CN205861836U - 多级电网的电压暂降同步监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多级电网的电压暂降同步监测系统，包括设于每一出线回路的每一电压等级母线节点处的电压暂降同步监测装置以及与每一个电压暂降同步监测装置通讯连接的上位机，所述电压暂降同步监测装置包括与电压电流采集柜内的三个第一电流互感器电和三个电压互感器均电连接的信号采集模块、与所述信号采集模块电连接的信号处理器、与所述信号处理器电连接的GPS时钟模块和用于与上位机通讯连接的第一通讯模块。上述多级电网的电压暂降同步监测系统，能够实时监测每一电压等级母线节点的电能质量信息，实时上传至上位机，当发生电压暂降时能够实时的将该信号传递至上位机，便于上位机进行后续的分析评估。

Description

多级电网的电压暂降同步监测系统

技术领域

本实用新型涉及电能质量监测领域，特别涉及一种多级电网的电压暂降同步监测系统。

背景技术

随着智能电网的建设，系统容量、规模、电压等级等快速发展，系统的复杂性、多样性，用户生产效率和设备敏感性增强。负荷结构、电气特性等发生了根本变化，尤其是基于微电子、计算机、电力电子等技术的可再生能源发电系统、用户设备与工业过程等越来越多地接入电网，而这些设备对电压暂降非常敏感，使得电压暂降成为最严重电能质量问题。另一方面，即使几百公里的故障也可能导致本地电压暂降，电压暂降发生的频率远远高于其它电能质量问题，根据欧美发达国家电力部门有关调查显示，在由电能质量引起的用户投诉中，由电压暂降引起的投诉多于70%。因此设计一种具有结构设计模块化、数据采集计算精确高、多种通信方式的同步电压暂降监测系统，对电压暂降的分析评估，电压暂降传递规律的发掘以及预防电压暂降引起的重大事故都具有重要意义。

对电压暂降的评价与治理都离不开电能质量的监测，目前，国外电能质量的知名公司如瑞士的LEM 公司、瑞典的 UNIPOWER 公司、美国的 FLUKE 公司，国内上海宝钢安大电能质量有限公司、国电中科电气有限公司等，对电能质量监测系统的研发都较为成熟，功能也比较完善目前，但市场上的各种电能质量监测产品对电压暂降的监测都存在以下局限性：1）主要集中于稳态电能质量指标，针对动态电能质量电压暂降而设计的监测系统极为少见；2）由于电压暂降具有传递性，需要进行各节点的同步监测，而市场上产品的监测时间精度低，并不能满足分析评估要求。3）对多级电网电压暂降监测的数据处理，没有针对性的评估系统；4）通信手段单一，不利于实现各级电网监测的系统化。

因此，虽然国内外已开发了多功能的电能质量自动化监测产品，但尚无针对多级电网内电压暂降问题的同步监测，对于目前已成为最严重电能质量问题的电压暂降，有必要建立多级电网内电压暂降的同步监测系统。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种能够实现多级电网电压暂降同步监测的多级电网的电压暂降同步监测系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案是：提供一种多级电网的电压暂降同步监测系统，包括设于每一出线回路的每一电压等级母线节点处的电压暂降同步监测装置以及与每一个电压暂降同步监测装置通讯连接的上位机，所述电压暂降同步监测装置包括与母线上的三个第一电流互感器和三个电压互感器的二次侧均电连接的电连接的信号采集模块、与所述信号采集模块电连接的信号处理器、与所述信号处理器电连接的GPS时钟模块和用于与上位机通讯连接的第一通讯模块。

作为优化，所述信号采集模块包括与所述三个电压互感器和三个第一电流互感器的二次侧均电连接的电压电流变送模块、与所述电压电流变送模块电连接的信号调理模块、与所述信号调理模块电连接的A/D转换模块以及与所述A/D转换模块以及信号调理模块均电连接的锁相环。

作为优化，所述电压电流变送模块包括与所述三个电压互感器的二次侧一一对应电连接的三个电压变送电路以及与所述三个第一电流互感器二次侧一一对应电连接的三个电流变送电路；

每一个电压变送电路均包括第一至第八电阻以及第一电容，第一电阻的第一端与对应的电压互感器电连接，第二端依次通过第二电阻、第三电阻及第四电阻后接地，所述第一电容与所述第四电阻并联连接，并且第一电容与所述第四电阻之间的节点与所述信号调理模块电连接；所述第二电阻与所述第三电阻之间的节点还依次通过第五电阻、第六电阻、第七电阻及第八电阻后与所述第三电阻与第四电阻之间的节点连接；

每一电流变送电路均包括一第二电流互感器、第九电阻、第十电阻，所述电流变送电路通过该第二电流互感器的一次侧与对应的第一电流互感器二次侧电连接，所述第二电流互感器的二次侧具有两个引脚，第一个引脚与所述信号调理模块电连接，还依次通过所述第九电阻和第十电阻后接地，第二个引脚直接接地。

作为优化，所述信号调理模块包括与三个电压变送电路和三个电流变送电路一一对应的六个信号调理电路，每一信号调理电路均包括运算放大器、第十一至第十四电阻以及第二电容，所述运算放大器的同相输入端通过所述第十一电阻与对应的变送电路相连，所述运算放大器的反相输入端通过第十二电阻接地，还直接通过第十三电阻与输出端直接相连，所述输出端还依次通过第十四电阻及第二电容接地，所述第十四电阻和第二电容之间的节点与所述A/D转换模块电连接。

作为优化，所述锁相环采用通用集成锁相环，型号为CD4046。

作为优化，所述上位机具有与所述第一通讯模块通讯连接的第二通讯模块。

本实用新型的多级电网的电压暂降同步监测系统，在每一电压等级母线节点处均设置一电压暂降同步监测装置，并且每一个电压暂降同步监测装置均与所述上位机通讯连接，所述电压暂降同步监测装置用于实时监测每一级节点的电能质量信息，实时上传至上位机，当发生电压暂降时能够实时的将该信号传递至上位机，便于上位机进行后续的分析评估。每一电压暂降同步监测装置均设置有GPS时钟模块，能够有效的保证各电压等级下的监测装置对电压暂降起止时刻的监测具有极高的时间精度，其时间精度可以达到微秒，以使各监测装置对同一电压暂降源的同步监测，相对时间精度可以达到10微秒以内。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型多级电网的电压暂降同步监测系统一实施例的结构示意图。

图2是本实用新型多级电网的电压暂降同步监测系统中电压暂降同步监测装置的框图。

图3是图2中电压电流变送模块中其中一个电压变送电路的电路原理图。

图4是图2中电压电流变送模块中其中一个电流变送电路的电路原理图。

图5是图2中信号调理模块中其中一个信号调理电路的电路原理图。

图6是图2中A/D转换模块的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参见图1至图6，本实用新型的多级电网的电压暂降同步监测系统包括设于每一出线回路的每一电压等级母线节点处的电压暂降同步监测装置（本例中，若干电压暂降同步监测装置一一对应的设于每一电压等级母线节点处的电压电流采集柜内，该电压电流采集柜可被统称为测量内）以及与每一个电压暂降同步监测装置通讯连接的上位机，所述电压暂降同步监测装置包括与母线上的三个第一电流互感器和三个电压互感器二次侧均电连接的信号采集模块、与所述信号采集模块电连接的信号处理器、与所述信号处理器电连接的GPS时钟模块和用于与上位机通讯连接的第一通讯模块。

电压暂降同步监测装置安装于多级电网的各母线节点对应的测量柜中（每一个母线节点处均设有电压电流测量柜），接收各实时采集母线电压互感器二次侧信号及第一电流互感器二次侧信号，各个装置的系统时间均由一个统一的GPS时钟信号进行校准。具体的，一条母线上有三个电压互感器和三个第一电流互感器，而每一电压暂降同步监测装置则与对应母线的六个互感器（三个电压互感器和三个第一电流互感器）二次侧均电连接。电压暂降同步监测通过各类通信网络将所采集计算的电能参数实时传入上位机的软件中，并能实现各电参数的就地显示。

具体地，本实施例中的所述信号采集模块包括与六个互感器电连接的电压电流变送模块、与所述电压电流变送模块电连接的信号调理模块、与所述信号调理模块电连接的A/D转换模块以及与所述A/D转换模块及信号调理模块均电连接的锁相环。所述信号采集模块同时采集A、B、C三相电流及A、B、C相电压。

电压电流变送模块与信号调理模块的综合作用是把电压、电流信号转换成适合A/D采样的电压信号；A/D转换模块的作用是将模拟信号转换为数字信号，锁相环作用是实现相位同步的自动控制，保证A/D转换芯片能够根据电网的实际频率采集数据。其中：

所述电压电流变送模块包括与所述三个电压互感器一一对应电连接的三个电压变送电路以及与所述三个第一电流互感器一一对应电连接的三个电流变送电路。三个电压变送电路的结构相同，输入端分别与三个电压互感器电连接，输出端与信号调理模块电连接。同样的，三个电流变送器的电路结构均相同，其输入端分别与三个第一电流互感器电连接，输出端与信号调理模块电连接。以下详细描述其中一个电压变送电路和其中一个电流变送电路的结构。

详见图3，电压变送电路包括第一至第八电阻以及第一电容C8，第一电阻R3的第一端与对应的所述电压互感器电连接，第二端依次通过第二电阻R4、第三电阻45及第四电阻R12后接地，所述第一电容C8与所述第四电阻R12并联连接，并且第一电容C8与所述第四电阻R12之间的节点与所述信号调理模块电连接；所述第二电阻R4与所述第三电阻R5之间的节点还依次通过第五电阻R10、第六电阻R14、第七电阻R16及第八电阻R17后与所述第三电阻R5与第四电阻R12之间的节点连接。

请详见图4，所述电流变送电路包括一第二电流互感器CT1、第九电阻R39、第十电阻R44，所述电流变送电路通过该第二电流互感器与对应的第一电流互感器的二次侧电连接，所述第二电流互感器具有两个引脚，第一个引脚与所述信号调理模块电连接，还依次通过所述第九电阻R39和第十电阻R44后接地，第二个引脚直接接地。

所述信号调理模块包括与三个电压变送电路和三个电流变送电路一一对应的六个信号调理电路。六个信号调理电路的结构相同，唯一区别在于每一个信号调理电路与对应的一个变送电路电连接（电压变送电路或电流变送电路），以下以其中一个信号调理电路为例进行描述：

所述信号调理电路包括运算放大器U3B、第十一至第十四电阻以及第二电容C28，所述运算放大器U3B的同相输入端通过所述第十一电阻R58与对应的变送电路相连，还直接连5V电源，所述运算放大器U3B的反相输入端通过第十二电阻R60接地，所述反相输入端还直接接-5V电源，还直接通过第十三电阻R61与输出端直接相连，所述输出端还依次通过第十四电R59阻及第二电容C28接地，所述第十四电阻R59和第二电容C28之间的节点与所述A/D转换模块电连接。

所述A/D转换模块采用型号为AD7606BSTZ-6的芯片，A/D采样是信号采集模块的核心电路，所有电网信号都要经 A/D转换模块转换后才能送到信号处理器的DSP数字信号处理模块进行计算和处理，本实施例采用的是6通道同步采样芯片AD7606BSTZ-6，同时采集A、B、C三相电流及A、B、C相电压。AD7606BSTZ-6内置有模拟输入箝位保护、二阶抗混叠滤波器、跟踪保持放大器、16位电荷再分配逐次逼近型ADC、灵活的数字滤波器、2.5V基准电压源、基准电压缓冲以及高速串行和并行第二电流互感器。AD7606BSTZ-6采用5V单电源供电，可以处理±10V和±5V真双极性输入信号，同时所有通道均能以高达200 kSPS的吞吐速率采样。输入箝位保护电路可以耐受最高达±16.5V的电压。无论以何种采样频率工作，AD7606的模拟输入阻抗均为1MΩ。它采用单电源工作方式，具有片内滤波和高输入阻抗。

所述锁相环采用通用性集成锁相环 CD4046，它是由 CMOS 电路构成的多功能单片集成锁相环，具有低功耗、输入阻抗高、电源电压范围宽等优点，在信号处理和数字系统中得到广泛的应用。CD4046 锁相环采用的是 RC 型压控振荡器，必须外接电容与电阻作为充放电元件。CD4046内部有线性放大器和整形电路，可以将输入的100Mmv左右的微弱信号变成方波或者脉冲信号。

所述信号处理器包括与所述A/D转换模块电连接的DSP数字信号处理模块以及与所述DSP数字信号处理模块电连接的ARM工程模块。其中：

在本实施例中，所述数字信号处理模块采用的是带DSP内核的STM32F429型芯片，主要作为计算各项电能质量参数的平台，其带有FPU的ARM 32位Cortex-M4 CPU、在Flash存储器中实现零等待状态运行性能的自适应实时加速器、主频高达180MHz MPU，能够实现高达225DMIPS/1.25DMIPS/MHz的性能，具有DSP指令集。

所述ARM工程模块采用的是LPC1788FBD208型芯片，主要实现对电能质量参数结果进行存储和管理以及显示。LPC1788是集成LCD图像控制器的ARM Cortex-M3微控制器，是NXP半导体针对各种高级通讯，高质量图像显示等应用场合而设计的一款具有高集成度，以Cortex-M3为内核的微控制器，该微控制器包含有LCD控制器，10/100的以太网EMAC，USB全速Device/Host/OTG控制器，CAN总线控制器，SPI，SSP，IIC,IIS以及外部存储控制器EMC等资源。

GPS时钟模块：连接到DSP数据处理模块，以统一的GPS时钟信号校准不同电压等级下的监测装置的系统时间，当多级电网内某点发生短路故障时，GPS时钟信号能够有效的保证各电压等级下的监测装置对电压暂降起止时刻的监测具有极高的时间精度，其时间精度可以达到微秒，以使各监测装置对同一电压暂降源的同步监测，相对时间精度可以达到10微秒以内。

本实施例中，所述电压暂降同步监测装置还包括与所述信号处理器电连接的用于就地显示查询和设置的LCD液晶显示屏。查询功能包括基本电力参数、电压质量、电压谐波、实时曲线与历史曲线查询、电压暂降事件录波与分析查询。设置功能：系统设置，可以根据实际现场情况进行设置等等。

本实用新型的多级电网的电压暂降同步监测系统，在每一级母线节点处均设置一电压暂降同步监测装置，并且每一个电压暂降同步监测装置均与所述上位机通讯连接，所述电压暂降同步监测装置用于实时监测每一级节点的电能质量信息，实时上传至上位机，当发生电压暂降时能够实时的将该信号传递至上位机，便于上位机进行后续的分析评估。每一电压暂降同步监测装置均设置有GPS时钟模块，能够有效的保证各电压等级下的监测装置对电压暂降起止时刻的监测具有极高的时间精度，其时间精度可以达到微秒，以使各监测装置对同一电压暂降源的同步监测，相对时间精度可以达到10微秒以内。

以上仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种多级电网的电压暂降同步监测系统，其特征在于：包括设于每一出线回路的每一电压等级母线节点处的电压暂降同步监测装置以及与每一个电压暂降同步监测装置通讯连接的上位机，所述电压暂降同步监测装置包括与母线上的三个第一电流互感器和三个电压互感器的二次侧均电连接的电连接的信号采集模块、与所述信号采集模块电连接的信号处理器、与所述信号处理器电连接的GPS时钟模块和用于与上位机通讯连接的第一通讯模块。

2.如权利要求1所述的多级电网的电压暂降同步监测系统，其特征在于：所述信号采集模块包括与所述三个电压互感器和三个第一电流互感器的二次侧均电连接的电压电流变送模块、与所述电压电流变送模块电连接的信号调理模块、与所述信号调理模块电连接的A/D转换模块以及与所述A/D转换模块以及信号调理模块均电连接的锁相环。

3.如权利要求2所述的多级电网的电压暂降同步监测系统，其特征在于：所述电压电流变送模块包括与所述三个电压互感器的二次侧一一对应电连接的三个电压变送电路以及与所述三个第一电流互感器二次侧一一对应电连接的三个电流变送电路；

每一个电压变送电路均包括第一至第八电阻以及第一电容，第一电阻的第一端与对应的电压互感器电连接，第二端依次通过第二电阻、第三电阻及第四电阻后接地，所述第一电容与所述第四电阻并联连接，并且第一电容与所述第四电阻之间的节点与所述信号调理模块电连接；所述第二电阻与所述第三电阻之间的节点还依次通过第五电阻、第六电阻、第七电阻及第八电阻后与所述第三电阻与第四电阻之间的节点连接；

每一电流变送电路均包括一第二电流互感器、第九电阻、第十电阻，所述电流变送电路通过该第二电流互感器的一次侧与对应的第一电流互感器二次侧电连接，所述第二电流互感器的二次侧具有两个引脚，第一个引脚与所述信号调理模块电连接，还依次通过所述第九电阻和第十电阻后接地，第二个引脚直接接地。

4.如权利要求3所述的多级电网的电压暂降同步监测系统，其特征在于：所述信号调理模块包括与三个电压变送电路和三个电流变送电路一一对应的六个信号调理电路，每一信号调理电路均包括运算放大器、第十一至第十四电阻以及第二电容，所述运算放大器的同相输入端通过所述第十一电阻与对应的变送电路相连，所述运算放大器的反相输入端通过第十二电阻接地，还直接通过第十三电阻与输出端直接相连，所述输出端还依次通过第十四电阻及第二电容接地，所述第十四电阻和第二电容之间的节点与所述A/D转换模块电连接。

5.如权利要求2所述的多级电网的电压暂降同步监测系统，其特征在于：所述锁相环采用通用集成锁相环，型号为CD4046。

6.如权利要求1至5中任一项权利要求所述的多级电网的电压暂降同步监测系统，其特征在于：所述上位机具有与所述第一通讯模块通讯连接的第二通讯模块。