一种基于模块化多功能平台的测控综合一体化系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于模块化多功能平台的测控综合一体化系统，包括：人机监控单元、数据采集单元。人机监控单元，是所述基于模块化多功能平台的测控综合一体化系统的核心单元，单元本身可以实现同步采样、数据处理、监测报警、故障录波、电能分析、保护控制、开入开出，并可以通过光纤接收所述数据采集单元采集的数据并进行相应的数据处理；数据采集单元，是系统的扩展单元，可实现电流量、电压量的高速同步采集，并经光纤上传给人机监控单元。本发明专利技术系统能对常规变电站的局部智能化改造以及安全稳定运行问题进行统一监控管理和解决。

An Integrated Measurement and Control System Based on Modular Multifunctional Platform

The invention provides a measurement and control integrated system based on a modular multi-functional platform, which comprises a man-machine monitoring unit and a data acquisition unit. Man-machine monitoring unit is the core unit of the integrated measurement and control system based on modular multi-functional platform. The unit itself can realize synchronous sampling, data processing, monitoring and alarming, fault recording, power analysis, protection control, opening and opening, and can receive the data collected by the data acquisition unit through optical fiber and process the data accordingly. Unit is the expansion unit of the system, which can realize high-speed synchronous acquisition of current and voltage, and upload it to the human-machine monitoring unit through optical fiber. The system of the invention can uniformly monitor and manage and solve the local intelligent transformation of Conventional Substations and the problems of safe and stable operation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于模块化多功能平台的测控综合一体化系统
本专利技术涉及一种变电站故障监测及诊断技术，具体地，涉及一种基于模块化多功能平台的测控综合一体化系统。
技术介绍
电网经过多年发展，已经建设了一批稳定可靠的传统变电站。但随着电网的迅速发展，变电站方面对于可靠性、安全性、电能质量等方面需求与日俱增，传统综合自动化变电站己经逐渐无法满足电网的发展要求。就目前广泛存在的常规变电站，由于一次设备及互感器等过程层设备的非电子化和无智能组件，因此完全实现全数字化直至智能化变电站改造，所涉及的范围及难度较大。因此，我们可以从间隔层的保护单元、测控单元、状态监测单元以及计量单元入手，通过集中式二次采集处理终端装置对站内电量和非电量的进行集中处理，从而实现对变电站数据的统一处理和综合判别，通过模块化多功能方式解决变电站的故障综合诊断测控，实现全方位多状态的变电站二次测控和故障诊断及判别，从而对整个变电站进行统一管理和二次监测，提高管理维护水平。此外，随着新能源接入方式的不断增加，分布式发电技术得到了快速发展。然而，分布式电源渗透率的不断提高也给电力系统的调度、安全运行、保护和系统稳定控制带来了新的挑战。系统稳定问题日益突出，电力系统安全问题也变得更加重要。需要集成监测与控制技术、变电站自动化技术，以实现系统的稳定性监测和控制。系统一旦发生安全及稳定运行问题,就会造成长时间、大范围停电,因此,需要不断研究区域安全稳定监测控制,促进电力行业的发展。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于模块化多功能平台的测控综合一体化系统，对常规变电站的局部智能化改造以及安全稳定运行问题进行统一监控管理和解决。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于模块化多功能平台的测控综合一体化系统，包括数据采集单元、人机监控单元，其中：所述数据采集单元，用于实现电流量、电压量的高速同步采集，并经光纤上传给人机监控单元；所述人机监控单元，用于实现同步采样、数据处理、监测报警、故障录波、电能分析、保护控制、开入开出，并通过光纤接收所述数据采集单元采集的数据并进行相应的数据处理；所述人机监控单元包括核心控制模块、同步采样模块、数据处理模块、监测报警模块、电能分析模块、保护控制模块、故障录波模块、开入开出模块，其中：所述同步采样模块，位于所述人机监控单元的前端，具有多个采样子模块，每个采样子模块的高速同步采样时钟都来自所述核心控制模块；同时，所述同步采样模块与所述数据采集单元以光纤通讯的方式进行通讯，实现跟多模拟量的高速同步采集；所述数据处理模块，负责所述人机监控单元的基础数据处理，其所处理的数据来自所述数据采样模块，其所处理的数据类型包括：利用快速加窗傅里叶分析算法，计算电压及电流的相角、1～50次各次谐波含量；利用均分根算法，计算电压及电流的有效值、谐波的总畸变率；利用采样积分算法，计算电压及电流的不平衡度、有功功率、无功功率；数据处理完成后，经所述人机监控单元内部的共享内存，提供给所述核心控制模块；所述核心控制模块，为同步采样模块提供高速同步采样所需的同步采样信号，并接收所述数据处理模块处理完成的数据，并将处理后的数据提供给所述监测报警模块、所述电能分析模块、所述保护控制模块；同时还用于接收所述故障录波模块完成的故障录波数据并进行存储和展示；所述监测报警模块，负责所述人机监控单元的监测数据的展示及报警，展示的实时数据包括电压及电流的有效值、波形图、向量图、1～50次谐波图、不平衡度、有功功率、无功功率、功率因数；所述监测报警模块还负责将来自所述电能分析模块、所述保护控制模块上报的报警信息进行展示；所述电能分析模块，实现所述人机监控单元的电能质量分析，所述电能分析模块能够进行电压的不平衡度分析、谐波分析、波动分析、闪变分析、频率分析，以及电流的不平衡度分析、谐波分析；当有任何电能质量异常时，所述电能分析模块同时向所述监测报警模块和所述故障录波模块发送信号，进行故障报警及故障录波；所述保护控制模块，实现所述人机监控单元的保护控制，所述保护控制模块能够进行过电压、欠电压、接地选线、故障跳闸保护控制；当所述保护控制模块进行任何保护控制后，都同时向所述监测报警模块和所述故障录波模块发送信号，进行故障报警及故障录波；所述故障录波模块，实现所述人机监控单元的故障数据记录，其录波启动信号来自所述电能分析模块及所述保护控制模块，所述故障录波模块接收到录波启动信号后，即从所述数据采样模块读取相应的电压及电流采样数据并进行数据记录，完成数据记录后，向所述核心控制模块上传录波数据，由核心控制模块完成录波数据的存储；所述开入开出模块，实现所述人机监控单元的控制输入输出，其开入信号由所述核心控制模块直接采集，并通过所述人机监控单元内部的共享内存，将信号传输到所述监测报警模块、所述保护控制模块；当所述监测报警模块、所述保护控制模块有开出控制命令后，也经过所述人机监控单元内部的共享内存，输出到所述开入开出模块，完成最终控制。优选地，所述数据采集单元，包括多组采集模块，每组所述采集模块包括光纤通讯子模块、模拟量采样子模块，其中：所述光纤通讯子模块包含采样同步信号接收光纤，用于接收来自所述人机监控单元的高速同步采样信号，以实现对电压电流信号的高速同步采集；所述光纤通讯子模块也包含采样数据发送光纤，用于将采集到的电压电流数据上传到所述人机监控单元；所述模拟量采样子模块，用于采集多路电压或电流信号；所述数据采集单元，能根据需要采集的模拟量的数量，动态调整所需的采集模块的数量，实现采样数量与现场状况的匹配。优选地，所述核心控制模块，通过FPGA产生时序信号，此时序信号提供给所述人机监控单元的数据采样模块以及所述数据采集单元，作为采样的同步信号，以保证全部电压和电流信号采集的同步性。优选地，所述数据采样模块以及所述数据采集单元，都采用了差分16位ADC芯片，以实现电压电流采样的精确。优选地，所述数据采样模块以及所述数据采集单元，对电流信号都采用了5P10级别的录波专用电流互感器，能够保证电网发生异常时CT不会发生饱和，从而能够准确的反映实际的电流以及故障过程中产生的暂态信号。优选地，所述故障录波模块，记录电能质量异常、单相接地、过电压、欠电压等故障全过程的电流、电压信号，便于后期对事故进行分析处理。优选地，所述核心控制模块内置数据库，其中数据库分为两个主要部分：一个是历史数据部分，用户积累大量的历史数据；一个是数据库的冗余部分，用于存储少量的实时数据，从而达到既可以高效率地获取实时数据又能够提供历史数据分析或查询。优选地，所述系统独立安装于各变电站监控点，实现对各点的就地实时监控，采用分布式组成，组成方式灵活、可靠，扩展性强，适合各种规模电网监测。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术系统设计采用模块化，设计合理、实用、稳定可靠性高，贴合现场控制要求，整机运行稳定可靠，各系统显示精确，监测全面，人机界面科学易懂，图形曲线清晰，符合在线监控的要求，对配电网故障诊断检测的准确性方面提供了有力和可靠保障。本专利技术系统模块化设计、结构简单、安全稳定，在现场监控单元设备相互独立，一个功能故障不会影响其它功能运行，系统充分考虑系统的冗余容错能力，具备完善的防雷和抗电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模块化多功能平台的测控综合一体化系统，其特征在于，包括人机监控单元、数据采集单元：所述数据采集单元，用于实现电流量、电压量的高速同步采集，并经光纤上传给所述人机监控单元；所述人机监控单元，用于实现同步采样、数据处理、监测报警、故障录波、电能分析、保护控制、开入开出，并通过光纤接收所述数据采集单元采集的数据并进行相应的数据处理；其中：所述人机监控单元包括核心控制模块、同步采样模块、数据处理模块、监测报警模块、电能分析模块、保护控制模块、故障录波模块、开入开出模块，其中：所述同步采样模块，位于所述人机监控单元的前端，具有多个采样子模块，每个采样子模块的高速同步采样时钟都来自所述核心控制模块；同时，所述同步采样模块与所述数据采集单元以光纤通讯的方式进行通讯，实现跟多模拟量的高速同步采集；所述数据处理模块，负责所述人机监控单元的基础数据处理，其所处理的数据来自所述同步采样模块，其所处理的数据类型包括：利用快速加窗傅里叶分析算法，计算电压及电流的相角、1～50次各次谐波含量；利用均分根算法，计算电压及电流的有效值、谐波的总畸变率；利用采样积分算法，计算电压及电流的不平衡度、有功功率、无功功率；数据处理完成后，经所述人机监控单元内部的共享内存，提供给所述核心控制模块；所述核心控制模块，为同步采样模块提供高速同步采样所需的同步采样信号，并接收所述数据处理模块处理完成的数据，并将处理后的数据提供给所述监测报警模块、所述电能分析模块、所述保护控制模块；同时还用于接收所述故障录波模块完成的故障录波数据并进行存储和展示；所述监测报警模块，负责所述人机监控单元的监测数据的展示及报警，展示的实时数据包括电压及电流的有效值、波形图、向量图、1～50次谐波图、不平衡度、有功功率、无功功率、功率因数；所述监测报警模块还负责将来自所述电能分析模块、所述保护控制模块上报的报警信息进行展示；所述电能分析模块，实现所述人机监控单元的电能质量分析，所述电能分析模块能够进行电压的不平衡度分析、谐波分析、波动分析、闪变分析、频率分析，以及电流的不平衡度分析、谐波分析；当有任何电能质量异常时，所述电能分析模块同时向所述监测报警模块和所述故障录波模块发送信号，进行故障报警及故障录波；所述保护控制模块，实现所述人机监控单元的保护控制，所述保护控制模块能够进行过电压、欠电压、接地选线、故障跳闸保护控制；当所述保护控制模块进行任何保护控制后，都同时向所述监测报警模块和所述故障录波模块发送信号，进行故障报警及故障录波；所述故障录波模块，实现所述人机监控单元的故障数据记录，其录波启动信号来自所述电能分析模块及所述保护控制模块，所述故障录波模块接收到录波启动信号后，即从所述数据采样模块读取相应的电压及电流采样数据并进行数据记录，完成数据记录后，向所述核心控制模块上传录波数据，由核心控制模块完成录波数据的存储；所述开入开出模块，实现所述人机监控单元的控制输入输出，其开入信号由所述核心控制模块直接采集，并通过所述人机监控单元内部的共享内存，将信号传输到所述监测报警模块、所述保护控制模块；当所述监测报警模块、所述保护控制模块有开出控制命令后，也经过所述人机监控单元内部的共享内存，输出到所述开入开出模块，完成最终控制。...

【技术特征摘要】
1.一种基于模块化多功能平台的测控综合一体化系统，其特征在于，包括人机监控单元、数据采集单元：所述数据采集单元，用于实现电流量、电压量的高速同步采集，并经光纤上传给所述人机监控单元；所述人机监控单元，用于实现同步采样、数据处理、监测报警、故障录波、电能分析、保护控制、开入开出，并通过光纤接收所述数据采集单元采集的数据并进行相应的数据处理；其中：所述人机监控单元包括核心控制模块、同步采样模块、数据处理模块、监测报警模块、电能分析模块、保护控制模块、故障录波模块、开入开出模块，其中：所述同步采样模块，位于所述人机监控单元的前端，具有多个采样子模块，每个采样子模块的高速同步采样时钟都来自所述核心控制模块；同时，所述同步采样模块与所述数据采集单元以光纤通讯的方式进行通讯，实现跟多模拟量的高速同步采集；所述数据处理模块，负责所述人机监控单元的基础数据处理，其所处理的数据来自所述同步采样模块，其所处理的数据类型包括：利用快速加窗傅里叶分析算法，计算电压及电流的相角、1～50次各次谐波含量；利用均分根算法，计算电压及电流的有效值、谐波的总畸变率；利用采样积分算法，计算电压及电流的不平衡度、有功功率、无功功率；数据处理完成后，经所述人机监控单元内部的共享内存，提供给所述核心控制模块；所述核心控制模块，为同步采样模块提供高速同步采样所需的同步采样信号，并接收所述数据处理模块处理完成的数据，并将处理后的数据提供给所述监测报警模块、所述电能分析模块、所述保护控制模块；同时还用于接收所述故障录波模块完成的故障录波数据并进行存储和展示；所述监测报警模块，负责所述人机监控单元的监测数据的展示及报警，展示的实时数据包括电压及电流的有效值、波形图、向量图、1～50次谐波图、不平衡度、有功功率、无功功率、功率因数；所述监测报警模块还负责将来自所述电能分析模块、所述保护控制模块上报的报警信息进行展示；所述电能分析模块，实现所述人机监控单元的电能质量分析，所述电能分析模块能够进行电压的不平衡度分析、谐波分析、波动分析、闪变分析、频率分析，以及电流的不平衡度分析、谐波分析；当有任何电能质量异常时，所述电能分析模块同时向所述监测报警模块和所述故障录波模块发送信号，进行故障报警及故障录波；所述保护控制模块，实现所述人机监控单元的保护控制，所述保护控制模块能够进行过电压、欠电压、接地选线、故障跳闸保护控制；当所述保护控制模块进行任何保护控制后，都同时向所述监测报警模块和所述故障录波模块发送信号，进行故障报警及故障录波；所述故障录波模块，实现所述人机监控单元的故障数据记录，其录波启动信号来自所述电能分析模块及所述保护控制模块，所述故障录波模块接收到录波启动信号后，即从所述数据采样模块读取相应的电压及电流采样数据并进行数据记录，完成...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡燕玲，李兴美，符春云，杨彦斌，张文辉，张可，段兰，赵凤，李杰，张翔，芮平，尹文兆，王冬梅，杨旺霞，张静，杨士俊，徐飞，王自宏，韩斌，杨文波，袁蓉，王永，刘斌，贾雅君，张建文，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司大理供电局，上海君世电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53