面向智能电网的电能质量监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种面向智能电网的电能质量监测系统及方法，涉及电能质量监测领域。该系统包括分布式在线／离线节点检测模块、网络通信模块、分布式数据库模块、电能质量监测系统综合管理模块；所述分布式在线／离线节点检测模块包括并行模数转换模块和信号处理模块，实现对智能电网的分布式检测。本发明专利技术提供的技术方案采用多模数转换芯片并联，对模拟信号进行采样，提升信号的高精度采样速率，满足暂态电能质量信号的检测要求；基于可编程逻辑芯片，采用并行信号处理算法实现在线分析和数据压缩；采用分布式数据库，提高系统可靠性，有利于系统升级；采用ＧＰＳ和通信网络模块，实现分布式网络系统，为智能电网的电能质量监测提供有力的支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电能质量监测领域，具体提出了一种面向智能电网的电能质量监测系统及方法。
技术介绍
现代电力系统中电能质量概念的内容越来越丰富，越来越复杂。一方面，实际电力系统工况变得更复杂，现代大功率电力电子设备已经在社会各个领域内得到广泛应用，比如工业、日用家电等，对电力系统而言它们是非线性负载，在运行过程中会产生冲击性的响应且不断的向电网中注入谐波。冲击性响应等非线性运行特性会恶化电网的正常运行性能，甚至破坏电网的稳定运行；而谐波降低了电网的有效容量，增加了额外的无用功耗。另一方面，实际用电设备对供电质量要求更高，精密数字电子控制设备，例如日常用计算机、工业用精密电控设备、工业控制用计算机等，对电源的电压跌路、闪变等有比传统电器更加苛刻的要求。传统的电能质量监测系统通常是孤立的，电能质量监测仅仅局限于一点，系统的信息集成服务主要功能为，将各地的信息通过通信网络发送到主服务器，集成到统一的数据库中。目前大多数电能质量监测系统通常采用DSP(Digital Signal Processing-数字信号处理)+单片机结构，或者单片机+单片机结构，针对于某一种电能质量指标进行单项测量，或者针对某几个电能质量指标进行测量。在这种结构下，对电力信号采样的模块，采用单芯片的模数转换器采样，靠选择高速和高精度模数采样芯片来解决的实时高精度电力信号采样问题。对于单个模数采样芯片而言，不仅高速高精度的模数采样芯片价格昂贵，而且其印刷电路板布板复杂，硬件实现难度较大；更重要的是对于模数采样而言，高精度和高速度本身就是一对固有的矛盾，精度越高，采样速度就越低，从而无法从精度和速度上同时满足现代电力监测系统对实时高精度采样的要求。另一方面，无论是DSP还是单片机，信号处理算法的实现本质上都是串行结构。为了获得较高的测量精度，电力系统对电压电流信号的分析和处理算法将更加复杂，加之采样速度的提高，单位时间内待处理的数据量将会迅速增大，因此DSP和单片机的串行架构难以满足实时高速信号处理算法的需求。基于上述原因，为了能够保证现代电网安全高效的运行，同时能够给用电设备提供必须的优质电能，对电网运行状态的实时、高性能、分布式组网监测是必须的。
技术实现思路
为弥补现有技术的不足，本专利技术提供一种面向智能电网的电能质量监测系统及方法，以解决现有技术中高速高性能实时数据传输及处理能力不足的缺陷。为实现上述目的，本专利技术提供了一种面向智能电网的电能质量监测系统，包括分布式电能质量在线/离线节点检测模块、网络通信模块、分布式数据库集成管理模块、电能质量监测系统综合管理模块；所述分布式电能质量在线/离线节点检测模块，包括并行模数转换模块和并行信-->号处理模块，用于实现对智能电网的分布式检测。所述并行模数转换模块包括多片并行的模数转换芯片、可编程逻辑芯片及时钟分配模块，采用采样时钟管理算法、数据预处理算法及数据缓冲和传输算法，用于对输入的标准电气信号进行模数转换和预处理，并传输给并行信号处理模块。所述并行信号处理模块，包括可编程逻辑芯片，采用动态配置算法、高速传输接口算法及并行数据处理算法，用于接受所述并行模数转换模块输入的多通道并行采样数据，并进行相应的信号处理及数据压缩操作。所述网络通信模块采用系统远程通讯和节点内短距离通信相结合的方式，负责所述监测系统网络的组网通信工作；所述网络通信模块包括无线网络模块、有线网络模块及GPS时标和定位模块；所述有线网络模块包括以太网模块，用于将各分布式监测节点单元通过电力标准通信协议转换器与整体以太网相连；所述无线网络模块包括短程无线网络模块及远程无线网络模块；所述短程无线网络模块，用于实现所述监测系统网络节点内各检测单元间的短程无线通讯及检测控制功能，所述远程无线网络模块，用于实现所述监测系统节点与整个网络之间的数据和信息交互；所述GPS时标和定位模块，用于精确同步所述监测系统节点的采样时间和标定所述监测系统节点的空间位置。所述分布式数据库集成管理模块包括分布式节点数据库管理模块和中心数据库管理模块；所述分布式节点数据库管理模块，用于对局部监测数据进行管理，并与其他分布式节点数据库管理模块进行数据交互，以及保存所有节点操作命令的历史记录；所述中心数据库管理模块，用于存储和管理所述监测系统的配置和监测信息、监督和维护数据库的正常运行。所述电能质量监测系统综合管理模块，结合GPS时标和定位功能，对智能电网进行分布式协同监测，对监控数据进行汇总、分析和报表统计。所述分布式电能质量在线/离线节点检测模块还包括模拟采集终端模块、嵌入式主控模块、自校准模块、时钟模块、显示接口模块；所述模拟采集终端模块，用于将实际电力信号转换为标准电气信号，并送给并行模数转换模块；所述嵌入式主控模块包括嵌入式主控芯片及接口芯片，用于接受并行信号处理模块处理后的数据，对所述监测系统进行动态配置和信息传递；所述自校准模块包括自校准调整电路，采用与模拟采样终端模块及并行数模转换模块相对应的自校准算法，用于克服所述监测系统中固有的各种静态和动态系统误差，降低温度、电磁兼容等周围环境因素对监测系统精度的影响；所述时钟模块用于为所述分布式电能质量在线/离线节点检测模块提供准确的局部时钟；所述显示接口模块，用于实时显示监测数据信息。此外，本专利技术还提供一种面向智能电网的电能质量监测方法，其特征在于，所述监-->测方法包括如下步骤：步骤1：通过主控制管理模块对电能质量监测系统各节点的基本功能进行初始化配置；步骤2：节点检测模块采集电力信号，传送给并行模数转换模块；步骤3：并行模数转换模块对模拟采集终端模块的输出信号进行采样，并将采样信号传送给并行信号处理模块进行处理和数据压缩，存储到本地的分布式数据库；步骤4：各监测单元将监测数据通过短程无线网络传送到监测节点的路由模块，然后由监测节点路由模块将该节点的综合电能质量监测数据通过有线以太网和无线通信网，远程传输到其他网络节点和监测系统的主控管理平台；步骤5：对各节点的监测数据进行动态排序和编目；步骤6：电能质量监测系统的主控管理平台给分布式监控系统的各个节点发送协同监测命令，接受各节点的监测数据，并进行汇总、分析和报表统计；步骤7：按主控管理模块或者分布式节点发出的协同监测命令，各节点在GPS时标和定位模块的统一协调下对电力系统进行协同监测所述步骤1还包括将配置命令通过分布式通信网络发送给每一个监测节点；各监测节点接收到配置命令以后，启动相应的自校准程序，自校准成功后按照命令所描述的监测模式进入对应的监测状态。所述步骤2还包括在电网侧500kV、220kV、110kV和35kV变电站的主变和不同电压等级母线、发电厂主变处设置监测点；在用户和负荷供电的变电站和各级电压母线处设置监测点。本专利技术提供的技术方案由于采用多模数转换芯片并联，对模拟输入信号进行采样检测，提升高精度信号采样的模数转换速率，满足对暂态电能质量信号的监测要求；基于可编程逻辑芯片，采用并行结构的信号处理算法，对因高采样率而产生的大量数据进行分析和处理；采用无线短程和和远程通信、有线网络通信等结合方案来实现短程和远程通信组网，结合GPS时标和定位模块，以形成分布式监测系统的实体，为电能质量进行综合评测提供了有力的支持，对各级电力用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向智能电网的电能质量监测系统，其特征在于，该电能质量监测系统包括分布式电能质量在线／离线节点检测模块、网络通信模块、分布式数据库集成管理模块、电能质量监测系统综合管理模块；所述分布式电能质量在线／离线节点检测模块，包括并行模数转换模块和并行信号处理模块，用于实现对智能电网的分布式检测。

【技术特征摘要】
1.一种面向智能电网的电能质量监测系统，其特征在于，该电能质量监测系统包括分布式电能质量在线/离线节点检测模块、网络通信模块、分布式数据库集成管理模块、电能质量监测系统综合管理模块；所述分布式电能质量在线/离线节点检测模块，包括并行模数转换模块和并行信号处理模块，用于实现对智能电网的分布式检测。2.如权利要求1所述的电能质量监测系统，其特征在于，所述并行模数转换模块包括多片并行的模数转换芯片、可编程逻辑芯片及时钟分配模块，采用采样时钟管理算法、数据预处理算法及数据缓冲和传输算法，用于对输入的标准电气信号进行模数转换和预处理，并传输给并行信号处理模块。3.如权利要求2所述的电能质量监测系统，其特征在于，所述并行信号处理模块，包括可编程逻辑芯片，采用动态配置算法、高速传输接口算法及并行数据处理算法，用于接受所述并行模数转换模块输入的多通道并行采样数据，并进行相应的信号处理及数据压缩操作。4.如权利要求1-3中任一项所述的电能质量监测系统，其特征在于，所述网络通信模块采用系统远程通讯和节点内短距离通信相结合的方式，负责所述监测系统网络的组网通信工作；所述网络通信模块包括无线网络模块、有线网络模块及GPS时标和定位模块；所述有线网络模块包括以太网模块，用于将各分布式监测节点单元通过电力标准通信协议转换器与整体以太网相连；所述无线网络模块包括短程无线网络模块及远程无线网络模块；所述短程无线网络模块，用于实现所述监测系统网络节点内各检测单元间的短程无线通讯及检测控制功能，所述远程无线网络模块，用于实现所述监测系统节点与整个网络之间的数据和信息交互；所述GPS时标和定位模块，用于精确同步所述监测系统节点的采样时间和标定所述监测系统节点的空间位置。5.如权利要求1-3中任一项所述的电能质量监测系统，其特征在于，所述分布式数据库集成管理模块包括分布式节点数据库管理模块和中心数据库管理模块；所述分布式节点数据库管理模块，用于对局部监测数据进行管理，并与其他分布式节点数据库管理模块进行数据交互，以及保存所有节点操作命令的历史记录；所述中心数据库管理模块，用于存储和管理所述监测系统的配置和监测信息、监督和维护数据库的正常运行。6.如权利要求1-3中任一项所述的电能质量监测系统，其特征在于，所述电能质量监测系统综合管理模块，结合GPS时标和定位功能，对智能电网进行分布式协同监测，对监控数据进行汇总、分析和报表统计。7.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫，胡志琳，
申请(专利权)人：北京博电新力电力系统仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]