一种电能频率监测装置的制作方法

本发明涉及电网电能质量监测控制，尤其涉及一种电网监测装置。

背景技术：

1、能源是一个国家经济技术发展、民众生产生活的重要基础。目前，煤炭、石油、天然气等传统能源正在逐渐走向枯竭，为应对这一问题，越来越多的国家开始调整能源需求结构，新能源发电因此得到了大力发展。

2、传统电力电力系统中，旋转电机具有较大的转动惯量，有利于维持系统稳定，而在新能源并网中逆变器作为分布式电网的接口，具有快速响应、控制性能灵活、无转动惯量的特点，无法在符合扰动时提供系统所需的功率支撑，因此并网逆变器接入电网会降低系统惯性，增大电网频率波动，严重威胁系统的安全稳定运行。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电能频率监测装置，涉及电能质量监测技术领域，用于对电化学储能电站的并网点频率、功率、电压、电流、频率变化率、低频振荡频率、功率因数等进行采集。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供一种电能频率监测装置，用于监测采集电网的电气信号，包括：

4、交流插件，用于采集电网中的强电信号，并转换为弱电信号；

5、cpu插件，用于对所述弱电信号进行模数转换，获取数字量信息进行抽样检测，生成电能抽样信号；并对电能抽样信号进行滤波处理，获取电能监测信号，基于电能评价指标构建的电能质量评估算法，来计算对所述电能监测信号的质量评估数据；

6、开入插件，用于采集开关量；

7、开出插件，用于遥控分合闸、保护跳闸；

8、人机交互插件，用于装置与用户的信息交互；

9、所述交流插件、开入插件、开出插件以及人机交互插件分别与所述cpu插件采用并联形式电连接；

10、所述cpu插件，还用于根据所述质量评估数据和所述开关量，控制所述开出插件做出相应的操作；

11、所述cpu插件，还用于将所述质量评估数据、所述开关量以及对所述开出插件的操作，通过所述人机交互插件向用户显示。

12、可选的，所述交流插件，包括：

13、电流变换器ta和电压变换器tv，用于分别将电网系统电流变换器ta、电压变换器tv的二次侧电流、电压信号转换为弱电信号，供所述cpu插件进行处理；

14、所述电流变换器ta，包括电流互感器、电流调理电路和电流测量电路；所述电流互感器，用于对电网系统ta的二次侧电流进行测量，按照预设比例将测量到的电流信号转换为阈值电流信号；所述电流调理电路，用于将所述阈值电流信号调整到预设电流幅值范围内，并通过所述电流测量电路进行信号测量，获取电流采样信号；

15、所述电压变换器tv，包括电压互感器、电压互感器、电压调理电路和电压测量电路；所述电压互感器，用于对电网系统tv的二次侧电压进行测量，按照预设比例将测量到的电压信号转换为阈值电压信号；所述电压调理电路，用于将所述阈值电压信号调整到预设电压幅值范围内，并通过所述电压测量电路进行信号测量，获取电压采样信号；

16、所述弱电信号，包括电流采样信号和电压采样信号。

17、可选的，所述开入插件设置有多路强电开入输入接点，用于监测箱变内多设备接点的开关量状态；所述开出插件集成多路告警信号和可编程继电器出口，用于控制箱变内可电操的设备。

18、可选的，所述开入插件还包括：

19、电源转换模块，用于为装置其它各插件供电，所述电源转换模块配置为输入和输出隔离，支持直流电源极性反接。

20、可选的，所述cpu插件，包括：

21、4-20ma插件，用于所述cpu插件进行直流信号采集，配置了6路直流采集通道，每个通道均有4-20ma和pt100两种信息采集配置方式，分别用于采集直流电流和温度传感器信号的采集。

22、可选的，所述cpu插件，还包括：

23、主mcu芯片、交流采集电路、ad转换芯片、485通讯电路、r232转换芯片、以太网转换芯片以及以太网通信接口；所述主mcu芯片用于进行数据处理以及保护功能，事件记录与扰动录波；所述ad转换芯片用于将采集的模拟量信息转换为数字量信息供所述主mcu芯片采集信息；所述485通讯电路用于与外接设备进行数据交互；所述r232转换芯片与人机对话插件进行数据交互；所述以太网转换芯片件进行数据交互；所述以太网转换芯以及所述以太网通信接口用于所述电能频率监测装置与变电站装置进行环网通信。

24、可选的，所述主mcu芯片，包括：电能采样电路、抗混叠滤波电路、电能质量评估单元和电网控制单元；

25、所述电能采样电路，用于对所述数字量信息进行抽样检测，获取电能抽样信号；

26、所述抗混叠滤波电路，用于对所述电能抽样信号进行滤波处理，使所述电能抽样信号以较小的衰弱滤除干扰频率分量，获取电能监测信号；

27、所述电能质量评估单元，包括电能频率测量子单元、电能不平衡度测量子单元以及电能谐波测量子单元；

28、所述电能频率测量子单元，用于根据所述电能监测信号，测量电能频率数据；设所述电能监测信号为：

29、

30、其中，u(n)为所述电能监测信号的谐波表达式，a0为所述电能监测信号的直流分量，n为获取所述电能监测信号的抽样次数，ai为所述电能监测信号第i次谐波的实部信号，bi为所述电能监测信号第i次谐波的虚部信号，n为所述电能监测信号的谐波次数；

31、根据所述电能监测信号的相邻采样周期，进行基波相位值的计算，获取所述电能监测信号对应的电能频率数据；

32、

33、其中，δf为电能频率数据，为相邻采样周期中前一采样周期的相位值，为相邻采样周期中后一采样周期的相位值，δt为采样间隔；

34、所述电能不平衡度测量子单元，用于测量所述电能监测信号的电压相位有效值，并计算电压不平衡度数据；

35、将电压相位有效值分解为电压正序分量、电压负序分量、电压零序分量；

36、

37、其中，ua、ub、uc为所述电能监测信号的三相电压有效值，为ua的正序分量，为ua的负序分量，为ua的零序分量，为ub的正序分量，为ub的负序分量，为ub的零序分量，为uc的正序分量，为uc的负序分量，为uc的零序分量；

38、

39、其中，u+、u-、u0为所述电能监测信号对应的电压正序分量、电压负序分量、电压零序分量的有效值；

40、

41、其中，ε为所述电能监测信号的电压不平衡度数据；

42、所述电能谐波测量子单元，用于对所述电能监测信号进行谐波检测，获取电能谐波畸变数据；

43、

44、其中，u0为所述电能监测信号的基波电压的平方均根值，l为预设周期内对所述电能监测信号的谐波测量次数，u0i为预设周期内第i次测量基波电压的平方均根值；

45、

46、其中，uh为所述电能监测信号的第h次电压谐波的平方均根值，ihi为预设周期内对所述电能监测信号的第i次测量的第h次电压谐波的平方均根值；

47、计算所述电能监测信号对应的电压谐波畸变数据fu；

48、

49、其中，hu为所述电能监测信号的电压谐波的谐波最高次数；

50、

51、其中，i0为所述电能监测信号的基波电流的平方均根值，l为预设周期内对所述电能监测信号的谐波测量次数，i0i为预设周期内第i次测量基波电流的平方均根值；

52、

53、其中，ih为所述电能监测信号的第h次电流谐波的平方均根值，uhi为预设周期内对所述电能监测信号的第i次测量的第h次电流谐波的平方均根值；

54、计算所述电能监测信号对应的电流谐波畸变数据fi；

55、

56、其中，hi为所述电能监测信号的电流谐波的谐波最高次数；

57、所述电能谐波畸变数据，包括电压谐波畸变数据和电流谐波畸变数据；

58、所述质量评估数据，包括电能频率数据、电压不平衡度数据和电能谐波畸变数据；

59、所述电网控制单元，用于基于内置的控制决策模型根据所述质量评估数据和所述开关量，生成控制所述开出插件的控制指令，所述控制指令经模拟电网模型验证通过后，根据所述控制指令控制所述开出插件做出相应的操作。

60、可选的，所述cpu插件上设置有多个通讯接口，支持多种通讯协议；

61、所述cpu插件通过不同的通讯线路使电化学储能电站主控室远程监测以及控制电站并网点的投切，实现对电站并网点的电气数据的精准采集。

62、可选的，所述cpu插件的功能至少包括：

63、tv断线告警、ta断线告警、低频振荡告警、频率越限告警、频率突变告警、遥测、遥信、遥控及遥脉功能、装置故障告警、录波、gps对时、多路独立的非电量保护以及控制回路异常告警、差流速断保护、比率差动保护、差流越限告警、三段式带复压闭锁的定时限过流保护、过负荷保护告警可选、反时限过流保护、零序过流保护告警可选、零序反时限保护、过压保护、低电压保护、高压侧fc回路闭锁告警保护。

64、可选的，所述人机交互插件包括：

65、显示屏、信号指示灯、按键；所述显示屏用于显示所述cpu插件采集的信号数值、额定参数、通讯设置；所述信号指示灯用于告警提示；所述按键用于用户对所述电能频率监测装置进行操作。

66、与现有技术相比，本发明提供的电能频率监测装置包括交流插件，用于采集电网中的强电信号；cpu插件，用于进行数据采样和处理、通信以及保护功能；开入插件，用于采集开关量；开出插件，用于遥控分合闸、保护跳闸；人机交互插件，用于装置与用户的信息交互；交流插件、开入插件、开出插件以及人机交互插件分别与cpu插件连接；交流插件，包括电流变换器ta和电压变换器tv，用于将电网系统ta、tv的二次侧电流、电压信号转换为弱电信号，供cpu插件进行处理；开入插件设置有多路强电开入输入接点，用于监测箱变内多设备接点的开关量状态；开出插件集成多路告警信号和可编程继电器出口，用于控制箱变内可电操的设备；本发明可以实现对电化学储能电站并网点频率采样精度更高，功率响应速度更快的要求，对电化学储能电站的并网点频率、功率、电压、电流、频率变化率、低频振荡频率、功率因数等进行高集成度采集。实现升压站对化学储能电站并网点的远程管理和自动化监控，满足储能电站并网点的“无人值班，少人值守”的运行管理方式。