分布式能源接入点的配电网数据采集与控制装置及方法与流程

本发明涉及配电网数据采集控制领域，具体涉及分布式能源接入点的配电网数据采集与控制装置及方法。

背景技术：

1、随着“双碳”政策的推出，能源生产加速清洁化、能源消费高度电气化、能源利用日益高效化。电源结构由可控连续处理的煤电装机占主导，向强不确定性、弱可控处理的新能源发电装机占主导。电网形态由单向逐级输电为主的传统电网，向包括交直流混联大电网、微电网、局部直流电网和可调节负荷的能源互联网转变。运行特性由源随荷动的实时平衡模式、大电网一体化控制模式，向源网荷储协同互动的非完全实时平衡模式、大电网与微电网系统控制模式转变。

2、随着国家电网、南方电网相继发布新型电力系统建设方案，新型电力系统范围更广，需要统筹采集与控制装置，新能源的广泛接入使新型电力系统涉及的采集控制对象规模更大，且逐步向配电侧和用户侧延伸和下沉，大量对象单点容量低、位置分散，需要统筹采集与控制装置的管理，同时也需要采集与控制装置能够更加标准化、集成化、小型化和高可靠性，提升采集与控制有效性，实现电网的可观可测可控可调。随着以新能源为主体的新型电力系统建设工作的推进，大量分布式电源已接入中低压配电网，导致传统单向潮流的配电网成为双向潮流的有源配电网，分布式电源的随机性、波动性周期性，对配电网稳定运行、运维检修安全等方面带来严峻挑战。

3、公布号为cn110532343a的现有发明专利申请文献《一种配电网中压故障综合分析与信息提示系统》包括配电网模块划分单元在配电网上设置若干个故障检测节点，将配电网划分为具有控制关系的检测模块；配电网址单元使用gis系统模拟配电网的输电电路分布情况，并在每个故障检测节点上对应增设故障标识单元；故障信息统计单元实时统计故障检测节点的检测数据；检测信息处理单元设置每个检测节点的检测对象阈值，及时判断故障发生位置；故障规划解决单元根据故障发生位置推算故障上游和故障下游信息。前述现有技术中的监测信息处理单元对分布式电源侧状态监控不全、并网保护功能缺乏或不完善、并网点电能质量未监测等问题。

4、公布号为cn115102207a的现有发明专利申请文献《一种综合控制装置、低压配电网及低压配电网线路末端电压多级调节方法》低压配电网及低压配电网线路末端电压多级调节方法，进行电压的灵活控制，解决分布式光伏接入所引起的电压问题。使用的综合控制装置包括：ac/dc储能变换模块、电感器、电容器、直流接口、分布式储能模块。该现有技术通过将综合控制装置接入低压线路末端，实现在大规模分布式光伏接入条件下的线路末端电压多级调节。前述现有技术提供的装置不具备北斗/gps功能，普遍采用网络对时，各装置之间时间误差较大，短则几十毫秒，长达几秒，无法实现多终端之间的数据同步性和相量数据传输。

5、守时精度差，现有装置守时精度为2秒/48小时，当装置失去时钟源时，各装置之间的时间差异会非常大。

6、采样频率低，现有装置大多是4khz采样频率，单相接地故障暂态过程频率较高，针对频率较高的故障，识别准确率较低。

7、配电自动化系统也无法从现有的中低压配电自动化智能终端中获取到能够对电网进行调节与控制的有效数据，从而无法支撑中低压配电网源网荷互动和分布式电源主动调控。

8、综上，现有技术存在数据孤岛、多装置之间的同步性差且时间误差较大、传输实时性低、数据采集真实性及有效性差、集成度及适用性较低的技术问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何解决现有技术中数据孤岛、多装置之间的同步性差且时间误差较大、传输实时性低、数据采集真实性及有效性差、集成度及适用性较低的技术问题。

2、本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：分布式能源接入点的配电网数据采集与控制装置包括：不少于2个的模拟量采集板、不少于2个的数字量采集板、不少于2个的数字量控制板、数据处理板、数据通信板、母版、电源板；

3、模拟量采集板通过一次互感器与分布式能源接入点连接，用以接入一次互感器的二次电压信号及二次电流信号，以转换得到可识别模拟信号，以处理得到模拟量采集板信号；

4、数字量采集板通过一次开关与分布式能源接入点连接，用以接入一次开关的状态量信号以及控制信号，以转换得到开关量可识别信号，以处理得到数字量采集板信号；

5、数据通信板，用以利用预置晶振组件生成定位授时数据，实时传输模拟量采集板信号、数字量采集板信号以及所述定位授时数据至数据处理板；

6、数据处理板通过母板与数据通信板连接，用以根据定位授时数据，对模拟量采集板信号、数字量采集板信号的ad各通道进行时间对齐，转换处理模拟量采集板信号、数字量采集板信号得到转换数据，二次处理转换数据，以提取得到并输出数字控制信号，以控制分布式能源接入点。

7、本发明具备北斗/gps和高性能ad采集芯片，实现广域同步采集，确保多装置之间的数据采样同步性。本发明具备高精度晶振，失去时钟源时仍能保持很小的误差，不至于各装置之间时间误差较大的情况。本发明对分布式电源侧状态监控，并网保护功能更加全面，解决了并网点电能质量未监测的问题。

8、在更具体的技术方案中，模拟量采集板，包括：信号接入接口以及一次互感器，信号接入接口通过pcb线连接一次互感器，用以将分布式能源接入点的输入模拟量信号转换为可识别模拟信号。

9、在更具体的技术方案中，数字量采集板，包括：信号接入接口以及光电耦合模块，信号接入接口通过pcb线连接光电耦合模块，用以将分布式能源接入点的输入数字开关量信号转换为开关量可识别信号。

10、在更具体的技术方案中，数字量控制板，包括：信号输出接口、继电器模块以及数据处理单元，信号输出接口通过pcb线通过继电器模块连接分布式能源接入点，数据处理单元根据预置命令输出控制信号，以控制接入信号输出接口的分布式能源接入点。

11、在更具体的技术方案中，数据处理板，包括：模数转换模块、数据中央处理器、数据存储模块、模拟量状态识别板以及数字量控制板；

12、数据中央处理器连接数据存储模块，用以对实时电压数据及实时电流数据打上时间标签，并记录于数据存储模块；

13、模数转换模块，用以使模拟量采集板信号通过母板进入模数转换模块，以根据预置采用频率，实时采样并转换得到分布式能源接入点的实时电压数以及实时电流数据，其中，转换的操作方式包括：dft、fft以及噪声滤波；

14、模拟量状态识别板，用以利用数据中央处理器通过母板接收并处理数字量采集板信号，以识别外部输入数字开关量状态；

15、数字量控制板，用以通过母板与数据中央处理器连接，以处理实时电压数据、实时电流数以及外部输入数字开关量状态，以得到并输出数字量控制信号，以利用预置分布式能源接入保护算法，控制分布式能源接入点的一次开关。

16、本发明采集与控制装置具备多回路源、网侧的电压采集，单个/多个分布式能源接入时能够同时监控，且具备防孤岛保护、低电压穿越保护等功能。本发明具备双向电压电流采集、电能计量、电能质量监测，利用大于预置频率阈值的采样频率进行电压电流数据采集，确保数据采集的精确性和暂态故障数据的真实有效性。

17、在更具体的技术方案中，数据通信板，包括：通信中央处理器、光纤模块、网络通信模块、定位模块、本地串口模块；

18、通讯中央处理器连接光纤模块，网络通信模块、定位模块、本地串口模块；

19、定位模块，用以对数据处理板进行广域采样同步，以生成采样数据绝对时间标签，并根据采样数据绝对时间标签，将数据处理板的有效数据发送至外部数据平台。

20、在更具体的技术方案中，网络通信模块包括：4g模块以及5g模块，定位模块包括：北斗模块以及gps模块。

21、在更具体的技术方案中，分布式能源接入点的配电网数据采集与控制装置，还包括电源板，电源板包括：装置供电接口、充电电池管理接口以及电源转换模块，用以利用电源转换模块将外部供电转换为装置运行电源，以通过母板，为分布式能源接入点的配电网数据采集与控制装置及预置充电电源供能。

22、在更具体的技术方案中，母板，包括：模拟量采集插座、数字量采集板插座、数字量控制板插座、数据处理板插座、数据通信板插座、电源板插座，用以为各板卡提供数据总线以及电源连接。

23、本发明通过小型化、集成化、易扩展的设计，采用标准化2u高度设计，相比传统配电自动化智能终端体积更加小型化和集成化，各板卡插件可任意组合。

24、在更具体的技术方案中，分布式能源接入点的配电网数据采集与控制方法包括：

25、接入一次互感器的二次电压信号及二次电流信号，以转换得到可识别模拟信号，以处理得到模拟量采集板信号；

26、接入一次开关的状态量信号以及控制信号，以转换得到开关量可识别信号，以处理得到数字量采集板信号；

27、利用预置晶振组件生成定位授时数据，实时传输模拟量采集板信号、数字量采集板信号以及定位授时数据至数据处理板；

28、利用数据处理板根据定位授时数据，对模拟量采集板信号、数字量采集板信号的ad各通道进行时间对齐，转换处理模拟量采集板信号、数字量采集板信号得到转换数据，二次处理转换数据，以提取得到并输出数字控制信号，以控制分布式能源接入点。

29、本发明相比现有技术具有以下优点：本发明具备北斗/gps和高性能ad采集芯片，实现广域同步采集，确保多装置之间的数据采样同步性。本发明具备高精度晶振，失去时钟源时仍能保持很小的误差，不至于各装置之间时间误差较大的情况。本发明对分布式电源侧状态监控，并网保护功能更加全面，解决了并网点电能质量未监测的问题。

30、本发明采集与控制装置具备多回路源、网侧的电压采集，单个/多个分布式能源接入时能够同时监控，且具备防孤岛保护、低电压穿越保护等功能。本发明具备双向电压电流采集、电能计量、电能质量监测，利用大于预置频率阈值的采样频率进行电压电流数据采集，确保数据采集的精确性和暂态故障数据的真实有效性。

31、本发明通过小型化、集成化、易扩展的设计，采用标准化2u高度设计，相比传统配电自动化智能终端体积更加小型化和集成化，各板卡插件可任意组合。

32、本发明解决了现有技术中存在的数据孤岛、多装置之间的同步性差且时间误差较大、传输实时性低、数据采集真实性及有效性差、集成度及适用性较低的技术问题。