分布集中式的全频域录波系统的制作方法

本发明涉及电力领域，尤其涉及一种分布集中式的全频域录波系统。

背景技术：

传统电力系统接入大量电力电子设备，系统电力电子化特征日益凸显，给电网引入了次同步振荡、高次谐波等不同频率的暂态干扰，使得系统故障后稳定形态更加复杂，影响范围大幅拓展，运行风险不断增加。故障录波器联网实现了故障录波数据远传至各级调度主站，为调度值班员及继电保护专业人员提供了故障分析与故障处理的宝贵现场资料，提高了调度部门处理电力系统事故的快速反应能力。

现有的录波器包括：信号检测模块、监测模块以及主站，检测模块分别与电网中的a相、b相、c相线路连接以获取其电压、电流信号分别得到电压、电流波形；监测模块与信号检测模块连接，用于故障波形的缓存及转发；主站用于故障波形的存储及分析。

全频域录波系统对于数据的缓存与分析设备的软硬要求较高，需要根据系统的实时运行情况，自适应实现10khz全程低速录波和10mhz暂态高速暂态录波，并对录波数据进行有效的分析、存储与处理。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出一种分布集中式的全频域录波系统。

一种分布集中式的全频域录波系统，包括：三个信号检测模块、分别与三个信号检测模块相通讯的监测模块以及与监测模块相通讯的主站，其中，每个信号检测模块分别就近连接在a相或b相或c相线路的输出端，三个信号检测模块之间相互通讯，当其中一个信号检测模块检测到触发信号时，同步触发其他两个信号检测模块，三个信号检测模块同时进行高频数据采集。

优选的，所述信号检测模块包括两个检测单元以及分别与其中一个检测单元连接的电压互感器、电流互感器，所述电压互感器、电流互感器分别连接在a相或b相或c相线路的输出端，所述检测单元用于数据的采集及分析处理。

优选的，所述检测单元包括分压调频电路、低频信号调理电路、高频信号调理电路、低速a/d转换电路、高速a/d转换电路、fpga芯片、cpu处理器以及通信电路；所述分压调频电路连接电压互感器或电流互感器，用于对输入信号进行降压、调频；所述低频信号调理电路连接分压调频电路，用于低通滤波且抬升电平以满足低速a/d转换电路的输入量程范围；所述高频信号调理电路连接分压调频电路，用于将输入信号单端转为差分信号；所述低速a/d转换电路连接低频信号调理电路，用于将调理后的低速采样信号进行a/d转换，并通过spi串行接口输出到fpag芯片；所述高速a/d转换电路连接高频信号调理电路，用于将调理后的高速采样信号进行a/d转换，并通过并行接口输出到fpag芯片；所述fpga芯片连接低速a/d转换电路、高速a/d转换电路，用于采样信号的处理分析得到波形；所述cpu处理器连接fpga芯片，用于参数存储以及接口设置；所述通信电路连接fpga芯片、cpu处理器，用于数据的传输。

优选的，所述监测模块包括光纤配线架、光纤交换机、数据集中器、电口交换机；所述光纤交换机通过光纤配线架与信号检测模块连接，用于与信号检测模块进行数据交换；所述数据集中器一端连接光纤交换机，另一端通过电口交换机连接主站，用于对光纤交换机传输的数据进行集中并通过电口交换机传输到主站。

优选的，所述监测模块还包括时钟扩展模块，所述主站包括时钟模块，所述时钟扩展模块一端与主站内的时钟模块连接，另一端通过光纤配线架与信号检测模块连接，用于主站、监测模块、信号检测模块的时间的同步。

优选的，所述监测模块还包括双电源切换装置，所述双电源切换装置一端通过光纤交换机分别与数据集中器、电口交换机、时钟扩展模块连接，另一端分别与主电源模块、备用电源模块连接，用于主电源模块因故停电自动切换到备用电源模块。

优选的，所述主站包括数据存储模块和分析模块，所述数据存储模块用于回召缓存的暂态录波数据，并利用大容量硬盘进行长期存储；所述分析模块利用暂态时频数学算法对暂态录波数据的暂态时频特性进行分析与展示

通过使用本发明，可以实现以下效果：每个信号检测模块分别就近连接在a相、b相、c相线路的输出端，三个信号检测模块之间相互通讯，当其中一个信号检测模块检测到触发信号时，同步触发其他两个信号检测模块，三个信号检测模块同时进行高频录波，减小了故障波形漏录的概率；主站对各相电流、电压数据进行自适应的记录，可以支撑全频域录波数据的存储与分析。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例的整体模块连接图；

图2是本发明实施例中信号检测模块的模块连接图；

图3是本发明实施例中检测单元的模块连接图；

图4是本发明实施例中分压调频电路的电路原理图；

图5是本发明实施例中监测模块的模块连接图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，一种分布集中式的全频域录波系统，包括：三个信号检测模块、分别与三个信号检测模块相通讯的监测模块以及与监测模块相通讯的主站，其中，每个信号检测模块分别就近连接在a相、b相、c相线路的输出端，三个信号检测模块之间相互通讯，当其中一个信号检测模块检测到触发信号时，同步触发其他两个信号检测模块，三个信号检测模块同时进行高频数据采集。

结合附图2，具体的，信号检测模块包括两个检测单元以及分别与其中一个检测单元连接的电压互感器、电流互感器，电压互感器、电流互感器分别连接在a相或b相或c相线路的输出端，检测单元用于数据的采集及分析处理。电压互感器、电流互感器均采用电磁感应原理，电流互感器是将大电流变换成小电流(5a以下)，电压互感器是将高电压变换成低电压(100v以下)，然后两个检测单元分别对小电流和低电压进行数据的采集，并分析处理得到电流信号、电压信号的输出波形。

结合附图3，其中，检测单元包括分压调频电路、低频信号调理电路、高频信号调理电路、低速a/d转换电路、高速a/d转换电路、fpga芯片、cpu处理器、通信电路、参数存储以及接口、静态ram以及ddr3。其中，通信电路包括以太网光纤通信电路、光纤录波触发电路以及光纤b码通信电路。

结合附图4，分压调频电路连接电压互感器或电流互感器，用于对输入信号进行降压、调频。分压调频电路包括电阻r3、r4、r5,、电容c1、c7、c8，r3、r4、r5组成50:1电压衰减网络；c1、c6、c7、c8组成频响调节电路。

低频信号调理电路连接分压调频电路，用于低通滤波且抬升电平以满足低速a/d转换电路的输入量程范围。低频信号调理电路包括依次连接的一级射极跟随器、4阶巴特沃斯低通滤波器以及加法器。分压调频电路输出首先经过一级射极跟随器改变输入输出阻抗；然后经过4阶巴特沃斯低通滤波器，1khz@-3db；最后通过加法器抬升电平使电压满足a/d输入量程范围。

高频信号调理电路连接分压调频电路，用于将输入信号单端转为差分信号。高频信号调理电路包括一级高速射随器、差分放大器。分压调频电路输出首先经过一级高速射随器改变输入输出阻抗；然后通过差分放大器单端转为差分信号。

低速a/d转换电路连接低频信号调理电路，用于将调理后的低速采样信号进行a/d转换，并通过spi串行接口输出到fpag芯片。低速a/d转换电路包括低速a/d采集芯片，低速a/d采集芯片采用ti公司的ads8329(16-bit，1msps，ads，serialspiinterface)。低频采集a/d芯片转换输出的电压数据，经过fpga芯片缓冲到内部静态ram。双口ram分2块区域，第1块写满时，再写第2块，形成1-2循环存储确保录波数据的完整性；cpu处理器通过判断写满标记，读取对应区域的静态ram数据。然后采集数据分析并通过以太网实时发出波形数据。

高速a/d转换电路连接高频信号调理电路，用于将调理后的高速采样信号进行a/d转换，并通过并行接口输出到fpag芯片。高速a/d转换电路包括高频采集a/d芯片，高频采集a/d芯片转换输出的电压数据，经过fpga芯片缓冲到内部静态ram，再通过内部逻辑读取静态ram数据保存到ddr3的实时波形存储区域，当有录波触发信号时，提取相应实时波形数据、触发时刻、触发相(a/b/c相)、触发方式等至ddr3录波存储区域；cpu处理器通过fpga芯片中的静态ram访问ddr3获取录波数据。

fpga(field－programmablegatearray)芯片连接低速a/d转换电路、高速a/d转换电路，用于采样信号的处理分析得到波形。fpga芯片是在pal、gal、cpld等可编程器件的基础上进一步发展的产物。根据需要通过可编辑的连接把fpga内部的逻辑块连接起来，就可以完成所需要的逻辑功能。

cpu处理器连接fpga芯片，用于参数存储以及接口设置，采用arm7系列stm32f103处理器作为cpu处理核心。

通信电路连接fpga芯片、cpu处理器，用于数据的传输。信号检测模块与外部数据通讯发送接收均采用光纤方式，光纤传输带宽大、衰减小，即使处于电磁波很强的环境中也不受干扰。太网光纤通信电路采用tcp/ip光纤网口，用于采集到的数据的传输；光纤录波触发电路用于触发信号的传输；光纤b码通信电路用于对时同步。

结合附图5，监测模块包括光纤配线架、光纤交换机、数据集中器、电口交换机、时钟扩展模块、双电源切换装置。

光纤交换机通过光纤配线架与信号检测模块连接，用于与信号检测模块进行数据交换；数据集中器一端连接光纤交换机，另一端通过电口交换机连接主站，用于负责每相检测模块的参数设置、数据采集、录波文件重现等功能。远程主站数据传递工作也由数据集中器负责完成；时钟扩展模块一端与主站内的时钟模块连接，另一端通过光纤配线架与信号检测模块连接，用于主站、监测模块、信号检测模块的时间的同步；双电源切换装置一端通过光纤交换机分别与数据集中器、电口交换机、时钟扩展模块连接，另一端分别与主电源模块、备用电源模块连接，用于主电源模块因故停电自动切换到备用电源模块；光纤配线架，对从每个信号检测模块接入的多模12芯光缆进行分配，其中的5芯分别用于：光纤以太网发送、光纤以太网接收、同步触发发送、同步触发接收、光纤b码。

主站包括数据存储模块和分析模块，所述数据存储模块用于回召缓存的暂态录波数据，并利用大容量硬盘进行长期存储；所述分析模块利用暂态时频数学算法对暂态录波数据的暂态时频特性进行分析与展示。其中，暂态时频数学算法为现有技术，在本实施例中不对其进行展开说明。

在本实施例中，触发信号包括：手动触发、过电压触发、电压有效值上限触发、电压有效值下限触发、电压暂态扰动触发、电流有效值上限触发、过电流触发、电流暂态扰动触发等触发方式。正常情况下，信号检测模块采用低频信号对数据进行采集，当采集到的信号满足上述任何一种触发方式时，同步触发其他两个信号检测模块，三个信号检测模块同时进行高频数据采集，得到电流和电压波形。三个信号检测模块获取的低频全程录波数据及高频触发录波数据发送到数据集中器，数据集中器每隔一段时间将数据发送到主站，主站对波形进行分析得到故障原因。这样的数据采集方式减小了故障波形漏录的概率，同时也更有利于根据波形对故障进行分析。

本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。