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分布式长时在线电能质量录波器的设计

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分布式长时在线电能质量录波器的设计

发布日期:2019-01-11 作者:坤能电气 点击:

分布式长时在线电能质量录波器的设计:

电能质量监测是保证电网内设备正常运行的基础,传统电能质量录波器工作方式大多为独立工作的阈值触发式录波器,在着一系列的问题,且大多基于工控机平台集中布置存在体积大成本高记录不准确等问题,也不利于分散监控电网各节点状态。而在当前我国建设坚强智能电网要求随时掌握电网分布各节点的运行状态,并在电能质量发生时准确定位和记录,并且录波器平台具有高可靠性,可通过互联网络与服务器通信,交换数据。

1.长时在线式数字录波器系统结构

系统总体功能

目前电网电能质量监测录波检测技术向可靠性高,抗干扰能力强,长时在线记录,具备大容量存储空间,高压缩比数据压缩功能,多功能网络化智能化等方向发展。本文设计的电能质量数字录波器系统,具备电能质量数据采集、压缩、存储、导出、多功能网络化通信、长时在线分布式监测等功能。

②系统硬件结构

根据电能质量监测应用环境和整体性能要求设备整体电压电流精度0.2%,采样率为每周波1024点。根据精度和数据压缩算法的计算量,主要分为六部分:信号调理与模数转换模块、数据处理模块、数据存储模块、人机接口模块、通信接口模块、电源模块,每一个功能模块亦为独立的硬件板卡。采用这种功能模块化设计思想,将系统硬件设计为可方便拆卸升级的功能模块提高了产品开发和日后升级的便利性和经济性。

2.基于电能质量信号特征的数据压缩算法

数据压缩算法设计

电能质量信号在大部分时间为正常非故障波形,其理想电压波形为规律的50HZ 正弦波。即便发生电能质量事件,暂态电能质量事件持续时间比较短,数据量不大,而稳态电能质量事件在信号形式上也都是相对稳定的周期信号。电能质量信号的周期性特征,使得可以用处于稳态的周期信号的一个波形数据来替代描述其他的周波,这样就为数据压缩提供了可能。

②数据存储协议设计

故障录波数据按照故障时间逐条存储,每条故障记录占用25KB 存储空间。

由于我国三相四线制输配电网电能质量监测需要三路相电压与三路线电流,故系统配置六路模拟量采样通道。单路波形个数AB 均占用4Bytes 存储空间,用于记录电能质量信号波形变化前后稳定状态的周波数。其4Bytes 容量共可记录4294967296 20ms 周波,如果电网信号为稳态不变,则其容量可连续记录数百天周波数。单路波形数据AB 为存储电能质量事件发生时刻前后变化波形的数据空间,由于数据采样精度为16bits,采样率为1024/周波,所以每个周波占用2K Bytes,共4K Bytes。上述皆为单路采样通道存储数据量,整个系统含6 路模拟采样通道,故故障录波记录存储空间需求为单路乘以系统采样通道数6

3.系统软件框架结构

上电之后初始化芯片及外设,之后启动采集模块进行数据采集,采集数据存入缓存,缓存采用乒乓RAM 形式工作,采集满两个周波40ms的数据之后由DSP读取RAM中数据,将前后周波进行逐点比对,如果C值小于预设ΔU 则判断前后一致则只存储第一帧有效数据,其余周波数据不直接存储,只记录波形个数;如果波形对比判定前后帧波形不一致则判定为电能质量故障波形,对数据直接存储。 

4.系统实验

录波实验环境使用的三相交流可编程电源定量产生典型电能质量监测故障信号。该电源可编程实现的电压波动、电压暂降、电压暂升、电压中断、频偏、三相不平衡、电压冲击等等电能质量综合变化的数据。

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