基于数字信号的多条交流线路的电能质量同时测量方法
【专利摘要】本发明为了解决现有同时对多条线路或多个电压等级母线开展电能质量测试时，尤其在对1000kV交流特高压电网的电能质量测试分析时，需要采用多台电能质量测试分析仪，对于测量数据的同时性无法精确保证的问题，提供一种基于数字信号的多条交流线路的电能质量同时测量方法，所述测量方法，将多个模拟信号转换为数字信号，再根据预定通讯规约的报文格式，将转换后的每个数字信号作为所述报文格式定义下的一个数据通道，输出符合预定通讯规约一组数字信号，再将所述一组数字信号接入数字式电能质量测量装置。本发明确保了多个测量点测试数据的同时性和一致性，对于分析电能质量相关潮流、扰动事件方面更加精确。
【专利说明】基于数字信号的多条交流线路的电能质量同时测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统运行与测量相关【技术领域】，具体地说，涉及一种基于数字信号的多条交流线路的电能质量同时测量方法，本发明尤其适用于多条交流特高压线路的电能质量同时测量。
[0002]
【背景技术】
[0003]目前在电能质量测试工作中，当同时对多条线路或多个电压等级母线开展电能质量测试时，需要采用多台电能质量测试分析仪，对于测量数据的同时性无法精确保证。尤其在对IOOOkV交流特高压电网的电能质量测试分析中，需要同时测量多条线路或者主变的高、中、低压多条母线，为了精确分析特高压设备投切及线路运行过程中的电能质量指标情况,对不同测量点的测试数据同时性要求很高，因此需要研究并解决此种情况下测量数据同时性的问题。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有同时对多条线路或多个电压等级母线开展电能质量测试时，尤其在对IOOOkV交流特高压电网的电能质量测试分析时，需要采用多台电能质量测试分析仪，对于测量数据的同时性无法精确保证的问题，提供一种基于数字信号的多条交流线路的电能质量同时测量方法。
[0005]本发明的技术方案如下:
一种基于数字信号的多条交流线路的电能质量同时测量方法，其特征在于，包括如下步骤:
1、将被测量的多条交流线路的多个模拟量信号通过测试线引出，并统一接入模拟-数字转换装置的多个模拟信号输入端；
2、模拟-数字转换装置首先将多个模拟信号转换为数字信号，再根据预定通讯规约的报文格式，将转换后的每个数字信号作为所述报文格式定义下的一个数据通道，输出符合预定通讯规约一组数字信号，再将所述一组数字信号接入数字式电能质量测量装置；
3、数字式电能质量测量装置根据预定通讯规约对所述一组数字信号进行解析，并对属于同一交流线路的数据通道进行归类，最终同时获得多条交流线路的电能质量数据。
[0006]本发明中，所述模拟-数字转换装置，包括:
采集多条交流线路模拟量信号的模拟量采集电路；
接收模拟量采集电路采集的模拟信号并进行模数转换的模数转换模块；
根据预定通讯规约的报文格式，将模数转换模块转换后的每个数字信号作为所述报文格式定义下的一个数据通道，输出符合预定通讯规约一组数字信号的中央处理器；
将所述一组数字信号接入数字式电能质量测量装置的数字量输出模块。
[0007]本发明中，所述模拟量采集电路包括霍尔传感器和隔离放大器；所述模数转换模块的精度大于16bit ;所述数字量输出模块为光纤接口。
[0008]本发明中，所述步骤2中，所述预定通讯规约为IEC61850。
[0009]本发明中，所述步骤2中，将每条交流线路的三相电压和三相电流为一组模拟量信号，在根据预定通讯规约输出的一组数字信号中定义为其中6个数据通道。
[0010]本发明中，所述步骤3中，所述电能质量数据包括每条交流线路的电压、频率、电流、谐波、闪变、三相不平衡指标。
[0011]所述每条交流线路的谐波分析中，采用DFT算法进行分析。
[0012]本发明基于数字信号的多条交流线路的电能质量同时测量方法，利用数字信号的集成特性，通过将多组模拟量信号调制成一组数字信号，利用一台数字式电能质量测量装置即可以进行测试分析，大大节省了测量仪器，同时减少了多台测量仪器测量接线、设置及数据分析的工作量，并且确保了多个测量点测试数据的同时性和一致性，对于分析电能质量相关潮流、扰动事件方面更加精确。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明测量方法的过程示意图。
[0014]图2为本发明模拟-数字转换装置的结构示意图。
[0015]
【具体实施方式】
[0016]参见图1和图2，本发明基于数字信号的多条交流线路的电能质量同时测量方法，首先将被测量的多条交流线路的多个模拟量信号通过测试线引出，这里，多条交流线路可以是普通交流线路，IOOOkV交流特高压电网中的多条线路或者主变的高、中、低压多条母线等，将多条交流线路的多个模拟量信号引出后，统一接入模拟-数字转换装置的多个模拟信号输入端。
[0017]模拟-数字转换装置是本发明测试方法必备的核心组件，其包括:
模拟量采集电路，模拟量采集电路负责采集多条交流线路的模拟量信号，模拟-数字转换装置的多个模拟信号输入端是模拟量采集电路的一个组成部分，模拟量采集电路还包括霍尔传感器和隔离放大器，以避免信号失真，由于霍尔传感器对高频信号隔离较少，可以最大能力的做到原始数据的还原，模拟信号通过霍尔传感器和隔离放大器接入，交直流信号均可传变。
[0018]模数转换模块，模数转换模块接收模拟量采集电路采集的多条交流线路的多个模拟量信号进行模数转换，输出数字信号，数模转换模块可以采用工业级高精度16bit以上的模数转换模块进行模数转换，保证模拟信号的转换精度，在此结构下，最大程度的保证了电能质量测量数据的准确性。
[0019]中央处理器，中央处理器是模拟-数字转换装置的核心部分，其根据预定通讯规约的报文格式，将模数转换模块转换后的每个数字信号作为所述报文格式定义下的一个数据通道，输出符合预定通讯规约一组数字信号。这里，预定通讯规约可以是IEC61850系列，较好的是采用IEC61850-9-2，在此要提到数字信号的采样频率，通常数字信号的采样为等间隔采样，每个周波采样点数为固定值。[0020]数字输出信号报文格式的定义，该方法主要目的是解决多组模拟量信号同时测量问题，因此在报文格式的定义环节应根据实际测量信号的数量确定数字信号的通道数，例如每条交流线路的三相电压(Ual、Ubl、Ucl)和三相电流(Ial、IbU Icl)为一组模拟量信号，将占用6个通道，即在根据预定通讯规约输出的一组数字信号中定义为其中6个数据通道，当测量3组模拟量信号时(三条交流线路)，通道数应不少于18个。
[0021]数字量输出模块，其作用是将经过中央处理器处理后的一组数字信号接入数字式电能质量测量装置，出于本发明的目的，数字量输出模块较好的是采用光纤接口。
[0022]数字式电能质量测量装置接收到前述的一组数字信号后，根据预定通讯规约对一组数字信号进行解析，并对属于同一交流线路的数据通道进行归类，分别得出每条交流线路的电能质量数据，最终同时获得多条交流线路的电能质量数据。电能质量数据包括每条交流线路的电压、频率、电流、谐波、闪变、三相不平衡等指标。
[0023]数字式电能质量测量装置在进行谐波分析时有别于传统模拟信号测量装置，传统测量装置具有锁相环节，可以确保当系统频率发生变化时，每周波的采样点数不变，从而采用DFT或FFT算法进行谐波分析，其中FFT算法要求分析周期的采样点数为2N。而数字信号的采样为等间隔或称等速率采样，当系统频率发生变化时，每周波的采样点数可能会出现变化，无法保证采样点数为2N，因此在进行谐波分析时，FFT算法就无法适用，要采用DFT或其他优化算法进行分析。
[0024]采用本发明的测量法对多条交流线路进行测试，减少了多台测量仪器测量接线、设置及数据分析的工作量，并且确保了多个测量点测试数据的同时性，对于分析电能质量相关潮流、扰动事件方面更加精确。
【权利要求】
1.基于数字信号的多条交流线路的电能质量同时测量方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)将被测量的多条交流线路的多个模拟量信号通过测试线引出，并统一接入模拟-数字转换装置的多个模拟信号输入端； 2)模拟-数字转换装置首先将多个模拟信号转换为数字信号，再根据预定通讯规约的报文格式，将转换后的每个数字信号作为所述报文格式定义下的一个数据通道，输出符合预定通讯规约一组数字信号，再将所述一组数字信号接入数字式电能质量测量装置； 3)数字式电能质量测量装置根据预定通讯规约对所述一组数字信号进行解析，并对属于同一交流线路的数据通道进行归类，最终同时获得多条交流线路的电能质量数据。
2.根据权利要求1所述的基于数字信号的多条交流线路的电能质量同时测量方法，其特征在于:所述模拟-数字转换装置，包括: 采集多条交流线路模拟量信号的模拟量采集电路； 接收模拟量采集电路采集的模拟信号并进行模数转换的模数转换模块； 根据预定通讯规约的报文格式，将模数转换模块转换后的每个数字信号作为所述报文格式定义下的一个数据通道，输出符合预定通讯规约一组数字信号的中央处理器； 将所述一组数字信号接入数字式电能质量测量装置的数字量输出模块。
3.根据权利要求2所述的基于数字信号的多条交流线路的电能质量同时测量方法，其特征在于:所述模拟量采集电路包括霍尔传感器和隔离放大器。
4.根据权利要求2所述的基于数字信号的多条交流线路的电能质量同时测量方法，其特征在于:所述模数转换模块的精度大于16bit。
5.根据权利要求2所述的基于数字信号的多条交流线路的电能质量同时测量方法，其特征在于:所述数字量输出模块为光纤接口。
6.根据权利要求1所述的基于数字信号的多条交流线路的电能质量同时测量方法，其特征在于:所述步骤2)中，所述预定通讯规约为IEC61850。
7.根据权利要求1所述的基于数字信号的多条交流线路的电能质量同时测量方法，其特征在于:所述步骤2)中，将每条交流线路的三相电压和三相电流为一组模拟量信号，在根据预定通讯规约输出的一组数字信号中定义为其中6个数据通道。
8.根据权利要求1所述的基于数字信号的多条交流线路的电能质量同时测量方法，其特征在于:所述步骤3)中，所述电能质量数据包括每条交流线路的电压、频率、电流、谐波、闪变、三相不平衡指标。
9.根据权利要求8所述的基于数字信号的多条交流线路的电能质量同时测量方法，其特征在于:所述每条交流线路的谐波分析中，采用DFT算法进行分析。
【文档编号】G01R31/00GK103823141SQ201410071549
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】徐斌, 罗亚桥, 计长安, 洪伟, 胡翀, 郑国强, 高博, 戴申华, 谢毓广 申请人:国家电网公司, 国网安徽省电力公司电力科学研究院