电能质量采集装置及其在电能质量综合分析系统中的应用的制作方法
【专利摘要】一种电能质量采集装置及其在电能质量综合分析系统中的应用，采集装置包括电源模块、信号输入模块、对时模块、数据采集及分析模块，背板数据总线以及以太网口，电能质量综合分析系统是设有嵌入式电能质量稳态/暂态综合分析软件的后台管理机，接收本装置实时传送的电能质量稳态数据和暂态数据，实现电能质量分析，实时性高，不错过任何扰动事件，能够快速提取信号的包络，准确地定位暂态电能质量扰动发生的起始时间、持续时间、扰动幅值等暂态特征，确保暂态信息提取的正确性，将电能质量暂态和稳态相结合的综合分析应用，可以弥补电能质量暂态算法的实时性差及计算量大的缺陷，精确定位电能质量暂态事件原因，保障电力系统和设备的安全稳定运行。
【专利说明】电能质量采集装置及其在电能质量综合分析系统中的应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电能质量分析，特别是涉及一种电能质量采集装置及其在电能质量综合分析系统中的应用。
【背景技术】
[0002]现有电力系统的电能质量问题一般包括谐波等稳态电能质量问题和电压暂降等暂态电能质量问题，前者会损坏系统设备、威胁系统的安全运行，或者会直接影响甚至中断用户的正常供电，造成严重的经济损失。目前对稳态电能质量的治理，以及对暂态电能质量问题的检测与定位方法，多数是基于事后的数据分析，只侧重于检测暂态电能质量问题的起始时刻和持续时间，用于工程实用有诸多限制，且无法对电能质量深层次的问题进行直接定位，难以协助用户进行电能质量综合评估，进而制定合理的方案改善和提高电能质量。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的一个技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种电能质量
采集装置。
[0004]本发明所要解决的另一个技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种电能质量采集装置在电能质量综合分析系统中的应用方案。
[0005]本发明的电能质量采集装置技术问题通过以下技术方案予以解决。
[0006]这种电能质量采集装置，安装在监测现场，与监测现场的电压/电流互感器信号输出端及外部时钟信号输出端连接，电能质量指标包括频率、电压有效值/偏差、电流有效值/偏差，电压/电流谐波、电压/电流序分量和三相不平衡。
[0007]这种电能质量采集装置的特点是:
[0008]包括向各个组成件提供提供稳定电源的电源模块、信号输入模块、外接授时装置或者授时单元的对时模块、与所述对时模块连接的数据采集及分析模块，分别与所述信号输入模块、所述对时模块和所述数据采集及分析模块连接的背板数据总线，以及与所述数据采集及分析模块连接用于与电能质量综合分析系统通讯的以太网口，所述对时模块将外接授时装置或者授时单元的同步信号转换为外部时钟信号，向所述数据采集及分析模块和所述信号输入模块提供用作精准采样点时标的统一的同步时钟，以确保所述数据采集及分析模块采集的高精度，并由以太网口实时将采集的电能质量稳态数据和暂态数据传送至电能质量综合分析系统，实现定值配置、电能质量文件管理、展示实时波形数据和电能质量实时监测、数据导出和打印，以及电能质量分析，所述电能质量稳态数据是包括电压、电流有效值和频率的稳态参数的计算结果，所述电能质量暂态数据是暂态扰动启动判断的原始数据。
[0009]本发明的电能质量采集装置技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
[0010]所述对时模块包括用于解析控制的现场可编辑逻辑门阵列(Field ProgrammableGate Array,缩略词为FPGA)、对时CPU和恒温晶体振荡器(Oven Controlled CrystalOscillator,缩略词为OCXO)，所述对时模块通过FPGA对外接授时装置或者授时单元的1PPS、祀场仪器组(Inter-Range Instrumentation Group,缩略词为 IRIG)-B 信号进行解析，生成高精度的时钟信号，在外部卫星信号消失时，由OCXO进行精确守时，保证时间信号的正确性，卫星信号恢复后，再自动切换到外部同步时钟对时方式，所述外接授时装置或者授时单元是北斗定位系统时钟、全球定位系统(Global Positioning System,缩略词为GPS)时钟中的一种。
[0011]所述数据采集及分析模块，包括设有数据采集及预处理模块和数据分析模块的中央处理器单兀(Central Processing Unit,缩略词为CPU)、闪存(Compact Flash,缩略词为CF)器件和网口，所述数据采集及预处理模块用于同步采集多路电压/电流通道的实时数据、接收对时模块生成的高精度的时钟信号，对采样点打时标，所述CF器件为CF卡，所述CF卡用于存储CPU单元的数据分析模块生成的电能质量稳态趋势文件和暂态录波文件。
[0012]所述数据采集及预处理模块，一方面从背板数据总线上实时读取已经打时标的采样点的多路电压/电流采样数据，根据由电能质量综合分析系统通过以太网口发送的稳态定值设定内容，累积一定时间的电压/电流采样数据，持续计算电能质量稳态数据，并按预定义的数据类型将电能质量稳态数据进行保存，且通过背板数据总线将计算结果发送数据分析模块进行进一步处理；另一方面根据由电能质量综合分析系统发送的暂态扰动定值设定内容，对实时采样原始数据进行暂态扰动启动判断，若满足暂态扰动启动条件，所述实时采样原始数据即为电能质量暂态数据，并按预定义的数据类型将电能质量暂态数据进行保存，且通过背板数据总线将原始数据发送数据分析模块进行进一步处理。
[0013]所述数据分析模块分别接收所述数据采集及预处理模块的电能质量稳态数据和电能质量暂态数据。
[0014]所述数据分析模块将接收的电能质量稳态数据进行二次计算，统计二次计算出的电能质量稳态趋势数据，自动生成符合预定义结构的稳态趋势文件，在CF卡存储，并将相应的数据由以太网口发送所述电能质量综合分析系统中的后台管理机，存储在后台管理机的硬盘，所述二次计算包括计算功率、功率因数和电能，其中功率包括有功功率、无功功率和视在功率。
[0015]所述数据分析模块还根据暂态数据的时间标记及数据特征，将接收的电能质量暂态数据进行暂态扰动智能判断，所述暂态扰动智能判断是采用多种暂态电能质量分析方法分析扰动数据的有效性，对有效的暂态扰动数据，快速提取暂态电能质量信息，分析暂态扰动的起始时刻、持续时间和扰动幅值，对暂态扰动事件进行分类，将上述暂态信息分析结果自动生成预定义结构的暂态录波文件，在CF卡存储，并将相应的数据由以太网口发送所述电能质量综合分析系统中的后台管理机，存储在后台管理机的硬盘，所述暂态电能质量分析方法包括快速小波分析方法、S变换分析方法，以及时域差分分析方法。
[0016]所述数据分析模块还通过以太网口将暂态扰动启动判断的原始数据直接发送电能质量综合分析系统。
[0017]所述数据分析模块还根据用户选择的时间段和线路名，对电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波、电压波动和闪变进行统计，并生成相应的电能质量稳态统计报告。
[0018]所述数据分析模块还对每一个暂态录波文件进行离线分析，并生成相应的电能质量暂态分析报告。[0019]所述信号输入模块，包括逐级连接的多路电压/电流输入电路、隔离转换及滤波电路、电压/电流信号采样保持电路和模拟/数字(Analog/Digital，缩略词为A/D)采样电路，所述信号输入模块将监测现场的相电压互感器和三相电流互感器的信号接入所述多路电压/电流检输入电路，接收监测点的三相电压及三相电流，由所述隔离转换及滤波电路进行隔离转换与滤波，再由所述电压/电流信号采样保持电路的采样开关采取多路当前电压/电流通道模拟信号，并对当前电压/电流通道模拟信号进行保持，最后由所述A/D采样电路将多路电压/电流通道模拟信号转换为多路电压/电流通道数字信号并汇总，通过背板数据总线传送给数据采集及分析模块进行处理。
[0020]本发明的电能质量采集装置在电能质量综合分析系统中的应用技术问题通过以下技术方案予以解决。
[0021]这种电能质量采集装置在电能质量综合分析系统中的应用的特点是:
[0022]所述电能质量综合分析系统是设有嵌入式电能质量稳态/暂态综合分析软件的后台管理机，由以太网口与所述电能质量采集装置连接，接收所述电能质量采集装置实时传送的电能质量稳态数据和暂态数据，实现定值配置、电能质量文件管理、展示实时波形数据和电能质量实时监测、数据导出和打印，以及电能质量分析，所述电能质量稳态数据是包括电压、电流有效值和频率的稳态参数的计算结果，所述电能质量暂态数据是暂态扰动启动判断的原始数据。
[0023]本发明的电能质量采集装置在电能质量综合分析系统中的应用技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
[0024]所述后台管理机是PC机和工业计算机中的一种。
[0025]所述定值配置，是查看、设置和发送电能质量稳态越限及暂态扰动定值。
[0026]所述电能质量文件管理，是将所述电能质量采集装置实时传送的稳态趋势文件和暂态录波文件，存储在后台管理机的硬盘。
[0027]所述展示实时波形数据和电能质量实时监测，是对接入装置的电压电流波形数据及电能质量稳态数据进行实时显示和实时刷新。
[0028]所述数据导出和打印，是导出和打印电能质量稳态数据和电能质量暂态数据。
[0029]所述电能质量分析包括电能质量稳态统计、读稳态趋势文件、读暂态录波和电能质量暂态分析，以及电能质量综合分析。
[0030]所述电能质量稳态统计，是根据用户选择的时间段和线路名，对电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波、电压波动和闪变进行统计，并生成相应的电能质量稳态统计报告。
[0031]所述读稳态趋势文件，是根据用户选择的时间段和多个稳态参数指标，分析各个电能质量稳态参数的变化趋势及各项稳态参数对暂态事件的影响，并生成相应的电能质量稳态趋势分析报告。
[0032]所述读暂态录波和电能质量暂态分析，是根据用户选择的电能质量暂态录波文件以及统一的时间标记，自动调取暂态事件发生前一段时间的电能质量稳态数据、暂态事件发生时以及暂态事件发生后的电能质量暂态录波文件，且对每一个暂态录波文件进行离线分析，并生成相应的电能质量暂态分析报告。
[0033]所述电能质量综合分析，是根据用户选择的电能质量暂态录波文件以及统一的时间标记，自动调取暂态事件发生前一段时间、暂态事件发生时以及暂态事件发生后的电能质量稳态数据，分析各个电能质量稳态参数的变化趋势及各项稳态参数对暂态事件的影响，确定各项稳态参数在引发暂态暂态事件可能性上的权重比，精确定位电能质量暂态事件原因，并生成相应的电能质量综合分析报告。
[0034]本发明的电能质量采集装置在电能质量综合分析系统中的应用技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。
[0035]所述电能质量采集装置在电能质量综合分析系统中的应用，依次有以下的步骤:
[0036]I)输入信号A/D转换
[0037]将电能质量采集装置安装在监测现场，电能质量采集装置的信号输入模块将监测现场的相电压互感器和三相电流互感器的信号接入所述多路电压/电流检输入电路，接收监测点的多路三相电压及三相电流，由所述隔离转换及滤波电路进行隔离转换与滤波，再由所述电压/电流信号采样保持电路的采样开关采取多路当前电压/电流通道模拟信号，并对当前电压/电流通道模拟信号进行保持，最后由所述A/D采样电路将多路电压/电流通道模拟信号转换为多路电压/电流通道数字信号并汇总，通过背板数据总线传送给数据采集及分析模块进行处理；
[0038]2)采样点打时标
[0039]电能质量采集装置的对时模块通过FPGA对外接授时装置或者授时单元的1PPS、IRIG-B信号进行解析，生成高精度的外部时钟信号，对采样点打时标；
[0040]3)初步稳态参数计算
[0041]电能质量采集装置的数据采集及分析模块中的数据采集及预处理模块，从背板数据总线上实时读取已经打时标的采样点的多路电压/电流采样数据，根据由电能质量综合分析系统通过以太网口发送的稳态定值设定内容，累积一定时间的电压/电流采样数据，持续计算电能质量稳态数据，并按预定义的数据类型将电能质量稳态数据进行保存，且通过背板数据总线将计算结果发送数据分析模块进行进一步处理；
[0042]4)暂态扰动判断
[0043]电能质量采集装置的数据采集及处理模块中的数据采集及预处理模块，根据由电能质量综合分析系统发送的暂态扰动定值设定内容，对实时采样原始数据进行暂态扰动启动判断，若满足暂态扰动启动条件，所述实时采样原始数据即为电能质量暂态数据，并按预定义的数据类型将电能质量暂态数据进行保存，且通过背板数据总线将原始数据发送数据分析模块进行进一步处理；
[0044]5)稳态趋势数据计算
[0045]电能质量采集装置的数据采集及处理模块中的数据分析模块接收所述数据采集及预处理模块的电能质量稳态数据，将接收的电能质量稳态数据进行二次计算，统计二次计算出的电能质量稳态趋势数据，自动生成符合预定义结构的稳态趋势文件，在CF卡存储，并将相应的数据由以太网口发送所述电能质量综合分析系统中的后台管理机，存储在后台管理机的硬盘，所述二次计算包括计算功率、功率因数和电能，其中功率包括有功功率、无功功率和视在功率；
[0046]6)暂态电能质量判断
[0047]电能质量采集装置的数据采集及处理模块中的数据分析模块接收所述数据采集及预处理模块的电能质量暂态数据，根据暂态数据的时间标记及数据特征，将接收的电能质量暂态数据进行暂态扰动智能判断，所述暂态扰动智能判断采用多种暂态电能质量分析方法，分析扰动数据的有效性，对有效的暂态扰动数据，快速提取暂态电能质量信息，分析暂态扰动的起始时刻、持续时间、扰动幅值，对暂态扰动事件进行分类，将上述暂态信息分析结果自动生成预定义结构的暂态录波文件，在CF卡存储，并将相应的数据由以太网口发送所述电能质量综合分析系统中的后台管理机，存储在后台管理机的硬盘，所述暂态电能质量分析方法包括快速小波分析方法、S变换分析方法和时域差分分析方法；
[0048]7)生成电能质量稳态统计报告和电能质量暂态分析报告
[0049]电能质量采集装置的数据采集及处理模块中的数据分析模块根据用户选择的时间段和线路名，对电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波、电压波动和闪变进行统计，并生成相应的电能质量稳态统计报告，还对每一个暂态录波文件进行离线分析，并生成相应的电能质量暂态分析报告；
[0050]8)综合分析电能质量
[0051]根据用户选择的电能质量暂态录波文件以及统一的时间标记，自动调取暂态事件发生前一段时间、暂态事件发生时以及暂态事件发生后的电能质量稳态数据，分析各个电能质量稳态参数的变化趋势及各项稳态参数对暂态事件的影响，确定其权重比，精确定位电能质量暂态事件原因，并生成相应的电能质量综合分析报告，查看、设置和发送电能质量稳态越限及暂态扰动定值，实时展示电能质量数据的界面，以及导出和打印电能质量稳态和暂态数据。
[0052]本发明与现有技术相比的有益效果是:
[0053]本发明的电能质量采集装置基于精准的采样点时标，实时采集电能质量暂态和稳态数据，实时性高，不错过任何扰动事件，能够快速提取信号的包络，准确地定位暂态电能质量扰动发生的起始时间、持续时间、扰动幅值等暂态特征，确保暂态信息提取的正确性，将电能质量暂态和稳态相结合的综合分析应用，可以弥补电能质量暂态算法的实时性差及计算量大的缺陷，精确定位电能质量暂态事件原因，方便用户查找故障，制定符合实际的电能质量治理方案，保障电力系统和设备的安全稳定运行。本发明可以广泛用于各种电能质量及其它相关数据采集及分析场合。
【专利附图】
【附图说明】
[0054]图1是本发明【具体实施方式】的电能质量采集装置的组成方框图；
[0055]图2是本发明【具体实施方式】在电能质量综合分析系统中的应用示意图。
【具体实施方式】
[0056]下面结合【具体实施方式】并对照附图对本发明进行说明。
[0057]—种如图1?2所示的电能质量采集装置，安装在监测现场，与监测现场的电压/电流互感器信号输出端及外部时钟信号输出端连接，电能质量指标包括频率、电压有效值/偏差、电流有效值/偏差，电压/电流谐波、电压/电流序分量和三相不平衡。
[0058]本【具体实施方式】的电能质量采集装置，包括向各个组成件提供提供稳定电源的电源模块、信号输入模块、外接授时装置或者授时单元的对时模块、与对时模块连接的数据采集及分析模块，分别与信号输入模块、对时模块和数据采集及分析模块连接的背板数据总线，以及与数据采集及分析模块连接用于与电能质量综合分析系统通讯的以太网口，对时模块将外接授时装置或者授时单元的同步信号转换为外部时钟信号，向数据采集及分析模块和信号输入模块提供用作精准采样点时标的统一的同步时钟，以确保数据采集及分析模块采集的高精度，并由以太网口实时将采集的电能质量稳态数据和暂态数据传送至电能质量综合分析系统，实现定值配置、电能质量文件管理、展示实时波形数据和电能质量实时监测、数据导出和打印，以及电能质量分析，电能质量稳态数据是包括电压、电流有效值和频率的稳态参数的计算结果，电能质量暂态数据是暂态扰动启动判断的原始数据。
[0059]对时模块包括用于解析控制的现场可编辑逻辑门阵列FPGA、对时CPU和恒温晶体振荡器0CX0，对时模块通过FPGA对外接授时装置或者授时单元的1PPS、靶场仪器组IRIG-B信号进行解析，生成高精度的时钟信号，在外部卫星信号消失时，由OCXO进行精确守时，保证时间信号的正确性，卫星信号恢复后，再自动切换到外部同步时钟对时方式，外接授时单元是全球定位系统GPS时钟。
[0060]数据采集及分析模块，包括设有数据采集及预处理模块和数据分析模块的中央处理器单元CPU、闪存CF器件和网口，数据采集及预处理模块用于同步采集多路电压/电流通道的实时数据、接收对时模块生成的高精度的时钟信号，对采样点打时标，CF器件为CF卡，用于存储CPU单元的数据分析模块生成的电能质量稳态趋势文件和暂态录波文件。
[0061]数据采集及预处理模块，一方面从背板数据总线上实时读取已经打时标的采样点的多路电压/电流采样数据，根据由电能质量综合分析系统通过以太网口发送的稳态定值设定内容，累积一定时间的电压/电流采样数据，持续计算电能质量稳态数据，并按预定义的数据类型将电能质量稳态数据进行保存，且通过背板数据总线将计算结果发送数据分析模块进行进一步处理；另一方面根据由电能质量综合分析系统发送的暂态扰动定值设定内容，对实时采样原始数据进行暂态扰动启动判断，若满足暂态扰动启动条件，实时采样原始数据即为电能质量暂态数据，并按预定义的数据类型将电能质量暂态数据进行保存，且通过背板数据总线将原始数据发送数据分析模块进行进一步处理。
[0062]数据分析模块分别接收数据采集及预处理模块的电能质量稳态数据和电能质量暂态数据，将接收的电能质量稳态数据进行二次计算，统计二次计算出的电能质量稳态趋势数据，自动生成符合预定义结构的稳态趋势文件，在CF卡存储，并将相应的数据由以太网口发送电能质量综合分析系统中的后台管理机，存储在后台管理机的硬盘，二次计算包括计算功率、功率因数和电能，其中功率包括有功功率、无功功率和视在功率；数据分析模块还根据暂态数据的时间标记及数据特征，将接收的电能质量暂态数据进行暂态扰动智能判断，暂态扰动智能判断是采用多种暂态电能质量分析方法分析扰动数据的有效性，对有效的暂态扰动数据，快速提取暂态电能质量信息，分析暂态扰动的起始时刻、持续时间和扰动幅值，对暂态扰动事件进行分类，将上述暂态信息分析结果自动生成预定义结构的暂态录波文件，在CF卡存储，并将相应的数据由以太网口发送电能质量综合分析系统中的后台管理机，存储在后台管理机的硬盘，暂态电能质量分析方法包括快速小波分析方法、S变换分析方法，以及时域差分分析方法。
[0063]数据分析模块还通过以太网口将暂态扰动启动判断的原始数据直接发送电能质量综合分析系统；
[0064]数据分析模块还根据用户选择的时间段和线路名，对电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波、电压波动和闪变进行统计，并生成相应的电能质量稳态统计报告；
[0065]数据分析模块还对每一个暂态录波文件进行离线分析，并生成相应的电能质量暂态分析报告。
[0066]信号输入模块，包括逐级连接的多路电压/电流输入电路、隔离转换及滤波电路、电压/电流信号采样保持电路和模拟/数字A/D采样电路，信号输入模块将监测现场的相电压互感器和三相电流互感器的信号接入多路电压/电流检输入电路，接收监测点的三相电压及三相电流，由隔离转换及滤波电路进行隔离转换与滤波，再由电压/电流信号采样保持电路的采样开关采取多路当前电压/电流通道模拟信号，并对当前电压/电流通道模拟信号进行保持，最后由A/D采样电路将多路电压/电流通道模拟信号转换为多路电压/电流通道数字信号并汇总，通过背板数据总线传送给数据采集及分析模块进行处理。
[0067]应用本【具体实施方式】的电能质量采集装置的电能质量综合分析系统，是设有嵌入式电能质量稳态/暂态综合分析软件的后台管理机-PC机，由以太网口与电能质量采集装置连接，接收电能质量采集装置实时传送的电能质量稳态数据和暂态数据，实现定值配置、电能质量文件管理、展示实时波形数据和电能质量实时监测、数据导出和打印，以及电能质量分析，电能质量稳态数据是包括电压、电流有效值和频率的稳态参数的计算结果，电能质量暂态数据是暂态扰动启动判断的原始数据。
[0068]定值配置，是查看、设置和发送电能质量稳态越限及暂态扰动定值；
[0069]电能质量文件管理，是将所述电能质量采集装置实时传送的稳态趋势文件和暂态录波文件，存储在后台管理机的硬盘；
[0070]展示实时波形数据和电能质量实时监测，是对接入装置的电压电流波形数据及电能质量稳态数据进行实时显示和实时刷新；
[0071]数据导出和打印，是导出和打印电能质量稳态数据和电能质量暂态数据；
[0072]电能质量分析包括电能质量稳态统计、读稳态趋势文件、读暂态录波和电能质量暂态分析，以及电能质量综合分析；
[0073]所述电能质量稳态统计，是根据用户选择的时间段和线路名，对电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波、电压波动和闪变进行统计，并生成相应的电能质量稳态统计报告；
[0074]读稳态趋势文件，是根据用户选择的时间段和多个稳态参数指标，分析各个电能质量稳态参数的变化趋势及各项稳态参数对暂态事件的影响，并生成相应的电能质量稳态趋势分析报告；
[0075]读暂态录波和电能质量暂态分析，是根据用户选择的电能质量暂态录波文件以及统一的时间标记，自动调取暂态事件发生前一段时间的电能质量稳态数据、暂态事件发生时以及暂态事件发生后的电能质量暂态录波文件，且对每一个暂态录波文件进行离线分析，并生成相应的电能质量暂态分析报告；
[0076]电能质量综合分析，是根据用户选择的电能质量暂态录波文件以及统一的时间标记，自动调取暂态事件发生前一段时间、暂态事件发生时以及暂态事件发生后的电能质量稳态数据，分析各个电能质量稳态参数的变化趋势及各项稳态参数对暂态事件的影响，确定各项稳态参数在引发暂态暂态事件可能性上的权重比，精确定位电能质量暂态事件原因，并生成相应的电能质量综合分析报告。
[0077]本【具体实施方式】的电能质量采集装置在电能质量综合分析系统中的应用，依次有以下的步骤:
[0078]I)输入信号A/D转换
[0079]将电能质量采集装置安装在监测现场，电能质量采集装置的信号输入模块将监测现场的相电压互感器和三相电流互感器的信号接入多路电压/电流检输入电路，接收监测点的多路三相电压及三相电流，由隔离转换及滤波电路进行隔离转换与滤波，再由电压/电流信号采样保持电路的采样开关采取多路当前电压/电流通道模拟信号，并对当前电压/电流通道模拟信号进行保持，最后由A/D采样电路将多路电压/电流通道模拟信号转换为多路电压/电流通道数字信号并汇总，通过背板数据总线传送给数据采集及分析模块进行处理；
[0080]2)采样点打时标
[0081]电能质量采集装置的对时模块通过FPGA对外接授时单元-全球定位系统GPS时钟的1PPS、IRIG-B信号进行解析，生成高精度的外部时钟信号，对采样点打时标；
[0082]3)初步稳态参数计算
[0083]电能质量采集装置的数据采集及分析模块中的数据采集及预处理模块，从背板数据总线上实时读取已经打时标的采样点的多路电压/电流采样数据，根据由电能质量综合分析系统通过以太网口发送的稳态定值设定内容，累积一定时间的电压/电流采样数据，持续计算电能质量稳态数据，并按预定义的数据类型将电能质量稳态数据进行保存，且通过背板数据总线将计算结果发送数据分析模块进行进一步处理；
[0084]4)暂态扰动判断
[0085]电能质量采集装置的数据采集及处理模块中的数据采集及预处理模块，根据由电能质量综合分析系统发送的暂态扰动定值设定内容，对实时采样原始数据进行暂态扰动启动判断，若满足暂态扰动启动条件，实时采样原始数据即为电能质量暂态数据，并按预定义的数据类型将电能质量暂态数据进行保存，且通过背板数据总线将暂态扰动启动判断的原始数据发送数据分析模块进行进一步处理；
[0086]5)稳态趋势数据计算
[0087]电能质量采集装置的数据采集及处理模块中的数据分析模块接收数据采集及预处理模块的电能质量稳态数据，将接收的电能质量稳态数据进行二次计算，统计二次计算出的电能质量稳态趋势数据，自动生成符合预定义结构的稳态趋势文件，在CF卡存储，并将相应的数据由以太网口发送所述电能质量综合分析系统中的后台管理机，存储在后台管理机的硬盘，二次计算包括计算功率、功率因数和电能，其中功率包括有功功率、无功功率和视在功率；
[0088]6)暂态电能质量判断
[0089]电能质量采集装置的数据采集及处理模块中的数据分析模块接收所述数据采集及预处理模块的电能质量暂态数据，根据暂态数据的时间标记及数据特征，将接收的电能质量暂态数据进行暂态扰动智能判断，暂态扰动智能判断采用多种暂态电能质量分析方法，分析扰动数据的有效性，对有效的暂态扰动数据，快速提取暂态电能质量信息，分析暂态扰动的起始时刻、持续时间、扰动幅值，对暂态扰动事件进行分类，将上述暂态信息分析结果自动生成预定义结构的暂态录波文件，在CF卡存储，并将相应的数据由以太网口发送电能质量综合分析系统中的后台管理机，存储在后台管理机的硬盘，暂态电能质量分析方法包括快速小波分析方法、S变换分析方法和时域差分分析方法；
[0090]7)生成电能质量稳态统计报告和电能质量暂态分析报告
[0091]电能质量采集装置的数据采集及处理模块中的数据分析模块根据用户选择的时间段和线路名，对电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波、电压波动和闪变进行统计，并生成相应的电能质量稳态统计报告，还对每一个暂态录波文件进行离线分析，并生成相应的电能质量暂态分析报告；
[0092]8)综合分析电能质量
[0093]根据用户选择的电能质量暂态录波文件以及统一的时间标记，自动调取暂态事件发生前一段时间、暂态事件发生时以及暂态事件发生后的电能质量稳态数据，分析各个电能质量稳态参数的变化趋势及各项稳态参数对暂态事件的影响，确定其权重比，精确定位电能质量暂态事件原因，并生成相应的电能质量综合分析报告，查看、设置和发送电能质量稳态越限及暂态扰动定值，实时展示电能质量数据的界面，以及导出和打印电能质量稳态和暂态数据。
[0094]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
【权利要求】
1.一种电能质量采集装置，安装在监测现场，与监测现场的电压/电流互感器信号输出端及外部时钟信号输出端连接，电能质量指标包括频率、电压有效值/偏差、电流有效值/偏差，电压/电流谐波、电压/电流序分量和三相不平衡，其特征在于: 包括向各个组成件提供提供稳定电源的电源模块、信号输入模块、外接授时装置或者授时单元的对时模块、与所述对时模块连接的数据采集及分析模块，分别与所述信号输入模块、所述对时模块和所述数据采集及分析模块连接的背板数据总线，以及与所述数据采集及分析模块连接用于与电能质量综合分析系统通讯的以太网口，所述对时模块将外接授时装置或者授时单元的同步信号转换为外部时钟信号，向所述数据采集及分析模块和所述信号输入模块提供用作精准采样点时标的统一的同步时钟，以确保所述数据采集及分析模块采集的高精度，并由以太网口实时将采集的电能质量稳态数据和暂态数据传送至电能质量综合分析系统，实现定值配置、电能质量文件管理、展示实时波形数据和电能质量实时监测、数据导出和打印，以及电能质量分析，所述电能质量稳态数据是包括电压、电流有效值和频率的稳态参数的计算结果，所述电能质量暂态数据是暂态扰动启动判断的原始数据。
2.如权利要求1所述的电能质量采集装置，其特征在于: 所述对时模块包括用于解析控制的现场可编辑逻辑门阵列FPGA、对时CPU和恒温晶体振荡器OCXO，所述 对时模块通过FPGA对外接授时装置或者授时单元的1PPS、靶场仪器组IRIG-B信号进行解析，生成高精度的时钟信号，在外部卫星信号消失时，由OCXO进行精确守时，保证时间信号的正确性，卫星信号恢复后，再自动切换到外部同步时钟对时方式，所述外接授时装置或者授时单元是北斗定位系统时钟、全球定位系统GPS时钟中的一种。
3.如权利要求2所述的电能质量采集装置，其特征在于: 所述数据采集及分析模块，包括设有数据采集及预处理模块和数据分析模块的中央处理器单元CPU、闪存CF器件和网口，所述数据采集及预处理模块用于同步采集多路电压/电流通道的实时数据、接收对时模块生成的高精度的时钟信号，对采样点打时标，所述CF器件为CF卡，所述CF卡用于存储CPU单元的数据分析模块生成的电能质量稳态趋势文件和暂态录波文件。
4.如权利要求3所述的电能质量采集装置，其特征在于: 所述数据采集及预处理模块，一方面从背板数据总线上实时读取已经打时标的采样点的多路电压/电流采样数据，根据由电能质量综合分析系统通过以太网口发送的稳态定值设定内容，累积一定时间的电压/电流采样数据，持续计算电能质量稳态数据，并按预定义的数据类型将电能质量稳态数据进行保存，且通过背板数据总线将计算结果发送数据分析模块进行进一步处理；另一方面根据由电能质量综合分析系统发送的暂态扰动定值设定内容，对实时采样原始数据进行暂态扰动启动判断，若满足暂态扰动启动条件，所述实时采样原始数据即为电能质量暂态数据，并按预定义的数据类型将电能质量暂态数据进行保存，且通过背板数据总线将原始数据发送数据分析模块进行进一步处理。
5.如权利要求4所述的电能质量采集装置，其特征在于: 所述数据分析模块分别接收所述数据采集及预处理模块的电能质量稳态数据和电能质量暂态数据； 所述数据分析模块将接收的电能质量稳态数据进行二次计算，统计二次计算出的电能质量稳态趋势数据，自动生成符合预定义结构的稳态趋势文件，在CF卡存储，并将相应的数据由以太网口发送所述电能质量综合分析系统中的后台管理机，存储在后台管理机的硬盘，所述二次计算包括计算功率、功率因数和电能，其中功率包括有功功率、无功功率和视在功率； 所述数据分析模块还根据暂态数据的时间标记及数据特征，将接收的电能质量暂态数据进行暂态扰动智能判断，所述暂态扰动智能判断是采用多种暂态电能质量分析方法分析扰动数据的有效性，对有效的暂态扰动数据，快速提取暂态电能质量信息，分析暂态扰动的起始时刻、持续时间和扰动幅值，对暂态扰动事件进行分类，将上述暂态信息分析结果自动生成预定义结构的暂态录波文件，在CF卡存储，并将相应的数据由以太网口发送所述电能质量综合分析系统中的后台管理机，存储在后台管理机的硬盘，所述暂态电能质量分析方法包括快速小波分析方法、S变换分析方法，以及时域差分分析方法。
6.如权利要求5所述的电能质量采集装置，其特征在于: 所述数据分析模块还通过以太网口将暂态扰动启动判断的原始数据直接发送电能质量综合分析系统； 所述数据分析模块还根据用户选择的时间段和线路名，对电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波、电压波动和闪变进行统计，并生成相应的电能质量稳态统计报告； 所述数据分析模块还对每一个暂态录波文件进行离线分析，并生成相应的电能质量暂态分析报告。
7.如权利要求6所述的电能质量采集装置，其特征在于: 所述信号输入模块，包括逐级连接的多路电压/电流输入电路、隔离转换及滤波电路、电压/电流信号采样保持电路和模拟/数字Α/D采样电路，所述信号输入模块将监测现场的相电压互感器和三相电流互感器的信号接入所述多路电压/电流检输入电路，接收监测点的三相电压及三相电流，由所述隔离转换及滤波电路进行隔离转换与滤波，再由所述电压/电流信号采样保持电路的采样开关采取多路当前电压/电流通道模拟信号，并对当前电压/电流通道模拟信号进行保持，最后由所述Α/D采样电路将多路电压/电流通道模拟信号转换为多路电压/电流通道数字信号并汇总，通过背板数据总线传送给数据采集及分析模块进行处理。
8.如权利要求1-7任意一项所述的电能质量采集装置在电能质量综合分析系统中的应用，其特征在于: 所述电能质量综合分析系统是设有嵌入式电能质量稳态/暂态综合分析软件的后台管理机，由以太网口与所述电能质量采集装置连接，接收所述电能质量采集装置实时传送的电能质量稳态数据和暂态数据，实现定值配置、电能质量文件管理、展示实时波形数据和电能质量实时监测、数据导出和打印，以及电能质量分析，所述电能质量稳态数据是包括电压、电流有效值和频率的稳态参数的计算结果，所述电能质量暂态数据是暂态扰动启动判断的原始数据。
9.如权利要求8所述的电能质量采集装置在电能质量综合分析系统中的应用，其特征在于: 所述后台管理机是PC机和工业计算机中的一种； 所述定值配置，是查看、设置和发送电能质量稳态越限及暂态扰动定值； 所述电能质量文件管理，是将所述电能质量采集装置实时传送的稳态趋势文件和暂态录波文件，存储在后台管理机的硬盘； 所述展 示实时波形数据和电能质量实时监测，是对接入装置的电压电流波形数据及电能质量稳态数据进行实时显示和实时刷新； 所述数据导出和打印，是导出和打印电能质量稳态数据和电能质量暂态数据； 所述电能质量分析包括电能质量稳态统计、读稳态趋势文件、读暂态录波和电能质量暂态分析，以及电能质量综合分析； 所述电能质量稳态统计，是根据用户选择的时间段和线路名，对电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波、电压波动和闪变进行统计，并生成相应的电能质量稳态统计报告； 所述读稳态趋势文件，是根据用户选择的时间段和多个稳态参数指标，分析各个电能质量稳态参数的变化趋势及各项稳态参数对暂态事件的影响，并生成相应的电能质量稳态趋势分析报告； 所述读暂态录波和电能质量暂态分析，是根据用户选择的电能质量暂态录波文件以及统一的时间标记，自动调取暂态事件发生前一段时间的电能质量稳态数据、暂态事件发生时以及暂态事件发生后的电能质量暂态录波文件，且对每一个暂态录波文件进行离线分析，并生成相应的电能质量暂态分析报告； 所述电能质量综合分析，是根据用户选择的电能质量暂态录波文件以及统一的时间标记，自动调取暂态事件发生前一段时间、暂态事件发生时以及暂态事件发生后的电能质量稳态数据，分析各个电能质量稳态参数的变化趋势及各项稳态参数对暂态事件的影响，确定各项稳态参数在引发暂态暂态事件可能性上的权重比，精确定位电能质量暂态事件原因，并生成相应的电能质量综合分析报告。
10.如权利要求8或9所述的电能质量采集装置在电能质量综合分析系统中的应用，其特征在于: 依次有以下的步骤: D输入信号a/d转换 将电能质量采集装置安装在监测现场，电能质量采集装置的信号输入模块将监测现场的相电压互感器和三相电流互感器的信号接入所述多路电压/电流检输入电路，接收监测点的多路三相电压及三相电流，由所述隔离转换及滤波电路进行隔离转换与滤波，再由所述电压/电流信号采样保持电路的采样开关采取多路当前电压/电流通道模拟信号，并对当前电压/电流通道模拟信号进行保持，最后由所述Α/D采样电路将多路电压/电流通道模拟信号转换为多路电压/电流通道数字信号并汇总，通过背板数据总线传送给数据采集及分析模块进行处理； 2)采样点打时标 电能质量采集装置的对时模块通过FPGA对外接授时装置或者授时单元的1PPS、IRIG-B信号进行解析，生成高精度的外部时钟信号，对采样点打时标； 3)初步稳态参数计算 电能质量采集装置的数据采集及分析模块中的数据采集及预处理模块，从背板数据总线上实时读取已经打时标的采样点的多路电压/电流采样数据，根据由电能质量综合分析系统通过以太网口发送的稳态定值设定内容，累积一定时间的电压/电流采样数据，持续计算电能质量稳态数据，并按预定义的数据类型将电能质量稳态数据进行保存，且通过背板数据总线将计算结果发送数据分析模块进行进一步处理； 4)暂态扰动判断 电能质量采集装置的数据采集及处理模块中的数据采集及预处理模块，根据由电能质量综合分析系统发送的暂态扰动定值设定内容，对实时采样原始数据进行暂态扰动启动判断，若满足暂态扰动启动条件，所述实时采样原始数据即为电能质量暂态数据，并按预定义的数据类型将电能质量暂态数据进行保存，且通过背板数据总线将暂态扰动启动判断的原始数据发送数据分析模块进行进一步处理； 5)稳态趋势数据计算 电能质量采集装置的数据采集及处理模块中的数据分析模块接收所述数据采集及预处理模块的电能质量稳态数据，将接收的电能质量稳态数据进行二次计算，所述二次计算包括计算功率、功率因数和电能，其中功率包括有功功率、无功功率和视在功率，统计二次计算出的电能质量稳态趋势数据，自动生成符合预定义结构的稳态趋势文件，在CF卡存储，并将相应的数据由以太网口发送所述电能质量综合分析系统中的后台管理机，存储在后台管理机的硬盘； 6)暂态电能质量判断 电能质量采集装置的数据采集及处理模块中的数据分析模块接收所述数据采集及预处理模块的电能质量暂态数据，根据暂态数据的时间标记及数据特征，将接收的电能质量暂态数据进行暂态扰动智能判断，所述暂态扰动智能判断采用多种暂态电能质量分析方法，所述暂态电能质量分析方法包括快速小波分析方法、S变换分析方法和时域差分分析方法，分析扰动数据的有效性，对有效的暂态扰动数据，快速提取暂态电能质量信息，分析暂态扰动的起始时刻、持续时间、扰动幅值，对暂态扰动事件进行分类，将上述暂态信息分析结果自动生成预定义结构的暂态录波文件，在CF卡存储，并将相应的数据由以太网口发送所述电能质量综合分析系统中的后台管理机，存储在后台管理机的硬盘； 7)生成电能质量稳态统计报告和电能质量暂态分析报告 电能质量采集装置的数据采集及处理模块中的数据分析模块根据用户选择的时间段和线路名，对电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波、电压波动和闪变进行统计，并生成相应的电能质量稳态统计报告，还对每一个暂态录波文件进行离线分析，并生成相应的电能质量暂态分析报告； 8)综合分析电能质量 根据用户选择的电能质量暂态录波文件以及统一的时间标记，自动调取暂态事件发生前一段时间、暂态事件发生时以及暂态事件发生后的电能质量稳态数据，分析各个电能质量稳态参数的变化趋势及各项稳态参数对暂态事件的影响，确定其权重比，精确定位电能质量暂态事件原因，并生成相应的电能质量综合分析报告，查看、设置和发送电能质量稳态越限及暂态扰动定值，实时展示电能质量数据的界面，以及导出和打印电能质量稳态和暂态数据。
【文档编号】G01R31/00GK103969526SQ201410175895
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】赵忠, 唐丽 申请人:深圳市双合电气股份有限公司