全数字化雷电监测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种全数字化雷电监测系统，包括电磁场天线，电磁场天线通过线路与放大滤波电路相连，放大滤波电路与A/D采样电路相连，A/D采样电路一路与全数字化雷电波形识别模块相连，另一路DSP数字信号处理单元相连，全数字化雷电波形识别模块和DSP数字信号处理单元均与时钟模块相连，时钟模块与DSP处理模块相连，DSP处理模块与存储器或中心站主机相连。该系统主要有以下两方面优点：（1）全新数字化雷电监测仪的探测效率＞90%，实时传输速率大于100kB/s；（2）雷电监测技术可以用于输电线路雷击闪络点或故障点的准确定位，定位不确定度小于10m。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种输电线路防雷技术，尤其是一种全数字化雷电监测系统。
技术介绍
特高压输电系统的雷电参数监测与雷害评估技术可供参考的国内外成熟技术和 经验很少，美国、瑞士等国家已经开展了很多相关工作，根据雷电电磁波辐射特性，采用雷 电定位系统测量获得了大量雷电电磁场数据反演和估算雷击大地的雷电流峰值、上升时间 等重要参量。但是，目前的研究还存在模型简单、只能由近场测量值进行雷击大地时雷电流 的反演计算。目前的研究成果还不能充分发挥雷电定位系统测量范围广、数据量大的优势， 还需要开展更深入的研究工作。
技术实现思路
本技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于DSP+3G系统构 架，根据输电线路雷电流幅值与波形的监测，掌握雷电参数与雷电的一些物理过程(如雷电 先导发展与起始判据等)，并据此对特高压电网的雷害进行分析与评估，探测效率和实时传 输速率高，故障定位准确的全数字化雷电监测系统。为实现上述目的，本技术采用下述技术方案一种全数字化雷电监测系统，包括电磁场天线，电磁场天线通过线路与放大滤波 电路相连，放大滤波电路与A/ D采样电路相连，A/ D采样电路一路与全数字化雷电波形 识别模块相连，另一路DSP数字信号处理单元相连，全数字化雷电波形识别模块和DSP数 字信号处理单元均与时钟模块相连，时钟模块与DSP处理模块相连，DSP处理模块与存储 器或中心站主机相连。其中，雷电波形识别模块使设备只响应探测范围以内的雷电电磁脉冲信号，而拒 绝其它各种信号。雷电波形识别的关键技术在于从较大的背景干扰中提取出真正的雷电电 磁脉冲波形，然后再根据近区雷电波形的形态特征，对雷电信号提出判别。本技术中的硬件均为现有设备，在此不再赘述。本技术中电磁场天线接收到的信号通过放大滤波电路后进入高速高精度A/ D采样电路，经过数字化后一路进入全数字化雷电波形识别模块，另一路进入DSP数字 信号处理单元，两路信号通过高精度时钟模块精确同步并打上时间标签。全数字化雷电波 形识别模块由大规模3G芯片构建，配置了复杂的雷电波形识别算法，可有效地从高速数 据流中分离出地闪信号；被分离出的地闪数据包通过高速数据通道输入到DSP处理模块 中，通过分析计算提取地闪波形的特征信息，并将地闪波形原始数据存储或通过通信接口 发送到中心站主机。大容量雷电波形数据的存储采用非易失性存储器，可根据需要长期保 存，也可采用环形缓冲方式保存最新一段时间内的测量数据。系统校准电路的作用是实现 测量系统的自动定标和测量精度校准。该系统主要有以下两方面优点(1)全新数字化雷电监测仪的探测效率> 90%，实时传输速率大于100kB/S(2)雷电监测技术可以用于输电线路雷击闪络点或故障点的准确定位，定位不确 定度小于10m。附图说明图1是本技术系统原理图；图2是该系统中雷电波形识别模块电路图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术进一步说明。图1中，一种全数字化雷电监测系统，包括电磁场天线，电磁场天线通过线路与放 大滤波电路相连，放大滤波电路与A/ D采样电路相连，A/ D采样电路一路与全数字化雷 电波形识别模块相连，另一路DSP数字信号处理单元相连，全数字化雷电波形识别模块和 DSP数字信号处理单元均与时钟模块相连，时钟模块与DSP处理模块相连，DSP处理模块 与存储器或中心站主机相连。图2为全数字化雷电波形识别模块电路，雷电监测系统将雷电信息连同发生时 刻送往雷电波形识别模块，该模块从众多数据中区分雷击种类，得到高精度雷电信息。A/D 转化后的数字信号经过数字信号处理器进行小波包分解，将数字信号进行快速的傅里叶变 换并根据变换结果确定小波分解的采样频率和分解尺度，然后对由后台计算机对分解后的 小波系数进行模极大值提取和奇异性检测，最后根据运算结果对雷击信号进行提取。之后 同后台计算机存储器中保存的参考信息进行比对，通过处理器完成波形识别过程。其中，信 号整形模块将送来的信号转换至适合采集的数值范围，信号高速采集处理模块可以高速采 集整形模块送来的信号，满足系统要求。后台计算机系统可通过USB接口与雷电信号提取 装置相连，二者都通过串口与GPS模块连接。GPS模块可以看准确记录雷击的发生时刻，时 刻分辨率、准确率可达到微秒级。全数字化雷电波形识别模块采用TMS320F2812核心处理芯片作为主处理器， 采用该成熟的高主频专用数据采集处理芯片可以保证该系统的性能可靠，实施容易。 TMS320F2812是一种高性能的静态CMOS结构的32位处理器，可提供每秒1. 5亿次指令、单 周期32*32位MAC功能、U8KW的片上闪存，IK字的OTP ROM,4K字的BOOT ROM, 18K字的 SRAM以及片上12位模数转化器。片外存储器扩展的511字RAM。本技术中电磁场天线接收到的信号通过放大滤波电路后进入高速高精度A/ D采样电路，经过数字化后一路进入全数字化雷电波形识别模块，另一路进入DSP数字 信号处理单元，两路信号通过高精度时钟模块精确同步并打上时间标签。全数字化雷电波 形识别模块由大规模3G芯片构建，配置了复杂的雷电波形识别算法，可有效地从高速数 据流中分离出地闪信号；被分离出的地闪数据包通过高速数据通道输入到DSP处理模块 中，通过分析计算提取地闪波形的特征信息，并将地闪波形原始数据存储或通过通信接口 发送到中心站主机。大容量雷电波形数据的存储采用非易失性存储器，可根据需要长期保 存，也可采用环形缓冲方式保存最新一段时间内的测量数据。系统校准电路的作用是实现 测量系统的自动定标和测量精度校准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种全数字化雷电监测系统，其特征在于：包括电磁场天线，电磁场天线通过线路与放大滤波电路相连，放大滤波电路与Ａ／　Ｄ　采样电路相连，Ａ／　Ｄ　采样电路一路与全数字化雷电波形识别模块相连，另一路ＤＳＰ　数字信号处理单元相连，全数字化雷电波形识别模块和ＤＳＰ　数字信号处理单元均与时钟模块相连，时钟模块与ＤＳＰ　处理模块相连，ＤＳＰ　处理模块与存储器或中心站主机相连。

【技术特征摘要】
1. 一种全数字化雷电监测系统，其特征在于包括电磁场天线，电磁场天线通过线路 与放大滤波电路相连，放大滤波电路与A/ D采样电路相连，A/ D采样电路一路与全数字 化雷电波形识别模...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彦良，肖云东，许磊，颜彦，徐刚，郗骋，李继强，
申请(专利权)人：山东电力集团公司济宁供电公司，
类型：实用新型
国别省市：37