一種電力系統瞬態波形存儲監測系統及其監測方法
【專利摘要】一種電力系統瞬態波形存儲監測系統及其監測方法，涉及電力系統瞬態波形存儲監測【技術領域】。解決了現有電力系統監測系統的結構復雜和采集信號數量少，導致監測結果的精確度低問題，同時由于現有電力系統監測系統的監測方法過于復雜，導致操作困難的問題。電壓互感器用于采集電力系統的電壓信號，電流互感器用于采集電力系統的電流信號，電壓信號和電流信號經信號處理器進行處理后由信號采集卡進行采集，將采集到的信號傳輸至嵌入式單板電腦進行分析、處理，通過預先設置的記錄時間對分析處理后的數據進行記錄并導出，然后通過與PC機的通訊，使數據信息在PC機上顯示出來。本發明適用于對電力系統進行瞬態監測。
【專利說明】一種電力系統瞬態波形存儲監測系統及其監測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力系統瞬態波形存儲監測【技術領域】。
【背景技術】
[0002]傳統方法在對電氣試驗中各種電氣量暫態部分的測量中，往往采用光線示波器、磁帶機、故障錄波器等測量儀器，它們或多或少存在以下幾個主要問題:啟動方式設定少、采集速度低、同步記錄通道少、各通道共地、對測得的電氣參數軟件分析功能少或無等。另一方面，在監測電網穩態中，全面、詳細地分析多個電氣質量指標，尤其是及時的獲取實驗現場數據，可以及時發現危及電網安全運行的隱患，保證用電設備的安全運行。同時，也能滿足科研的需要，帶來良好的經濟效益和社會效益。
[0003]隨著眾多基于計算機、微處理器控制的精密電子和電力電子裝置在電力系統大量使用，用戶對供電可靠性的要求越來越高，對電能質量的敏感程度越來越高。而目前的電氣試驗測量方法和裝置不能滿足監測的要求。而用于監測電能質量的方法和設備，多存在著監控時間短，記錄次數少，操作方式不便捷，提供相關的分析軟件少等方面的不足。

【發明內容】

[0004]本發明為了解決現有電力系統監測系統的結構復雜和采集信號數量少，導致監測結果的精確度低問題，同時由于現有電力系統監測系統的監測方法過于復雜，導致操作困難的問題，提出了一種電力系統瞬態波形存儲監測系統及其監測方法。
[0005]一種電力系統瞬態波形存儲監測系統，它包括瞬態波形存儲示波系統和PC機，所述瞬態波形存儲示波系統的數字信號輸出端通過數據通信端口和傳輸線與PC機的數字信號輸入端連接，
[0006]瞬態波形存儲示波系統為多采集通道系統，所述采集通道為M個，M為大于或等于16、小于或等于20的整數，瞬態波形存儲示波系統包括M個電壓互感器、M個電流互感器、信號處理器、信號采集卡和嵌入式單板電腦，
[0007]每個采集通道中均裝設一個電壓互感器和一個電流互感器，電壓互感器的一次側用于采集電力系統的電壓信號，電流互感器的一次側用于采集電力系統的電流信號，每個電壓互感器的二次側均與信號處理器的一個電壓信號輸入端連接，每個電流互感器的二次側均與信號處理器的一個電流信號輸入端連接，信號處理器的信號輸出端與信號采集卡的采集信號輸入端連接，信號采集卡的采集信號輸出端與嵌入式單板電腦的采集信號輸入端連接，嵌入式單板電腦的數字信號輸出端為瞬態波形存儲示波系統的數字信號輸出端。
[0008]嵌入式單板電腦包括數據處理器、數據存儲器和數據導出電路，所述信號采集卡的采集信號輸出端與數據處理器的數據處理信號輸入端連接，數據處理器的數據處理信號輸出端與數據存儲器的數據存儲信號輸入端連接，數據存儲器的數據導出信號輸出端與數據導出電路的數據導出信號輸入端連接，數據導出電路的數字信號輸出端為嵌入式單板電腦的數字信號輸出端，[0009]嵌入式單板電腦還包括數據比較器、參數設置電路和數據記錄電路，數據比較器的數據比較信號輸入端與數據處理器的數據比較信號輸出端連接，參數設置電路的數據比較信號輸出端與數據比較器的數據比較信號輸入端連接，數據記錄電路的數據記錄信號輸入端與數據比較器的數據記錄信號輸出端連接，數據記錄電路的數據記錄信號輸出端與數據處理器的數據記錄信號輸入端連接。
[0010]一種電力系統瞬態波形存儲監測系統的監測方法的區別在于，它是由以下步驟實現的:
[0011]步驟一、在參數設置電路中設置每個采集通道的電壓啟動值和數據記錄時間長度的初始值，并將所述每個采集通道的電壓啟動值和數據記錄時間長度的初始值傳輸至數據比較器中；
[0012]步驟二、將電力系統的待采集信號與采集通道中的電壓互感器和電流互感器的一次側連接；
[0013]步驟三、信號處理器對電壓互感器和電流互感器二次側的信號進行處理，并將處理后的信號傳輸至信號采集卡；
[0014]步驟四、信號采集卡對步驟三中處理后的信號進行采集，當信號采集卡采集的數據量達到信號采集卡的數據總量的一半，即信號采集卡數據量達到半滿時，將信號采集卡的半滿信號數據傳輸至數據處理器；
[0015]步驟五、數據處理器對步驟四中的信號采集卡采集的信號數據進行處理；
[0016]步驟六、數據處理器將處理后的數據傳輸至數據比較器中；
[0017]步驟七、將步驟五中得到的處理后的數據與參數設置電路中設置的初始值在數據比較器中進行比較，比較任意一個采集通道中的采集信號的電壓峰值是否大于該采集通道的初始設置的電壓啟動值，是，則執行步驟八，否，則循環執行步驟四；
[0018]步驟八、將任意一個采集通道中的采集信號的電壓峰值大于該采集通道的初始設置的電壓啟動值時的所有采集信號的數據通過數據記錄電路進行數據記錄，并將信號采集卡中的上一個半滿的數據作為起始記錄數據，記錄數據的時間長度與初始設置的數據記錄時間長度；
[0019]步驟九、將記錄完成的數據傳輸至數據處理器中進行處理，并將處理后的數據傳輸至數據存儲器中進行數據存儲，數據存儲器將存儲的數據傳輸至數據導出電路；
[0020]步驟十、數據導出電路將存儲的數據導出并將該數據結果傳輸至PC機中進行顯示，完成對電力系統的監測過程。
[0021]有益效果:本發明的監測系統結構簡單、采集信號的數量多，使該監測系統的精確度提高了 5%以上，同時本發明提出的監測方法操作簡單，能夠使技術人員很容易地掌握操作步驟。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為瞬態波形存儲示波系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]【具體實施方式】一、結合圖1說明本【具體實施方式】，一種電力系統瞬態波形存儲監測系統，它包括瞬態波形存儲示波系統和PC機，所述瞬態波形存儲示波系統的數字信號輸出端通過數據通信端口和傳輸線與PC機的數字信號輸入端連接，
[0024]瞬態波形存儲示波系統為多采集通道系統，所述采集通道為M個，M為大于或等于16、小于或等于20的整數，瞬態波形存儲示波系統包括M個電壓互感器1、M個電流互感器
2、信號處理器3、信號采集卡4和嵌入式單板電腦11，
[0025]每個采集通道中均裝設一個電壓互感器I和一個電流互感器2，電壓互感器I的一次側用于采集電力系統的電壓信號，電流互感器2的一次側用于采集電力系統的電流信號，每個電壓互感器I的二次側均與信號處理器3的一個電壓信號輸入端連接，每個電流互感器2的二次側均與信號處理器3的一個電流信號輸入端連接,信號處理器3的信號輸出端與信號采集卡4的采集信號輸入端連接，信號采集卡4的采集信號輸出端與嵌入式單板電腦11的采集信號輸入端連接，嵌入式單板電腦11的數字信號輸出端為瞬態波形存儲示波系統的數字信號輸出端。
[0026]本實施方式中，為了針對電力系統中多個電壓等級的電壓和電流信號要求同步輸入的特點，將采集通道數設計為最少16路，同時根據電力系統中各種電氣設備的工作頻率不同的特點，本發明的并行采集頻率最高為500kHz，并分為多個檔位的采集頻率，可以對電力系統中的暫態現象進行精確地記錄。
[0027]本實施方式中，瞬態波形存儲示波系統具有網絡功能，可以通過PC機網絡進行遠程控制和數據傳輸，數據通信端口采用TCP/IP通訊協議，通過設置瞬態波形存儲示波系統的IP地址，即可通過PC機網絡上的瀏覽器實現實時控制裝置進行數據記錄、分析、顯示和傳輸功能，保證了該裝置能夠現場應用的同時，也可以實現通過PC機網絡進行異地控制和數據傳輸。
[0028]【具體實施方式】二、結合圖1說明本【具體實施方式】，本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的一種電力系統瞬態波形存儲監測系統的區別在于，所述嵌入式單板電腦11包括數據處理器5、數據存儲器6和數據導出電路7，所述信號采集卡4的采集信號輸出端與數據處理器5的數據處理信號輸入端連接，數據處理器5的數據處理信號輸出端與數據存儲器6的數據存儲信號輸入端連接，數據存儲器6的數據導出信號輸出端與數據導出電路7的數據導出信號輸入端連接，數據導出電路7的數字信號輸出端為嵌入式單板電腦11的數字信號輸出端，
[0029]嵌入式單板電腦11還包括數據比較器8、參數設置電路9和數據記錄電路10，數據比較器8的數據比較信號輸入端與數據處理器5的數據比較信號輸出端連接，參數設置電路9的數據比較信號輸出端與數據比較器8的數據比較信號輸入端連接，數據記錄電路10的數據記錄信號輸入端與數據比較器8的數據記錄信號輸出端連接，數據記錄電路10的數據記錄信號輸出端與數據處理器5的數據記錄信號輸入端連接。
[0030]本實施方式中，設置的數據記錄時間長度的初始值可以為lmin、5min、10min、20min、30min、60min 和 120mino
[0031]本實施方式中，嵌入式單板電腦11能夠定時記錄各個采集信號的測量數據，同時根據電能質量監測的各個國家標準固定對電壓偏差、電壓波動和閃變、三相不平衡度的穩態量進行循環記錄數據，同時記錄的數據能夠存儲三年時間，可以在長時間段內提供電能質量的統計數據。[0032]本實施方式中，嵌入式單板電腦11采用Linux操作系統，采用C語言開發分析軟件，系統運行穩定、資源占用量小且計算速度快，能夠滿足現場試驗的要求，利用CGI實現數據分析和顯示，可以對過電壓倍數和頻率、諧波合格率、短時閃變、長時閃變、電壓偏差統計和電壓不平衡統計進行計算；同時，嵌入式單板電腦11中的WEB服務可以提供數據分析和遠程控制功能，FTP服務可以提供數據的遠傳功能，MySql數據庫服務可以提供穩態電壓量的存儲。
[0033]【具體實施方式】三、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的一種電力系統瞬態波形存儲監測系統的區別在于，它還包括外部電源，所述外部電源用于對瞬態波形存儲示波系統進行供電。
[0034]本實施方式中的外部電源采取經降壓隔離變壓器輸入隔離措施，且針對電力系統普遍存在電壓偏高的特點，將降壓隔離變壓器的變比設計為250:240。
[0035]【具體實施方式】四、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的一種電力系統瞬態波形存儲監測系統的區別在于，所述傳輸線采用屏蔽雙絞電纜。
[0036]【具體實施方式】五、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的一種電力系統瞬態波形存儲監測系統的區別在于，它還包括防雷電路，所述防雷電路裝設在采集通道前端，用于瞬態波形存儲示波系統在采集過程中進行雷電保護。
[0037]【具體實施方式】六、本【具體實施方式】與【具體實施方式】二所述的一種電力系統瞬態波形存儲監測系統的監測方法的區別在于，它是由以下步驟實現的:
[0038]步驟一、在參數設置電路9中設置每個采集通道的電壓啟動值和數據記錄時間長度的初始值，并將所述每個采集通道的電壓啟動值和數據記錄時間長度的初始值傳輸至數據比較器8中；
[0039]步驟二、將電力系統的待采集信號與采集通道中的電壓互感器I和電流互感器2的一次側連接；
[0040]步驟三、信號處理器3對電壓互感器I和電流互感器2 二次側的信號進行處理，并將處理后的信號傳輸至信號采集卡4 ；
[0041]步驟四、信號采集卡4對步驟三中處理后的信號進行采集，當信號采集卡4采集的數據量達到信號采集卡4的數據總量的一半，即信號采集卡4數據量達到半滿時，將信號采集卡4的半滿信號數據傳輸至數據處理器5 ；
[0042]步驟五、數據處理器5對步驟四中的信號采集卡4采集的信號數據進行處理；
[0043]步驟六、數據處理器5將處理后的數據傳輸至數據比較器8中；
[0044]步驟七、將步驟五中得到的處理后的數據與參數設置電路9中設置的初始值在數據比較器8中進行比較，比較任意一個采集通道中的采集信號的電壓峰值是否大于該采集通道的初始設置的電壓啟動值，是，則執行步驟八，否，則循環執行步驟四；
[0045]步驟八、將任意一個采集通道中的采集信號的電壓峰值大于該采集通道的初始設置的電壓啟動值時的所有采集信號的數據通過數據記錄電路10進行數據記錄，并將信號采集卡4中的上一個半滿的數據作為起始記錄數據，記錄數據的時間長度與初始設置的數據記錄時間長度相同；
[0046]步驟九、將記錄完成的數據傳輸至數據處理器5中進行處理，并將處理后的數據傳輸至數據存儲器6中進行數據存儲，數據存儲器6將存儲的數據傳輸至數據導出電路7 ;[0047]步驟十、數據導出電路7將存儲的數據導出并將該數據結果傳輸至PC機中進行顯示，完成對電力系統的監測過程。
【權利要求】
1.一種電力系統瞬態波形存儲監測系統，其特征在于，它包括瞬態波形存儲示波系統和PC機，所述瞬態波形存儲示波系統的數字信號輸出端通過數據通信端口和傳輸線與PC機的數字信號輸入端連接， 瞬態波形存儲示波系統為多采集通道系統，所述采集通道為M個，M為大于或等于16、小于或等于20的整數，瞬態波形存儲示波系統包括M個電壓互感器(1)、M個電流互感器(2)、信號處理器(3)、信號采集卡(4)和嵌入式單板電腦(11)， 每個采集通道中均裝設一個電壓互感器(I)和一個電流互感器(2 )，電壓互感器(I)的一次側用于采集電力系統的電壓信號，電流互感器(2)的一次側用于采集電力系統的電流信號，每個電壓互感器(I)的二次側均與信號處理器(3)的一個電壓信號輸入端連接，每個電流互感器(2)的二次側均與信號處理器(3)的一個電流信號輸入端連接，信號處理器(3)的信號輸出端與信號采集卡(4)的采集信號輸入端連接，信號采集卡(4)的采集信號輸出端與嵌入式單板電腦(11)的采集信號輸入端連接，嵌入式單板電腦(11)的數字信號輸出端為瞬態波形存儲示波系統的數字信號輸出端。
2.根據權利要求1所述的一種電力系統瞬態波形存儲監測系統，其特征在于，所述嵌入式單板電腦(11)包括數據處理器(5)、數據存儲器(6)和數據導出電路(7)，所述信號采集卡(4)的采集信號輸出端與數據處理器(5)的數據處理信號輸入端連接，數據處理器(5)的數據處理信號輸出端與數據存儲器(6)的數據存儲信號輸入端連接，數據存儲器(6)的數據導出信號輸出端與數據導出電路(7)的數據導出信號輸入端連接，數據導出電路(7)的數字信號輸出端為嵌入式單板電腦(11)的數字信號輸出端， 嵌入式單板電腦(11)還包括數據比較器(8 )、參數設置電路(9 )和數據記錄電路(10 )，數據比較器(8)的數據比較信號輸入端與數據處理器(5)的數據比較信號輸出端連接，參數設置電路(9)的數據比較信號輸出端與數據比較器(8)的數據比較信號輸入端連接，數據記錄電路(10)的數據記錄信號輸入端與數據比較器(8)的數據記錄信號輸出端連接，數據記錄電路(10)的數據記錄信號輸出端與數據處理器(5)的數據記錄信號輸入端連接。
3.根據權利要求1或2所述的一種電力系統瞬態波形存儲監測系統，其特征在于，它還包括外部電源，所述外部電源用于對瞬態波形存儲示波系統進行供電。
4.根據權利要求3所述的一種電力系統瞬態波形存儲監測系統，其特征在于，所述傳輸線采用屏蔽雙絞電纜。
5.根據權利要求1、2或4所述的一種電力系統瞬態波形存儲監測系統，其特征在于，它還包括防雷電路，所述防雷電路裝設在采集通道前端，用于瞬態波形存儲示波系統在采集過程中進行雷電保護。
6.根據權利要求2所述的一種電力系統瞬態波形存儲監測系統的監測方法，其特征在于，它是由以下步驟實現的: 步驟一、在參數設置電路(9)中設置每個采集通道的電壓啟動值和數據記錄時間長度的初始值，并將所述每個采集通道的電壓啟動值和數據記錄時間長度的初始值傳輸至數據比較器(8)中； 步驟二、將電力系統的待采集信號與采集通道中的電壓互感器(I)和電流互感器(2)的一次側連接； 步驟三、信號處理器(3)對電壓互感器(I)和電流互感器(2) 二次側的信號進行處理，并將處理后的信號傳輸至信號采集卡(4)； 步驟四、信號采集卡(4)對步驟三中處理后的信號進行采集，當信號采集卡(4)采集的數據量達到信號采集卡(4)的數據總量的一半，即信號采集卡(4)數據量達到半滿時，將信號采集卡(4)的半滿信號數據傳輸至數據處理器(5)； 步驟五、數據處理器(5)對步驟四中的信號采集卡(4)采集的信號數據進行處理； 步驟六、數據處理器(5)將處理后的數據傳輸至數據比較器(8)中； 步驟七、將步驟五中得到的處理后的數據與參數設置電路(9)中設置的初始值在數據比較器(8)中進行比較，比較任意一個采集通道中的采集信號的電壓峰值是否大于該采集通道的初始設置的電壓啟動值，是，則執行步驟八，否，則循環執行步驟四； 步驟八、將任意一個采集通道中的采集信號的電壓峰值大于該采集通道的初始設置的電壓啟動值時的所有采集信號的數據通過數據記錄電路(10)進行數據記錄，并將信號采集卡(4)中的上一個半滿的數據作為起始記錄數據，記錄數據的時間長度與初始設置的數據記錄時間長度相同； 步驟九、將記錄完成的數據傳輸至數據處理器(5)中進行處理，并將處理后的數據傳輸至數據存儲器(6)中進行數據存儲，數據存儲器(6)將存儲的數據傳輸至數據導出電路(7)； 步驟十、數據導出電路(7)將存儲的數據導出并將該數據結果傳輸至PC機中進行顯示，完成對電力系統的監測過程。`
【文檔編號】G01R13/02GK103487625SQ201310418384
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】韓冰, 溫祥龍, 尚方, 王孝余, 劉秀娥, 張雷, 樊永新, 孟大偉 申請人:國家電網公司, 黑龍江省電力科學研究院