專利名稱：電力系統(tǒng)監(jiān)測方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)，具體地說是涉及一種將多種監(jiān)測功能集成到一個(gè) 裝置上的監(jiān)測方法，并涉及采用該方法所涉及的裝置。
背景技術(shù)：
隨著全國同步互聯(lián)電網(wǎng)初步形成，面對規(guī)模如此龐大的交流弱聯(lián)系和交直流混合 大電網(wǎng)，電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性日趨復(fù)雜、電網(wǎng)的故障定位、故障分析監(jiān)測、動(dòng)態(tài)特性分析變得更為 重要；隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)學(xué)工具的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)也取得了長足 的進(jìn)步，為電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)穩(wěn)定監(jiān)測與控制提供了強(qiáng)有力的手段。大量的電力系統(tǒng)相量測 量裝置、故障錄波裝置、行波測距裝置在電力系統(tǒng)生產(chǎn)一線得到了應(yīng)用。電力系統(tǒng)相量測量裝置PMU主要用于測量電壓及電流的相量等數(shù)據(jù)，并傳送到主 站，以供實(shí)時(shí)監(jiān)測、保護(hù)和控制等使用?；赑MU的廣域測量技術(shù)成為目前電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān) 控領(lǐng)域的基石。電力系統(tǒng)廣域測量技術(shù)的發(fā)展，使得電網(wǎng)運(yùn)行人員可以隨時(shí)迅速得到電網(wǎng) 各重要節(jié)點(diǎn)的電壓和相角的精確信息，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的在線安全評估和廣域控制，從而 可以對異常情況及時(shí)采取防護(hù)性和校正性措施，使故障擾動(dòng)的影響最小化。電力系統(tǒng)廣域 測量技術(shù)，對于電力系統(tǒng)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)分析和運(yùn)行控制、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、電力電子裝備 控制、能量管理系統(tǒng)EMS等，都有很好的應(yīng)用前景。故障錄波器是電力系統(tǒng)發(fā)生故障及振蕩時(shí)能自動(dòng)記錄的一種裝置，它可以記錄因 短路故障、系統(tǒng)振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰等大擾動(dòng)引起的系統(tǒng)電流、電壓及其導(dǎo)出量，如有 功、無功及系統(tǒng)頻率的全過程變化現(xiàn)象。主要用于檢測繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的動(dòng)作行 為，分析事故形成原因及發(fā)展過程，了解系統(tǒng)暫態(tài)過程中系統(tǒng)各電參量的變化規(guī)律，校核電 力系統(tǒng)計(jì)算程序及模型參數(shù)的正確性。多年來，故障錄波已成為分析系統(tǒng)故障的重要依據(jù)。 故障錄波裝置也成為電力系統(tǒng)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)配置。故障測距裝置采用小波變換技術(shù)和高速采樣技術(shù)，通過線路兩端的實(shí)測電流、電 壓及線路阻抗參數(shù)來計(jì)算出故障點(diǎn)的精確位置的裝置。該裝置在線路上發(fā)生故障時(shí)能迅速 的測量判斷發(fā)生故障的位置，減少線路巡查的工作量，為現(xiàn)場工作人員盡快消除故障缺陷， 迅速恢復(fù)系統(tǒng)供電，減少因停電造成的綜合經(jīng)濟(jì)損失提供強(qiáng)有力的幫助，從而節(jié)約大量的 人力、物力。這些設(shè)備目前都已在電力系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用，但是，這些設(shè)備都存在功能 單一的特點(diǎn)。如圖1所示，電網(wǎng)中的各個(gè)傳感器獲取運(yùn)行狀態(tài)信號后，均需要分別發(fā)送給三 個(gè)監(jiān)控裝置。在實(shí)際中，故障錄波裝置除故障錄波功能外，一般都具備故障測距功能，但由 于原理的缺陷其測距誤差范圍在3%以內(nèi)，而新型的電力系統(tǒng)故障測距裝置則能達(dá)到誤差 小于500米的指標(biāo)。相量測量裝置一般具備暫態(tài)錄波功能，但目前的通訊協(xié)議并未對暫態(tài) 錄波數(shù)據(jù)的傳輸協(xié)議做出明確的規(guī)定，相量測量裝置也未為故障錄波提供實(shí)用性的功能， 如數(shù)據(jù)分析、管理、故障信息匯總等。同時(shí)由于每個(gè)裝置都要單獨(dú)組屏，接線，這不但造成了 大量重復(fù)的硬件投資，也造成現(xiàn)場二次接線的復(fù)雜程度。實(shí)際上，上述裝置都屬于典型的電力系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備，其在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上有很多的相似或者相同之處，在硬件結(jié)構(gòu)上都是需要 對現(xiàn)場的線路二次PT、CT數(shù)據(jù)進(jìn)行高速采集，在功能實(shí)現(xiàn)是也都是采用相似的設(shè)計(jì)層次結(jié) 構(gòu)。基于這些設(shè)備的大量使用以及其在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上的許多相似相同之處，有必要研制新一 代的多功能電力系統(tǒng)分布式監(jiān)測裝置。該裝置集成PMU，故障錄波裝置和故障測距裝置的功 能，實(shí)現(xiàn)對變電站、電廠的分布式監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能同時(shí)進(jìn)行故障錄波、行波測距和相量測量的電力系統(tǒng) 監(jiān)測方法及其裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案本發(fā)明中的電力系統(tǒng)監(jiān)測方法是指位于電網(wǎng)中的傳感器實(shí)時(shí)獲取電力系統(tǒng)的運(yùn) 行狀態(tài)信號；數(shù)據(jù)采集單元以衛(wèi)星同步時(shí)鐘的秒脈沖信號作為采樣基準(zhǔn)信號對所述的運(yùn)行 狀態(tài)信號進(jìn)行采樣，并把采集到的數(shù)據(jù)通過光纖通訊接口電路輸出到數(shù)據(jù)應(yīng)用層的功能應(yīng) 用單元；所述的功能應(yīng)用單元對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并把處理的結(jié)果發(fā)送給監(jiān)控主站。上述數(shù)據(jù)應(yīng)用層包括相量監(jiān)測功能應(yīng)用單元、故障錄波功能應(yīng)用單元和行波測距 功能應(yīng)用單元中的至少兩個(gè)。 上述的故障錄波功能應(yīng)用單元包括DSPS、DSPB兩個(gè)處理器和一個(gè)ARM處理器；其 中，DSPS處理器對錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，DSPB處理器接收數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送來的原始測量數(shù) 據(jù)并進(jìn)行故障錄波的觸發(fā)判斷，當(dāng)條件滿足時(shí)，向ARM處理器產(chǎn)生觸發(fā)錄波中斷；ARM處理 器接收DSPB處理器的觸發(fā)錄波信息后，根據(jù)觸發(fā)時(shí)間信息找到錄波數(shù)據(jù)并形成錄波文件， 然后將所述的錄波文件發(fā)送給監(jiān)控主站。上述的相量監(jiān)測功能應(yīng)用單元以DMA方式與數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行通訊，數(shù)據(jù)采集單 元每采樣一個(gè)周波，相量監(jiān)測功能應(yīng)用單元完成一次相量計(jì)算。更具體地說，相量監(jiān)測功能應(yīng)用單元采用最小二乘法對角度誤差和幅值誤差進(jìn)行 修正。上述的衛(wèi)星同步時(shí)鐘為GPS衛(wèi)星時(shí)鐘源，且數(shù)據(jù)采集單元內(nèi)置GPS模塊，GPS模塊 接收GPS信號并解碼產(chǎn)生IPPS秒脈沖信號，數(shù)據(jù)采集單元利用所述的IPPS秒脈沖信號進(jìn) 行同步對時(shí)；同時(shí)實(shí)時(shí)測量采樣時(shí)鐘源的頻率，并將該頻率作為下一秒的采樣時(shí)鐘源進(jìn)行 分頻。上述的數(shù)據(jù)采樣單元對獲取的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間標(biāo)簽標(biāo)定后，發(fā)送給數(shù)據(jù)應(yīng)用層 的功能應(yīng)用單元。本發(fā)明中的電力系統(tǒng)監(jiān)控裝置包括數(shù)據(jù)采集單元，它包括模擬量數(shù)據(jù)采集模塊、開關(guān)量數(shù)據(jù)采集模塊、衛(wèi)星同步模塊 和光纖數(shù)據(jù)通訊接口電路，其中，衛(wèi)星同步模塊與模擬量數(shù)據(jù)采集模塊和開關(guān)量數(shù)據(jù)采集 模塊相連接，模擬量數(shù)據(jù)采集模塊和開關(guān)量數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端與光纖數(shù)據(jù)通訊接口電 路相連接；至少兩個(gè)數(shù)據(jù)應(yīng)用層的功能應(yīng)用單元，其與數(shù)據(jù)采集單元相連接，從數(shù)據(jù)采集單 元中獲取采樣數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行分析處理，并把處理的結(jié)果均發(fā)送至監(jiān)控主站；
監(jiān)控主站，其分別與數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)應(yīng)用層的功能應(yīng)用單元相連接，它對從 功能應(yīng)用單元獲取的處理結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并對數(shù)據(jù)采集單元和功能應(yīng)用單元進(jìn)行參數(shù) 配置。其中，數(shù)據(jù)采集單元中設(shè)有主機(jī)插件板，所述的模擬量數(shù)據(jù)采集模塊和開關(guān)量數(shù) 據(jù)采集模塊均以插件板的形式與主機(jī)插件板相連接。上述的數(shù)據(jù)應(yīng)用層包括相量監(jiān)測功能應(yīng)用單元、故障錄波功能應(yīng)用單元和行波測 距功能應(yīng)用單元中的至少兩個(gè)。上述的故障錄波功能應(yīng)用單元包括DSPS、DSPB兩個(gè)處理器和一個(gè)ARM處理器，ARM 處理器分別與DSPS處理器和DSPB處理器相連接。采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，把目前廣泛使用的相量監(jiān)測、故障錄波和行波測距 等功能有機(jī)集成到一個(gè)監(jiān)測裝置中，利用高速同步數(shù)據(jù)采集技術(shù)、變頻采樣技術(shù)、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò) 通信技術(shù)、光CT/PT的接口技術(shù)、多CPU協(xié)調(diào)工作技術(shù)，同時(shí)硬件平臺的選取上兼顧其未來 在實(shí)現(xiàn)IEC61850通訊協(xié)議體系時(shí)的擴(kuò)展性需求，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)全過程監(jiān)測，一 個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了原來三套設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)的功能，減少了二次接線，大大降低了維護(hù)成本和資 產(chǎn)投入。在硬件平臺方面，高速同步數(shù)據(jù)采集技術(shù)提供帶時(shí)標(biāo)的數(shù)據(jù)流，通過IG的光纖高 速輸出到各應(yīng)用單元，滿足行波測距、故障錄波和相量測量的需求。變頻采樣解決了高速采 樣與有限緩沖區(qū)間的矛盾。實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信確保了功能應(yīng)用單元具有良好的遠(yuǎn)程通信功能。 多處理器協(xié)調(diào)技術(shù)充分發(fā)揮各處理器的特點(diǎn)，各個(gè)處理器之間分工協(xié)作，是整個(gè)一體化監(jiān) 測硬件平臺能夠高效運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。另外，本發(fā)明經(jīng)過了中國·開普實(shí)驗(yàn)室國家繼電保護(hù)及自動(dòng)化設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn) 中心進(jìn)行檢驗(yàn)，其安全檢驗(yàn)報(bào)告、電磁兼容檢驗(yàn)報(bào)告、通信規(guī)約檢驗(yàn)報(bào)告、動(dòng)模檢驗(yàn)報(bào)告和 系統(tǒng)檢驗(yàn)報(bào)告均符合國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其具體情況如下(一 )相量測量PMU測試1、交流電壓測量準(zhǔn)確度檢驗(yàn)測量范圍0.IUn 1. 2Un ；當(dāng)0. IUn彡U彡1. OUn，允許誤差不超過士0. 5% ；當(dāng)1. OUn彡U彡1. 2Un，允許誤差不超過士0. 2% ；當(dāng)U = 1.2Un，允許誤差不超過士0. 5%。其測試結(jié)果如表1所示，各項(xiàng)指標(biāo)均合格
表 12、有功功率測量準(zhǔn)確度檢驗(yàn)電壓范圍0. IUn 1. 2Un ；當(dāng)0. IIn彡I彡0. 21η，有功功率測量允許誤差不超過士 1. 0% ；當(dāng)0. 21η彡I彡1. 21η，有功功率測量允許誤差不超過士0. 5%。其測試結(jié)果如表2所示，各項(xiàng)指標(biāo)均合格 表23、頻率變化引起A相電壓的改變量檢驗(yàn)①頻率偏離額定值3Hz時(shí)，當(dāng)0. IUn彡U彡1. OUn，允許變差不超過士0. 5% ；當(dāng) 1. OUn ^ U ^ 1. 2Un，允許變差不超過士0. 2% ；②頻率偏離額定值IHz時(shí)，當(dāng)0. IUn彡U彡1. OUn，允許誤變差不超過士0. 2%;當(dāng) 1. OUn ^ U ^ 1. 2Un，允許變差不超過士 0. 1%。其測試結(jié)果如表3所示，各項(xiàng)指標(biāo)均合格
表3( 二 )故障錄波測試1、交流電壓的線性范圍檢驗(yàn)將裝置各相電壓回路端子同極性并聯(lián)加入測量電壓，其數(shù)值及誤差要求如表4所 示 表 4其測試結(jié)果如表5所示，各項(xiàng)指標(biāo)均合格 表 52、錄波文件管理功能檢驗(yàn)對所記錄的數(shù)據(jù)文件的檢索及查找應(yīng)具有下列方式，經(jīng)檢驗(yàn)可得出①按照日期及時(shí)間進(jìn)行檢索，即輸入日期及時(shí)間范圍即可自動(dòng)找出相應(yīng)故障文 件；
②按照故障跳閘進(jìn)行檢索，即可自動(dòng)找出有斷路器動(dòng)作跳閘的相應(yīng)故障文件。3、電氣判據(jù)啟動(dòng)檢驗(yàn)①相電壓突變啟動(dòng)相電壓突變量整定值為10% Un，動(dòng)作值誤差應(yīng)不超過整定值 的士30%，其檢測結(jié)果如表6所示，各項(xiàng)指標(biāo)均合格 表 6②正序過電壓和欠電壓過電壓整定值為110 % Un，欠電壓整定值為90 % Un動(dòng)作 值誤差應(yīng)不超過整定值的士5%，其檢測結(jié)果如表7所示；③負(fù)序電壓越限啟動(dòng)整定值為3% Un，動(dòng)作值誤差應(yīng)不超過整定值的士 10%，其 檢測結(jié)果如表7所示；④零序過電壓越限啟動(dòng)整定值為2% Un (Un為57. 7V)，動(dòng)作值誤差應(yīng)不超過整定 值的士 10%，其檢測結(jié)果如表7所示； 表 7


圖1為傳統(tǒng)技術(shù)中電力系統(tǒng)二次測量設(shè)備不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)碼流示意圖；圖2為本發(fā)明中電力系統(tǒng)二次測量設(shè)備不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)碼流示意圖；圖3為本發(fā)明的整體架構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明中數(shù)據(jù)采集單元的硬件原理圖；圖5為本發(fā)明中數(shù)據(jù)采集單元的機(jī)箱原理框圖；圖6為本發(fā)明中功能應(yīng)用單元的構(gòu)成框圖；圖7為本發(fā)明中故障錄波功能應(yīng)用單元的原理框圖；圖8為現(xiàn)有技術(shù)中相量測量角度誤差曲線圖；圖9為現(xiàn)有技術(shù)中相量測量幅值誤差曲線圖10為本發(fā)明行波測距單元仿真用的500KV電力系統(tǒng)；圖11為本發(fā)明行波測距單元故障點(diǎn)距N端20km時(shí)，N端零模反向電流行波仿真 圖；圖12為本發(fā)明行波測距單元故障點(diǎn)距N端20km時(shí)，N端線模反向電流行波仿真 圖；圖13為本發(fā)明行波測距單元故障點(diǎn)距N端20km時(shí)，N端零模反向電流行波小波 變換的仿真結(jié)果；圖14為本發(fā)明行波測距單元故障點(diǎn)距N端20km時(shí)，N端線模反向電流行波小波 變換的仿真結(jié)果；圖15為本發(fā)明行波測距單元故障點(diǎn)距N端70km時(shí)，N端零模反向電流行波仿真 圖；圖16為本發(fā)明行波測距單元故障點(diǎn)距N端70km時(shí)，N端線模反向電流行波仿真 圖；圖17為本發(fā)明行波測距單元故障點(diǎn)距N端70km時(shí)，N端零模反向電流行波小波 變換的仿真結(jié)果；圖18為本發(fā)明行波測距單元故障點(diǎn)距N端70km時(shí)，N端線模反向電流行波小波 變換的仿真結(jié)果。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1如圖2所示，本發(fā)明中的電力系統(tǒng)監(jiān)控方法是指利用高速同步數(shù)據(jù)采樣技術(shù)、變 頻采樣技術(shù)、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、光CT/PT的接口技術(shù)、多CPU協(xié)調(diào)工作技術(shù)，將目前廣泛應(yīng) 用的相量監(jiān)測、故障錄波和行波測距等功能有機(jī)地集成到一個(gè)監(jiān)測裝置中，減少了二次接 線，大大降低了維護(hù)成本和資金投入。具體地說如圖3、圖4所示，位于電網(wǎng)中的傳感器實(shí)時(shí)獲取電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信號，然后 數(shù)據(jù)采集單元以GPS衛(wèi)星同步時(shí)鐘的秒脈沖信號作為采樣基準(zhǔn)信號，對電力系統(tǒng)二次測量 設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信號進(jìn)行采樣。上述的電網(wǎng)中的傳感器主要是指電流/電壓互感器，如果 需要監(jiān)測大型火力發(fā)電廠或大型變電站，還需要監(jiān)測鑒相信號和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號等等。 在上述的技術(shù)中，GPS同步技術(shù)是控制相量測量角度誤差和故障錄波站間同步的關(guān)鍵。接 著，數(shù)據(jù)采集單元把采集到的數(shù)據(jù)通過IG的光纖通訊接口電路輸出到數(shù)據(jù)應(yīng)用層的各個(gè) 功能應(yīng)用單元。在本實(shí)施例中，上述的功能應(yīng)用單元包括相量監(jiān)測功能應(yīng)用單元、故障錄波 功能應(yīng)用單元和行波測距功能應(yīng)用單元。各個(gè)功能應(yīng)用單元面向應(yīng)用對獲得的數(shù)據(jù)分別進(jìn) 行分析處理，并把處理的結(jié)果發(fā)送給監(jiān)控主站。監(jiān)控主站完成數(shù)據(jù)采集單元的采樣速率、采 樣通道數(shù)、通信參數(shù)的配置，同時(shí)完成各個(gè)功能應(yīng)用單元的零漂校正、修正系數(shù)校正、通道 參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信等參數(shù)配置，實(shí)時(shí)信息顯示、故障錄波暫態(tài)數(shù)據(jù)分析和阻抗測距功能。在本實(shí)施例中，衛(wèi)星同步時(shí)鐘為GPS衛(wèi)星時(shí)鐘源，且數(shù)據(jù)采集單元內(nèi)置GPS模 土夬，GPS模塊接收GPS信號并解碼產(chǎn)生IPPS秒脈沖信號，IPPS秒脈沖的時(shí)間誤差一般小于 20ns。數(shù)據(jù)采集單元利用此脈沖的上升沿作為內(nèi)部時(shí)鐘的硬同步信號，每秒完成一次對時(shí)。 另外，數(shù)據(jù)采集單元中的時(shí)間校對電路實(shí)時(shí)接收GPS天線解碼的時(shí)間數(shù)據(jù)，即年月日時(shí)分秒，并將時(shí)間數(shù)據(jù)在Ipps脈沖到來時(shí)刻鎖存到數(shù)據(jù)采集單元內(nèi)部。上述的時(shí)間校對電路為 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的技術(shù)。再次，數(shù)據(jù)采集單元測量電力系統(tǒng)50Hz頻率信號，即 需要在1秒時(shí)間內(nèi)計(jì)算50個(gè)周波的時(shí)間，采用GPS的Ipps脈沖每秒同步一次時(shí)鐘雖然可 以保證整秒時(shí)刻的時(shí)間精度，但每秒50個(gè)周波的計(jì)算周期內(nèi)，如果數(shù)據(jù)采集單元的時(shí)鐘頻 率與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘有偏差，將導(dǎo)致1秒鐘內(nèi)隨著時(shí)間的持續(xù)誤差逐步增加，1秒鐘內(nèi)第49個(gè)周 波的時(shí)間偏差最大，所以采用了采樣頻率跟蹤技術(shù)，對下一個(gè)Ipps秒脈沖重新校準(zhǔn)。自動(dòng) 跟蹤技術(shù)采樣滾動(dòng)式頻率跟蹤方式，實(shí)時(shí)測量每一秒時(shí)刻采樣時(shí)鐘源的頻率，并作為下一 秒的采樣時(shí)鐘源進(jìn)行分頻，從而可以有效地解決頻率滑差問題。最后，需要說明的是，采樣 數(shù)據(jù)的傳輸與處理需要一定的延時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)的處理速度和數(shù)據(jù)傳輸方式一般延時(shí)時(shí)間在 10 40ms左右。為此，在本發(fā)明中，數(shù)據(jù)采樣單元對獲取的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間標(biāo)簽標(biāo)定后， 再發(fā)送給數(shù)據(jù)應(yīng)用層的功能應(yīng)用單元。這樣，功能應(yīng)用單元接收到采樣數(shù)據(jù)后無論延時(shí)時(shí) 間多少，都以時(shí)間標(biāo)簽時(shí)刻為準(zhǔn)，有力地保障了數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲的“0延時(shí)”。如圖5所示，在數(shù)據(jù)采集單元中，模擬量數(shù)據(jù)采集模塊將電力系統(tǒng)二次回路CT/PT 信號通過二次回路電纜引到監(jiān)測裝置屏上，數(shù)據(jù)采集單元利用信號隔離小互感器把電壓、 電流信號統(tǒng)一變換為小于士 IOV的標(biāo)準(zhǔn)信號源，經(jīng)過前置放大器變換后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換?？?慮到裝置的可配置性和可擴(kuò)充性在設(shè)計(jì)上采用分組插件式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。即數(shù)據(jù)采集板每24 個(gè)模擬量一個(gè)插件，模擬量信號變換板每12個(gè)模擬量一個(gè)插件。根據(jù)變電站的容量、規(guī)模 進(jìn)行擴(kuò)展，最大可擴(kuò)充96個(gè)模擬量。開關(guān)量的數(shù)據(jù)主要采集電力系統(tǒng)各種開關(guān)量的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，以空接點(diǎn)方式輸 入，監(jiān)測裝置采用測量電流的方式感應(yīng)開關(guān)狀態(tài)。開關(guān)量輸入回路經(jīng)過光電隔離后接入數(shù) 據(jù)采集單元的數(shù)字量輸入端。本發(fā)明以32個(gè)開關(guān)量為單位擴(kuò)展，最大可擴(kuò)展至128個(gè)開關(guān)量。上述的所有模擬量、開關(guān)量的采集采用GPS同步，并在每一組采樣數(shù)據(jù)上標(biāo)上采 樣時(shí)刻，即進(jìn)行時(shí)間標(biāo)簽標(biāo)定，為后續(xù)的數(shù)據(jù)計(jì)算與處理提供了實(shí)時(shí)性保障。A/D轉(zhuǎn)換完成 的數(shù)字量信號經(jīng)過緩沖存儲，由IGb高速光纖接口電路以數(shù)據(jù)流的傳送方式發(fā)送給應(yīng)用單兀。相量監(jiān)測功能應(yīng)用單元、故障錄波功能應(yīng)用單元和行波測距功能應(yīng)用單元對獲取 到的采集數(shù)據(jù)分別進(jìn)行分析處理，他們?nèi)叩墓ぷ鬟^程是并行的，具體情況如下如圖7所示，故障錄波功能應(yīng)用單元為本發(fā)明中數(shù)據(jù)應(yīng)用層的一個(gè)子單元，由于 采用了分層、分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)故障錄波器相比結(jié)構(gòu)相對簡化，所有錄波數(shù)據(jù)通過高 速數(shù)據(jù)總線獲取，不再需要信號變換、A/D轉(zhuǎn)換等電路。上述的故障錄波功能應(yīng)用單元為多 處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，兩個(gè)DSP處理器分別完成數(shù)據(jù)錄波功能和觸發(fā)判據(jù)功能，ARM處理器完成 數(shù)據(jù)存盤和數(shù)據(jù)通訊、管理功能。其中，兩個(gè)DSP處理器分別為DSPS、DSPB兩個(gè)處理器。在 工作過程中，來自數(shù)據(jù)采集單元的帶時(shí)標(biāo)的采樣數(shù)據(jù)分別進(jìn)入DSPS和DSPB兩個(gè)處理器。 DSPS處理器將原始測量數(shù)據(jù)通過DMA方式傳送到64MB桶型錄波數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，新數(shù)據(jù)以環(huán)形 覆蓋的方式更新舊數(shù)據(jù)。DSPB處理器接收原始測量數(shù)據(jù)并進(jìn)行各種故障錄波的觸發(fā)判據(jù) 計(jì)算。當(dāng)滿足觸發(fā)條件時(shí)，向ARM處理器產(chǎn)生觸發(fā)錄波中斷。ARM處理器接收DSPB處理器 的觸發(fā)錄波信息后，根據(jù)觸發(fā)時(shí)間信息在桶型緩沖區(qū)中找到錄波數(shù)據(jù)，根據(jù)錄波時(shí)間長度、 預(yù)錄時(shí)間長度等相關(guān)信息形成錄波文件，并將錄波文件保存至硬盤。當(dāng)監(jiān)控主站通過網(wǎng)絡(luò)索取錄波文件時(shí)，ARM處理器根據(jù)錄波文件名從硬盤中讀取相應(yīng)錄波文件，并通過網(wǎng)絡(luò)利用 TCP/IP協(xié)議傳送給監(jiān)控主站。ARM處理器實(shí)現(xiàn)錄波數(shù)據(jù)管理功能，主要由以下幾個(gè)功能模塊(1)實(shí)時(shí)監(jiān)視模塊實(shí)時(shí)接收DSPB處理器傳送的各測量通道的電氣計(jì)算量值，并 以每2秒刷新一次的速度將將通道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至通訊模塊，并在錄波觸發(fā)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸 至數(shù)據(jù)存儲模塊。(2)數(shù)據(jù)存儲模塊當(dāng)觸發(fā)錄波時(shí)，以文件方式存儲數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)， 并根據(jù)錄波時(shí)間、觸發(fā)方式、錄波長度形成該文件的索引信息，也以文件的方式存儲該索引 信息，同時(shí)索引信息將發(fā)送到通訊模塊。(3)TCP/IP通訊模塊完成裝置和后臺分析軟件的數(shù)據(jù)通訊，傳輸內(nèi)容包括實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)、心跳信號、錄波文件、錄波索引文件。(4) 103通信接口模塊支持故障錄波模塊按103協(xié)議和外部主站進(jìn)行通信，支持 故障錄波數(shù)據(jù)的向外傳送。DSPB處理器接收原始采樣數(shù)據(jù)并進(jìn)行各種故障錄波的觸發(fā)判據(jù)計(jì)算，這一類屬于 內(nèi)部觸發(fā)判據(jù)類型如下1)開關(guān)量觸發(fā)支持開關(guān)量上跳沿、下跳沿、開關(guān)變位三種形式的觸發(fā)，在進(jìn)行開 關(guān)量觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)判據(jù)添加了開關(guān)量檢測的去抖功能，確保開關(guān)量觸發(fā)判據(jù)的準(zhǔn)確。上述對 開關(guān)量進(jìn)行去抖的技術(shù)為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的技術(shù)。2)突變量啟動(dòng)判據(jù)有 AUA, AUB, AUC, AUL, AUO, Δ la、Δ lb、Δ Ic、Δ IO 等 9 種，可以任選6種作為啟動(dòng)量。電流突變量啟動(dòng)的判據(jù)為I (Ik-2)-(Ik-I) - (Ik-I)-Ik 彡 ΔΙ 式中 Ik、Ik_l、Ik_2 為相鄰的三個(gè)同相點(diǎn) 的測量值，△ I為整定突變量。突變量啟動(dòng)方式實(shí)質(zhì)是故障分量啟動(dòng)，因此是一種有效的靈 敏的啟動(dòng)方式。其中ΔυΑ、AUB, AUC, AUL, AUO, Ala、Alb、Δ Ic, Δ IO具體可按如下 判據(jù)啟動(dòng)AUA, AUB, AUC ^ 5% UN ； Δ la、Δ lb、Δ Ic ^ 10% In ； ΔUL, AUO ^ 2% UN ； Δ IO ^ 10% In，其中 UN = 57. 7V, In = 5A。3)相電壓、相電流及主變中性點(diǎn)零序電流310越限啟動(dòng)錄波判據(jù)在220kV及以 上的大接地電流系統(tǒng)中，大多數(shù)為接地故障，而且主變中性點(diǎn)零序電流靈敏度較高。具體可 按如下判據(jù)啟動(dòng)90% UN 彡 UA、UB、UC 彡 110% UN la、lb、Ic 彡 110% In 310 彡 10% In。4)正序、負(fù)序、零序電壓及正序、負(fù)序、零序電流均可以視為故障分量，因此可以利 用這些量的變化啟動(dòng)錄波，具體可按如下判據(jù)啟動(dòng)U2彡3% UN、12彡10% In、UO彡2% UN、IO 彡 10% In,90% UN ^ Ul ^ 110% UN、Il 彡 110% In。5)線路任意一相電流在25個(gè)周期內(nèi)的最大值最小值之差不小于10 %正常負(fù)荷電 流，負(fù)荷電流為0.41η。6)母線頻率變化啟動(dòng)錄波判據(jù):f ( 49. 5HZ或f彡50. 5HZ，df/dt彡0. lHz/s7)諧波啟動(dòng)錄波判據(jù)3、5、7次諧波疊加彡20 % UN。故障錄波器通常還需要支持外部啟動(dòng)方式，本發(fā)明包括現(xiàn)場手動(dòng)啟動(dòng)和接受調(diào)度 來的啟動(dòng)命令兩種啟動(dòng)形式。需要說明的是，故障錄波功能應(yīng)用單元所涉及的故障選相原理、工頻量故障測距原理均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的技術(shù)。相量監(jiān)測功能應(yīng)用單元以DMA方式與數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行通訊，數(shù)據(jù)采集單元每采 樣一個(gè)周波，相量監(jiān)測功能應(yīng)用單元完成一次相量計(jì)算，并實(shí)時(shí)監(jiān)測和記錄各種相量。本發(fā) 明可以實(shí)時(shí)測量和顯示三相基波電壓相量、三相基波電流相量、基波正序電壓相量、基波正 序電流相量、有功功率、無功功率、系統(tǒng)頻率、開關(guān)狀態(tài)，以及發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢和發(fā)電機(jī)功角； 還可以向主站實(shí)時(shí)傳送三相基波電壓相量、三相基波電流相量、基波正序電壓相量、基波正 序電流相量、系統(tǒng)頻率、開關(guān)狀態(tài)，以及發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢。本發(fā)明可同時(shí)向多個(gè)主站傳送實(shí)時(shí) 測量數(shù)據(jù)，各主站可以設(shè)定不同的配置文件來獨(dú)立選擇要傳送的測量數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)輸出速 率。上述相量監(jiān)測的原理為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的技術(shù)。但是在本發(fā)明中，相量監(jiān)測功能應(yīng)用單元采用最小二乘法對角度誤差和幅值誤差 進(jìn)行修正。這是由于傳統(tǒng)的DFT變換對標(biāo)準(zhǔn)的50Hz輸入信號是適用的。但是，當(dāng)f偏離標(biāo) 準(zhǔn)50Hz時(shí)，進(jìn)行DFT變換求得的相量幅值和角度均偏離了輸入值。以幅值為1，初相角變 化范圍為-180° 179°變化的采樣序列為例作仿真得到其幅值和角度誤差范圍。另外， 根據(jù)電力系統(tǒng)的總的工作條件，輸入信號頻率發(fā)生的偏移范圍可以按較大的裕度考慮為 45Hz-55Hz。在這個(gè)范圍內(nèi)求得的幅值誤差如圖9所示，角度誤差如圖8所示。需要說明的 是，該圖是對采樣序列以數(shù)據(jù)窗N = 50作DFT變換得到的。從圖8、圖9中可以看出，隨頻率偏移量的增大，幅值誤差和角度誤差也增大，尤其 是角度誤差，當(dāng)頻率偏移士5Hz時(shí)，其最大值可達(dá)約20度。同時(shí)從圖可知，隨角度和頻率的 變化，幅值誤差和角度誤差的變化是有規(guī)律的，且誤差曲線函數(shù)可假設(shè)為/ = fl(l) + a(2)*cos(2> + a(3)) a(l)、a(2)、β(3)為參數(shù)…為輸入角度通過分析45 55Hz范圍內(nèi)的一系列誤差曲線可知，a(l)、a(2)、a(3)與頻率偏移 量、計(jì)算DFT的每周波采樣率N、標(biāo)準(zhǔn)50Hz有關(guān)。故采用最小二乘法擬合45 55Hz范圍內(nèi)的一系列幅值和角度的誤差曲線求得誤 差公式及修正公式如下1)、角度
Δ鏟=KlAngle χΔ/ + KlAngle χ Af χ cos{2爐'+ K3Angle + KlAmplitudeh,f}
φ = φ' - hsxp其中，Af為頻率偏移量；/為全波DFT算法計(jì)算得到的相角；Δρ為角度偏移量.’φ 為修正后相角，上述<、A9^p9J的單位均為弧度。2)、幅值誤差
AA = -0.00063Δ/2 + 0.01A/cos[2^ + (KlAmplitude + K2 Amplitude Af)]A =-
1 + Δ^其中，Af為頻率偏移量少為經(jīng)過頻率偏移修正后得到的相角；A為修正后幅值； Δ A為幅值誤差，A'為全波DFT算法計(jì)算得到的幅值。由于識是修正后的角度，這就要求先修正角度，然后用修正后的角度代入幅值誤差公式來修正幅值。上述式中的KlAngle，K2Angle, KlAmplitude, K2AmpIitude 是作曲線擬合得到的 參數(shù) K3Angle與采樣率的關(guān)系呈對數(shù)關(guān)系，且公式推導(dǎo)不好推，即使推出公式，但對數(shù) 函數(shù)的計(jì)算量很大，消耗芯片的指令周期，所以考慮采用查表法確定K3Angle。K3Angle主
要由一-周內(nèi)采樣的點(diǎn)數(shù)N值決定。
N =32K3Angle = 1.37444727120979
N =40K3Angle = 1.41371673257321
N =48K3Angle = 1.43989659717926
N =50K3Angle = 1.44513256618590
N =64K3Angle = 1.47262139423913
N =80K3Angle = 1.49225595737851
N =96K3Angle = 1.50534628568971
N =100K3Angle = 1.51028547286254
對W=7^7鶴對兌日月-1 + Δ^-下，因?yàn)樵摲嫡`差是用幅值為1的模擬采樣序列推導(dǎo)
得到的，所以實(shí)際幅值誤差應(yīng)以實(shí)際幅值考慮。推導(dǎo)如下 以上公式是對基波相量修正所用公式，而《電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 (試行)》中要求向主站上送正序相量，所以也要考慮正序相量的頻率偏移修正，方法同上 文提到的基波相量修正方法，也是作曲線擬合參數(shù)。修正公式如下 從中可以看到，正序幅值誤差只與頻率有關(guān)，與初相角無關(guān)。行波測距功能應(yīng)用單元采用雙端行波測距方法，同時(shí)將數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)采樣 速率提高到600Κ以上，從而保證行波測距的精確性。在本實(shí)施例中，為滿足行波測距的精 確性，將數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)采樣速率定位為625Κ。另外，雙端行波測距法的關(guān)鍵是準(zhǔn)確記 錄下電流或電壓行波到達(dá)線路兩端的時(shí)間，誤差應(yīng)在數(shù)個(gè)微秒以內(nèi)，以保證故障測距誤差在數(shù)百米以內(nèi)，這就需要專用的同步時(shí)間單元，雖然雙端法成本較高，但由于不受線路過渡 電阻、系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化等的影響，比單端行波法測距結(jié)果更可靠。雙端測距算法利用初始行波波頭到達(dá)兩端母線的時(shí)間差實(shí)現(xiàn)測距，故障距離為Lf= (L+υ ^t)/2，其中Lf為故障距離，L為線路總長，υ i為線模波速，Δ t為初 始行波波頭到達(dá)兩端母線的時(shí)間差。應(yīng)用MATLAB的PSB模塊進(jìn)行數(shù)字仿真。仿真的500kV電力系統(tǒng)如圖8所示母線 M屬于第一類母線，母線N屬于第三類母線。線路結(jié)構(gòu)參數(shù)為R0 = 0. 2056885 Ω/km, R1 = 0. 0295519 Ω/km ；L0 = 0. 002083015H/km, L1 = 0. 00088558H/km ；C0 = 0. 009081663 μ F/km, C1 = 0. 01319818 μ F/km ；各線路長度PM為100km，麗為90km。故障點(diǎn)分別分生在距N端20km、70km處，分
別用以模擬近端及遠(yuǎn)端故障。距N端20km處故障仿真結(jié)果為N端零模反向電流行波如圖9所示，N端線模反 向電流行波如圖10所示，N端零模反向電流行波小波變換結(jié)果如圖11所示，N端線模反 向電流行波小波變換結(jié)果如圖12所示。從中可以看出，零模與線模第二個(gè)波頭的極性相 同，由此可惟判斷第二個(gè)波頭為故障點(diǎn)反射波，利用式Lf = U1A t/2可以算出故障距離為 19. 92km。上述的公式Lf = υ 乂 Δ t/2為利用初始行波分量與故障點(diǎn)反射波分量實(shí)現(xiàn)測距， 其中At1為初始行波與故障點(diǎn)反射波到達(dá)測量母線的時(shí)間差。距N端70km處故障仿真結(jié)果為N端零模反向電流行波如圖13所示，N端線模反 向電流行波如圖14所示，N端零模反向電流行波小波變換結(jié)果如圖15所示，N端線模反向 電流行波小波變換結(jié)果如圖16所示。從中可以看出，零模與線模第二個(gè)波頭的極性相反， 由此可惟判斷第二個(gè)波頭為對端母線反射波，利用式Lf = L- υ工Δ t2/2可以算出故障距離 為69. 93km。上述的公式Lf = L- υ工Δ t2/2為利用初始行波分量與對端母線反射波分量實(shí) 現(xiàn)測距，其中At2為初始行波與對端母線反射波到達(dá)測量母線的時(shí)間差。從上述的MATLAB仿真可以看出，提高數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)采樣速率可以有效地 提高行波測距的精確性。在故障錄波功能應(yīng)用單元、行波測距功能應(yīng)用單元和相量測量功能應(yīng)用單元處理 后，均會得到故障評價(jià)報(bào)告，各個(gè)功能應(yīng)用單元把故障評價(jià)報(bào)告均發(fā)送至監(jiān)控主站，由監(jiān)控 主站綜合評價(jià)后得出一個(gè)故障報(bào)告。這是由于在實(shí)際中，行波測距功能應(yīng)用單元的靈敏度 過高，常常出現(xiàn)誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)的現(xiàn)象，而在本發(fā)明中由于將三個(gè)功能應(yīng)用單元集成到了一個(gè)監(jiān) 控裝置中，故監(jiān)控主站可以根據(jù)故障錄波功能應(yīng)用單元得出的報(bào)告，給出一個(gè)綜合的評價(jià) 報(bào)告，有利于提高故障報(bào)告的準(zhǔn)確性。一種采用上述方法的電力系統(tǒng)監(jiān)控裝置，它包括數(shù)據(jù)采集單元、至少兩個(gè)數(shù)據(jù)應(yīng) 用層的功能應(yīng)用單元和監(jiān)控主站。具體地說，數(shù)據(jù)采集單元，它包括模擬量數(shù)據(jù)采集模塊、開關(guān)量數(shù)據(jù)采集模塊、衛(wèi)星同步模塊 和光纖數(shù)據(jù)通訊接口電路，其中，衛(wèi)星同步模塊與模擬量數(shù)據(jù)采集模塊和開關(guān)量數(shù)據(jù)采集 模塊相連接，模擬量數(shù)據(jù)采集模塊和開關(guān)量數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端通過內(nèi)部數(shù)據(jù)采集總線 與光纖數(shù)據(jù)通訊接口電路相連接。如圖4、圖5所示，數(shù)據(jù)采集單元中設(shè)有主機(jī)插件板，模擬量數(shù)據(jù)采集模塊和開關(guān)量數(shù)據(jù)采集模塊均以插件板的形式與主機(jī)插件板相連接，這樣， 可根據(jù)變電站的容量、規(guī)模進(jìn)行擴(kuò)展。需要說明的是，數(shù)據(jù)采集單元應(yīng)按照電氣間隔布置， 以滿足不同啟動(dòng)條件下的錄波協(xié)調(diào)啟動(dòng)。如圖5所示，電源插件板為數(shù)據(jù)采集單元提供 5V/24V/ 士 15V供電電源，24V為外部電源，用于開關(guān)量輸入的電源供電。主機(jī)插件板采用嵌 入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)的關(guān)鍵電路板。主機(jī)插件板提供外部接口包括RJ45網(wǎng) 絡(luò)接口 1個(gè)，支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用于后臺監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置、軟件下載等功能；DB9串行接 口 1個(gè)，用于裝置調(diào)試、測試及備用支持103/101或其它通訊協(xié)議；GPS天線信號輸入接口 1個(gè)，采用SMA接口方式，用于數(shù)據(jù)采集的時(shí)鐘同步；IG光纖數(shù)據(jù)輸出接口 4個(gè)，可同時(shí)將采 集數(shù)據(jù)傳送到4臺應(yīng)用單元。數(shù)據(jù)采集及開關(guān)量輸入接口插件板1或2塊，其中每塊板為系統(tǒng)提供24路模擬量 A/D轉(zhuǎn)換功能擴(kuò)展，一個(gè)機(jī)箱最多提供48路模擬量輸入；同時(shí)每塊板還可以提供32路開關(guān) 量輸入通道，一個(gè)機(jī)箱最多提供64路開關(guān)量輸入。開關(guān)量輸出板提供8路空接點(diǎn)開關(guān)量輸出，實(shí)現(xiàn)報(bào)警、PT斷線、故障等報(bào)警功能。 備用插槽，用于系統(tǒng)擴(kuò)容。模擬量輸入變換器插件板1 4塊，每塊板提供12路模擬量信號變換輸入，一個(gè) 機(jī)箱最多配置48路模擬量輸入。每兩個(gè)模擬量輸入變換器插件板對應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)采集控制 及開關(guān)量輸入接口插件板。在本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)應(yīng)用層的功能應(yīng)用單元包括相量監(jiān)測功能應(yīng)用單元、故障錄 波功能應(yīng)用單元和行波測距功能應(yīng)用單元，他們均與數(shù)據(jù)采集單元相連接，從數(shù)據(jù)采集單 元中獲取采樣數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行分析處理，并把處理的結(jié)果均發(fā)送至監(jiān)控主站。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)裝 置硬件結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化，所有的功能應(yīng)用單元軍采用完全相同的硬件平臺，由三個(gè)板卡構(gòu)成， 電源板、主機(jī)板、信號輸出板，如圖6所示，而三者安裝不同的軟件完成不同的應(yīng)用功能。由 于系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，功能應(yīng)用單元不再承擔(dān)數(shù)據(jù)采集任務(wù)，體積大大縮小，成本相 對降低。具體地講，電源供電插件為一塊豎插電路板。由于功能應(yīng)用單元采用嵌入式硬件 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電源需求相對減少，僅需要5V/2A供電，從而簡化了電源供電電路的設(shè)計(jì)。功能應(yīng)用單元的主機(jī)板插件為一塊橫插電路板，它采用ARM+DSP多CPU結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)，外部接口包括RJ45網(wǎng)絡(luò)接口 1個(gè)，支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用于后臺監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置、軟 件下載等功能；串行接口 2個(gè)，用于裝置調(diào)試、測試及備用支持103/101或其它通訊協(xié)議； CAN總線接口 1個(gè)，備用用于站內(nèi)與其它設(shè)備數(shù)據(jù)通訊。以故障錄波功能應(yīng)用單元為例，它 包括DSPS、DSPB兩個(gè)處理器和一個(gè)ARM處理器，ARM處理器分別與DSPS處理器和DSPB處 理器相連接，其中，DSPS處理器對錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，DSPB處理器接收數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送 來的原始測量數(shù)據(jù)并進(jìn)行故障錄波的觸發(fā)判斷，當(dāng)條件滿足時(shí)，向ARM處理器產(chǎn)生觸發(fā)錄 波中斷；ARM處理器接收DSPB處理器的觸發(fā)錄波信息后，根據(jù)觸發(fā)時(shí)間信息找到錄波數(shù)據(jù) 并形成錄波文件，然后將所述的錄波文件發(fā)送給監(jiān)控主站。功能應(yīng)用單元的開關(guān)量輸入輸出插件為一塊橫插電路板，它提供10個(gè)開關(guān)量輸 入和8個(gè)開關(guān)量輸出信號。而開關(guān)量輸出信號包括裝置失電告警信號、數(shù)據(jù)接收中斷告警 信號，預(yù)留6個(gè)控制接點(diǎn)輸出。監(jiān)控主站，其分別通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)應(yīng)用層的功能應(yīng)用單元進(jìn)行通訊，它對從功能應(yīng)用單元獲取的處理結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并對數(shù)據(jù)采集單元和功能 應(yīng)用單元進(jìn)行參數(shù)配置。實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是，在本實(shí)施例中，衛(wèi)星同步時(shí)鐘為北斗衛(wèi)星時(shí)鐘源， 且數(shù)據(jù)采集單元內(nèi)置北斗模塊，北斗模塊接收北斗一代信號并解碼產(chǎn)生IPPS秒脈沖信號， 數(shù)據(jù)采集單元利用IPPS秒脈沖信號進(jìn)行同步對時(shí)；同時(shí)實(shí)時(shí)測量采樣時(shí)鐘源的頻率，并將 該頻率作為下一秒的采樣時(shí)鐘源進(jìn)行分頻。上述的北斗模塊為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知 的技術(shù)。其他技術(shù)特征與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是，在本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)應(yīng)用層的功能應(yīng)用單元由故 障錄波功能應(yīng)用單元和相量監(jiān)測功能應(yīng)用單元這二者構(gòu)成。其他技術(shù)特征與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是，在本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)應(yīng)用層的功能應(yīng)用單元由故 障錄波功能應(yīng)用單元和行波測距功能應(yīng)用單元這二者構(gòu)成。其他技術(shù)特征與實(shí)施例1相同。實(shí)施例5本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是，在本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)應(yīng)用層的功能應(yīng)用單元由相 量測量功能應(yīng)用單元和行波測距功能應(yīng)用單元這二者構(gòu)成。其他技術(shù)特征與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
一種電力系統(tǒng)監(jiān)測方法，其特征在于位于電網(wǎng)中的傳感器實(shí)時(shí)獲取電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信號；數(shù)據(jù)采集單元以衛(wèi)星同步時(shí)鐘的秒脈沖信號作為采樣基準(zhǔn)信號對所述的運(yùn)行狀態(tài)信號進(jìn)行采樣，并把采集到的數(shù)據(jù)通過光纖通訊接口電路輸出到數(shù)據(jù)應(yīng)用層的功能應(yīng)用單元；所述的功能應(yīng)用單元對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并把處理的結(jié)果發(fā)送給監(jiān)控主站。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)監(jiān)測方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)應(yīng)用層包括相量 監(jiān)測功能應(yīng)用單元、故障錄波功能應(yīng)用單元和行波測距功能應(yīng)用單元中的至少兩個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力系統(tǒng)監(jiān)測方法，其特征在于所述的故障錄波功能應(yīng)用 單元包括DSPS、DSPB兩個(gè)處理器和一個(gè)ARM處理器；其中，DSPS處理器對錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行存 儲，DSPB處理器接收數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送來的原始測量數(shù)據(jù)并進(jìn)行故障錄波的觸發(fā)判斷，當(dāng) 條件滿足時(shí)，向ARM處理器產(chǎn)生觸發(fā)錄波中斷；ARM處理器接收DSPB處理器的觸發(fā)錄波信 息后，根據(jù)觸發(fā)時(shí)間信息找到錄波數(shù)據(jù)并形成錄波文件，然后將所述的錄波文件發(fā)送給監(jiān) 控主站。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力系統(tǒng)監(jiān)測方法，其特征在于所述的相量監(jiān)測功能應(yīng)用 單元以DMA方式與數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行通訊，數(shù)據(jù)采集單元每采樣一個(gè)周波，相量監(jiān)測功能 應(yīng)用單元完成一次相量計(jì)算。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力系統(tǒng)監(jiān)測方法，其特征在于所述的相量監(jiān)測功能應(yīng)用 單元采用最小二乘法對角度誤差和幅值誤差進(jìn)行修正。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)監(jiān)測方法，其特征在于所述的衛(wèi)星同步時(shí)鐘為GPS 衛(wèi)星時(shí)鐘源，且數(shù)據(jù)采集單元內(nèi)置GPS模塊，GPS模塊接收GPS信號并解碼產(chǎn)生IPPS秒脈 沖信號，數(shù)據(jù)采集單元利用所述的IPPS秒脈沖信號進(jìn)行同步對時(shí)；同時(shí)實(shí)時(shí)測量采樣時(shí)鐘 源的頻率，并將該頻率作為下一秒的采樣時(shí)鐘源進(jìn)行分頻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電力系統(tǒng)監(jiān)測方法，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采樣單元對獲 取的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間標(biāo)簽標(biāo)定后，發(fā)送給數(shù)據(jù)應(yīng)用層的功能應(yīng)用單元。
8.一種采用如權(quán)利要求1所述方法的電力系統(tǒng)監(jiān)控裝置，其特征在于，它包括數(shù)據(jù)采集單元，它包括模擬量數(shù)據(jù)采集模塊、開關(guān)量數(shù)據(jù)采集模塊、衛(wèi)星同步模塊和光 纖數(shù)據(jù)通訊接口電路，其中，衛(wèi)星同步模塊與模擬量數(shù)據(jù)采集模塊和開關(guān)量數(shù)據(jù)采集模塊 相連接，模擬量數(shù)據(jù)采集模塊和開關(guān)量數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端與光纖數(shù)據(jù)通訊接口電路相 連接；至少兩個(gè)數(shù)據(jù)應(yīng)用層的功能應(yīng)用單元，其與數(shù)據(jù)采集單元相連接，從數(shù)據(jù)采集單元中 獲取采樣數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行分析處理，并把處理的結(jié)果均發(fā)送至監(jiān)控主站；監(jiān)控主站，其分別與數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)應(yīng)用層的功能應(yīng)用單元相連接，它對從功能 應(yīng)用單元獲取的處理結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并對數(shù)據(jù)采集單元和功能應(yīng)用單元進(jìn)行參數(shù)配置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電力系統(tǒng)監(jiān)控裝置，其特征在于數(shù)據(jù)采集單元中設(shè)有主機(jī) 插件板，所述的模擬量數(shù)據(jù)采集模塊和開關(guān)量數(shù)據(jù)采集模塊均以插件板的形式與主機(jī)插件 板相連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電力系統(tǒng)監(jiān)控裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)應(yīng)用層包括相 量監(jiān)測功能應(yīng)用單元、故障錄波功能應(yīng)用單元和行波測距功能應(yīng)用單元中的至少兩個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電力系統(tǒng)監(jiān)控裝置，其特征在于所述的故障錄波功能應(yīng) 用單元包括DSPS、DSPB兩個(gè)處理器和一個(gè)ARM處理器，ARM處理器分別與DSPS處理器和 DSPB處理器相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力系統(tǒng)監(jiān)測方法，位于電網(wǎng)中的傳感器實(shí)時(shí)獲取電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信號；數(shù)據(jù)采集單元以衛(wèi)星同步時(shí)鐘的秒脈沖信號作為采樣基準(zhǔn)信號對所述的運(yùn)行狀態(tài)信號進(jìn)行采樣，并把采集到的數(shù)據(jù)通過光纖通訊接口電路輸出到數(shù)據(jù)應(yīng)用層的功能應(yīng)用單元；所述的功能應(yīng)用單元對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并把處理的結(jié)果發(fā)送給監(jiān)控主站。本發(fā)明把相量監(jiān)測、故障錄波和行波測距等功能有機(jī)集成到一個(gè)監(jiān)測裝置中，同時(shí)硬件平臺的選取上兼顧其未來在實(shí)現(xiàn)IEC61850通訊協(xié)議體系時(shí)的擴(kuò)展性需求，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)全過程監(jiān)測，一個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了原來三套設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)的功能，減少了二次接線，大大降低了維護(hù)成本和資產(chǎn)投入。
文檔編號G05B19/418GK101900777SQ20091006504
公開日2010年12月1日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者龐可, 曹志民, 王鵬, 羅彥, 黃殿勛 申請人:河南省電力勘測設(shè)計(jì)院