一种基于同步相量测量的广域核相系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于同步相量测量的广域核相系统，包括服务层、网络层和物理层，服务层，包括数据防火墙、通讯交换机和授相服务器，所述数据防火墙提供对整个系统的数据安全支撑，通讯交换机为网络层与授相服务器的数据交换提供通道，授相服务器定时召唤物理层的同步相量信息并将数据存储到授相服务器数据库中；网络层，基于GPRS获取物理层的同步相量信息，并将其传输给服务层；物理层，包括授相源端和待核相端，均为核相仪，所述授相源端设有GPRS模块向远端服务层授相服务器进行注册识别，待核相端的核相仪通过终端GPRS获取授相服务器的实时同步相量数据，并通过自身采集的同步相量数据进行比较对线路相位进行计算识别。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于同步相量测量的广域核相系统。
技术介绍
10kV以上的电力设备投运前，核相工作目前采用的方法主要有两种，直接核相和间接核相，也分别称为“一次核相”和“二次核相”。目前，进行的核相试验采用直接核相和间接核相结合的办法。也就是高压部分进行一次核相，同时在PT二次部分进行二次电压核相，以确保待核设备电源与系统电源的相位、相序都一致，无任何接线错误。对于高压一次核相仪器，已经从有线核相方式发展到无线核相方式，但是在核相操作步骤上没有多大的变化。核相方法，对于0.4KV系统，常用万用表进行核相；对3-35KV中性点非接地系统，一般用专用高压定相杆进行核相；对110KV及以上中性点直接接地系统，则用PT进行核相。传统“一次核相”主要采用核相仪器及核相棒来完成。在电力系统的低压配电网中，目前广泛应用的方式有两种，分别为有线核相方式和无线核相方式。有线核相方式在核相时，需要4人同时进行配合。一人担任指挥，两人穿绝缘靴、戴绝缘手套担任核相员，一人仪表记录。核相工作根据指挥人员的命令进行，核相员将高压引线固定在核相棒上，长短适宜，用核相棒引高压线接触高压电源点时，两人需动作协调，配合默契，以免出差错，发生危险。采用有线方式，拖线很长时使用极不方便。而无线核相方式需要2人同时进行配合，一人操作一人监护。将发射器和接收器分别连接绝缘杆，挂到高压相线上。发射器将电源1的信号采集后发送给接收器，接收器接收到该电源1的相位信号后，和本身从电源2采集到的信号进行比较，得出核相结论。“二次核相”方法采用PT，对PT侧二次设备的相位进行核相或0.4kV以下交流电进行核相，一般应用万用表进行。采用“二次核相”方法时，如果PT一次或二次回路接线错误，会严重影响核相工作的正确性。两种核相方法各有优缺点，“一次核相”方法精确度高，但是由于其工作电压高，对核相操作人员易造成人身安全问题，稍有失误易造成安全事故；“二次核相”方法工作电压低，因而操作过程较为安全，但由于其采用间接核相，如果PT一次或二次回路如果接线错误，就无法保证核相的结果正确，因此核相的结果可靠程度却比一次核相方法低。目前，电力系统中广泛采用“一次核相”和“二次核相”相结合的方法，既增加了人力物力成本，又需要更高的安全保障制度。综上所述，传统核相试验方法，不管是一次核相方法还是二次核相方法，都存在下列问题：1)电源必须是同一电网同一电压等级下的不同拓扑点；2)核相所需的两电源信号必须同时采集；3)参与一个核相试验的人员很多，人工成本很大；4)步骤很多，花费时间长；5)核相有一定的危险性，特别是有线核相方式，必须考虑人员的配合协调和人身安全问题；6)两电源点相距不能太远，据实际操作经验表明，一般两核相棒的距离不宜超过10米。对于无线核相方式，其地面接收器的距离离两个发射器(核相棒所在位置)不应超过15米。按上述特点，从中看到传统核相方式有很多可以改进的地方。是否能够在考虑减少核相人员的同时，不增加或者甚至减轻核相人员的工作量，又能保证核相试验的顺利完成？这不仅仅是个技术问题，而且它在安全管理和经济上带来的收益也是可以明显预见的。传统的核相方法，至少要两档以上的人员才能完成，而且只能针对同一电压等级的电源设备，在应用范围上有诸多限制。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于同步相量测量的广域核相系统，本专利技术利用GPS系统提供的高精度时钟成为了相位测量的参考量，对电网系统中各个主要节点上的电参量进行同步测量，获得电网各状态的同步信息，从而实现全网的监测、保护及控制，并通过跟踪快变系统的动态现象，实现系统的实时动态控制，并可进一步实现状态估计、稳定监测和控制。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于同步相量测量的广域核相系统，包括服务层、网络层和物理层，其中：所述服务层，包括数据防火墙、通讯交换机和授相服务器，所述数据防火墙提供对整个系统的数据安全支撑，通讯交换机为网络层与授相服务器的数据交换提供通道，授相服务器定时召唤物理层的同步相量信息并将数据存储到授相服务器数据库中；所述网络层，基于GPRS获取物理层的同步相量信息，并将其传输给服务层；所述物理层，包括授相源端和待核相端，均为核相仪，所述授相源端设有GPRS模块向远端服务层授相服务器进行注册识别，待核相端的核相仪通过终端GPRS获取授相服务器的实时同步相量数据，并通过自身采集的同步相量数据进行比较对线路相位进行计算识别。所述网络层，授相源端通过内置GPRS模块将采集到的同步相量信息发送到授相服务器，作为授相的标准源，待核相端通过GPRS获取授相服务器的同步相量数据，并通过就地采集的同步相量数据对线路相位进行识别。所述授相服务器定时向在线核相主机查询同步相量信息，并在内存中对同步相量信息进行缓存，同时将同步相量信息存储至服务器中。所述核相仪包括控制器模块、相量测量模块、数字量模块、时钟模块和电源模块，控制器模块被配置为收集各相量测量模块和数字量模块采集到的数据信息，对数据进行计算、分析和处理，同时将有效数据进行转发和存储等；相量测量模块具有多个，被配置为对电压电流进行带有准确时标的高精度采集，所述数字量模块，被配置为采集遥信数据，时钟模块被配置为各模块提供准确的时钟信息，时钟模块内有兼容GPS和北斗授时功能的授时芯片，独立为系统提供时钟，或接受站内IRIG-B的时钟信号或通过网络授时技术进行时钟校时。所述控制器模块以ID编号顺序向各相量测量模块和数字量模块下发报到命令，若对应的ID编号的设备存在则返回相应数据，控制器根据返回的数据识别设备的属性及状态，待所有设备完成报到后在控制器模块内生成设备表，为后续模块轮询提供设备信息。所述相量测量模块与控制器模块的通信采用轮询的方式，由控制器模块下发回传指令，相量测量模块收到对应的指令后，与本地ID号进行对比，若指令码与ID号相同则将本机数据进行回传，依次轮询。所述数字量模块因状态变化需要上传数据时，将上传请求至信号线，控制器模块待读完当前设备数据后再转至相应的设备。所述相量测量模块每次轮询时传输的内容为一个轮询间隔内的波形数据及对应的时标信息，计算出的相量信息在每周期的设定轮询次数跟随波形数据进行发送；对于数字量模块在轮询间隔内时若开关存在变位则上传对应通道变位后的状态及变位时间。所述相量测量模块包括FPGA和AD转换器，FPGA负责完成AD转换器的控制工作，FPGA收到GPS的时钟信号后进行分频处理后用来触发AD转换器，充分保证AD转换器的转换时间的精准度，减小相角计算的误差，使用16位的差分信号输入AD转换器，所述AD转换器对不同通道的模拟信号进行同步采样。所述FPGA根据AD转换器的数据进行傅里叶变换的运算，求出各通道的相角信息，同时将计算结果和波形文件通过将数据发送给控制器模块。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术进行核相工作，可以明显减少核相工作强度，核相过程中一端可使用固定的授相源，不需要频繁变更，仅需在待核相端安装一台核相设备即可；改变传统每个核相点需要安装两台核相装置的过程，核相过程的工作量仅为原来的一半；(2)本专利技术解决了传统核相过程中，由于核相仪通信距离的限制，导致核相点不能超过10米的问题，更便于选择安全的核相点，保证了核相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于同步相量测量的广域核相系统，其特征是：包括服务层、网络层和物理层，其中：所述服务层，包括数据防火墙、通讯交换机和授相服务器，所述数据防火墙提供对整个系统的数据安全支撑，通讯交换机为网络层与授相服务器的数据交换提供通道，授相服务器定时召唤物理层的同步相量信息并将数据存储到授相服务器数据库中；所述网络层，基于GPRS获取物理层的同步相量信息，并将其传输给服务层；所述物理层，包括授相源端和待核相端，均为核相仪，所述授相源端设有GPRS模块向远端服务层授相服务器进行注册识别，待核相端的核相仪通过终端GPRS获取授相服务器的实时同步相量数据，并通过自身采集的同步相量数据进行比较对线路相位进行计算识别。

【技术特征摘要】
1.一种基于同步相量测量的广域核相系统，其特征是：包括服务层、网络层和物理层，其中：所述服务层，包括数据防火墙、通讯交换机和授相服务器，所述数据防火墙提供对整个系统的数据安全支撑，通讯交换机为网络层与授相服务器的数据交换提供通道，授相服务器定时召唤物理层的同步相量信息并将数据存储到授相服务器数据库中；所述网络层，基于GPRS获取物理层的同步相量信息，并将其传输给服务层；所述物理层，包括授相源端和待核相端，均为核相仪，所述授相源端设有GPRS模块向远端服务层授相服务器进行注册识别，待核相端的核相仪通过终端GPRS获取授相服务器的实时同步相量数据，并通过自身采集的同步相量数据进行比较对线路相位进行计算识别。2.如权利要求1所述的一种基于同步相量测量的广域核相系统，其特征是：所述网络层，授相源端通过内置GPRS模块将采集到的同步相量信息发送到授相服务器，作为授相的标准源，待核相端通过GPRS获取授相服务器的同步相量数据，并通过就地采集的同步相量数据对线路相位进行识别。3.如权利要求1所述的一种基于同步相量测量的广域核相系统，其特征是：所述授相服务器定时向在线核相主机查询同步相量信息，并在内存中对同步相量信息进行缓存，同时将同步相量信息存储至服务器中。4.如权利要求1所述的一种基于同步相量测量的广域核相系统，其特征是：所述核相仪包括控制器模块、相量测量模块、数字量模块、时钟模块和电源模块，控制器模块被配置为收集各相量测量模块和数字量模块采集到的数据信息，对数据进行计算、分析和处理，同时将有效数据进行转发和存储等；相量测量模块具有多个，被配置为对电压电流进行带有准确时标的高精度采集，所述数字量模块，被配置为采集遥信数据，时钟模块被配置为各模块提供准确的时钟信息，时钟模块内有兼容GPS和北斗授时功能的授时芯片，独立为系统提供时钟，或接受站内IRIG-B的时钟信号或通过网...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯广松，孔宁，程新功，陈波涛，程昭龙，佀东方，杨文，杨哲，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司菏泽供电公司，国家电网公司，济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37