[發明專利]分布式無線網絡的電能質量監控系統

在審

• 申請號: 201811079029.8
• 申請日: 2018-09-17
• 公開（公告）號: CN109193627A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 李俊;薄翠梅;高世達;錢文浩
• 申請（專利權）人: 鎮江博慧自動化技術研究院有限公司
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J13/00
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 許軻;徐冬濤

1.一種分布式無線網絡的電能質量監控系統，其特征在于：該系統包括監測節點、區域接收處理單元和上位機顯示控制單元，所述監測節點以多點分布的形式設置在多個采集點，其包括傳感器采集模塊，AD轉換模塊和監測處理器，所述傳感器采集模塊用于采集現場電信號并將采集的電信號通過AD轉換模塊送入監測處理器進行相關數據運算處理，監測處理器將處理后的數據通過無線網卡發送給所述區域接收處理單元，區域接收處理單元將從監測節點接收的現場數據進行相關運算處理得到的電能參數通過網絡傳送給上位機顯示控制單元。

2.根據權利要求1所述的分布式無線網絡的電能質量監控系統，其特征在于：所述監測節點將模擬信號轉換成數字信號并進行適當的處理后經無線網卡發送給區域接收處理單元；該節點的監測處理器采用cortex-m核處理器，并通過電流電壓互感器采集電能參數。

3.根據權利要求1所述的分布式無線網絡的電能質量監控系統，其特征在于：所述區域接收處理單元采用ARM11處理器，其無線網卡編寫Linux驅動實現AP熱點功能，給監測節點提供接入點，將從節點接收的現場數據進行相關運算處理得到的電能參數通過網絡傳送給上位機，所述電能參數包括有功、無功功率、功率因數、三相基波電壓、電流有效值、基波功率、功率因數。

4.根據權利要求3所述的分布式無線網絡的電能質量監控系統，其特征在于：所述區域接收處理單元還包括DSP處理器，區域接收處理單元在接收完數據后將運算送給DSP處理，DSP采用中斷模式處理完數據后中斷通知ARM進行讀數處理。

5.根據權利要求4所述的分布式無線網絡的電能質量監控系統，其特征在于：所述區域接收處理單元同時加入觸屏控制顯示模塊以便現場操作觀測，以及加入了無線網卡和有線網卡，無線網卡用于接收監測節點數據，有線網卡用于將數據傳送給遠程上位監控機。

6.根據權利要求1或3所述的分布式無線網絡的電能質量監控系統，其特征在于：所述上位機顯示控制單元可以實時監測并能控制現場供電，上位機將采集的數據庫存儲起來，建立數據庫，可查詢以往的運行參數并進行相關的分析。

7.根據權利要求3所述的分布式無線網絡的電能質量監控系統，其特征在于：采集的三相電壓、三相電流，利用快速傅立葉變換算法對電網中的電參數進行實時測量，通過3次FFT可計算出三相電壓、三相電流的FFT結果。

8.根據權利要求7所述的分布式無線網絡的電能質量監控系統，其特征在于：單相電壓和電流的測量算法如下：

同時采樣N點電壓序列{u(n)}和電流序列{i(n)}，二者構成一個復數離散時間序列：

x(n)＝u(n)+ji(n)(0≤n≤N-1) (1)

對于復序列{x(n)}，其離散傅立葉變換(DFT)為：

由上式得：

對式進行DFT變化，并由其復數共扼的性質，則可得到電壓、電流的頻譜為

利用式(4)的變換方法得到電壓、電流的頻譜；

設為u(t)第K次諧波的向量表示，為i(t)第K次諧波的向量表示則電壓、電流向量與其頻譜有如下關系：

當K＝0時，X(N-K)＝X(N)＝X(0)隱含了周期性，這里不考慮直流分量，這樣，可導出此相各次(1≤N≤N/2-1)諧波電壓、電流的有效值(U_g,I_g)和有功功率(P_K)為：

則此相電壓有效值和電流有效值為：

有功功率、無功功率、視在功率及功率因數為：

S＝UI (13)

總諧波畸變率分別為：

其中，L＝N/2-1這樣，系統得到了此相的各項參數。

9.根據權利要求3所述的分布式無線網絡的電能質量監控系統，其特征在于：無功的計算采用瞬時無功理論，設三相電路的各相電壓瞬時值為e_a、e_b、e_c，各相電流瞬時值為i_a、i_b、i_c，分別將它們變換到兩相正交α-β坐標系上，由下述變換可以得到兩相瞬時電壓為e_α、e_β兩相瞬時電流為i_α，i_β即：

矢量e_α、e_β和i_α，i_β分別可以合成為電壓矢量和電流矢量，即：

e＝e_α+e_β＝|e|∠φ_e (19)

i＝i_α+i_β＝i∠φ_i (20)

設i滯后e的角度為φ＝φ_e-φ_i，則三相電路的瞬時有功電流i_p和瞬時無功電流i_q分別定義如下：

i_p＝icosφ (21)

i_q＝isinφ (22)

三相電路的瞬時有功功率p和瞬時無功功率q為電壓矢量e的模與三相電路瞬時有功電流i_p和瞬時無功電流i_q的乘積，即：

p＝|e|i_p (23)

q＝|e|i_q (24)

瞬時有功功率與瞬時無功功率矩陣形式為:

p、q對于三相電壓、電流的表達式為：

p＝e_ai_a+e_bi_b+e_ci_c (26)

因此三相電路瞬時有功功率就是三相電路的瞬時功率，三相電路各相的瞬時無功電流i_aq、i_bq、i_cq是α、β兩相的瞬時無功電流i_αq、i_βq通過變換得到：

同理，也可以得到三相電路各相的瞬時有功電流為:

三相電路各相的瞬時無功功率q_a、q_b、q_c分別為該相瞬時電壓和瞬時無功電流的乘積；瞬時有功功率p_a、p_b、p_c分別為該相的瞬時電壓與瞬時有功電流的乘積，即：

p_a＝e_ai_ap p_b＝e_bi_bp p_c＝e_ci_cp (30)

q_a＝e_ai_aq q_b＝e_bi_bq q_c＝e_ci_cq (31)

同時，p＝p_a+p_b+p_c，q＝q_a+q_b+q_c＝0 (32)。