几点不足：(1)不具备同步相量量测能力，缺少对配电网进行在线状态评估、稳定预测的数据记录；(2)不具备电能质量监测能力，无法辨识配电网出现的谐波、三相不平衡等电能质量问题；(3)仅考虑对电气量信息的监测，忽略对线路环境信息(线路温度、环境空气湿度、线路通路情况等)的采集和监测。因此，当前故障指示器还不能满足对线路实现全景监测的要求。同步相量量测装置(PMU)和电能质量监测装置专用于广域同步相量测量和电能质量的监测，成套监测系统包含主站系统、数据库、网络设备等配套软硬件设备，投资运行成本大，因此通常安装于高电压等级的输变电站和发电站，较少应用于中低压等级的配电网络。随着配电网规模的不断增大，配网连接方式、负荷元素的不断复杂化，对配电网运行监测的要求越来越高，现场迫切需要一种功能完善、构造可靠、安装便捷的新型监测终端，将同步相量量测和电能质量监测集成到故障指示器中，并新增线路通道状态的监测的功能，实现对配电网运行状态的全面监测。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种配电架空线路同步相量测量和运行监测终端及方法，该监测终端除具备普通故障指示器的监测和录波处理功能外，同时集成了同步相量量测功能和电能质量监测功能，既能记录配电网运行异常与故障时的暂态波形，又能实时监测配电网电力系统稳态运行行为，而且还能分析谐波污染等电能质量问题，为配电网运行提供了更为全面、细致的暂稳态行为监测。本专利技术所采用的技术方案是：一种配电架空线路同步相量测量和运行监测终端，包括封闭式壳体，所述壳体内设有监测模块、录波模块和电源模块；所述录波模块包括录波处理器、模拟信号采集器、采样电流互感器和电场强度传感器，所述采样电流传感器用于测量线路电流，所述电场强度传感器用于测量线路电场强度，所述模拟信号采集器用于从所述采样电流传感器中采集线路电流信号和所述电场强度传感器中采集电场强度信号，并将采集到信号转化为数字信号，所述录波处理器接收模拟信号采集器转化后的线路电流信号和电场强度信号，并利用所述线路电流信号和电场强度信号计算同步相量和电能质量；所述监测模块，用于从录波模块获取所述线路电流信号、电场强度信号、同步相量和电能质量，并通过网线传输至主站服务器；所述电源模块，用于给录波模块和监测模块提供合适的电源。进一步的，所述录波模块还包括定位系统，所述录波处理器通过定位系统实时获取同步时钟信号，并根据同步时钟信号读取模拟信号采集器的录波数据，所述定位系统包括GPS系统或北斗导航系统。进一步的，所述监测模块包括主控制器、温湿度传感器、微型摄像机、通信模块和存储器，所述温湿度传感器用于测量线路表层温度和线路周围空气湿度，所述微型摄像机用于拍摄终端周围线路通道环境图像信息，所述主控制器用于采集温湿度传感器中温湿度信号、微型摄像机中环境图像信号和录波模块传输的数据信号，并存储在存储器中，主控制器通过通信模块将采集的数据信号传输至主站服务器。进一步的，所述通信模块包括以太网通信器和GPRS通信器，所述主控制器通过以太网通信器和GPRS通信器与主站服务器进行数据传输。进一步的，所述通信模块还包括红外通信器，所述主控制器通过红外通信器与人工手持终端进行通讯，。进一步的，所述微型摄像机的数量为3个，分别设置在壳体的两侧和底部。进一步的，所述电源模块包括电源管理器、取电电流互感器、超级电容和锂电池，所述电源管理器通过取电电流互感器从线路取电，并将电能存储到所述超级电容中，所述锂电池用于作为后备电源。进一步的，所述壳体的底部还设置有警报灯，当有越限发生时，通过主控制器控制警报灯自动报警。进一步的，所述壳体由上壳体和下壳体两部分组成，所述上壳体和下壳体通过螺栓固定连接，实现监测终端在线路上的安装与固定。进一步的，所述下壳体与上壳体相对的面上设置有弹簧压片，用于牢固夹紧线路，防止终端发生位置漂移。一种配电架空线路同步相量测量和运行监测终端的工作方法，包括以下步骤：步骤1：初始化设备，通过主处理器周期性采集线路环境信息数据并存储到存储器中，并通过通信模块将线路环境信息数据上传至主站服务器；步骤2：判断线路是否满足录波启动条件，若不满足录波启动条件，则进入步骤:3，若满足录波启动条件，则进入步骤4；步骤3：通过模拟信号采集器周期性采集线路电流和电场强度数据并传输给录波处理器，录波处理器根据接收到的线路电流和电场强度数据计算出电流和电场强度有效值并传输给主控制器，主控制器将获取的电流和电场强度有效值存储后，通过通信模块将线路电流和电场强度有效值上传至主站服务器，返回步骤2；步骤4：开启定位系统实时定位，模拟信号采集器根据已设定的采样频率产生A/D转换控制时序，采集线路电流和电场强度数据，录波处理器根据设定的采样频率，从每个周波选取部分采样点进行同步相量计算，剩余采样点进行电能质量计算，并将线路电流、电场强度数据和计算结果传输至主控制器，主控制器将接收到的数据存储到存储器中；步骤5：录波结束后，主控制器通过通信模块将线路电流、电场强度数据和计算结果传送至主站服务器。进一步的，所述步骤1中，录波启动的条件包括：(1)A、B、C三相电场场强突变量越限启动；(2)A、B、C三相电流突变量越限启动；(3)零序电流突变量越限启动；(4)谐波越限启动；(5)遥控召测启动。进一步的，所述步骤4中，所述同步相量包括电流相量和频率，所述电能质量包括频率偏差、谐波和三相不平衡量。进一步的，所述步骤4中，所述同步相量的计算方法为：设线路电流信号为其中，X(t)为电流的连续时域信号；X为电流有效值；ω为角速度；为初相角；用向量形式表示出其中，为电流相量；为通过傅里叶变换得出的基波相量；XR为相量实部，XI为虚部；N为相量采样点(N＝50,k＝1,2,…N)，xk为采样点值；采样频率偏差为其中，以最后一个相量幅值、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配电架空线路同步相量测量和运行监测终端，其特征是，包括封闭式壳体，所述壳体内设有监测模块、录波模块和电源模块；所述录波模块包括录波处理器、模拟信号采集器、采样电流互感器和电场强度传感器，所述采样电流传感器用于测量线路电流，所述电场强度传感器用于测量线路电场强度，所述模拟信号采集器用于从所述采样电流传感器中采集线路电流信号和所述电场强度传感器中采集电场强度信号，并将采集到信号转化为数字信号，所述录波处理器接收模拟信号采集器转化后的线路电流信号和电场强度信号，并利用所述线路电流信号和电场强度信号计算同步相量和电能质量；所述监测模块，用于从录波模块获取所述线路电流信号、电场强度信号、同步相量和电能质量，并通过网线传输至主站服务器；所述电源模块，用于给录波模块和监测模块提供合适的电源。

【技术特征摘要】
1.一种配电架空线路同步相量测量和运行监测终端，其特征是，包括封闭式壳体，所述壳体内设有监测模块、录波模块和电源模块；所述录波模块包括录波处理器、模拟信号采集器、采样电流互感器和电场强度传感器，所述采样电流传感器用于测量线路电流，所述电场强度传感器用于测量线路电场强度，所述模拟信号采集器用于从所述采样电流传感器中采集线路电流信号和所述电场强度传感器中采集电场强度信号，并将采集到信号转化为数字信号，所述录波处理器接收模拟信号采集器转化后的线路电流信号和电场强度信号，并利用所述线路电流信号和电场强度信号计算同步相量和电能质量；所述监测模块，用于从录波模块获取所述线路电流信号、电场强度信号、同步相量和电能质量，并通过网线传输至主站服务器；所述电源模块，用于给录波模块和监测模块提供合适的电源。2.根据权利要求1所述的一种配电架空线路同步相量测量和运行监测终端，其特征是，所述录波模块还包括定位系统，所述录波处理器通过定位系统实时获取同步时钟信号，并根据同步时钟信号读取模拟信号采集器的录波数据，所述定位系统包括GPS系统或北斗导航系统。3.根据权利要求1所述的一种配电架空线路同步相量测量和运行监测终端，其特征是，所述监测模块包括主控制器、温湿度传感器、微型摄像机、通信模块和存储器，所述温湿度传感器用于测量线路表层温度和线路周围空气湿度，所述微型摄像机用于拍摄终端周围线路通道环境图像信息，所述主控制器用于采集温湿度传感器中温湿度信号、微型摄像机中环境图像信号和录波模块传输的数据信号，并存储在存储器中，主控制器通过通信模块将采集的数据信号传输至主站服务器。4.根据权利要求3所述的一种配电架空线路同步相量测量和运行监测终端，其特征是，所述通信模块包括以太网通信器和GPRS通信器，所述主控制器通过以太网通信器和GPRS通信器与主站服务器进行数据传输。5.根据权利要求3所述的一种配电架空线路同步相量测量和运行监测终端，其特征是，所述通信模块还包括红外通信器，所述主控制器通过红外通信器与人工手持终端进行通讯，。6.根据权利要求3所述的一种配电架空线路同步相量测量和运行监测终端，其特征是，所述微型摄像机的数量为3个，分别设置在壳体的两侧和底部。7.根据权利要求1所述的一种配电架空线路同步相量测量和运行监测终端，其特征是，所述电源模块包括电源管理器、取电电流互感器、超级电容和锂电池，所述电源管理器通过取电电流互感器从线路取电，并将电能存储到所述超级电容中，所述锂电池用于作为后备电源。8.根据权利要求1所述的一种配电架空线路同步相量测量和运行监测终端，其特征是，所述壳体的底部还设置有警报灯，当有越限发生时，通过主控制器控制警报灯自动报警。9.根据权利要求1所述的一种配电架空线路同步相量测量和运行监测终端，其特征是，所述壳体由上壳体和下壳体两部分组成，所述上壳体和下壳体通过螺栓固定连接。10.根据权利要求9所述的一种配电架空线路同步相量测量和运行监测终端，其特征是，所述下壳体上与上壳体相对的面上设置有弹簧压片。11.一种基于权利要求1所述的配电架空线路同步相量测量和运行监测终端的工作方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1：初始化设备，通过主处理器周期性采集线路环境信息数据并存储到存储器中，并通过通信模块将线路环境信息数据上传至主站服务器；步骤2：判断线路是否满足录波启动条件，若不满足录波启动条件，则进入步骤:3，若...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊迪，孙勇，李立生，邵志敏，李建修，张世栋，张林利，刘合金，刘洋，房牧，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东,37