專利名稱：一種電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測，尤其是涉及一種電力系統(tǒng)電能質(zhì)量
監(jiān)測與同步相量監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
2007年中國正式采用IEC 61850為電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，著手改變二次設(shè)備數(shù)據(jù)重復(fù)采集，缺乏數(shù)據(jù)集成和處理，缺乏信息交換和共享的現(xiàn)狀。現(xiàn)有變電站內(nèi)電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)電能質(zhì)量狀態(tài)，防止電能污染，提高供電質(zhì)量，保護(hù)電網(wǎng)及設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。與其硬件平臺(tái)相同的同步相量測量裝置(Phasor Measurement Unit，簡稱PMU)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控、狀態(tài)估計(jì)、暫態(tài)穩(wěn)定的預(yù)測及控制、繼電保護(hù)，以及自適應(yīng)失步保護(hù)。但是，目前尚未見有將上述兩種裝置按照IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一建模對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行電能質(zhì)量監(jiān)測和同步相量監(jiān)測二合一的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種基于IEC61850的電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測裝置，將電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測在IEC 61850框架下集成在同一裝置，以方便實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測。
本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案予以解決。 這種電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測裝置，采用客戶-服務(wù)器架構(gòu)，管理機(jī)為客戶端。
這種電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測的特點(diǎn)是 在服務(wù)器端按照IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)要求統(tǒng)一建立IEC 61850模型，設(shè)有具有相同硬件平臺(tái)的電能質(zhì)量邏輯單元及PMU邏輯單元； 所述電能質(zhì)量邏輯單元實(shí)現(xiàn)電壓、三相不平衡度、頻率、諧波、和電壓的波動(dòng)、閃變、暫降、暫升、短時(shí)中斷等在線測量，并對(duì)測量結(jié)果標(biāo)記GPS時(shí)鐘；
所述PMU邏輯單元實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電壓、電流相量相角和頻率、功率在線測量以及同步相量測量，并對(duì)測量結(jié)果標(biāo)記GPS時(shí)鐘，既連續(xù)測量與記錄電力系統(tǒng)變電站和用電用戶的電能質(zhì)量，也連續(xù)測量與記錄電力系統(tǒng)變電站和發(fā)電廠的同步相量，符合電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測在IEC 61850框架下的一體化要求； 所述服務(wù)器通過以太網(wǎng)和多個(gè)客戶端同時(shí)通訊，采集部分接收模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算； 所述客戶端對(duì)與客戶請(qǐng)求有關(guān)的模型進(jìn)行映射； 所述服務(wù)器端和所述客戶端都能與保護(hù)信息子站連接，通訊協(xié)議符合正C61850-8，映射為MMS服務(wù)，按照正C61850-6實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配置，并形成獨(dú)立使用的配置工具。 本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下進(jìn)一步的技術(shù)方案予以解決。
設(shè)有包括采集板、模擬信號(hào)輸入板和數(shù)字信號(hào)輸入板的采集信號(hào)復(fù)用電路。
還設(shè)有包括GPS對(duì)時(shí)板的系統(tǒng)統(tǒng)一同步時(shí)鐘電路。 所述電能質(zhì)量邏輯模塊，其組成包括按照IEC 61850-7-4標(biāo)準(zhǔn)定義的以下兼容邏 輯節(jié)點(diǎn) 1) —個(gè)LPHD物理裝置信息邏輯節(jié)點(diǎn)，用于描述本裝置的物理信息；
2) —個(gè)LLNO邏輯節(jié)點(diǎn)，用于訪問電能質(zhì)量邏輯設(shè)備的公用信息；
3)至少一個(gè)MMXU測量邏輯節(jié)點(diǎn)，用于測量電壓、電流和頻率值；
4)至少一個(gè)MSQI相序和不平衡邏輯節(jié)點(diǎn)，用于測量序分量和不平衡度；
5)至少一個(gè)MSTA計(jì)量統(tǒng)計(jì)邏輯節(jié)點(diǎn)，用于分析統(tǒng)計(jì)設(shè)定期問內(nèi)的平均值、最 大值和最小值； 6)至少一個(gè)MHAI諧波和間諧波邏輯節(jié)點(diǎn)，用于測量諧波和間諧波。 所述PMU邏輯模塊，其組成包括按照IEC 61850-7-4標(biāo)準(zhǔn)定義的以下兼容邏輯節(jié)
點(diǎn) 1) —個(gè)LPHD物理裝置信息邏輯節(jié)點(diǎn)，用于描述本裝置的物理信息； 2) —個(gè)LLNO邏輯節(jié)點(diǎn)，用于訪問故障錄波邏輯設(shè)備的公用信息； 3)—個(gè)MMXU測量邏輯節(jié)點(diǎn)，用于記錄PMU的電壓、電流、頻率，功角等狀
態(tài)量； 4) —個(gè)MSQI相序和不平衡邏輯節(jié)點(diǎn)，用于記錄序分量和不平衡度； 5) —個(gè)MSTA計(jì)量統(tǒng)計(jì)邏輯節(jié)點(diǎn)，用于記錄PMU標(biāo)記事件。 所述服務(wù)器的外部輸入信號(hào)為GPS時(shí)鐘和電壓、電流信號(hào)，信號(hào)輸入方式包
括 l)模擬信號(hào)經(jīng)互感器傳變過來的傳統(tǒng)采樣電壓、電流模擬信號(hào)，及由并行電 纜以空接點(diǎn)的形式接入的開關(guān)量信號(hào)； 2)IEC 61850-9-1數(shù)字信號(hào)和通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录?Generic object oriented substation event,簡稱GOOSE)信號(hào)符合IEC 61850-9-1串行單向多路點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)字信號(hào) 禾口 GOOSE信息網(wǎng)的GOOSE信號(hào)； 3)IEC 61850-9-2數(shù)字信號(hào)和GOOSE信號(hào)符合正C 61850-9-2的數(shù)字信號(hào)和 GOOSE報(bào)文，由過程總線綜合傳輸。 本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下更進(jìn)一步的技術(shù)方案予以解決。 所述采集板，包括帶有SDRAM、 FLASH的DSP模塊、FPGA-1采集控制模塊和 FPGA-2時(shí)間控制模塊。其中FPGA是現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array) 的英文縮寫。FPGA-1采集控制模塊對(duì)所有模擬量及開關(guān)量進(jìn)行同步采樣，并將采集數(shù)據(jù) 加上時(shí)標(biāo)，然后傳輸給DSP。 FPGA-2時(shí)間控制模塊對(duì)接收到的時(shí)間信號(hào)進(jìn)行解碼，將處 理后的時(shí)間通過8位數(shù)據(jù)總線發(fā)給FPGA-1采集控制模塊。 所述模擬信號(hào)輸入板，包括級(jí)聯(lián)的模擬量檢測模塊、AD采樣模塊、FPGA-3， 以及提供電源的電源檢測模塊。 所述數(shù)字信號(hào)輸入板，包括網(wǎng)絡(luò)處理器、光纖收發(fā)模塊、PCI網(wǎng)卡、FPGA-4、 FLASH BOOT ROM、 DDRRAM和RS232驅(qū)動(dòng)器。所述GPS對(duì)時(shí)板包括FPGA-5、 CPU禾POCXO，提供系統(tǒng)統(tǒng)一的同步時(shí)鐘。用于接收1PPS、 IRIG-B、串行時(shí)間報(bào)文，利用輸入時(shí)間信號(hào)馴服本地時(shí)鐘，生成高精度的 1PPS、 IRIG-B(DC)、 10kHz基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)、lMHz基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。
所述管理機(jī)為任何PC機(jī)或工業(yè)計(jì)算機(jī)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比的有益效果是 本發(fā)明裝置根據(jù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)將電能質(zhì)量與PMU分別建模為不同的邏輯設(shè) 備，既實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力系統(tǒng)重要的變電站和用電用戶進(jìn)行電能質(zhì)量監(jiān)測，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力 系統(tǒng)重要的變電站和發(fā)電廠進(jìn)行同步相量測量，進(jìn)而構(gòu)建電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)， 以加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全穩(wěn)定的監(jiān)控，提高調(diào)度機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確把握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的能力。 本發(fā)明裝置可以廣泛用于線路錄波、主變錄波，機(jī)組錄波，及重要廠站電能質(zhì)量監(jiān)測和 同步相量測量等各種應(yīng)用場合。在工程應(yīng)用時(shí)只需根據(jù)需要對(duì)軟件進(jìn)行簡單的配置即 可，無需任何復(fù)雜的操作，工程應(yīng)用非常方便靈活。


圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
圖2是圖1中的采集板的原理框圖；
圖3是圖1中的模擬信號(hào)輸入板的原理框圖；
圖4是圖1中的數(shù)字信號(hào)輸入板的原理框圖；
圖5是圖1中的GPS對(duì)時(shí)板的原理框圖；
圖6是圖1中的監(jiān)控板原理框圖； 圖7是本發(fā)明具體實(shí)施方式
輸入信號(hào)是模擬信號(hào)或是光纖數(shù)字信號(hào)的工作過程 示意圖； 圖8是本發(fā)明具體實(shí)施方式
輸入信號(hào)是數(shù)字信號(hào)或是GOOSE信號(hào)的工作過程示 意圖。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)照附圖并結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 圖l是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖中給出兩種信號(hào)輸入方式合并 單元+GOOSE網(wǎng)，或是傳統(tǒng)PT/CT傳變的信號(hào)+開關(guān)量硬節(jié)點(diǎn)。 本具體實(shí)施方式
在服務(wù)器端按照IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)要求統(tǒng)一建立IEC 61850模型， 設(shè)有具有相同硬件平臺(tái)的電能質(zhì)量邏輯單元及PMU邏輯單元，電能質(zhì)量邏輯單元實(shí)現(xiàn)電 壓、三相不平衡度、頻率、諧波、和電壓的波動(dòng)、閃變、暫降、暫升、短時(shí)中斷等在線 測量，并對(duì)測量結(jié)果標(biāo)記GPS時(shí)鐘；PMU邏輯單元實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電壓、電流相量相角和頻 率、功率在線測量以及同步相量測量，并對(duì)測量結(jié)果標(biāo)記GPS時(shí)鐘。既連續(xù)測量與記錄 電力系統(tǒng)變電站和用電用戶的電能質(zhì)量，也連續(xù)測量與記錄電力系統(tǒng)變電站和發(fā)電廠的 同步相量，符合電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測在IEC 61850框架下的一體化要 求。 服務(wù)器通過以太網(wǎng)和多個(gè)客戶端同時(shí)通訊，采集部分接收模擬信號(hào)或數(shù)字信 號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算?？蛻舳藢?duì)與客戶請(qǐng)求有關(guān)的模型進(jìn)行映射。服務(wù)器端和客戶端都能 與保護(hù)信息子站連接，通訊協(xié)議符合IEC 61850-8，映射為MMS服務(wù)，按照IEC61850-6實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配置，并形成獨(dú)立使用的配置工具。 設(shè)有包括采集板、模擬信號(hào)輸入板和數(shù)字信號(hào)輸入板的采集信號(hào)復(fù)用電路。
還設(shè)有包括GPS對(duì)時(shí)板的系統(tǒng)統(tǒng)一同步時(shí)鐘電路。 如圖2所示的采集板，包括帶有SDRAM、 FLASH的DSP模塊、FPGA-1采集 控制模塊和FPGA-2時(shí)間控制模塊。FPGA-1采集控制模塊對(duì)所有模擬量及開關(guān)量進(jìn)行同 步采樣，并將采集數(shù)據(jù)加上時(shí)標(biāo)，然后傳輸給DSP。 FPGA-2時(shí)間控制模塊對(duì)接收到的時(shí) 間信號(hào)進(jìn)行解碼，將處理后的時(shí)間通過8位數(shù)據(jù)總線發(fā)給FPGA-1采集控制模塊。
如圖3所示的模擬信號(hào)輸入板，包括級(jí)聯(lián)的模擬量檢測模塊、AD采樣模塊、 FPGA-3，以及提供電源的電源檢測模塊。模擬量檢測模塊接收到32路的模擬信號(hào)以后， 通過采樣開關(guān)采取當(dāng)前模擬信號(hào)，由采樣保持器對(duì)信號(hào)進(jìn)行保持，F(xiàn)PGA-3控制AD采樣 模塊將每一路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為16位的數(shù)字信號(hào)，并將采集數(shù)據(jù)匯總后，通過16位數(shù)據(jù)總 線上傳給的FPGA-3進(jìn)行處理。 如圖4所示的數(shù)字信號(hào)輸入板，包括網(wǎng)絡(luò)處理器、光纖收發(fā)模塊、PCI網(wǎng)卡、 FPGA-4、 FLASH BOOT ROM、 DDRRAM和RS232驅(qū)動(dòng)器。采集板通過背板并行總線 將符合IEC 61850-9-1、 IEC 61850-9-2數(shù)字信號(hào)和GOOSE信號(hào)的配置數(shù)據(jù)寫入FPGA-4 內(nèi)部的雙口RAM中，數(shù)字信號(hào)輸入板檢測到配置數(shù)據(jù)有效后，根據(jù)配置信息指示由網(wǎng) 絡(luò)處理器集成的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口和PCI總線擴(kuò)展的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口同時(shí)接收兩路符合IEC 61850-9-1、 IEC 61850-9-2數(shù)字信號(hào)和GOOSE信號(hào)-GOOSE報(bào)文和合并單元數(shù)據(jù)，再根 據(jù)配置數(shù)據(jù)從報(bào)文中提取出系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)后進(jìn)行整理，將數(shù)據(jù)放入雙口 RAM緩沖區(qū)， 等待采集板讀取。采集板讀取后會(huì)設(shè)置相應(yīng)的雙口 RAM單元反饋數(shù)字信號(hào)輸入板已取走 數(shù)據(jù)，由FPGA-4的CPU釋放雙口 RAM緩沖區(qū)。即使有一路信號(hào)出錯(cuò)時(shí)，由于是同時(shí) 接收兩路，數(shù)據(jù)采集依然可以正確運(yùn)行。 如圖5所示的GPS對(duì)時(shí)板包括FPGA-5、 CPU禾POCXO，是系統(tǒng)統(tǒng)一的同步時(shí) 鐘電路，用于接收1PPS、 IRIG-B、串行時(shí)間報(bào)文，利用輸入時(shí)間信號(hào)馴服本地時(shí)鐘，生 成高精度的1PPS、 IRIG-B(DC)、 10kHz基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)、lMHz基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。衛(wèi)星信號(hào) 消失后，能夠精確守時(shí)；衛(wèi)星信號(hào)恢復(fù)后，能夠自動(dòng)切換到GPS對(duì)時(shí)方式。利用輸入時(shí) 間信號(hào)馴服本地時(shí)鐘，再通過FPGA-5的邏輯運(yùn)算輸出高精度的時(shí)間頻率信號(hào)。
FPGA-5采用Altera公司的EP2C8，利用數(shù)字鎖相環(huán)和補(bǔ)償算法來產(chǎn)生精確的 1PPS、 IRIG-B(DC)、 10kHz基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)、lMHz基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，并且通過SPI總線和 CPU算法模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 CPU采用流明諾瑞的LM3S1601，用來接收外部串行報(bào)文信號(hào)和FPGA-5交換的 數(shù)據(jù)，CPU別服算法模塊根據(jù)FPGA-5測量得到的相位偏差，控制OCXO得到一個(gè)高精 度的標(biāo)準(zhǔn)10MHz頻率，然后FPGA-5中的PLL將10MHz標(biāo)準(zhǔn)頻率倍頻到100MHz，這樣 FPGA-5內(nèi)部可以產(chǎn)生分辨率為10ns頻率基準(zhǔn)。FPGA-5利用這個(gè)頻率基準(zhǔn)可以生成高精 度的1PPS、 IRIG-B(DC)、 10kHz基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)、lMHz基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。
如圖6所示的監(jiān)控板，包括PC104Plus處理器模塊，配置雙網(wǎng)口，支持CF卡、 硬盤，使用PCI到HPI的專用橋接芯片完成HPI訪問。通過ISA總線通過CPLD譯碼， 擴(kuò)展8路繼電器輸出。PC104plus處理器模塊通過PCI總線訪問DSP的HPI接口 ， PCI總 線與HPI總線之間的橋接芯片選用PCI2040。用于接受采集板傳來的數(shù)據(jù)，完成錄波格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)保存；并與管理機(jī)通訊，通訊協(xié)議為用戶定義的私有協(xié)議或IEC 61850-8-1; 實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)記錄動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、標(biāo)識(shí)PMU事件、查找動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及PMU 數(shù)據(jù)與管理機(jī)實(shí)時(shí)通信功能。 管理機(jī)采用嵌入式計(jì)算機(jī)EmCORE-i8524(600M)，主要配置如下Intel型 CPU，主頻可達(dá)600MHz; 256MB DDR SDRAM ; 3個(gè)獨(dú)立的100M以太網(wǎng)卡；支持 PCI， PC/104, PC/104+等總線；支持6個(gè)232串口 。
用于實(shí)現(xiàn)ACSI處理、實(shí)時(shí)監(jiān)測、 定值設(shè)定、運(yùn)行控制、文件管理、事件檢索、電能質(zhì)量和PMU數(shù)據(jù)與主站實(shí)時(shí)通信。
本發(fā)明具體實(shí)施方式
輸入信號(hào)是模擬信號(hào)或是光纖數(shù)字信號(hào)的工作過程見圖7， 輸入信號(hào)是數(shù)字信號(hào)或是GOOSE信號(hào)工作過程見圖8。具體步驟如下
l)輸入信號(hào)的處理 如果輸入信號(hào)是模擬信號(hào)，則用小PT/CT進(jìn)行信號(hào)隔離轉(zhuǎn)換，然后對(duì)模擬信號(hào) 進(jìn)行濾波、A/D轉(zhuǎn)換，生成數(shù)字量放在16位數(shù)據(jù)總線上； 如果輸入信號(hào)是光纖數(shù)字信號(hào)、數(shù)字信號(hào)或是GOOSE信號(hào)，則將網(wǎng)口數(shù)據(jù)接收 下來，并按照已定義好的數(shù)據(jù)格式放在16位數(shù)據(jù)總線上。
2)打時(shí)標(biāo) 采集板從16位數(shù)據(jù)總線上讀取數(shù)據(jù)，并根據(jù)GPS時(shí)間對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)打上絕對(duì)時(shí) 標(biāo)。 3)數(shù)據(jù)計(jì)算 采樣數(shù)據(jù)每滿一個(gè)周波，則計(jì)算每個(gè)通道的有效值、諧波，以及正序、負(fù)序、 零序、功率等狀態(tài)量，將計(jì)算結(jié)果保存在預(yù)定義結(jié)構(gòu)中。
4)電能質(zhì)量和PMU事件標(biāo)識(shí)生成 DSP根據(jù)計(jì)算結(jié)果與定值比較判斷有電能質(zhì)量或PMU事件發(fā)生，并填寫標(biāo)識(shí)事 件結(jié)構(gòu)。 5)數(shù)據(jù)發(fā)送 采集板將計(jì)算結(jié)果、采樣數(shù)據(jù)、啟動(dòng)信息結(jié)構(gòu)、標(biāo)識(shí)事件結(jié)構(gòu)通過DSP的HPI 總線發(fā)送給監(jiān)控板，每周波發(fā)送一次。
6)監(jiān)控板處理接收的數(shù)據(jù) 按照是是否產(chǎn)生事件標(biāo)記生成標(biāo)記事件文件，同時(shí)根據(jù)采樣數(shù)據(jù)生成動(dòng)態(tài)錄波 文件，并將文件寫入硬盤。
7)管理機(jī)工作 如要對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及下定值等人機(jī)對(duì)話操作，則需要管理機(jī)來完成。管 理機(jī)主要完成離線分析、在線配置、運(yùn)行控制、實(shí)時(shí)監(jiān)測、事件檢索、對(duì)外通信等工 作。 本具體實(shí)施方式
裝置的性能指標(biāo)如下 1)交流電壓線性范圍0 3Un ;交流電流線性范圍0.1 40In ; 2)幅值測量誤差0.2% ; 3)零漂< 0.02 ; 4)同步性< O.lms ; 5)頻率測量誤差< 0.01Hz ;
6)供電電壓及偏差計(jì)算< 0.5% ; 7)三相電壓不平衡度及負(fù)序量計(jì)算< 0.2% ; 8)三相電流不平衡度計(jì)算< 1% ; 9)諧波計(jì)算； 電壓Uh23%UN， 5%Uh; Uh《3%UN， 0.15% UN ; 電流Ih^10%IN， 5%Ih; Ih《10%IN， 0.5% IN; 10)電壓波動(dòng)計(jì)算< 5% ; 11)閃變計(jì)算< 5% ; 12)發(fā)電機(jī)功角測量誤差在額定頻率下不大于1° ; 13)有功功率和無功功率的測量誤差< 0.5% ; 14)主站間傳輸速率25、 50、 100次/秒的可選傳輸速率； 15)絕對(duì)時(shí)間誤差< ± 10ms/天(無GPS) ; < ± 1 P S(有GPS); 16)裝置功耗< 80W ; 17)事件標(biāo)識(shí)記錄保存時(shí)間30天； 18)動(dòng)態(tài)記錄容量200G硬盤，可保存15天以上電能質(zhì)量和PMU動(dòng)態(tài)記錄數(shù) 據(jù)； 19)最大配置為96路模擬量，192路開關(guān)量。 20)接入信號(hào)類型 模擬信號(hào)三相電壓、三相電流、直流電壓或電流和高頻信號(hào)； 開關(guān)量信號(hào)保護(hù)跳閘信息和斷路器狀態(tài)信息。 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn) 定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來 說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相 同，則應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測裝置，其特征在于在服務(wù)器端按照IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)要求統(tǒng)一建立IEC 61850模型，設(shè)有具有相同硬件平臺(tái)的電能質(zhì)量邏輯單元及PMU邏輯單元；所述電能質(zhì)量邏輯單元實(shí)現(xiàn)電壓、三相不平衡度、頻率、諧波、和電壓的波動(dòng)、閃變、暫降、暫升、短時(shí)中斷等在線測量，并對(duì)測量結(jié)果標(biāo)記GPS時(shí)鐘；所述PMU邏輯單元實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電壓、電流相量相角和頻率、功率在線測量以及同步相量測量，并對(duì)測量結(jié)果標(biāo)記GPS時(shí)鐘，既連續(xù)測量與記錄電力系統(tǒng)變電站和用電用戶的電能質(zhì)量，也連續(xù)測量與記錄電力系統(tǒng)變電站和發(fā)電廠的同步相量，符合電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測在IEC 61850框架下的一體化要求；所述服務(wù)器通過以太網(wǎng)和多個(gè)客戶端同時(shí)通訊，采集部分接收模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算；所述客戶端對(duì)與客戶請(qǐng)求有關(guān)的模型進(jìn)行映射；所述服務(wù)器端和所述客戶端都能與保護(hù)信息子站連接，通訊協(xié)議符合IEC 61850-8，映射為MMS服務(wù)，按照IEC61850-6實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配置，并形成獨(dú)立使用的配置工具。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測裝置，其特征在于設(shè)有包括采集板、模擬信號(hào)輸入板和數(shù)字信號(hào)輸入板的采集信號(hào)復(fù)用電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測裝置，其特征在于設(shè)有包括GPS對(duì)時(shí)板的系統(tǒng)統(tǒng)一同步時(shí)鐘電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測裝置，其特征在于所述電能質(zhì)量邏輯模塊，其組成包括按照IEC 61850-7-4標(biāo)準(zhǔn)定義的以下兼容邏輯節(jié)點(diǎn)1) 一個(gè)LPHD物理裝置信息邏輯節(jié)點(diǎn)，用于描述本裝置的物理信息；2) —個(gè)LLNO邏輯節(jié)點(diǎn)，用于訪問電能質(zhì)量邏輯設(shè)備的公用信息；3) 至少一個(gè)MMXU測量邏輯節(jié)點(diǎn)，用于測量電壓、電流和頻率值；4) 至少一個(gè)MSQI相序和不平衡邏輯節(jié)點(diǎn)，用于測量序分量和不平衡度；5) 至少一個(gè)MSTA計(jì)量統(tǒng)計(jì)邏輯節(jié)點(diǎn)，用于分析統(tǒng)計(jì)設(shè)定期間內(nèi)的平均值、最大值 和最小值；6) 至少一個(gè)MHAI諧波和間諧波邏輯節(jié)點(diǎn)，用于測量諧波和間諧波。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測裝置，其特征在于所述PMU邏輯模塊，其組成包括按照IEC 61850-7-4標(biāo)準(zhǔn)定義的以下兼容邏輯節(jié)點(diǎn)1) 一個(gè)LPHD物理裝置信息邏輯節(jié)點(diǎn)，用于描述本裝置的物理信息；2) —個(gè)LLNO邏輯節(jié)點(diǎn)，用于訪問故障錄波邏輯設(shè)備的公用信息；3) —個(gè)MMXU測量邏輯節(jié)點(diǎn)，用于記錄PMU的電壓、電流、頻率，功角等狀態(tài)4) 一個(gè)MSQI相序和不平衡邏輯節(jié)點(diǎn)，用于記錄序分量和不平衡度；5) —個(gè)MSTA計(jì)量統(tǒng)計(jì)邏輯節(jié)點(diǎn)，用于記錄PMU標(biāo)記事件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測裝置，其特征在于所述服務(wù)器的外部輸入信號(hào)為GPS時(shí)鐘和電壓、電流信號(hào)，信號(hào)輸入方式包括1) 模擬信號(hào)經(jīng)互感器傳變過來的傳統(tǒng)采樣電壓、電流模擬信號(hào)，及由并行電纜以空接點(diǎn)的形式接入的開關(guān)量信號(hào)；2) 正C 61850-9-1數(shù)字信號(hào)和GOOSE信號(hào)符合IEC 61850-9-1串行單向多路點(diǎn)對(duì)點(diǎn) 的數(shù)字信號(hào)和GOOSE信息網(wǎng)的GOOSE信號(hào)；3) 正C 61850-9-2數(shù)字信號(hào)和GOOSE信號(hào)符合IEC 61850-9-2的數(shù)字信號(hào)和GOOSE 報(bào)文，由過程總線綜合傳輸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測裝置，其特征在于所述采集板，包括帶有SDRAM、 FLASH的DSP模塊、FPGA-1采集控制模塊和 FPGA-2時(shí)間控制模塊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測裝置，其特征在于所述模擬信號(hào)輸入板，包括級(jí)聯(lián)的模擬量檢測模塊、AD采樣模塊、FPGA-3，以及 提供電源的電源檢測模塊；所述數(shù)字信號(hào)輸入板，包括網(wǎng)絡(luò)處理器、光纖收發(fā)模塊、PCI網(wǎng)卡、FPGA-4、 FLASH BOOT ROM、 DDRRAM和RS232驅(qū)動(dòng)器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測裝置，其特征在于所述GPS對(duì)時(shí)板包括FPGA-5、 CPU和OCXO，提供系統(tǒng)統(tǒng)一的同步時(shí)鐘。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測裝置，其特征在于所述管理機(jī)為任何PC機(jī)或工業(yè)計(jì)算機(jī)。
全文摘要
一種電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測裝置，其特征在于在服務(wù)器端按照IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)要求統(tǒng)一建立IEC 61850模型，設(shè)有具有相同硬件平臺(tái)的電能質(zhì)量邏輯單元及PMU邏輯單元，按照IEC61850-6實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配置，并形成獨(dú)立使用的配置工具。本發(fā)明根據(jù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)將電能質(zhì)量監(jiān)測與同步相量監(jiān)測分別建模為不同的邏輯設(shè)備，既連續(xù)測量與記錄電力系統(tǒng)變電站和用電用戶的電能質(zhì)量，也連續(xù)測量與記錄電力系統(tǒng)變電站和發(fā)電廠的同步相量，進(jìn)而構(gòu)建電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，以加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全穩(wěn)定的監(jiān)控，提高調(diào)度機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確把握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的能力。本發(fā)明裝置可以廣泛用于各種電能質(zhì)量監(jiān)測和同步相量測量場合。
文檔編號(hào)G01R25/00GK101692104SQ20091019064
公開日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者薛偉, 趙忠 申請(qǐng)人:深圳市雙合電腦系統(tǒng)股份有限公司