一种分布式发电电能质量在线监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种分布式发电电能质量在线监测系统，包括相互连接的ATT7022E芯片(1)、STM32F103ZE芯片(2)，ATT7022E芯片(1)采集电压和电流，STM32F103ZE芯片(2)进行数据处理、存储和通信。与现有技术相比，本发明专利技术在功能健全的基础上，提高了实时性和准确性，且具有体积小、性价比高、处理速度快的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式发电电能质量在线监测系统
本专利技术涉及电能质量在线监测和数据分析领域，尤其是涉及一种分布式发电电能质量在线监测装置。
技术介绍
分布式发电技术作为集中供电方式技术不可缺少的重要补充，将成为未来能源领域的一个重要发展方向，但是分布式发电会引起电网电流、电压波形发生畸变，引起电网的谐波污染等电能质量问题。保证电能质量的关键在于能否精确地检测电网的异常，故电能质量监测装置是电能质量管理的主要设备之一。目前，国内外对电能质量的监测方式主要有三种：(1)单点“快照”监测方式：使用便携式仪器即时监测选定点的电压、电流变化，掌握电压偏差、谐波、闪变、电压不平衡等稳态电能质量水平；(2)时间“趋势”方式。使用流动安装的电能质量监测装置，监测记录一段时间(1星期或1个月)内的电能质量变化，应用后台分析软件，对监测时间段内电能质量变化进行分析统计，给出这段时间内电能质量变化规律和趋势。(3)系统监测方式。在若干系统选定点安装在线监测装置，通过通信网与电能质量分析主站通信，实时监测系统电能质量状态，对系统内电能质量变化进行分析统计，给出电能质量变化的历史趋势。而在线式电能质量监测装置主要有基于DSP+MCU的分布式实时电能质量监测装置和由工业控制计算机+数据采集卡实现的电能质量监测分析装置两种结构。传统的电力数据采集装置存在芯片功能单一、存储空间小、软件程序算法复杂、实时性差、精度不够、效率低等缺点。其中，(1)使用DSP+MCU模式的分布式电能质量监测装置虽然功能全面，处理和分析数据的速度较快，但保存的数据量不大，不能对大量实时数据进行统计分析，需要由上位机来完成，更不能长时间地保留重要的历史数据，不能进行深入的远程测试和分析，统计分析功能不足。(2)由工业控制计算机+数据采集卡实现的电能质量监测装置对系统的实时性难以保证，智能化和网络化的水平化也不高。随着售电侧改革的深入和售电市场的放开，售电公司的数量以及参与市场交易的形式不断增加，急需售电侧用户端的电能质量监测系统。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种应用于售电侧用户端的分布式发电电能质量在线监测系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种分布式发电电能质量在线监测系统，包括相互连接的ATT7022E芯片、STM32F103ZE芯片，ATT7022E芯片采集电压和电流，STM32F103ZE芯片进行数据处理、存储和通信。所述的ATT7022E芯片和STM32F103ZE芯片通过SPI接口连接。所述的STM32F103ZE芯片采用CAN总线或GPRS通信模块与上位机通信。所述的STM32F103ZE芯片连接具有SPI接口的网络芯片DM9051，或通过CANWIFI-200T转换器将CAN总线转换成WIFI通信，从而实现以太网通信。所述的STM32F103ZE芯片连有4G容量的SD卡，所述的SD卡中存储以时间作为文件名的电能参数文件。所述的STM32F103ZE芯片连有DS1307时钟芯片。所述的STM32F103ZE芯片连有显示器。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术兼容多种通信方式，如CAN总线和GPRS通信，搭配DM9051芯片或通过CANWIFI-200T转换器可以添加以太网功能，在网络环境不佳的状况下，可将有效数据实时存储于SD卡中，且采用4G容量的SD卡存储，存储空间大。(2)本专利技术可以捕捉故障现场的谐波、电压波动、闪变、功率和三相不平衡等常见的电能质量问题，还可以监测断路器的状态，对电力数据的波形进行存储，为电网提供电能质量方面的性能评估和治理决策。(3)结合DS1307时钟芯片，以时间作为文件名进行储存，更有利于清晰地记录电压骤降、电流骤降、过压欠压等暂态事件，同时记录的时间信息可用于电能的计量。(4)STM32F103ZE芯片连接显示器，可实时显示电力数据。(5)在功能健全的基础上，本专利技术提高了实时性和准确性，且具有体积小、性价比高、处理速度快的特点，更适用于分布式能源的电能质量监测或微电网的电能质量监测。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为以太网结构示意图；附图标记：1为ATT7022E芯片；2为STM32F103ZE芯片；3为DS1307时钟芯片；4为SD卡；5为显示器；6为CAN总线；7为GPRS通信模块；8为CANWIFI-200T转换器；9为WLAN；10为CAN网络；11为用户设备。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例本专利技术包括电能计量ATT7022E芯片1、STM32F103ZE芯片2，其系统结构示意图如图1所示。其中，ATT7022E芯片1进行数据采集，采集到的数据通过SPI接口与外部STM32F103ZE芯片2连接进行计量与校标参数，STM32F103ZE芯片2主要完成数据处理、存储和通信，通信模块可通过CAN总线6和GPRS通信模块7与上位机或其他装置进行通信，所有数据通过与STM32F103ZE芯片2连接的显示器5实时显示。ATT7022E芯片1是多功能高精度三相电能专用计量芯片，其强大的测量功能，完全满足国家电网对智能电表实时性、准确性、存储容量等各方面要求，再加上STM32F103ZE芯片2高速数据处理能力、超低的功耗和丰富的片上资源，大大节约了硬件投资，非常有利于推广。电能具有以下质量指标：1.电压偏差计算电压偏差用某点的实际电压有效值U与电网电压标称值(电网额定电压有效值)UN之差相对于电网电压标称值的百分数表示：2.电压、电流有效值的计算电压有效值：其中，N为采样点数，Un表示电压的各点采样值。电流有效值：其中，In表示电流的各点采样值。视在功率：S＝U×I(4)有功功率：P＝S×cos(φ|U|-φ|I|)(5)其中，φ|U|为电压相位，φ|I|为电流相位。无功功率：功率因数：λ＝cos(φ|U|-φ|I|)(7)3.各谐波含有率及总畸变率的算法分析根据FFT算法要求，在1个周期内的采样点数是2n，而定频采样的1个周期内的采样点数M并不能是2n，为了满足FFT算法的需要，软件将测得的周期重新计算采样间隔τ＝T/N，再对1个周期内的M个数据等间隔线性插值成N＝2n等效数据，采样信号经FFT得到各次谐波分量的实部ur(k)、虚部ui(k)，然后计算各电气量。谐波分量幅值：谐波分量相角：θk＝arctan[ui(k)/ur(k)](9)谐波电压含有率：HRUk＝Uk/U1×100％(10)...

【技术保护点】
1.一种分布式发电电能质量在线监测系统，其特征在于，包括相互连接的ATT7022E芯片(1)、STM32F103ZE芯片(2)，ATT7022E芯片(1)采集电压和电流，STM32F103ZE芯片(2)进行数据处理、存储和通信。/n

【技术特征摘要】
1.一种分布式发电电能质量在线监测系统，其特征在于，包括相互连接的ATT7022E芯片(1)、STM32F103ZE芯片(2)，ATT7022E芯片(1)采集电压和电流，STM32F103ZE芯片(2)进行数据处理、存储和通信。


2.根据权利要求1所述的一种分布式发电电能质量在线监测系统，其特征在于，所述的ATT7022E芯片(1)和STM32F103ZE芯片(2)通过SPI接口连接。


3.根据权利要求1所述的一种分布式发电电能质量在线监测系统，其特征在于，所述的STM32F103ZE芯片(2)采用CAN总线(6)或GPRS通信模块(7)与上位机通信。


4.根据权利要求1所述的一种分布式发电电能质量在线监测系统，其特征在于，所述的S...

【专利技术属性】
技术研发人员：张倩，张延迟，李鹏飞，宋悦琳，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海;31