专利名称：一种虚拟式终端电网实效监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电网用户端的电网质量分析设备，具体来说涉及一种虚拟式终端电网实效监测装置。
背景技术：
智能电网，就是电网的智能化，也被称为“电网2. 0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、允许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。在这个过程当中，对于终端网络的电效监测、分析及控制至关重要。
终端电网是指配电网以下的电力系统，是一个相对概念,通常包括配变电站、配电网、用电系统和内部电站等。电效即电力能源效率，对终端电网系统的效能参数实施监测、量化，可以通过数据的分析比对，确定系统存在的问题、明确节能空间、评价电效控制效果。电效监测是终端电网系统电效控制的基础环节，更是智能电网的基础环节。电效监测的主要项目包括视在电能、视在功率、实时电压值、实时电流值、有效电压、有效电流、频率、三相电压、电流的直流分量、基波和各次谐波的有效值以及电压、电流相差等。用于电效监测的各类电工仪器仪表包括电能计量仪表(含计费仪表)、安装式电表、精密电表(实验室和便携式电表)、数字仪表、点测量仪器(交流仪器、直流仪器)、磁测量仪器、扩大量限装置、自动抄表系统、电力测控仪器仪表及系统、电能计量管理及电力负荷控制系统、自动测试系统、校验装置、电源装置等。在我国，目前应用于终端电网的电效监测设备以电能表为主，而且大多数只是提供一个使用功率统计的功能，不具备同时对高次谐波进行分析的功能。无论是远程抄表技术还是阶梯电价模式，都只是功率计的功能延伸，设备的智能化程度远远不能满足智能电网的要求。许多电能参数包括三相电压、电流的直流分量、相位、基波与谐波的状态分析等，都需要比较高端的电能质量分析仪来完成。而电能质量分析仪自身较高的技术含量所对应的制造工艺要求及使用维护成本也决定了它的应用不可能普及到电能表的程度，且从使用角度来讲也难以实现对于电网的长期不间断监控。因此，需要一种功能介于电能质量分析仪与常规电能表之间、以终端电网用户为主要服务对象的可长期工作的高可靠性仪器设备，对电网谐波等电网实时电效参数进行测量与高精度分析。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种虚拟式终端电网实效监测装置，实现对电网谐波等电网实时电效参数进行测量与高精度分析，可分析高达IOOkHz谐波。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下—种虚拟式终端电网实效监测装置，其特征在于，包括电网信号采集模块、现场信号处理模块、远程通讯模块和远程分析计算机，电网信号采集模块通过有/无线与现场信号处理模块连接，现场信号处理模块通过远程通讯模块与远程分析计算机实现数据传输。在本发明的一个实施例中，电网信号采集模块采用钳形环或者互感器的方式来采集电网实时电能数据，并进行信号调理，然后将数据实时送往现场信号处理模块。在本发明的一个实施例中，现场数据处理模块由一个包括采样保持电路、A/D转换电路和LED数码管显示及小键盘输入的单片机系统构成，现场数据处理模块将从电网信号采集模块输入的电网实时参数显示出来，并通过远程通讯模块把相关数据送往远程分析计算机。在本发明的一个实施例中，远程通讯模块可提供多种通讯方式供用户使用，包括无线、载波、RS485、现场总线，以满足双向互动的智能要求。在本发明的一个实施例中，远程分析计算机采用组态软件形成电能监控的人机交互界面，通过远程通讯模块与现场信号处理模块构成实时数据通道，实时监测电网的运行 状况，实现电能的分项计量、数据存档、数据分析，根据用户需求形成相关的数据库或图表。在本发明的一个实施例中，远程分析计算机模块可进行高次谐波分析，将现场信号处理模块输入的信号区分高频和低频部分分别进行处理，对于包含噪音和奇异信息的高频成分，利用小波和小波包变换确定信号突变点和高频谐振的发生时刻及幅值；对于低频成分可以通过快速傅立叶变换，确定各次谐波的含量。本发明能在日常电能质量管理中在收集常规的电能数据同时对高次谐波进行分析。采用小波和小波包变换方法，对高次谐波、高频噪声、尖峰信号等杂波信号的检测及分析，可分析高达IOOkHz谐波。本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
图I为本发明的结构示意图；图2为本发明监测的项目示意图；图3为现场信号处理模块的结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。参见图1，一种虚拟式终端电网实效监测装置，包括电网信号采集模块100、现场信号处理模块200、远程通讯模块300和远程分析计算机400，各模块之间、模块与远程分析计算机之间通过RS485接口实现数据的通讯,执行mudbus协议。也可以通过以太网方式连接，执行TCP/IP协议。参见图2，电网信号采集模块100有若干个，分别安装在各电网处。电网信号采集模块100采用钳形环或互感器等方式采集电网实时电能数据，并进行信号调理，然后将数据实时送往现场信号处理模块。需要采集的电能参数包括实时电流、实时电压、视在功率、视在电能、电网频率、直流分量、基波和谐波、三相相差等。
参见图3，现场信号处理模块200由一个包括采样保持电路、A/D转换电路和LED数码管显示及小键盘输入的单片机系统构成，现场信号处理模块将从电网信号采集模块输入的电网实时参数(包括电压、电流、频率等)在LED上显示出来。通过键盘，模块可设置限位值，一旦出现实时电网超出限位值，则模块可以输出报警信号。电压输入采样端采用电阻分压电路组成，输入端加接补偿电容以提高采样瞬变信号的能力，使设备既能采集到2500V高压、Iu s的尖峰信号，又能检测电网电压的高低的变动。采样后的电压信号经采样保持、A/D转换器进行模数转换后经通讯模块传送到远程分析计算机中。远程通讯模块300可提供多种通讯方式供用户使用，包括无线、载波、RS485、现场总线等，能够满足双向互动的智能要求。远程分析计算机400在进行电网谐波分析时，采用不同的滤波器将谐波信号的高频和低频部分分离，分别进行处理。对于包含噪音和奇异信息的高频成分，利用小波和小波包变换，建立足够小的时域或频域分析数学模型，取得最佳的分辨率，然后确定信号突变点和高频谐振的发生时刻，并通过谐振的幅值来计算谐波的能量状况；对于相对连续性较好 的低频成分则通过FFT (快速傅立叶变换)，确定各次谐波的含量。各模块的实时采样数据包括谐波分析的数据都存入相应的非易失性存储器中，远程分析计算机可通过RS485接口用指令调用接收各模块的实时数据，并建立对应的数据库。RS485接口带红外线光耦隔离，以防止高压窜入计算机及提高系统通讯的抗干扰能力。远程分析计算机通过键盘、显示屏、打印机实现人机对话，并采用组态软件建立与常规仪器相近的仪器操作界面，操作员可通过键盘输入查询信息，或者进行数据分析。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求
1.一种虚拟式终端电网实效监测装置，其特征在于，包括电网信号采集模块、现场信号处理模块、远程通讯模块和远程分析计算机，电网信号采集模块通过有/无线与现场信号处理模块连接，现场信号处理模块通过远程通讯模块与远程分析计算机实现数据传输。
2.根据权利要求I所述的虚拟式终端电网实效监测装置，其特征在于，电网信号采集模块采用钳形环或者互感器的方式来采集电网实时电能数据，并进行信号调理，然后将数据实时送往现场信号处理模块。
3.根据权利要求I所述的虚拟式终端电网实效监测装置，其特征在于，现场数据处理模块由一个包括采样保持电路、A/D转换电路和LED数码管显示及小键盘输入的单片机系统构成，现场数据处理模块将从电网信号采集模块输入的电网实时参数显示出来，并通过远程通讯模块把相关数据送往远程分析计算机。
4.根据权利要求I所述的虚拟式终端电网实效监测装置，其特征在于，远程通讯模块可提供多种通讯方式供用户使用，包括无线、载波、RS485、现场总线，以满足双向互动的智能要求。
5.根据权利要求I所述的虚拟式终端电网实效监测装置，其特征在于，远程分析计算机采用组态软件形成电能监控的人机交互界面，通过远程通讯模块与现场信号处理模块构成实时数据通道，实时监测电网的运行状况，实现电能的分项计量、数据存档、数据分析，根据用户需求形成相关的数据库或图表。
6.根据权利要求I所述的虚拟式终端电网实效监测装置，其特征在于，远程分析计算机模块可进行高次谐波分析，将现场信号处理模块输入的信号区分高频和低频部分分别进行处理，对于包含噪音和奇异信息的高频成分，利用小波和小波包变换确定信号突变点和高频谐振的发生时刻及幅值；对于低频成分可以通过快速傅立叶变换，确定各次谐波的含量。
全文摘要
本发明公开了一种虚拟式终端电网实效监测装置，包括电网信号采集模块、现场信号处理模块、远程通讯模块和远程分析计算机，电网信号采集模块通过有/无线与现场信号处理模块连接，现场信号处理模块通过远程通讯模块与远程分析计算机实现数据传输。本发明能在日常电能质量管理中在收集常规的电能数据同时对高次谐波进行分析。采用小波和小波包变换方法，对高次谐波、高频噪声、尖峰信号等杂波信号的检测及分析，可分析高达100kHz谐波。
文档编号G01R31/00GK102721890SQ20121022516
公开日2012年10月10日 申请日期2012年7月2日 优先权日2012年7月2日
发明者吴维华, 滕华强, 章关明, 郭佳伟 申请人:上海仪器仪表研究所