一种发电机励磁系统状态广域实时获取系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种发电机励磁系统状态广域实时获取系统，包括：一数据采集系统、一数据传输系统和一数据存储系统，所述数据采集系统通过数据传输系统连接数据存储系统，将数据传输给所述数据存储系统。与现有技术相比，本发明能实时同步获取包括励磁变状态、发电机组状态、调节器状态、功率单元状态、转子及灭磁状态等发电机励磁系统相关状态，不仅为调度中心获取励磁系统同步状态数据提供了工具，还为励磁系统的状态检修提供了数据信息。
【专利说明】一种发电机励磁系统状态广域实时获取系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种发电机系统状态广域实时获取系统，尤其涉及一种发电机励磁系 统状态广域实时同步获取系统。
【背景技术】
[0002] 广域电网互联实现了各区域电网之间互为备用、紧急事故支援，促进电力市场开 发等联网效益，但电网规模的扩大、电网结构的复杂性以及各种新型输电技术的采用，使得 电力系统的动态行为越来越复杂。因此，电网的稳定性实时监测和控制就显得越来越重要 了。
[0003] 电网稳定计算表明电网中已然存在诸多小干扰稳定、电压稳定、暂态稳定的问题， 而伴随国内特高压电网建设、交直流电网混联、三华联网等重大电网工程的实施，电网规模 在迅速扩大，电网的结构和运行方式空前复杂，电网干扰稳定问题日益凸显。
[0004] 励磁系统是同步发电机的重要组成部分，是发电机的关键控制设备之一，其对发 电机的运行可靠性、经济性和其他特性都有直接的影响。良好的励磁系统可以有效地提高 电力系统及发电机稳定极限水平和运行技术经济指标。
[0005] 发电机励磁系统模型作为电力系统机电暂态数学模型的重要组成部分，其模型参 数的准确性直接决定了电力系统稳定计算的正确性和可信度，进而影响系统运行控制措施 的制定与实施。
[0006] 当前，电网调度部门能量管理系统（EMS)中高级应用模块（PAS)采用的励磁系统 模型，其模型参数的整定一般是在发电机组首次并网交接试验中确定的。随着机组工作时 间的积累，励磁系统性能难以避免会发生下降，其对应的励磁系统模型参数势必也发生变 化。但电网调度部门由于缺少励磁系统并网后的实测数据，其励磁系统模型存在不更新或 更新不及时的问题。由此导致电网调度部门在电网稳定性分析计算中依据的励磁系统模型 由于缺乏比对数据不能得到及时的修正，使计算结果的正确性和可信度降低。
[0007] 传统的以数据采集和监控/能量管理系统（SCADA/EMS)为代表的监测系统是建立 在稳态潮流水平上的电力系统运行监测工具，但它缺乏数据同步能力，且采样率低，使之无 法满足监测发电机励磁系统的动态监测和专业数据分析的需求。设置在各发电厂和变电站 的故障录波仪能记录电磁暂态过程，然而录波数据的时间没有统一的时间标准，记录数据 只能做局部有效，不能用来做全系统的动态分析，且电网动态过程的分析往往需要长时间 记录的电压、电流等同步相量数据进行比对和分析，而目前的监测系统录波时间较短，因此 一般适合严重故障后的事故分析，不能完全满足全电网动态过程的分析，尤其是长过程的 分析。而获取励磁系统实时信息，对实现机网协调过程的动态跟踪和管理，增强调度对涉网 机组励磁系统的管理、考核能力；同时，励磁同步实时数据，对电网运行方式稳定性，对系统 仿真、模型校验、稳定性分析和评价均具有有重要的价值。另一方面，对发电机励磁系统进 行实时的状态监测也是对其进行状态维修的基础。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种发电机励磁系 统状态广域实时获取系统，该系统能实时获取发电机励磁系统相关状态，包括励磁变状态、 发电机组状态、调节器状态、功率单元状态、转子及灭磁状态等，具有广域同步对时功能，能 提供实时带时标的状态数据。
[0009] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0010] -种发电机励磁系统状态广域实时获取系统，包括：一数据米集系统、一数据传输 系统和一数据存储系统，所述数据采集系统通过数据传输系统连接数据存储系统，将数据 传输给所述数据存储系统；
[0011] 其中，所述的数据采集系统包括：
[0012] 至少一个第一 GPS接收模块，其从GPS卫星接收GPS时间系统的时间信息；
[0013] 与第一 GPS接收模块数量相同的智能电子设备测量模块，其与所述的第一 GPS接 收模块对应连接，以对应接收第一 GPS接收模块传输的时间信息；所述的智能电子设备测 量模块根据接收到的时间信息，同步测量发电机励磁系统的状态信号，并实时输出带时标 的状态信号；
[0014] 一数据采集模块，其与所述智能电子设备测量模块连接，以接收各智能电子设备 测量模块传输的发电机励磁系统的状态信号；所述数据采集模块还与所述数据传输系统连 接；
[0015] 所述数据存储系统包括：
[0016] 一第二GPS接收模块，其从GPS卫星接收GPS时间系统的时间信息；
[0017] 一数据库服务器，其与所述第二GPS接收模块连接，所述数据库服务器提供一通 信接口，通过该通信接口与电力调度中心连接，进行数据交换。
[0018] 所述数据传输系统包括相互连接的通信接口和通讯网络，所述通信接口连接数据 采集系统，与接收所述数据采集系统的输出信号，所述通讯网络与所述数据存储系统相连。
[0019] 所述数据存储系统还包括一数据存储模块，该数据存储模块与所述数据库服务器 连接。
[0020] 智能电子设备测量模块所测量的发电机励磁系统的状态信号包括：三相电压相 量、三相电流相量、有功功率、无功功率、系统频率、开关量状态、非交流电压电流信号的至 少其中之一。
[0021] 所述发电机励磁系统的状态信号还包括：发电机内电势和发电机功角。
[0022] 所述数据存储系统接收一远程触发信号或一就地触发信号，以从数据采集系统获 得数据。
[0023] 所述数据存储系统采用在若干高速缓存间循环存储的方法存储数据。
[0024] 所述数据存储系统存储数据的过程为：在发电机系统有故障时，保留故障前后一 段时间的数据并开始上传到当前高速缓存，在结束上传后调用下一高速缓存；在发电机系 统无故障时，在当前高速缓存进行循环存储。
[0025] 所述数据存储系统的数据库服务器包括实时数据库和历史数据库。
[0026] 所述数据库服务器还提供一通信接口，通过该通信接口与机组工作站连接，进行 数据交换。
[0027] 数据采集系统数据采集的速率是可设定的。
[0028] 在本技术方案中，数据采集系统通过数据传输系统向数据存储系统传送实时监测 数据、录波数据、状态信息以及请求信息；实时数据的传输速度是可设定的；输出时延，即 实时监测数据时标与数据输出时刻之时间差不大于30ms ;具备同时和多个主站通信的能 力，子站和多个主站之间的通信互不干扰；通信协议符合《电力系统实时动态监测系统技术 规范》的要求。
[0029] 数据存储系统连续实时记录三相电压相量、三相电流相量、有功功率、无功功率、 系统频率、开关量状态、非交流电压电流信号；安装在发电厂时还连续实时记录发电机内电 势；当电力系统发生扰动或同步信号异常时，系统根据时标建立事件标识，以方便用户获取 事件发生时段的实时记录数据；当系统发生以下的扰动事件时，启动暂态录波：频率越限、 频率变化率越限，电压越限、电压突变越限，正序、负序、零序电压越限，电流越限，电流突变 越限，正序、负序、零序电流越限；建立数据库。
[0030] 本发明所述的发电机励磁系统状态广域实时获取系统在暂态录波时，数 据采样速率不低于4800点/秒，即96点/周期；暂态数据记录格式符合ANSI/ IEEEC37. 111-1991 (C0MTRADE)要求。
[0031] 由于监测信息数据量十分庞大，因此可以充分利用计算机技术对这些数据进行管 理，从制度上和技术上保证它们得到有效应用，可以采用开放的数据库结构，有条件时建立 统一的数据分析平台。本系统中为了保证对在线监测获取的海量数据的科学管理和有效利 用，专门选用一台状态数据服务器存储有用数据，配一套可记录多个会话的可读写光盘驱 动器，作为大容量备份设备，用于系统备份和数据备份。为满足诊断分析的需要，状态量存 储考虑以下几个原则：1、保证信息的可用性，即信息存储密度可满足分析的需要；2、保证 信息的可靠性，即单元从异常情况（如掉电）下恢复时信息的甄别；3、有利于方便、可靠地 信息查询；4、由于信息存储占用大量CPU资源，必须保证现地单元程序运行周期内所有任 务的完成；5、最大限度地节约存储空间。根据以上原则，建立的所述数据存储系统的服务器 数据库包括实时数据库和历史数据库。
[0032] 实时数据库用于保存最近一段时间的原始采样数据，满足用户对机组实时监控需 要；同时实时数据库在机组出现事故时，可用于完成事故追忆；该数据库中的数据按照时 间顺序进行存放，用户可以依据时间进行查询。
[0033] 历史数据库用于保存电厂所有机组运行的全部历史数据，包括实时监测数据和离 线机组性能试验的数据；数据库中的数据周期性地被刷新，系统对实时监测数据处理后将 有用的信息存入历史数据库中；由于数据量巨大，存入历史数据库中的数据均需要压缩，同 时为了查询的方便，历次试验的数据均建有索引，索引包括机组号、试验记录说明和试验时 间；用户可以依据索引进行快速查询。
[0034] 该系统利用GPS的秒脉冲同步采样脉冲，采样脉冲的同步误差不大于±1 μ s ;当 同步时钟信号丢失或异常时，能维持正常工作；在同步时钟信号丢失30分钟内，相角测量 误差不大于1度。
[0035] 当该系统PT/CT断线、直流电源消失、装置故障、通信异常时，系统发告警信号；设 置看门狗，在干扰造成程序走死或电源故障时，使系统自动恢复正常工作。
[0036] 与现有技术相比，本发明同步测量和记录发电机三相电压相量、三相电流相量、有 功功率、无功功率、系统频率、开关量状态、非交流电压电流信号、发电机内电势和功角等数 据，，从而实时获取、记录并对外提供包括励磁变状态、发电机组状态、调节器状态、功率单 元状态、转子及灭磁状态等发电机励磁系统相关状态的实时数据和历史数据。本发明所述 的发电机励磁系统状态广域实时获取系统不仅为调度中心获取励磁系统同步状态数据提 供了工具，还为励磁系统的状态检修提供了数据信息。
[0037] 该系统获取了励磁系统实时信息，实现对机网协调过程的动态跟踪和管理，增强 调度对涉网机组励磁系统的管理、考核能力；同时，励磁智能组件同步数据，对电网运行方 式稳定性，对系统仿真、模型校验、稳定性分析和评价有重要的价值。
[0038] 该系统为机组工作站状态检修提供了充分的数据信息，通过先进的状态监测手 段、可靠评价手段以及寿命预测手段，判断设备的状态，识别故障的早期征兆，对故障部位 及其严重程度、故障发展趋势做出判断，并根据分析诊断结果在设备性能下降到一定程度 或故障将要发生之前进行维修，满足了企业节省开支、提高效益的要求。
[0039] 该系统不仅可以将所监测的励磁系统同步状态数据送往调度中心参与电力调度， 还可以用于发电厂的监测管理，对电网的稳定运行有着重大的意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0040] 图1为本发明所述的发电机励磁系统状态广域实时获取系统架构图；
[0041] 图2为本发明所述的发电机励磁系统状态广域实时获取系统的一种数据存储流 程图；
[0042] 图3为本发明所述的发电机励磁系统状态广域实时获取系统监测图。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0044] 实施例
[0045] 如图1所示，一种发电机励磁系统状态广域实时获取系统，包括数据采集系统1、 数据传输系统2和数据存储系统3,所述数据采集系统1通过所述数据传输系统2将数据传 递给所述数据存储系统3。
[0046] 数据采集系统1包括数据采集模块6、三个IED测量模块5和三个第一 GPS接收模 块11，数据采集模块6与IED测量模块5相连，IED测量模块5与第一 GPS接收模块11相 连，数据采集模块6输出信号给数据传输系统2。
[0047] 数据传输系统2包括相连的通信接口 7和通讯网络8,通信接口 7接收数据采集系 统1的输出信号，通讯网络8与数据存储系统3相连。
[0048] 数据存储系统3包括数据库服务器9、数据存储模块10和第二GPS接收模块16， 数据库服务器9与数据存储模块10以及第二GPS接收模块16相连，数据库服务器9提供 一通信接口用于与一电力调度中心15交换数据，还提供一通信接口用于与机组工作站12 交换数据。
[0049] 数据采集系统1基于GPS时间系统同步测量发电机三相电压相量、三相电流相 量、有功功率、无功功率、系统频率、开关量状态、非交流电压电流信号；安装在发电厂时还 测量发电机内电势和功角；数据采集的速率是可设定的，每周期采样点数可以设为4,6. 8， 12. 16. 24. 32,48,64,96,128,192, 384 次 / 转。
[0050] 数据传输系统2负责数据采集系统1向数据存储系统3传送实时监测数据、录波 数据、状态信息以及请求信息；实时数据的传输速度是可设定的；输出时延，即实时监测数 据时标与数据输出时刻之时间差不大于30ms ;具备同时和多个主站通信的能力，子站和多 个主站之间的通信互不干扰；通信协议符合《电力系统实时动态监测系统技术规范》的要 求。
[0051] 数据存储系统3基于GPS时间系统连续实时记录三相电压相量、三相电流相量、基 波正序电压相量、基波正序电流相量、有功功率、无功功率、系统频率、开关量状态、非交流 电压电流信号；安装在发电厂时还连续实时记录发电机内电势；当电力系统发生扰动或同 步信号异常时，系统根据时标建立事件标识，以方便用户获取事件发生时段的实时记录数 据；当系统发生以下的扰动事件时，启动暂态录波：频率越限、频率变化率越限，电压越限、 电压突变越限，正序、负序、零序电压越限，电流越限，电流突变越限，正序、负序、零序电流 越限；建立数据库。
[0052] 数据存储系统3的暂态录波能就地或远程触发；暂态录波时，数据采 样速率不低于4800点/秒，即96点/周期；暂态数据记录格式符合ANSI/IEEE C37. 111-1991 (C0MTRADE)要求。
[0053] 如图2所示，数据存储系统3采用在若干高速缓存间循环存储的方法存储数据；发 电机有故障时保留故障前后一段时间数据并开始上传到当前高速缓存，在结束上传后调用 下一高速缓存，无故障时在当前高速缓存进行循环存储。
[0054] 实时数据库用于保存最近72小时的原始采样数据，满足用户对机组实时监控需 要；同时实时数据库在机组出现事故时，可用于完成事故追忆；该数据库中的数据按照时 间顺序进行存放，用户可以依据时间进行查询。
[0055] 历史数据库用于保存电厂所有机组运行的全部历史数据，包括实时监测数据和离 线机组性能试验的数据；数据库中的数据周期性地被刷新，系统对实时监测数据处理后将 有用的信息存入历史数据库中；由于数据量巨大，存入历史数据库中的数据均需要压缩，同 时为了查询的方便，历次试验的数据均建有索引，索引包括机组号、试验记录说明和试验时 间；用户可以依据索引进行快速查询。
[0056] 这样处理数据带来的好处就是：1、实时查询：实时数据库里最近72小时的原始采 样数据。该数据库中的数据按照时间顺序进行存放，用户可以依据时间进行查询。2、历史 数据查询：查询发电机励磁系统运行的全部历史数据，包括实时监测数据和离线检测与测 试结果数据。用户可以依据不同的索引进行快速查询。3、事件记录：在机组出现事故时，完 成事故追忆的记录并存入数据库，用户可以进入数据库进行事件记录查询。4、报警记录：对 监测的各项实时数据（包括模拟量、数字量数据）进行实时判定，若出现数据越限等状况即 进行报警，并将报警记录存入数据库，用户可在监测界面上实时察看报警指示，也可进入数 据库查询历史报警记录。
[0057] 该系统利用GPS的秒脉冲同步采样脉冲，采样脉冲的同步误差不大于±1 μ s ;当 同步时钟信号丢失或异常时，能维持正常工作；在同步时钟信号丢失30分钟内，相角测量 误差不大于1度。
[0058] 当该系统PT/CT断线、直流电源消失、装置故障、通信异常时，系统发告警信号；设 置看门狗，在干扰造成程序走死或电源故障时，使系统自动恢复正常工作。
[0059] 如图3所示，所述发电机励磁系统状态广域实时获取系统基于GPS时间系统同步 测量发电机三相电压相量、三相电流相量、有功功率、无功功率、系统频率、开关量状态、非 交流电压电流信号、发电机内电势和功角等发电机励磁系统相关实时运行数据，从而实时 获取、记录并对外提供包括励磁变状态、发电机组状态、调节器状态、功率单元状态、转子及 灭磁状态等发电机励磁系统相关状态的实时数据和历史数据。
[0060] 以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着 许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变 形，均应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种发电机励磁系统状态广域实时获取系统，其特征在于，包括：一数据米集系统 (1) 、一数据传输系统（2)和一数据存储系统（3)，所述数据采集系统（1)通过数据传输系统 (2) 连接数据存储系统（3)，将数据传输给所述数据存储系统（3); 其中，所述的数据采集系统（1)包括： 至少一个第一 GPS接收模块（11)，其从GPS卫星接收GPS时间系统的时间信息； 与第一 GPS接收模块数量相同的智能电子设备测量模块（5)，与所述的第一 GPS接收模 块（11)对应连接，以对应接收第一 GPS接收模块（11)传输的时间信息；所述的智能电子设 备测量模块（5)根据接收到的时间信息，同步测量发电机励磁系统的状态信号，并实时输 出带时标的状态信号； 一数据采集模块￠)，与所述智能电子设备测量模块（5)连接，以接收各智能电子设备 测量模块（5)传输的发电机励磁系统的状态信号；所述数据采集模块（6)还与所述数据传 输系统⑵连接； 所述数据存储系统（3)包括： 一第二GPS接收模块（16)，其从GPS卫星接收GPS时间系统的时间信息； 一数据库服务器（9)，其与所述第二GPS接收模块（16)连接，所述数据库服务器（9)提 供一通信接口，通过该通信接口与电力调度中心（15)连接，进行数据交换。
2. 根据权利要求1所述的发电机励磁系统状态广域实时获取系统，其特征在于：所述 数据传输系统（2)包括相互连接的通信接口（7)和通讯网络（8)，所述通信接口（7)连接数 据采集系统（1)，与接收所述数据采集系统（1)的输出信号，所述通讯网络（8)与所述数据 存储系统（3)相连。
3. 根据权利要求1所述的发电机励磁系统状态广域实时获取系统，其特征在于，所述 数据存储系统（3)还包括一数据存储模块（10)，该数据存储模块（10)与所述数据库服务器 (9)连接。
4. 根据权利要求1所述的发电机励磁系统状态广域实时获取系统，其特征在于，智能 电子设备测量模块（5)所测量的发电机励磁系统的状态信号包括：三相电压相量、三相电 流相量、有功功率、无功功率、系统频率、开关量状态、非交流电压电流信号的至少其中之 〇
5. 根据权利要求4所述的发电机励磁系统状态广域实时获取系统，其特征在于，所述 发电机励磁系统的状态信号还包括：发电机内电势和发电机功角。
6. 根据权利要求1所述的发电机励磁系统状态广域实时获取系统，其特征在于，所述 数据存储系统（3)接收一远程触发信号或一就地触发信号，以从数据采集系统（1)获得数 据。
7. 根据权利要求1或3所述的发电机励磁系统状态广域实时获取系统，其特征在于，所 述数据存储系统（3)采用在若干高速缓存间循环存储的方法存储数据。
8. 根据权利要求7所述的发电机励磁系统状态广域实时获取系统，其特征在于，所述 数据存储系统（3)存储数据的过程为：在发电机系统有故障时，保留故障前后一段时间的 数据并开始上传到当前高速缓存，在结束上传后调用下一高速缓存；在发电机系统无故障 时，在当前高速缓存进行循环存储。
9. 根据权利要求1所述的发电机励磁系统状态广域实时获取系统，其特征在于，所述 数据存储系统（3)的数据库服务器（9)包括实时数据库和历史数据库。
10.根据权利要求1所述的发电机励磁系统状态广域实时获取系统，其特征在于，所述 数据库服务器（9)还提供一通信接口，通过该通信接口与机组工作站（12)连接，进行数据 交换。
【文档编号】H02P9/36GK104104292SQ201310129940
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月15日 优先权日:2013年4月15日
【发明者】沈小军, 杜万里, 王仁德 申请人:同济大学