基于PAC平台的高精度宽频测量装置研制
发布时间：2021-06-19 07:56
随着新能源和新技术设备并入,给电网带来大量的谐波、间谐波和功率振荡污染,影响供电系统和用电设备的安全稳定运行。在此针对原有同步相量测量装置不足,并结合当前精确监测的新要求,研制了一种基于可编程自动控制器（PAC）平台的高精度宽频测量装置。该装置以高速采样为基础,运用宽频通信协议、快速傅里叶变换（FFT）修正算法和高速采样技术,能够对电网中宽频域范围内基波、谐波、间谐波和功率振荡信号进行实时动态监测。基于PAC平台的高精度宽频测量装置通过了多项监测试验。试验结果表明,应用于变电站的高精度宽频测量装置可以顺利完成数据的精准采集、计算、上送、存储、分析和实时通信等功能,可满足电力电子化电网运行监测的需求。
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(11)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１宽频测量系统??Ｆｉｇ．?１?Ｂｒｏａｄｂａｎｄ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｓｙｓｔｅｍ??宽频测量??宽频测量??装置??装置??宽频测量??宽频测量??装置??装置??
ＨＢ丨０总线－一土??ＣＡＮ总线???对时总线???模拟量－??图２装置硬件架构图??Ｆｉｇ．?２?Ｄｅｖｉｃｅ?ｈａｒｄｗａｒｅ?ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ??ＨＢＩＯ总线接口完成保护ＣＲＪ、存储ＣＨＪ、??ＨＭＩ接口、数字化接口（ＮＰＩ）等插件的接入，实现??各插件之间高速、大容量数据传输；ＣＡＮ总线接??口完成开入、开出、直流模拟量等插件的接入，实??现与ＣＰＵ类插件之间低速、小容量的数据传输。??ＰＡＣ硬件平台架构统一，接口丰富，可满足电力系??统二次设备不同功能、不同档次硬件模块的接入，??具有很好的通用性和开放性。??２．２软件系统设计??装置的软件系统采用分层设计的架构，主要??由软件平台和应用模块组成。为防止硬件平台采??样受限并提高内部总线传输速率，该装置在ＰＡＣ??软件平台上实现。ＰＡＣ软件平台体系结构采用较??为先进的智能化自动建模，支持大容量信息存储??及故障录波回放功能，整体智能化层次水平较高。??ＰＡＣ软件平台通过可配置可重构的２?Ｍ串行ＨＤＬＣ??协议和可变帧结构模块化编程技术，实现帧结构??和数据通过配置文件自动组合生成，支持任意可??变帧结构、数据以及分帧组合等多种通信需求的??快速实现。高精度宽频测量装置的ＰＡＣ软平台是??实时的、抢先的、多任务内核，它具体有良好的继??承性，在应用程序或处理器升级时，现存的软件大??部分可以不经修改地移植过来。??应用模块结构按照６１８５０标准，以逻辑节点??ＬＮ为基本单元组成。ＬＮ为独立的功能模块，每个??ＬＮ可以完成一个保护或测量功能，如图３所示。??ＬＮ通过设置的接口从系统数据库中读取基本数??据信息，内部逻辑
＋Ａ）Ａ／?（１０）??右侧插值中〇＜ｒ＜ｌ，Ａ的取值范围为－１＜Ａ＜??０．５；左侧插值中０＜：Ｔ＜１，Ａ的取值范围为－０．５＜Ａ＜??１；Ａ＝０时，取极限值。??余弦窗双峰插值算法可以精准预估非同步采??样下（间）谐波监测的相关信号参数值，能够改善??频谱泄露，使分析结果更精确，可校正非同步采样??时产生的栅栏效应，提高监测精度。??３．３?算法实现方法??经余弦窗双峰谱线插值修正后的ＦＦＴ算法对??（间）谐波的频率、幅值和相位的计算具有较好的??效果。算法实现流程如图４所示。??初始化（获取数据）??计算极值点处插值后的??幅值、频率、相位??图４算法实现流程图??Ｆｉｇ．?４?Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ?ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ?ｃｈａｒｔ??数据加窗??ｉ??加窗后数据进行ＦＦＴ运算??在频域寻找极值??１??插值权重系数??Ｉ??经过ＣＴ，ＰＴ变换和Ａ／Ｄ采样插件，装置获得??来自电网的原始采样信号。根据装置固定采样率，??使用周期为２０?ｍｓ的余弦窗对原始信号进行滑窗??循环采样，获取计算所需信号。对加窗后的信号频??谱进行扫描，找出大于无流或无压门槛的极值点，??计算信号真值距离极值点的频谱距离（插值权重??系数）。最后，通过基于余弦窗的ＦＦＴ插值算法，??可精确得出真值的幅值、频率和相位。??用加窗插值对ＦＦＴ修正后的算法具有很高的??计算精度，测试结果表明，它可以有效抑制电网工??频波动、噪声和谐波之间的干扰，可以精准测量到??０．１?￣２?５００?Ｈｚ范围内（间）谐波电压和电流的频??率、幅值和相位。??３．４?高速采样技术??高精度宽频测量要求具有〇．１￣２?
【参考文献】：
期刊论文
[1]大规模风电并网地区次同步谐波检测方法[J]. 张超,王维庆,邱衍江,王海云. 高电压技术. 2019(07)
[2]交错并联型有源功率因数校正电路的研究[J]. 周伟. 集成电路应用. 2018(07)
[3]电力系统次同步和超同步谐波相量的检测方法[J]. 谢小荣,王银,刘华坤,贺静波,徐振宇. 电力系统自动化. 2016(21)
[4]电力系统间谐波检测方法现状与发展趋势[J]. 崔晓荣,王军,曹林,曹太强,王汇灵. 电测与仪表. 2012(05)
[5]嵌入式TCP/IP协议的高速电网络数据采集系统[J]. 鲁力,张波. 仪器仪表学报. 2009(02)
[6]电网谐波检测方法的综述[J]. 李圣清,朱英浩,周有庆,何立志. 高电压技术. 2004(03)
[7]一种高精度实时电力谐波分析算法的实现[J]. 汪晓强,陈明凯. 电测与仪表. 2004(01)
本文编号：3237426
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(11)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１宽频测量系统??Ｆｉｇ．?１?Ｂｒｏａｄｂａｎｄ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｓｙｓｔｅｍ??宽频测量??宽频测量??装置??装置??宽频测量??宽频测量??装置??装置??
ＨＢ丨０总线－一土??ＣＡＮ总线???对时总线???模拟量－??图２装置硬件架构图??Ｆｉｇ．?２?Ｄｅｖｉｃｅ?ｈａｒｄｗａｒｅ?ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ??ＨＢＩＯ总线接口完成保护ＣＲＪ、存储ＣＨＪ、??ＨＭＩ接口、数字化接口（ＮＰＩ）等插件的接入，实现??各插件之间高速、大容量数据传输；ＣＡＮ总线接??口完成开入、开出、直流模拟量等插件的接入，实??现与ＣＰＵ类插件之间低速、小容量的数据传输。??ＰＡＣ硬件平台架构统一，接口丰富，可满足电力系??统二次设备不同功能、不同档次硬件模块的接入，??具有很好的通用性和开放性。??２．２软件系统设计??装置的软件系统采用分层设计的架构，主要??由软件平台和应用模块组成。为防止硬件平台采??样受限并提高内部总线传输速率，该装置在ＰＡＣ??软件平台上实现。ＰＡＣ软件平台体系结构采用较??为先进的智能化自动建模，支持大容量信息存储??及故障录波回放功能，整体智能化层次水平较高。??ＰＡＣ软件平台通过可配置可重构的２?Ｍ串行ＨＤＬＣ??协议和可变帧结构模块化编程技术，实现帧结构??和数据通过配置文件自动组合生成，支持任意可??变帧结构、数据以及分帧组合等多种通信需求的??快速实现。高精度宽频测量装置的ＰＡＣ软平台是??实时的、抢先的、多任务内核，它具体有良好的继??承性，在应用程序或处理器升级时，现存的软件大??部分可以不经修改地移植过来。??应用模块结构按照６１８５０标准，以逻辑节点??ＬＮ为基本单元组成。ＬＮ为独立的功能模块，每个??ＬＮ可以完成一个保护或测量功能，如图３所示。??ＬＮ通过设置的接口从系统数据库中读取基本数??据信息，内部逻辑
＋Ａ）Ａ／?（１０）??右侧插值中〇＜ｒ＜ｌ，Ａ的取值范围为－１＜Ａ＜??０．５；左侧插值中０＜：Ｔ＜１，Ａ的取值范围为－０．５＜Ａ＜??１；Ａ＝０时，取极限值。??余弦窗双峰插值算法可以精准预估非同步采??样下（间）谐波监测的相关信号参数值，能够改善??频谱泄露，使分析结果更精确，可校正非同步采样??时产生的栅栏效应，提高监测精度。??３．３?算法实现方法??经余弦窗双峰谱线插值修正后的ＦＦＴ算法对??（间）谐波的频率、幅值和相位的计算具有较好的??效果。算法实现流程如图４所示。??初始化（获取数据）??计算极值点处插值后的??幅值、频率、相位??图４算法实现流程图??Ｆｉｇ．?４?Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ?ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ?ｃｈａｒｔ??数据加窗??ｉ??加窗后数据进行ＦＦＴ运算??在频域寻找极值??１??插值权重系数??Ｉ??经过ＣＴ，ＰＴ变换和Ａ／Ｄ采样插件，装置获得??来自电网的原始采样信号。根据装置固定采样率，??使用周期为２０?ｍｓ的余弦窗对原始信号进行滑窗??循环采样，获取计算所需信号。对加窗后的信号频??谱进行扫描，找出大于无流或无压门槛的极值点，??计算信号真值距离极值点的频谱距离（插值权重??系数）。最后，通过基于余弦窗的ＦＦＴ插值算法，??可精确得出真值的幅值、频率和相位。??用加窗插值对ＦＦＴ修正后的算法具有很高的??计算精度，测试结果表明，它可以有效抑制电网工??频波动、噪声和谐波之间的干扰，可以精准测量到??０．１?￣２?５００?Ｈｚ范围内（间）谐波电压和电流的频??率、幅值和相位。??３．４?高速采样技术??高精度宽频测量要求具有〇．１￣２?
【参考文献】：
期刊论文
[1]大规模风电并网地区次同步谐波检测方法[J]. 张超,王维庆,邱衍江,王海云. 高电压技术. 2019(07)
[2]交错并联型有源功率因数校正电路的研究[J]. 周伟. 集成电路应用. 2018(07)
[3]电力系统次同步和超同步谐波相量的检测方法[J]. 谢小荣,王银,刘华坤,贺静波,徐振宇. 电力系统自动化. 2016(21)
[4]电力系统间谐波检测方法现状与发展趋势[J]. 崔晓荣,王军,曹林,曹太强,王汇灵. 电测与仪表. 2012(05)
[5]嵌入式TCP/IP协议的高速电网络数据采集系统[J]. 鲁力,张波. 仪器仪表学报. 2009(02)
[6]电网谐波检测方法的综述[J]. 李圣清,朱英浩,周有庆,何立志. 高电压技术. 2004(03)
[7]一种高精度实时电力谐波分析算法的实现[J]. 汪晓强,陈明凯. 电测与仪表. 2004(01)
本文编号：3237426
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