用于感测、收集、传输、存储和分发高分辨率电网电测量数据的方法和设备技术

本发明专利技术提供了用于监测电力系统、收集高分辨率数据并将其安全地供给到高级时间序列数据库的传感器网络和方法。通过收集高分辨率电测量数据来监测电网的设备，包括信号分析器的操作对，所述操作对包括：微同步相位计，被配置为在频域中操作以处理电信号并收集第一组数据点；以及电能质量监测器，被配置为在时域中运行以处理电信号并收集第二组数据点，其中，所述设备被配置为将相同的同步时间戳应用于所收集的第一组数据点和第二组数据点。用于监测电网并收集高分辨率电测量数据的方法，包括：使用在频域中运行的微同步相位计收集(101)第一组数据点；使用在时域中运行的电能质量监测器收集(102)第二组数据点；以及将同步时间戳应用于(103)所收集的第一组数据点和第二组数据点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于感测、收集、传输、存储和分发高分辨率电网电测量数据的方法和设备
本专利技术提供了用于感测、收集、传输、存储和处理来自电网或其他电气设备的高分辨率电测量数据的方法和设备。
技术介绍
电力公司面临许多挑战。持续需要更好的方法：来控制复杂的功率流；诊断问题；为系统运营商提供更好的网络可见性；提升设备性能；提高资产利用率；并计划网络改进。随着当今电网的迅速发展，配电网络运营商/配电系统运营商(DNO/DSO)面临着巨大的技术难题，包括：分布式能源产生的可变和不稳定的功率流；有功和无功功率问题；电能质量失真；功率因数不佳；相角稳定性；和电压振荡。这些问题扩展到：减少电损耗；运用合成惯性；电干扰分析；网络安全；和设备状态监控。电力公司希望改进：网络建模；实时热额定值；给电动汽车充电；负载轮廓感应；拓扑和状态确定；网络拥塞；需求方管理；以及基于储能的服务的计划/处理。发电机(例如公用事业规模的太阳能光伏发电场和风力发电场)具有相关的问题和提高效率的机会。电力的大型商业和工业消费者遭受电能质量问题的困扰。能源供应公司和系统运营商需要关于网络需求、活动拓扑和约束的信息。与许多这些问题相关是通过增加风力发电和太阳能发电的集成来减少碳排放。现有的监视控制和数据采集(SCADA)系统和传统仪器根本无法完成任务。现有的具有间隔半小时的数据点的家庭级高级计量基础设施(AMI)的智能电网计量表性能不足。现代电网需要更好的传感器和数据处理系统。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人已经确定，如果可以提供正确的网格或其他监测数据，则可以使用正确的分析工具、模型和软件应用程序直接或间接地解决各种创新机会、挑战和问题。下面公开的是创新的传感器网络，用于监测电力系统、收集高分辨率数据、并将其安全地供给至高级时间序列数据库中。在某些示例中，时间序列数据库可作为基于云存储的数据即服务平台与软件应用程序结合使用，以提供广泛需要的解决方案来应对电力部门面临的众多商业和技术挑战。专利技术人已将几种新技术集成到工业级系统中，该系统结合了创新的数据收集传感器硬件和通过安全数据通信与其相连接的高级数据库软件(数据仓库)。当这些技术结合在一起时，最终的系统就能够以改进的详细程度、清晰度和复杂性来检查电网和相关设备的行为。现有的电力公司电网、负荷和发电监控SCADA系统通常每2-4秒从感测到的信号中提取相对粗略的电气测量值(例如，英国电网的精度为±5-7％的电压、电流测量值)以进行即时检查，但仅仅是每30分钟将一组测量结果保存到数据存储器中。结果是在相对粗略的时间尺度上收集的质量较差的数据。专利技术人通过结合以高采样率进行的高精度电测量以优选地经由安全遥测技术将大量高分辨率数据流提供到时间序列数据库中，从而对现有技术和装置进行了改进。时间序列数据库比关系数据库更适合于这种高容量测量。这种更高效、更有效的设备将数据采集的容量(预计达到PB级的千万亿数据点)和速率与合适的处理和存储能力相匹配。尽管硬件和数据仓库可以相互独立运行，但它们结合在一起时提供了集成解决方案，其可提供卓越的性能，同时减少所需的设备数量。NeuvilleGridDataTM的GridDataUnitTM(GDU)传感器盒将新设计的微同步相位计(μPMU)与电能质量监测器(PQM)独特地结合在一起，其中两个装置共享共同的时间戳标记的方法，以方便有效地组合和比较所收集的数据点。在某些示例中，GDU进一步包括金属外壳；环境条件传感器；不到100纳秒的计时；以及通过冗余/备用通信传播路径的下一代安全遥测技术。所收集、传输、存储和交付的电气测量数据具有相比于现有技术水平的100-100,000倍的改进。在频域中，微同步相位计的功能可提供0.001度的相位测量角精度，使电压和电流测量精确到百万分之2(PPM)。在时域中，电能质量监测器的功能根据IEC61000-4-30Ed3A类标准以及2-150kHz范围内的超谐波，提供了一系列高精度测量。数据点带有全球导航卫星系统(GNSS)(例如GPS)的时间戳，其时间戳取决于相对于观测到的GNSS卫星星座的地球大气状况而具有50-80纳秒的精度。所描述的本专利技术具有与共享天线阵列和环境传感器有关的设备内的组件的更高效、更有效的布置的特点。本专利技术还结合了具有多核、多线程能力的协处理器，用于局部节点、比较配对节点、网格网络、模糊计算或边缘处理数据分析处理。Neuville的GDU硬件设计明确地但非唯一地在加利福尼亚阿拉米达市的电力标准实验室(PowerStandardsLab)的GridAnalyzerTM装置的基础上做出了改进。现有的关系数据库无法有效地处理来自NeuvilleGDU网络的达到PB级的千万亿数据点。因此，将诸如被称为伯克利树数据库(BerkeleyTreeDatabase)的时间序列数据库(TSDB)包含于系统中并改造为新颖的时间序列矩阵数据库(TSMDB)，以提供低成本、高度可扩展的基于云或基于专用服务器的解决方案。该伯克利树数据库提供了相比于现有的商业化方法的1400倍的改进。Neuville的新颖的硬件和数据处理结构与电网及其操作组件(例如，变压器、开关设备、逆变器、发电机等)以及其他以纳秒为单位进行时间戳标记的数据一起使用，可以进行多域、多尺度的数据分析，从而实现前所未有的条件监测、操作调整、预测和异常检测。附图简要说明下面参照附图以示例的方式详细描述设备和方法，其中：图1示出了根据示例的用于监测电网并收集高分辨率电测量数据的方法；以及图2根据示例说明了伯克利树数据库系统的架构。详细说明在示例中，该设备包括一个或多个操作对，该操作对包括微同步相位计和电能质量监测器。在一些示例中，该操作对可进一步包括额外的信号分析装置。在示例中，该操作对同时通过微同步相位计方法在频域中处理电源信号以及使用电源质量测量技术在时域中处理电源信号，以收集时域数据点和频域数据点。将一致的时间戳应用于所收集的时域数据点和频域数据点。在一些示例中，通过相同的方法导出应用于所收集的时域数据点和频域数据点的时间戳。在示例中，设备和/或其他相邻设备中的一个或多个操作对可以处理从仪器用互感器的次级输出提取的或直接感测到的不同电源信号。信号分析器的操作对可以包括以不同固件模式运行的两个相同类型的物理装置(例如，来自加利福尼亚阿拉米达市的电力标准实验室的PQube3(注册商标)装置)。在一些示例中，装置的操作对可以是两种不同类型的信号分析器，它们可以来自同一制造商或不来自同一制造商。在一些示例中，两种根本不同的电信号处理方法的这种操作对可以在单个物理装置中实现，该单个物理装置在其固件内具有功能强大的子功能，也可以在单独的计算装置上进行进一步的软件处理。常规相位测量单元(PMU)是通常用于高压输电线上的电气测量装置，以1°的精度确定电流和电压的相位角。来自PSL的最新设计的μPMU在每个半周期提供了高精度(0.003°)的电流和电压的相位角(δ)测量。小型、紧凑且坚固的PQube3型μPMU提供3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.通过收集高分辨率电测量数据来监测电网的设备，包括：信号分析器的操作对，所述操作对包括：/n微同步相位计，被配置为在频域中操作以处理电信号并收集第一组数据点；以及/n电能质量监测器，被配置为在时域中运行以处理电信号并收集第二组数据点，/n其中，所述设备被配置为将相同的同步时间戳应用于所收集的第一组数据点和第二组数据点。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180522 US 62/674,9821.通过收集高分辨率电测量数据来监测电网的设备，包括：信号分析器的操作对，所述操作对包括：
微同步相位计，被配置为在频域中操作以处理电信号并收集第一组数据点；以及
电能质量监测器，被配置为在时域中运行以处理电信号并收集第二组数据点，
其中，所述设备被配置为将相同的同步时间戳应用于所收集的第一组数据点和第二组数据点。


2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备使用补偿因子来获得所述同步时间戳，以应用于所收集的第一组数据点和第二组数据点。


3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备使用来自共享天线的信号来获得所述同步时间戳，以应用于所收集的第一组数据点和第二组数据点。


4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备被配置为将被加上时间戳的第一组数据点和第二组数据点存储至时间序列数据库中。


5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备包括信号分析器的多个操作对。


6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述信号分析器的多个操作对被配置为使它们从供电网络的不同位置接收电信号。


7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备被配置为测量被加上时间戳的所述第一组数据点和第二组数据点之间的发...

【专利技术属性】
技术研发人员：克拉克·万柯克·西蒙斯，
申请(专利权)人：纳维尔网格数据管理有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB