专利名称：双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置及方法。
背景技术：
中国电网正向着大电网互联方向发展，迫切需要对电网相量实施广域测量，集中分析。目前相量监测主要监视地点为变电站和发电厂，测量设备主要是PMU(同步相量测量单元)，其成本高且安装复杂；PMU等测量装置授时、定位单元为GPS (全球定位系统)，属于美国控制的资源和技术，存在美国关停GPS后系统无法授时的风险；PMU设专线传输，铺设线路成本较高，且限制了装置安装测量地点；没有融入现在先进的3G(第三代无线通信技术)无线通信技术。这些局限性限制了电力系统相量测量装置的应用范围(只能在变电站和发电厂)，目前国内并没有安装不受变电站和发电厂限制的电力系统用户侧O20V)相量测量的装置。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种结构简单、成本低，安装灵活、不局限于发电厂和变电站，信号传输可靠、覆盖面广，实现电力系统广域测量的双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置及方法。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置，它包括微处理器单元，微处理器单元通过信号调理模数转换单元从220v交流电网采集电网用户侧相量信号，同时微处理器单元通过电源单元与220v交流电网连接；微处理器单元还分别与输入控制单元、显示单元、双模式授时/定位单元和双模式数据发送单元连接，其中双模式授时/定位单元为运行GPS系统与北斗导航系统的双模式授时模块。所述双模式数据发送单元为3G、CDMA或GRPS无线通信模块中的至少一种以及有线hternet通信模块构成。所述信号调理模数转换单元主要由变压模块、滤波模块和模数转换模块组成，其中变压模块采用电压互感器，电压互感器与滤波模块连接，滤波模块为RC滤波电路连接， RC滤波电路与模数转换模块连接。所述输入控制单元为键盘。本发明中，微处理器单元通过信号调理模数转换单元从220v交流电网采集电网用户侧Q20V)相量信号，微处理器单元利用两步式复合频率计算方法计算系统频率，分析出220v交流电网相量信号的幅值、频率、相位，利用双模式授时/定位单元(GPS和北斗导航一体式)得到高精度的全球统一时标的时间、地理信息，与计算出的电网低压侧相量信号的幅值、频率、相位信号整合，得到时序的电网相量，并通过双模式数据发送单元(3G、 CDMA或GPRS无线通信与有线hternet通信相结合)将数据发送到服务器终端；微处理器单元还与输入控制单元、电源单元和显示单元连接。该技术方案安装方便只要有单相220V电源，有hternet接口或3G、CDMA或GPRS信号的地方都可以安装，不像常规PMU — 样必须安装在变电站、发电厂。所述微处理器单元为基于ARM9的中央计算模块。一种双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置的工作方法，它的步骤为1)系统开始初始化。2)进行数据无线通信传输时，执行步骤幻；若进行INTERNET有线传输时，执行步骤6)。3)检测无线通信单元的网络质量。4)判断是否找到无线通信网络；未找到则返回步骤3)，如找到则转入下一步。5) 3G、CDMA或GPRS无线通信模块成功连接服务器终端。6) INTERNET有线模块成功连接服务器终端。7)双模式授时/定位单元接收GPS信息，若可用直接上传；若不可用，则接收北斗导航信息，若可用上传。8)微处理器单元接收时间、地理位置信息，对时间信号进行处理得到北京时间。9)开始模数转换，采样频率为1K，将采样数据顺序放在长度为100的缓冲区；每 1毫秒模数转换中断一次，每次中断将采样值放到缓冲区，并判断相邻两次采样间是否存在过零点，如果过零则计算过零时间，并将过零时间保存；过零点判断和过零时刻计算方法如图9所示。10)缓冲区存储满后(100个点)，根据这100个采样点的过零信息、依据式⑵首
次计算当前频率fo ；11)采用最小二乘法将100个数据拟合为正弦曲线，然后以IKHz采样频率对拟合曲线进行二次采样，计算电压相量，并第二次计算频率，计算流程图如
图10所示。12)向数据发送模块发送相量信息，数据发送模块将数据发送到终端服务器。13)检测时间信号是否可用，不可用转入步骤7)，可用转入步骤9)。14)显示时间、经纬度、相量信息。转入步骤7)。过零点判断和过零事件计算方法如图9所示，详细说明如下。固定采样间隔，采样频率为ΙΚΗζ。对相邻的两个采样值(t^，Vlri)、(tk，Vk)，判断两个电压值符号是否相同如果符号相同则不进行计算；如果符号不同，则认为(tk+Vn)、 (tk，Vk)两点之间的曲线近似为直线，计算通过两点的直线与横轴的交点对应的时间，也即过零点的时间，计算公式为
t = tk-Vk^^(1)
Vk-\ 一 vkk 采样点序列标记；tk 采样点时间；Vk 采样点幅值；t 过零点时间。以上述方法进行采样、过零判断；采样满100次时，假设共有η次过零，则频率为/。=^⑵式中tl和tn分别是第1次和第η次过零对应的时间，f0为过零方法计算的频率。相量计算和二次频率计算流程如图10所示，其原理现详细说明如下。以最小二乘法，对前述100个采样点进行拟合，拟合成为正弦曲线，如式(3)所示。根据fo调整采样频率，重新进行采样，得到采样点序列ΙΛ，k = 0，…，99}。前20个点根据式⑷、(5)计算得到第1个电压相量。
权利要求
1.一种双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置，其特征是，它包括微处理器单元 (1)，微处理器单元(1)通过信号调理模数转换单元( 从220V交流电网( 采集电网用户侧相量信号，同时微处理器单元(1)还通过电源单元(7)与220v交流电网( 连接；微处理器单元(1)还分别与输入控制单元(6)、显示单元(8)、双模式授时/定位单元(4)和双模式数据发送单元( 连接，其中双模式授时/定位单元(4)为运行GPS系统与北斗导航系统的双模式授时模块。
2.如权利要求1所述的双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置，其特征是，所述双模式数据发送单元(5)为3G、CDMA或GRPS无线通信模块(12)中的至少一种以及有线 hternet通信模块(13)构成。
3.如权利要求1所述的双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置，其特征是，所述信号调理模数转换单元⑵主要由变压模块(9)、滤波模块(10)和模数转换模块(11)组成，其中变压模块⑶)采用电压互感器，电压互感器与滤波模块(10)连接，滤波模块(10) 为RC滤波电路连接，RC滤波电路与模数转换模块(11)连接。
4.如权利要求1双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置，其特征是，所述输入控制单元(6)为键盘。
5.一种采用权利要求1所述的双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置的工作方法，其特征是，它的步骤为1)系统开始初始化；2)进行数据无线通信传输时，执行步骤幻；若进行INTERNET有线传输时，执行步骤6)；3)检测无线通信模块的网络质量；4)判断是否找到无线通信网络；未找到则返回步骤3)，如找到则转入下一步；5)无线通信模块成功连接服务器终端；6)INTERNET有线模块成功连接服务器终端；7)双模式授时/定位单元接收GPS信息，若可用直接上传；若不可用，则接收北斗导航信息，若可用上传；8)微处理器单元接收时间、地理位置信息，对时间信号进行处理得到北京时间；9)开始模数转换，采样频率为1K，将采样数据顺序放在长度为100的缓冲区；每1毫秒模数转换中断一次，每次中断将采样值放到缓冲区，并判断相邻两次采样间是否存在过零点，如果过零则计算过零时间，并将过零时间保存；10)缓冲区存储满100个点后，根据这100个采样点的过零信息、依据式( 首次计算当前频率f0 ；11)采用最小二乘法将100个数据拟合为正弦曲线，然后以IKHz采样频率对拟合曲线进行二次采样，计算电压相量，并第二次计算频率；12)向双模式数据发送单元发送相量信息，双模式数据发送单元将数据发送到终端服务器；13)检测时间信号是否可用，不可用转入步骤7)，可用转入步骤9)；14)显示时间、经纬度、相量信息。转入步骤7)。
6.如权利要求5所述的双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置的工作方法，其特征是，所述过零点判断和过零事件计算方法如下固定采样间隔，采样频率为IKHz，对相邻的两个采样值(tn，Vk_i)、(tk，Vk)，判断两个电压值符号是否相同如果符号相同则不进行计算；如果符号不同，则认为(tk+U、(tk， Vk)两点之间的曲线近似为直线，计算通过两点的直线与横轴的交点对应的时间，也即过零点的时间，计算公式为
7.如权利要求5所述的双模式220ν用户侧电网相量测量及发送装置的工作方法，其特征是，所述相量计算和二次频率计算方法如下以最小二乘法，对前述100个采样点进行拟合，拟合成为正弦曲线，如式(3)所示；根据fo调整采样频率，重新进行采样，得到采样点序列！Xk，k = 0，…，99}；前20个点根据式 ⑷、(5)计算得到第1个电压相量；
全文摘要
本发明涉及一种结构简单，使用方便，信号传输可靠、成本低，安装灵活方便、覆盖面广，便于服务器收集不同装置测量信息并集中分析的双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置及方法。实现广域测量，集中分析的电力系统低压相量测量及发送装置。它包括微处理器单元，微处理器单元通过信号调理模数转换单元从220v交流电网采集电网用户侧相量信号，同时微处理器单元通过电源单元与220v交流电网连接；微处理器单元还分别与输入控制单元、显示单元、双模式授时/定位单元和双模式数据发送单元连接，其中双模式授时/定位单元为运行GPS系统与北斗导航系统的双模式授时模块。
文档编号G01R23/02GK102305889SQ201110199270
公开日2012年1月4日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者刘玉田, 张恒旭 申请人:山东大学