分布式長時在線電能質量錄波器的設計

分布式長時在線電能質量錄波器的設計：

電能質量監測是保證電網內設備正常運行的基礎，傳統電能質量錄波器工作方式大多為獨立工作的閾值觸發式錄波器，在著一系列的問題，且大多基于工控機平臺集中布置存在體積大成本高記錄不準確等問題，也不利于分散監控電網各節點狀態。而在當前我國建設堅強智能電網要求隨時掌握電網分布各節點的運行狀態，并在電能質量發生時準確定位和記錄，并且錄波器平臺具有高可靠性，可通過互聯網絡與服務器通信，交換數據。

1.長時在線式數字錄波器系統結構

①系統總體功能

目前電網電能質量監測錄波檢測技術向可靠性高，抗干擾能力強，長時在線記錄，具備大容量存儲空間，高壓縮比數據壓縮功能，多功能網絡化智能化等方向發展。本文設計的電能質量數字錄波器系統，具備電能質量數據采集、壓縮、存儲、導出、多功能網絡化通信、長時在線分布式監測等功能。

②系統硬件結構

根據電能質量監測應用環境和整體性能要求設備整體電壓電流精度0.2%，采樣率為每周波1024點。根據精度和數據壓縮算法的計算量，主要分為六部分：信號調理與模數轉換模塊、數據處理模塊、數據存儲模塊、人機接口模塊、通信接口模塊、電源模塊，每一個功能模塊亦為獨立的硬件板卡。采用這種功能模塊化設計思想，將系統硬件設計為可方便拆卸升級的功能模塊提高了產品開發和日后升級的便利性和經濟性。

2.基于電能質量信號特征的數據壓縮算法

①數據壓縮算法設計

電能質量信號在大部分時間為正常非故障波形，其理想電壓波形為規律的50HZ 正弦波。即便發生電能質量事件，暫態電能質量事件持續時間比較短，數據量不大，而穩態電能質量事件在信號形式上也都是相對穩定的周期信號。電能質量信號的周期性特征，使得可以用處于穩態的周期信號的一個波形數據來替代描述其他的周波，這樣就為數據壓縮提供了可能。

②數據存儲協議設計

故障錄波數據按照故障時間逐條存儲，每條故障記錄占用25KB 存儲空間。

由于我國三相四線制輸配電網電能質量監測需要三路相電壓與三路線電流，故系統配置六路模擬量采樣通道。單路波形個數A，B 均占用4Bytes 存儲空間，用于記錄電能質量信號波形變化前后穩定狀態的周波數。其4Bytes 容量共可記錄4294967296 個20ms 周波，如果電網信號為穩態不變，則其容量可連續記錄數百天周波數。單路波形數據A，B 為存儲電能質量事件發生時刻前后變化波形的數據空間，由于數據采樣精度為16bits，采樣率為1024點/周波，所以每個周波占用2K Bytes，共4K Bytes。上述皆為單路采樣通道存儲數據量，整個系統含6 路模擬采樣通道，故故障錄波記錄存儲空間需求為單路乘以系統采樣通道數6。

3.系統軟件框架結構

上電之后初始化芯片及外設，之后啟動采集模塊進行數據采集，采集數據存入緩存，緩存采用乒乓RAM 形式工作，采集滿兩個周波40ms的數據之后由DSP讀取RAM中數據，將前后周波進行逐點比對，如果C值小于預設ΔU 則判斷前后一致則只存儲有效數據，其余周波數據不直接存儲，只記錄波形個數；如果波形對比判定前后幀波形不一致則判定為電能質量故障波形，對數據直接存儲。 

4.系統實驗

錄波實驗環境使用的三相交流可編程電源定量產生典型電能質量監測故障信號。該電源可編程實現的電壓波動、電壓暫降、電壓暫升、電壓中斷、頻偏、三相不平衡、電壓沖擊等等電能質量綜合變化的數據。