专利名称：一种用于智能电网的监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于智能电网的监测系统，属于输电设备技术领域。
技术背景
随着电网技术的进一步发展，实现电网可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安 全的目标成为国内外电力技术发展的主要方向。智能电网概念的提出，受到世界各国的广 泛关注。智能电网建设已经成为未来电网建设发展的主要方向之一。伴随着智能电网概念 的提出，用于电网的相应设备也需满足智能化的特点。作为电力系统测量的基本设备，互感 器在智能电网建设的过程中也面临新的要求，同时对于智能电网各项参数的监测手段也面 临新的提升。借助互感器设备开展智能电网监测研究项目具有极大的优势和必要性，应用 前景可观。
目前电网应用的互感器主要有电磁式互感器和电子式互感器两类。电磁式互感器 包括电磁式电压互感器和电磁式电流互感器，工作原理为电磁感应定律。但随着电力传输 容量的增加，运行电压越来越高，电磁式互感器暴露出绝缘要求高、磁饱和、铁磁谐振、动态 范围小、频带窄以及有油易燃、易爆炸等缺点。电子式互感器包括电子式电压互感器和电子 式电流互感器，基于光学和电子学原理，依赖电子元件取样、处理乃至输出信号。与电磁式 互感器相比，电子式互感器具有绝缘性能优良、造价低、无磁饱和及铁磁谐振现象、抗电磁 干扰性好、危险系数低、频率响应范围宽等优点。发明内容
本发明的目的是提出一种用于智能电网的监测系统，本系统由在电网线路中的多 组电子式电压互感器、电子式电流互感器和合并及信号处理模块构成，同时外接授时模块 对合并及信号处理模块中的合并单元进行精确同步授时，通过网络通信传送，对输出信号 数据进行计算、传输和综合处理。
本发明提出的用于智能电网的监测系统，包括
多个电子式电流互感器，分别用于获取电网中各条线路的电流，多个电子式电流 互感器分别串联在电网的各条线路上，所有电子式电流互感器同时与合并及信号处理模块 相连；
多个电子式电压互感器，分别用于获取电网中各条线路的电压，多个电子式电压 互感器分别并联在电网的各条线路上，所有电子式电压互感器同时与合并及信号处理模块 相连；
合并及信号处理模块，包含合并单元和信号处理模块，用于同步采集来自多个电 流互感器的电流信号和来自多个电压互感器的电压信号，对数据进行计算，并将结果汇总 到合并单元，以标准信号形式输出，同时与授时模块相连进行授时，并将同步时间授予各个 电子式电流互感器和电子式电压互感器。
授时模块，用于对合并及信号处理模块进行授时。
本发明提出的用于智能电网的监测系统，其优点如下
1、本系统能够实现传统互感器对电网电压、电流测量与保护的功能，并具有频响 特性好、动态范围大、准确性高等特点。
2、本系统可以对电网中电能参数进行实时计算，包括有功功率、无功功率等。
3、本系统可以进行电能质量分析，包括频率、谐波分量等。
4、本系统可以实现对电网线路故障的迅速准确定位，具有线路故障定位功能。
5、本系统可以实时记录电网线路中电压、电流波形，具有录波器功能。
图1是本发明提出的用于智能电网的监测系统的结构框图(以三相三线制线路为 例)。
图2是利用本发明的监测系统进行电网线路故障定位的工作线路图。
具体实施方式
本发明提出的用于智能电网的监测系统，其结构如图1所示，包括
多个电子式电流互感器，分别用于获取电网中各条线路的电流，多个电子式电流 互感器分别串联在电网的各条线路上，所有电子式电流互感器同时与合并及信号处理模块 相连；
多个电子式电压互感器，分别用于获取电网中各条线路的电压，多个电子式电压 互感器分别并联在电网的各条线路上，所有电子式电压互感器同时与合并及信号处理模块 相连；
合并及信号处理模块，包含合并单元和信号处理模块，用于同步采集来自多个电 流互感器的电流信号和来自多个电压互感器的电压信号，对数据进行计算，并将结果汇总 到合并单元，以标准信号形式输出，同时与授时模块相连进行授时，并将同步时间授予各个 电子式电流互感器和电子式电压互感器。
授时模块，用于对合并及信号处理模块进行授时。
本发明提出的用于智能电网的监测系统，可根据电子式互感器得到的电压、电流 信号，借助GPS同步相量测量技术(PMU装置)实现电网中的电能计量，得到实时的相角、 电能、有功功率、无功功率等电网参数。同时，由于电子式互感器的频率范围主要取决于相 关的电子线路部分，频率响应范围宽，一般可设计到0到1MHz，特殊的可设计到200MHz的 带宽，所以本发明提出的用于智能电网的监测系统可以测量高压电力线上的谐波和瞬态信 号，并将谐波信号传送到合并及信号处理模块(内置CPU模块)，从而使对谐波电能的准确 计量成为可能。在信号传输过程中，使用光纤设备和数字接口，由于电子式互感器不会出现 磁饱和及铁磁谐振等问题，电能计量误差也得到大幅度减小。
本发明提出的用于智能电网的监测系统，可以对电网进行电能质量分析，能够对 各种电能质量指标进行在线实时检测，同时由于采样频率高，可以对谐波及间谐波信号的 幅值、相位等进行较准确地检测、捕捉快速变化的扰动波形。本系统安装的先进信号处理单 元可对监测得到的大量数据进行优化、识别等相关处理，实现对电能质量信息的初步分析 和自动辨识，同时能够向电路中的保护设备提供实时信息，确保电网线路的安全。4
对于位于A、B两地的两处变电站，分别配备一套本发明的监测系统，且进行同步 授时，工作简图如图2所示。一旦电网线路中发生故障，该系统可以进行线路故障定位。在 线路两端同时运用两套该系统进行同步数据采样，由授时模块进行同步授时，通过对两组 数据的分析即可确定线路中的故障位置。这种双端同步采样法只需要运用线路参数和两端 的电压电流测量值，与电路中的过渡电阻无关，减小了运算误差。线路一端的监测系统得到 的输出信号可以通过远程控制模块中的工控机与线路另一端的监测系统进行数据交换，从 而完成双端行波测距，确定故障位置。当检测到故障时，即可利用故障后2 3个周期的 两端同步的电压电流数据进行定位计算。本装置中使用的互感器在较大短路电流时不会饱 和，具有较好的测量线性度，从而使得定位的精度较高。对于位于A、B、C、D……多处的若干 变电站，分别配备一套本发明的监测系统，即可实现任意相邻两站之间电网线路的故障定 位功能。
此外，本发明提出的用于智能电网的监测系统，还具有录波器的功能，能够对线路 中电压、电流信号进行有效的录波。该系统能满足高采样率的录波功能，可以实现每周波 256点以上的采样率。同时录波功能可由多种方式触发，如通过控制中心发送指令或者对 电能质量进行监测时自动触发等。合并及信号处理模块能够对记录下的同步电压电流波形 数据进行缓存，并通过通信线路及时向上传输至控制中心。录波结果不仅能显示电力系统 运行过程中主要变量的全过程变化现象，还可以记录下继电保护与安全自动装置的动作行 为，为人们实时决策和事后分析提供了宝贵的数据。由于采用的电子式互感器不会出现饱 和现象，且输出为数字信号，所以不会出现录波中普遍存在的非周期分量电流使得互感器 饱和，从而使录波器记录的数据严重失真的问题。因此，该互感器能够很容易地实现高保真 的录波结果。
本发明提出的用于电网量测的多功能互感器中，使用的电流互感器和电压互感器 可以使用清华大学研制的高精度电子式互感器，型号分别为THECT和THEVT ；使用的合并及 信号处理模块，由信号处理单元和合并单元构成，信号处理单元可以使用英国ARM设计的 ARM9系列处理器，合并单元可以使用清华大学研制的合并单元，型号为THMU ；使用的授时 模块，可使用我国北斗公司研发的授时型用户级，型号为BDTH-BD1/GPS。
权利要求
1. 一种用于智能电网的监测系统，其特征在于该系统包括多个电子式电流互感器，分别用于获取电网中各条线路的电流，多个电子式电流互感 器分别串联在电网的各条线路上，所有电子式电流互感器同时与合并及信号处理模块相 连；多个电子式电压互感器，分别用于获取电网中各条线路的电压，多个电子式电压互感 器分别并联在电网的各条线路上，所有电子式电压互感器同时与合并及信号处理模块相 连；合并及信号处理模块，包含合并单元和信号处理模块，用于同步采集来自多个电流互 感器的电流信号和来自多个电压互感器的电压信号，对数据进行计算，并将结果汇总到合 并单元，以标准信号形式输出，同时与授时模块相连进行授时，并将同步时间授予各个电子 式电流互感器和电子式电压互感器。授时模块，用于对合并及信号处理模块进行授时。
全文摘要
本发明涉及一种用于智能电网的监测系统，属于输电设备技术领域。本系统包括多个用于获取电网中各条线路电流的电子式电流互感器，用于获取电网中各条线路电压的多个电子式电压互感器，用于合并和处理来自多个电流互感器的电流信号和来自多个电压互感器电压信号的合并及信号处理模块，用于对合并及信号处理模块进行授时的授时模块。本发明系统能够实时进行电网电能测试、电能质量分析和电网线路故障定位。此外，该系统还具有录波器的功能，能够实现对线路中电压、电流信号进行录波。
文档编号H02J13/00GK102035261SQ201010608469
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者张贵新, 李广滨, 王蓓 申请人:清华大学