專利名稱：靈活的廣域電網(wǎng)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種靈活的廣域電網(wǎng)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，配電網(wǎng)中換流器、變頻調(diào)速、電弧爐、電氣化鐵路、家用電子設(shè)備以及各種電力電子設(shè)備不斷增加，這些負(fù)荷的用電特性(非線性、沖擊性和不對(duì)稱性)使電力系統(tǒng)中的電壓和電流波形發(fā)生嚴(yán)重的畸變，這就是電力諧波。在公用電網(wǎng)中，諧波使供電和用電設(shè)備過(guò)熱、電能損耗增加，影響它們的正常運(yùn)行，輕則降低設(shè)備的使用壽命和系統(tǒng)的功率因數(shù)，重則會(huì)導(dǎo)致短路和對(duì)諧波敏感的繼電保護(hù)等設(shè)備誤動(dòng)作，甚至燒毀元器件、電機(jī)或變壓器。因此，對(duì)電力系統(tǒng)諧波污染的治理已成為電工科學(xué)技術(shù)界所必須解決的問(wèn)題。準(zhǔn)確有效地監(jiān)測(cè)電網(wǎng)諧波對(duì)查找諧波源進(jìn)而進(jìn)行諧波治理意義重大。電力諧波檢測(cè)一般要得到如下的量單次諧波電壓、電流的含有率；諧波電壓，電流的總畸變率；有時(shí)還需要測(cè)量諧波的相位角、諧波功率和諧波阻抗。各國(guó)都把電力系統(tǒng)諧波實(shí)時(shí)分析作為研究重點(diǎn)，并以此作為認(rèn)識(shí)諧波和抑制諧波的基礎(chǔ)。從測(cè)量?jī)x器方面看，發(fā)達(dá)國(guó)家在研制和使用諧波分析儀方面發(fā)展較為迅速，儀器的性能先進(jìn)，測(cè)量功能齊全，適用范圍廣。日本成功研制了用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)量打印、實(shí)時(shí)分析波形和數(shù)據(jù)的記錄和顯示功能的3195型數(shù)字電能分析儀，電壓、電流和功率的精度達(dá)到 0. 1級(jí)，諧波測(cè)量精度模值小于2%。德國(guó)生產(chǎn)的N0WA-1型諧波分析儀、萊姆公司研制的 AN2060手持式電力諧波分析儀、瑞典imipower公司研制的unilyZer900F便攜式電能質(zhì)量分析儀等，都具有對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，記錄數(shù)據(jù)，分析各次諧波含量和畸變率以及功率的流向等功能。與國(guó)外相比，我國(guó)電力系統(tǒng)諧波分析和測(cè)量的研究仍存在較大差距。國(guó)內(nèi)測(cè)量?jī)x器可靠性和精度方面尚待提高，主要適用于諧波測(cè)量方面，而在波形分析、采用窗口的選擇、數(shù)據(jù)處理以及結(jié)果輸出方面有一定差距?，F(xiàn)在新一代數(shù)字式、自動(dòng)化和智能化諧波監(jiān)測(cè)儀是研制的方向和趨勢(shì)。特別是近年來(lái)，基于DSP、ARM和PC104的嵌入式系統(tǒng)在檢測(cè)方面廣泛應(yīng)用，尤其是在多參數(shù)、多通道的測(cè)試中非常具有開(kāi)發(fā)研究意義。DSP具有很高的運(yùn)算速度和很大存儲(chǔ)空間的高速尋址功能，隨著其價(jià)格的下降，將來(lái)在我國(guó)會(huì)得到更大發(fā)展。關(guān)于諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方面，目前一些地區(qū)組建了電力系統(tǒng)諧波量測(cè)系統(tǒng) (Harmonic Measurement System, HMS)，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量，但是這些測(cè)量點(diǎn)之間并不是同步測(cè)量。而且HMS基本上采用的是固定組網(wǎng)模式。傳統(tǒng)的諧波監(jiān)測(cè)一般采用便攜式儀器進(jìn)行定期測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)有一定的局限性， 不能反應(yīng)區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)諧波狀況。隨著信息網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，國(guó)內(nèi)市級(jí)電力公司大部分已實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)的構(gòu)建，可通過(guò)固定安裝的監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行組網(wǎng)諧波監(jiān)測(cè)，但站點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置之間的數(shù)據(jù)處于非同步采樣測(cè)量，且目前監(jiān)測(cè)裝置大都是固定安裝，諧波監(jiān)測(cè)地點(diǎn)不改變。其主要缺陷有如下兩點(diǎn)(1)各個(gè)諧波測(cè)點(diǎn)的測(cè)量裝置不能同步采樣，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)諧波的同步監(jiān)測(cè)，這對(duì)于諧波狀態(tài)估計(jì)，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的諧波潮流，分析諧波的流通情況和放大情況，尋找諧波源并進(jìn)行諧波治理是不利的；(2)諧波測(cè)量裝置固定安裝于被測(cè)電網(wǎng)，在徹底掌握該局部電網(wǎng)的諧波狀況后仍繼續(xù)監(jiān)測(cè)而不能使其應(yīng)用于諧波狀態(tài)未知的電網(wǎng)的諧波監(jiān)測(cè)，造成諧波監(jiān)測(cè)設(shè)備利用率低。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提出一種靈活的廣域電網(wǎng)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于解決目前諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量缺乏實(shí)時(shí)性以及測(cè)量裝置利用率低的問(wèn)題。技術(shù)方案是，一種靈活的廣域電網(wǎng)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括順序相連的諧波同步監(jiān)測(cè)終端、通信系統(tǒng)和諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)；所述諧波同步監(jiān)測(cè)終端用于接收諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)發(fā)送的監(jiān)測(cè)任務(wù)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)任務(wù)進(jìn)行電網(wǎng)諧波的同步測(cè)量，然后將同步測(cè)量結(jié)果通過(guò)通信系統(tǒng)傳輸?shù)街C波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)；通信系統(tǒng)用于傳輸諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)發(fā)送的監(jiān)測(cè)任務(wù)，還用于傳輸各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的同步測(cè)量結(jié)果；所述諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)用于確定各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的安裝位置，并經(jīng)過(guò)通信系統(tǒng)向各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端發(fā)送監(jiān)測(cè)任務(wù)；還用于接收各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的同步測(cè)量結(jié)果，并對(duì)接收的同步測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理和輸出。所述諧波同步監(jiān)測(cè)終端包括順序相連的信號(hào)拾取模塊、前向通道模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號(hào)處理模塊，還包括與所述A/D轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號(hào)處理模塊相連的同步采樣波形形成模塊，還包括與數(shù)字信號(hào)處理模塊相連的通信模塊和輸入輸出模塊；所述信號(hào)拾取模塊用于拾取模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)，并將模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)發(fā)送至前向通道模塊；所述前向通道模塊用于對(duì)模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)進(jìn)行處理，以便于模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)；所述A/D轉(zhuǎn)換模塊用于將模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)；還用于接收同步采樣波形形成模塊輸出的與秒脈沖PPS信號(hào)同步的采樣波形，并根據(jù)所述與秒脈沖PPS信號(hào)同步的采樣波形對(duì)數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)進(jìn)行采樣，并將經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)發(fā)送到數(shù)字信號(hào)處理模塊；所述同步采樣波形形成模塊用于接收秒脈沖PPS信號(hào)，并在數(shù)字信號(hào)處理模塊的控制下，產(chǎn)生與秒脈沖PPS信號(hào)同步的采樣波形，并向A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出所述與秒脈沖PPS 信號(hào)同步的采樣波形；所述數(shù)字信號(hào)處理模塊用于控制同步采樣波形形成模塊產(chǎn)生與秒脈沖PPS信號(hào)同步的采樣波形；還用于接收經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)，并存儲(chǔ)所述經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)；還用于接收輸入輸出模塊的輸入信息；還用于通過(guò)輸入輸出模塊輸出所述經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)；還用于通過(guò)通信模塊將
5所述經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)通過(guò)通信系統(tǒng)發(fā)送到諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)；所述通信模塊用于在數(shù)字信號(hào)處理模塊的控制下，將經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)發(fā)送至通信系統(tǒng)；所述輸入輸出模塊用于向數(shù)字信號(hào)處理模塊提供輸入信息；還用于在數(shù)字信號(hào)處理模塊的控制下輸出經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)。所述信號(hào)拾取模塊包括模擬電流信號(hào)拾取器和模擬電壓信號(hào)拾取器。所述前向通道模塊包括順序相連的隔離電路、放大電路、相位調(diào)節(jié)電路、程控放大電路、有源濾波電路和電位平移電路；所述隔離電路用于實(shí)現(xiàn)拾取的模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)與諧波同步監(jiān)測(cè)終端的電路板之間的隔離，避免產(chǎn)生電氣干擾；所述放大電路用于放大拾取的模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)；所述相位調(diào)節(jié)電路用于提高經(jīng)放大電路放大的模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)的相角精度；所述程控放大電路用于對(duì)相位調(diào)節(jié)后的模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)進(jìn)行比例放大；所述有源濾波電路用于對(duì)程控放大后的模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)進(jìn)行低通濾波，濾除高頻干擾信號(hào)； 所述電位平移電路用于對(duì)有源濾波電路濾波后的模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)進(jìn)行位移，實(shí)現(xiàn)單極性輸入。所述同步采樣波形形成模塊由GPS接收單元和復(fù)雜可編程邏輯單元組成；所述 GPS接收單元用于接收GPS信號(hào)，并根據(jù)接收的GPS信號(hào)輸出秒脈沖PPS信號(hào)；所述復(fù)雜可編程邏輯單元在秒脈沖PPS信號(hào)和數(shù)字信號(hào)處理模塊控制下，輸出與秒脈沖PPS信號(hào)同步的采樣波形。所述通信模塊包括JR45接口、RS-232/485串口和USB接口。所述輸入輸出模塊包括鍵盤和顯示器。所述通信系統(tǒng)包括有線網(wǎng)絡(luò)和/或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；所述有線網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)或串行線網(wǎng)絡(luò)；所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采用3G、Wi-Fi、GPRS或者CDMA網(wǎng)絡(luò)。所述諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)包括諧波同步監(jiān)測(cè)終端管理中心、數(shù)據(jù)處理中心和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心；所述諧波同步監(jiān)測(cè)終端管理中心用于繪制被測(cè)電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并根據(jù)被測(cè)電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確定各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的安裝位置；同時(shí)還用于通過(guò)通信系統(tǒng)向各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端發(fā)送監(jiān)測(cè)任務(wù)；所述數(shù)據(jù)處理中心用于接收各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的同步測(cè)量結(jié)果，并對(duì)同步測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理，得到各次電壓諧波的幅值、各次電壓諧波的相位、各次電壓諧波的含有率、各次電流諧波的幅值、各次電流諧波的相位、各次電流諧波的含有率、電壓的總畸變率、 電流的總畸變率、電網(wǎng)諧波狀態(tài)和電網(wǎng)元件的諧波參數(shù)；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心用于存儲(chǔ)各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的同步測(cè)量結(jié)果以及對(duì)同步測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理后的數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型提供的靈活的廣域電網(wǎng)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端電壓信號(hào)和電流信號(hào)的同步采集，克服了測(cè)量缺乏實(shí)時(shí)性的缺陷；同時(shí)，諧波同步監(jiān)測(cè)終端根據(jù)被測(cè)電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活布設(shè)，提高了測(cè)量終端的利用率。

圖1是靈活的廣域電網(wǎng)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是諧波同步監(jiān)測(cè)終端結(jié)構(gòu)圖；圖3是模擬電流信號(hào)拾取器示意圖；圖4是模擬電壓信號(hào)拾取器示意圖；其中，(a)插入式端子模擬電壓信號(hào)拾取器示意圖，(b)是夾式端子模擬電壓信號(hào)拾取器示意圖，(c)是針形端子模擬電壓信號(hào)拾取器示意圖，(d)是鉗形端子模擬電壓信號(hào)拾取器示意圖；圖5是前向通道模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是隔離電路、放大電路和相位調(diào)節(jié)電路示意圖；圖7是A/D轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號(hào)處理模塊連接示意圖；圖8是同步采樣波形形成模塊結(jié)構(gòu)圖；圖9是數(shù)字信號(hào)處理模塊與JR45接口連接電路圖圖；圖10是數(shù)字信號(hào)處理模塊與RS-232/485串口連接電路圖圖；圖11是數(shù)字信號(hào)處理模塊與USB接口連接電路圖；圖12是數(shù)字信號(hào)處理模塊擴(kuò)展EPROM接口電路圖；圖13是諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)工作流程圖；[0054]圖14是諧波同步監(jiān)測(cè)終端工作流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本實(shí)用新型的范圍及其應(yīng)用。圖1是靈活的廣域電網(wǎng)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖1中，本發(fā)明提供的靈活的廣域電網(wǎng)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括順序相連的諧波同步監(jiān)測(cè)終端、通信系統(tǒng)和諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)。其中，諧波同步監(jiān)測(cè)終端用于接收諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)發(fā)送的監(jiān)測(cè)任務(wù)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)任務(wù)進(jìn)行電網(wǎng)諧波的同步測(cè)量，然后將同步測(cè)量結(jié)果通過(guò)通信系統(tǒng)傳輸?shù)街C波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)。通信系統(tǒng)用于傳輸諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)發(fā)送的監(jiān)測(cè)任務(wù)，還用于傳輸各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的同步測(cè)量結(jié)果。諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)用于確定各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的安裝位置，并經(jīng)過(guò)通信系統(tǒng)向各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端發(fā)送監(jiān)測(cè)任務(wù)；還用于接收各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的同步測(cè)量結(jié)果，并對(duì)接收的同步測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理和輸出。圖2是諧波同步監(jiān)測(cè)終端結(jié)構(gòu)圖。圖2中，諧波同步監(jiān)測(cè)終端包括順序相連的信號(hào)拾取模塊、前向通道模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號(hào)處理模塊，還包括與所述A/D轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號(hào)處理模塊相連的同步采樣波形形成模塊，還包括與數(shù)字信號(hào)處理模塊相連的通信模塊和輸入輸出模塊。圖2中，信號(hào)拾取模塊用于拾取模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)，并將模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)發(fā)送至前向通道模塊。信號(hào)拾取模塊包括模擬電流信號(hào)拾取器和模擬電壓信號(hào)拾取器。圖3是模擬電流信號(hào)拾取器示意圖，圖3中，模擬電流信號(hào)拾取器采用寬量
7程線性鉗形電流互感器，使得測(cè)量時(shí)無(wú)需打開(kāi)被測(cè)的電流回路，對(duì)被測(cè)系統(tǒng)無(wú)干擾(或低干擾)。被測(cè)電流量程為5A，拾取后為2. 5mA的電流信號(hào)。圖4是模擬電壓信號(hào)拾取器示意圖，圖4中，采用夾、針、片等各種電壓信號(hào)拾取接入端子，無(wú)需松動(dòng)原有電壓端子即可接入，對(duì)被測(cè)系統(tǒng)無(wú)干擾(或低干擾)。在相線中串入電阻R (阻值為40k Ω )，被測(cè)電壓量程為 100V，拾取后為2. 5mA的電流信號(hào)。電流測(cè)量采用小型的寬量程線性鉗形電流互感器卡入被測(cè)系統(tǒng)或系統(tǒng)CT二次回路，電壓測(cè)量配有各種插接適配端子(如接線夾、插針、插片等)， 可據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇合適端子連接到系統(tǒng)或其PT 二次側(cè)，不需改動(dòng)系統(tǒng)的任何接線，具備靈活的接線方式，適應(yīng)于系統(tǒng)靈活動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的特點(diǎn)，對(duì)被測(cè)系統(tǒng)無(wú)干擾(或低干擾)。電壓、電流拾取后的信號(hào)統(tǒng)一，可靈活設(shè)定輸入通道的類型(電壓、電流)，可適應(yīng)實(shí)際監(jiān)測(cè)的需要，提高設(shè)備的利用率。圖2中，前向通道模塊用于對(duì)模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)進(jìn)行處理，以便于模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)。圖5是前向通道模塊結(jié)構(gòu)示意圖，圖5中，前向通道模塊包括順序相連的隔離電路、放大電路、相位調(diào)節(jié)電路、程控放大電路、有源濾波電路和電位平移電路。隔離電路采用1 1小型電壓互感器，用于實(shí)現(xiàn)拾取的模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)與諧波同步監(jiān)測(cè)終端的電路板之間的隔離，避免產(chǎn)生電氣干擾。放大電路用于放大拾取的模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)，將毫安級(jí)信號(hào)進(jìn)行放大，產(chǎn)生大小合適的電流信號(hào)，便于A/D轉(zhuǎn)換模塊采樣。圖6是隔離電路、放大電路和相位調(diào)節(jié)電路示意圖。圖6中，相位調(diào)節(jié)電路用于提高經(jīng)放大電路放大的模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)的相角精度，通過(guò)調(diào)節(jié)&的阻值可對(duì)每通道信號(hào)的相位進(jìn)行調(diào)節(jié)校正，提高不同通道及不同諧波監(jiān)測(cè)終端之間所測(cè)相量的相角同步精度。程控放大電路用于對(duì)相位調(diào)節(jié)后的模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)進(jìn)行比例放大。 可根據(jù)被測(cè)信號(hào)實(shí)際大小對(duì)其進(jìn)行最合適放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)，使得被測(cè)信號(hào)在較寬范圍內(nèi)都有較好的測(cè)量精度，具有自適應(yīng)寬量程的特點(diǎn)。有源濾波電路用于對(duì)程控放大后的模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)進(jìn)行低通濾波， 濾除高頻干擾信號(hào)，提高測(cè)量精度。電位平移電路用于對(duì)有源濾波電路濾波后的模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)進(jìn)行位移，實(shí)現(xiàn)單極性輸入。在本發(fā)明中，主要是將-2. 5V +2. 5V信號(hào)變?yōu)镺V +5V信號(hào)，和 A/D轉(zhuǎn)換模塊的單極性輸入相匹配。圖2中，A/D轉(zhuǎn)換模塊用于將模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)；還用于接收同步采樣波形形成模塊輸出的與秒脈沖PPS信號(hào)同步的采樣波形，并根據(jù)所述與秒脈沖PPS信號(hào)同步的采樣波形對(duì)數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)進(jìn)行采樣，并將經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)發(fā)送到數(shù)字信號(hào)處理模塊。圖7 是A/D轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號(hào)處理模塊連接示意圖，圖7中，A/D轉(zhuǎn)換模塊選用16位多通道輸入高速A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS8365，內(nèi)部具有采樣保持電路。A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量由數(shù)字信號(hào)處理模塊從其內(nèi)部寄存器讀取。數(shù)字信號(hào)處理模塊芯片選擇TMS320F2812。圖2中，同步采樣波形形成模塊用于接收秒脈沖PPS信號(hào)，并在數(shù)字信號(hào)處理模塊的控制下，產(chǎn)生與秒脈沖PPS信號(hào)同步的采樣波形，并向A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出所述與秒脈沖PPS信號(hào)同步的采樣波形。圖8是同步采樣波形形成模塊結(jié)構(gòu)圖，圖8中，同步采樣波形形成模塊由GPS接收單元和CPLD (Complex Programmable Logic Device)復(fù)雜可編程邏輯單元組成。CPLD通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)同步采樣波形的輸出，GPS接收單元通過(guò)天線接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，定位后可輸出高精度的秒脈沖(PPQ信號(hào)，誤差小于1 μ s。在PPS觸發(fā)和數(shù)字信號(hào)處理模塊的控制下，CPLD輸出與PPS同步的采樣波形，輸出給A/D轉(zhuǎn)換模塊，控制其采樣，實(shí)現(xiàn)不同諧波同步監(jiān)測(cè)終端之間的同步采樣。圖2中，數(shù)字信號(hào)處理模塊用于控制同步采樣波形形成模塊產(chǎn)生與秒脈沖PPS信號(hào)同步的采樣波形；還用于接收經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)，并存儲(chǔ)所述經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)；還用于接收輸入輸出模塊的輸入信息；還用于通過(guò)輸入輸出模塊輸出所述經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)；還用于通過(guò)通信模塊將所述經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)通過(guò)通信系統(tǒng)發(fā)送到諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)。圖2中，通信模塊用于在數(shù)字信號(hào)處理模塊的控制下，將經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)發(fā)送至通信系統(tǒng)。通信模塊擴(kuò)展有JR45接口、RS-232/485串口及USB 接口。據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)際情況可選擇局域網(wǎng)通信或485總線方式通信。若監(jiān)測(cè)點(diǎn)沒(méi)有預(yù)留通信接口，則諧波同步監(jiān)測(cè)終端可通過(guò)USB接口擴(kuò)展無(wú)線上網(wǎng)卡(無(wú)線網(wǎng)卡)，通過(guò)Wi-Fi、GPRS 或CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)的通信。通過(guò)高速硬件以太網(wǎng)協(xié)議芯片W5100來(lái)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)通信接口，電路圖如圖9所示。 RJ45采用13F-60系列帶網(wǎng)絡(luò)變壓器的RJ45接口。RS232/485通信接口的擴(kuò)展通過(guò)芯片TL16C550和MAX3160來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)DSP的 GPI0A2來(lái)控制選擇RS232或RS485。電路示意圖如圖10所示。USB接口的擴(kuò)展通過(guò)PDIUSBD12芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，電路示意圖如圖11所示。圖2中，輸入輸出模塊用于向數(shù)字信號(hào)處理模塊提供輸入信息；還用于在數(shù)字信號(hào)處理模塊的控制下輸出經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)。為了降低諧波同步監(jiān)測(cè)終端的體積，使其更加便攜、方便，適合靈活組網(wǎng)的需要，簡(jiǎn)化擴(kuò)展的顯示器、鍵盤。鍵盤設(shè)5個(gè)功能按鍵(光標(biāo)的左右移動(dòng)，數(shù)據(jù)的加減，確定鍵)，能夠輸入必要的信息即可。顯示器為3寸IXD顯示器。另外，本發(fā)明的數(shù)字信號(hào)處理模塊的存儲(chǔ)功能通過(guò)DSP的GPI0A4和GPI0A5引腳擴(kuò)展ATMC512實(shí)現(xiàn)。數(shù)字信號(hào)處理模塊能夠存儲(chǔ)被測(cè)電壓互感器變比、電流互感器變比、 設(shè)備編號(hào)等；還可以用來(lái)存儲(chǔ)任務(wù)信息，如測(cè)量任務(wù)開(kāi)始時(shí)刻、結(jié)束時(shí)刻等信息，在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中若發(fā)生終端斷電情況，上電后可讀出任務(wù)信息，繼續(xù)執(zhí)行。電路圖如圖12所示。圖1中，通信系統(tǒng)包括有線網(wǎng)絡(luò)和/或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；所述有線網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)或串行線網(wǎng)絡(luò)；所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采用3G、Wi-Fi、GPRS或者CDMA網(wǎng)絡(luò)。如果被監(jiān)測(cè)電網(wǎng)條件許可，首選以太網(wǎng)(特別是局域網(wǎng))通信，將諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)和各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端通過(guò)網(wǎng)線接入電力系統(tǒng)局域網(wǎng)，進(jìn)行通信。如果監(jiān)測(cè)范圍較小，可通過(guò)RS-485總線實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)和諧波同步監(jiān)測(cè)終端的通信。如果被監(jiān)測(cè)電網(wǎng)沒(méi)有預(yù)留任何通信接口，則諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)和諧波同步監(jiān)測(cè)終端均可通過(guò)USB接口擴(kuò)展無(wú)線上網(wǎng)卡，通過(guò)GPRS(或 CDMA)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信?？傊?，可據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況靈活選擇通信方式。諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)包括諧波同步監(jiān)測(cè)終端管理中心、數(shù)據(jù)處理中心和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各個(gè)組成部分之間工作。圖13是諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)工作流程圖，其主要任務(wù)包括①動(dòng)態(tài)建立被測(cè)電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ汀Ｓ捎诨陟`活思想的諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)對(duì)象是不固定的，因此，方便的繪制被測(cè)電網(wǎng)主接線圖，自動(dòng)生成被測(cè)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型尤為重要。諧波同步監(jiān)測(cè)終端管理中心可以實(shí)現(xiàn)基于圖形平臺(tái)的被測(cè)電網(wǎng)自動(dòng)建模程序。②諧波同步監(jiān)測(cè)終端的優(yōu)化布局。當(dāng)需要被監(jiān)測(cè)的電網(wǎng)規(guī)模較大而諧波同步監(jiān)測(cè)終端數(shù)目較少時(shí)，諧波同步監(jiān)測(cè)終端的安裝位置的優(yōu)化配置尤為重要，諧波同步監(jiān)測(cè)終端管理中心能夠?qū)崿F(xiàn)諧波同步監(jiān)測(cè)終端優(yōu)化布局功能，以保證諧波同步監(jiān)測(cè)終端的最優(yōu)配置。③對(duì)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的遠(yuǎn)方監(jiān)視與控制。通過(guò)諧波同步監(jiān)測(cè)終端管理中心可以給所有諧波同步監(jiān)測(cè)終端下發(fā)檢測(cè)任務(wù)并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)終端工作狀態(tài)，極大地提高了系統(tǒng)的便捷性和可靠性。④對(duì)諧波同步監(jiān)測(cè)終端數(shù)據(jù)的接收、分析計(jì)算及存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)處理中心可以采用多種通信方式(有線以太網(wǎng)、無(wú)線以太網(wǎng)、GPRS、串口等) 接收監(jiān)測(cè)終端傳來(lái)的具有同步時(shí)標(biāo)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理中心還對(duì)接收數(shù)據(jù)作計(jì)算分析，如各次電壓諧波的幅值、各次電壓諧波的相位、各次電壓諧波的含有率、各次電流諧波的幅值、 各次電流諧波的相位、各次電流諧波的含有率、電壓的總畸變率、電流的總畸變率、電網(wǎng)諧波狀態(tài)和電網(wǎng)元件的諧波參數(shù)，最后將處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心。⑤數(shù)據(jù)的信息挖掘及輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心提供了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，外部應(yīng)用程序可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口訪問(wèn)原始采樣數(shù)據(jù)、FFT后的數(shù)據(jù)以及序分解后的數(shù)據(jù)和進(jìn)行其它高級(jí)應(yīng)用，如被測(cè)電網(wǎng)統(tǒng)諧波特性分析、被測(cè)電網(wǎng)諧波狀態(tài)估計(jì)值等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心還可以把測(cè)量數(shù)據(jù)上載到被測(cè)電網(wǎng)拓?fù)鋱D上顯示，分析問(wèn)題更直觀。圖14是諧波同步監(jiān)測(cè)終端工作流程圖。在諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)的控制下，諧波同步監(jiān)測(cè)終端工作過(guò)程如圖14所示。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種靈活的廣域電網(wǎng)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括順序相連的諧波同步監(jiān)測(cè)終端、通信系統(tǒng)和諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)；所述諧波同步監(jiān)測(cè)終端用于接收諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)發(fā)送的監(jiān)測(cè)任務(wù)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)任務(wù)進(jìn)行電網(wǎng)諧波的同步測(cè)量，然后將同步測(cè)量結(jié)果通過(guò)通信系統(tǒng)傳輸?shù)街C波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)；通信系統(tǒng)用于傳輸諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)發(fā)送的監(jiān)測(cè)任務(wù)，還用于傳輸各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的同步測(cè)量結(jié)果；所述諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)用于確定各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的安裝位置，并經(jīng)過(guò)通信系統(tǒng)向各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端發(fā)送監(jiān)測(cè)任務(wù)；還用于接收各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的同步測(cè)量結(jié)果，并對(duì)接收的同步測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理和輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靈活的廣域電網(wǎng)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述諧波同步監(jiān)測(cè)終端包括順序相連的信號(hào)拾取模塊、前向通道模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號(hào)處理模塊，還包括與所述A/D轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號(hào)處理模塊相連的同步采樣波形形成模塊，還包括與數(shù)字信號(hào)處理模塊相連的通信模塊和輸入輸出模塊；所述信號(hào)拾取模塊用于拾取模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)，并將模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)發(fā)送至前向通道模塊；所述前向通道模塊用于對(duì)模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)進(jìn)行處理，以便于模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)；所述A/D轉(zhuǎn)換模塊用于將模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)；還用于接收同步采樣波形形成模塊輸出的與秒脈沖PPS信號(hào)同步的采樣波形，并根據(jù)所述與秒脈沖PPS信號(hào)同步的采樣波形對(duì)數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)進(jìn)行采樣，并將經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)發(fā)送到數(shù)字信號(hào)處理模塊；所述同步采樣波形形成模塊用于接收秒脈沖PPS信號(hào)，并在數(shù)字信號(hào)處理模塊的控制下，產(chǎn)生與秒脈沖PPS信號(hào)同步的采樣波形，并向A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出所述與秒脈沖PPS信號(hào)同步的采樣波形；所述數(shù)字信號(hào)處理模塊用于控制同步采樣波形形成模塊產(chǎn)生與秒脈沖PPS信號(hào)同步的采樣波形；還用于接收經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)，并存儲(chǔ)所述經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)；還用于接收輸入輸出模塊的輸入信息；還用于通過(guò)輸入輸出模塊輸出所述經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)；還用于通過(guò)通信模塊將所述經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)通過(guò)通信系統(tǒng)發(fā)送到諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)；所述通信模塊用于在數(shù)字信號(hào)處理模塊的控制下，將經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)發(fā)送至通信系統(tǒng)；所述輸入輸出模塊用于向數(shù)字信號(hào)處理模塊提供輸入信息；還用于在數(shù)字信號(hào)處理模塊的控制下輸出經(jīng)過(guò)采樣的數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字電流信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種靈活的廣域電網(wǎng)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述信號(hào)拾取模塊包括模擬電流信號(hào)拾取器和模擬電壓信號(hào)拾取器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種靈活的廣域電網(wǎng)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述前向通道模塊包括順序相連的隔離電路、放大電路、相位調(diào)節(jié)電路、程控放大電路、有源濾波電路和電位平移電路；所述隔離電路用于實(shí)現(xiàn)拾取的模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)與諧波同步監(jiān)測(cè)終端的電路板之間的隔離，避免產(chǎn)生電氣干擾；所述放大電路用于放大拾取的模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)；所述相位調(diào)節(jié)電路用于提高經(jīng)放大電路放大的模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)的相角精度；所述程控放大電路用于對(duì)相位調(diào)節(jié)后的模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)進(jìn)行比例放大；所述有源濾波電路用于對(duì)程控放大后的模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)進(jìn)行低通濾波， 濾除高頻干擾信號(hào)；所述電位平移電路用于對(duì)有源濾波電路濾波后的模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)進(jìn)行位移，實(shí)現(xiàn)單極性輸入。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種靈活的廣域電網(wǎng)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述同步采樣波形形成模塊由GPS接收單元和復(fù)雜可編程邏輯單元組成；所述GPS接收單元用于接收GPS信號(hào)，并根據(jù)接收的GPS信號(hào)輸出秒脈沖PPS信號(hào)；所述復(fù)雜可編程邏輯單元在秒脈沖PPS信號(hào)和數(shù)字信號(hào)處理模塊控制下，輸出與秒脈沖PPS信號(hào)同步的采樣波形。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種靈活的廣域電網(wǎng)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述通信模塊包括JR45接口、RS-232/485串口和USB接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種靈活的廣域電網(wǎng)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述輸入輸出模塊包括鍵盤和顯示器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種靈活的廣域電網(wǎng)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述通信系統(tǒng)包括有線網(wǎng)絡(luò)和/或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；所述有線網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)或串行線網(wǎng)絡(luò)；所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采用3G、Wi-Fi、GPRS或者CDMA網(wǎng)絡(luò)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種靈活的廣域電網(wǎng)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)包括諧波同步監(jiān)測(cè)終端管理中心、數(shù)據(jù)處理中心和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心；所述諧波同步監(jiān)測(cè)終端管理中心用于繪制被測(cè)電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并根據(jù)被測(cè)電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確定各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的安裝位置；同時(shí)還用于通過(guò)通信系統(tǒng)向各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端發(fā)送監(jiān)測(cè)任務(wù)；所述數(shù)據(jù)處理中心用于接收各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的同步測(cè)量結(jié)果，并對(duì)同步測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理，得到各次電壓諧波的幅值、各次電壓諧波的相位、各次電壓諧波的含有率、各次電流諧波的幅值、各次電流諧波的相位、各次電流諧波的含有率、電壓的總畸變率、電流的總畸變率、電網(wǎng)諧波狀態(tài)和電網(wǎng)元件的諧波參數(shù)；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心用于存儲(chǔ)各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的同步測(cè)量結(jié)果以及對(duì)同步測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理后的數(shù)據(jù)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域中的一種靈活的廣域電網(wǎng)諧波同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。包括順序相連的諧波同步監(jiān)測(cè)終端、通信系統(tǒng)和諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)；諧波同步監(jiān)測(cè)終端用于接收諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)發(fā)送的監(jiān)測(cè)任務(wù)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)任務(wù)進(jìn)行電網(wǎng)諧波的同步測(cè)量，然后將同步測(cè)量結(jié)果通過(guò)通信系統(tǒng)傳輸?shù)街C波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)；通信系統(tǒng)用于傳輸監(jiān)測(cè)任務(wù)和各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的同步測(cè)量結(jié)果；諧波監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)用于確定各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的安裝位置，并經(jīng)過(guò)通信系統(tǒng)向各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端發(fā)送監(jiān)測(cè)任務(wù)；還用于接收各個(gè)諧波同步監(jiān)測(cè)終端的同步測(cè)量結(jié)果，并對(duì)接收的同步測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理和輸出。本實(shí)用新型克服了測(cè)量缺乏實(shí)時(shí)性的缺陷并提高了測(cè)量終端的利用率。
文檔編號(hào)G01R19/00GK202196121SQ20112030741
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者周文, 梁志瑞, 段曉波, 牛勝鎖, 蘇海鋒, 郝曉光 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)(保定), 河北省電力研究院