CN112925230A - 一种变电站多功能模拟量统一采集模块 - Google Patents

一种变电站多功能模拟量统一采集模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变电站多功能模拟量统一采集模块，包括高速总线背板、中央处理器CPU模块、模拟量输入模块和电源模块。CPU模块、模拟量输入模块和电源模块均与高速总线背板连接。多功能模拟量统一采集模块把电网的电压和电流常规采样输入和数字化采样输入信号转换成多种频率的数字信号进行输出，可以满足间隔层设备，如测控、保护、录波器、电能质量、电力***同步相量测量装置(PMU)、计量装置、宽频测量等等装置对采样率的不同需求，实现变电站不同测量装置的模拟量的统一采样，提高变电站数据共享程度，有利于提高变电站采样的规范化、标准化和准确度。

Description

一种变电站多功能模拟量统一采集模块
技术领域
本发明涉及变电站测量技术，尤其涉及一种变电站多功能模拟量统一采集模块。
背景技术
随着电网规模的不断发展，分布式能源、直流控制装置、无功补偿装置等大规模接入，中国电网已经发展成为超大规模的复杂电网。电网中高次谐波干扰、次同步振荡变得更加频繁。亟需提高电网对不同频率扰动分量的监测能力，降低电网运行风险。为监测更高次的谐波和间谐波，需要测量装置具有更高的采样频率，如关口计量装置要求采样频率不低于12.8kHz；电能质量、宽频测量装置要求采样频率不低于25.6kHz；行波测距装置要求采样频率不低于1MHz。而传统的合并单元输出的4kHz的数字采样已远远不能满足实际发展需求。
另一方面，随着变电站数字化的深入发展，全面数字化、信息共享化的需求越来越强烈。在现有数字化变电站中，普通测量装置，如保护、测控、PMU等装置采样数字化，而采样率要求较高的关口计量、电能质量、宽频测量、行波测距等装置采用常规采样方式。或者安装多套合并单元分别输出不同采样频率的数字采样信号以满足不同装置对采样频率的不同需求。此两种方法都造成了采样回路的重复建设，造成资源浪费。不符合信息全面数字化、共享化的智能电网发展趋势。
发明内容
本发明提出一种变电站多功能模拟量统一采集模块，实现变电站一次采样，多种输出的统一采样方法，解决变电站采样回路重复建设，采样数据共享程度低下的问题。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种变电站多功能模拟量统一采集模块，包括高速总线背板、中央处理器 CPU模块、模拟量输入模块和电源模块，所述的CPU模块、模拟量输入模块和电源模块均与高速总线背板连接；
所述电源模块：用于为所述模拟量统一采集模块提供工作电源；
所述模拟量输入模块，接收外部的电压互感器和电流互感器的输出信号，并转换成电压、电流小信号，再通过高速总线背板发送给CPU模块；
所述CPU模块，包括数字采样输入子模块、信号处理子模块和数字采样输出子模块；
所述数字采样输入子模块，用于通过光纤接收其它装置发送的电流电压数字采样信号，并将数字信号存入缓存区；
所述信号处理子模块，包括模数转换单元和信号滤波插值单元；
模数转换单元，通过模数转换芯片AD把模拟量输入模块发送来的小信号转成数字信号，并存入缓存区；
信号滤波插值单元，对缓存区中的数字信号进行数字滤波处理，并根据输出频率的不同采用插值或抽点方式，形成不同频率的采样输出；
数字采样输出子模块，将信号处理子模块处理后的不同频率的采样输出值通过光纤输出。
进一步地，所述信号滤波插值单元对缓存区中的数字信号进行数字滤波处理，滤除高频分量，以防止输出信号产生频率混叠。
进一步地，信号滤波插值单元根据输出频率的不同采用插值或抽点方式，形成不同频率的采样输出值，具体是：如果缓存区中数字信号的采样频率是采样输出值频率的整倍数时，采用抽头方式形成采样输出值；如果缓存区中的数字信号的采样频率是采样输出值频率的非整倍数时，则采用插值方法形成采样输出值。
进一步地，所述数字采样输出子模块的输出报文格式符合IEC61850-9-2标准；输出频率包括按时间等间隔采样的采样率和按周波固定采样点数的采样率。
进一步地，所述信号滤波插值单元根据输出信号频率不同，选择不同的滤波器或滤波参数，滤除输入信号中的高次谐波，防止产生谐波混叠。
进一步地，所述的多功能模拟量统一采集模块作为过程层装置就地安装于变电站户外柜或操作箱中，或者是作为间隔层装置的插件嵌入间隔层设备安装。
本发明的有益效果是：
本发明的多功能模拟量统一采集模块把电网的电压和电流常规采样输入和数字化采样输入信号转换成多种频率的数字信号进行输出，可以满足间隔层设备，如测控、保护、录波器、电能质量、电力***同步相量测量装置(PMU)、计量装置、宽频测量等等装置对采样率的不同需求，实现变电站一次采样，多种输出的统一采样方法。有利于避免变电站采样回路重复建设，节省建设成本；提高采样数据共享程度，有利于变电站采样的标准化和规范化。同时一种变电站多功能模拟量统一采集模块可以嵌入变电站间隔层装置安装，实现变电站间隔层设备从数字采样到常规采样的转变，提高间隔层装置的通用性，节省间隔设备的设计和制造成本。
附图说明
图1为本发明实施例一种变电站多功能模拟量统一采集模块的组成结构示意图；
图2为本发明实施例嵌入间隔层装置安装的示意图。
具体实施方式
以下根据说明书附图以及实施例对本发明进一步阐述。
本发明一种变电站多功能模拟量统一采集模块方式来实现所有功能。包括：高速总线背板、CPU模块、模拟量输入模块和电源模块。CPU模块、模拟量输入模块和电源模块均与高速总线背板连接。CPU模块包含数字采样输入接收功能、模拟量采样功能、信号滤波插值功能和多频率数字采样输出功能。
所述电源模块：用于为所述模拟量统一采集模块提供工作电源；
所述模拟量输入模块，接收外部的电压互感器和电流互感器的输出信号，并转换成电压、电流小信号，再通过高速总线背板发送给CPU模块；
所述CPU模块，包括数字采样输入子模块、信号处理子模块和数字采样输出子模块；
所述数字采样输入子模块，用于通过光纤接收其它装置发送的电流电压数字采样信号，并将数字信号存入缓存区；
所述信号处理子模块，包括模数转换单元和信号滤波插值单元；
模数转换单元，通过模数转换芯片AD把模拟量输入模块发送来的小信号转成数字信号，并存入缓存区；
信号滤波插值单元，对缓存区中的数字信号进行数字滤波处理，并根据输出频率的不同采用插值或抽点方式，形成不同频率的采样输出；
数字采样输出子模块，将信号处理子模块处理后的不同频率的采样输出值通过光纤输出。
优选的方案中，所述信号滤波插值单元对缓存区中的数字信号进行数字滤波处理，滤除高频分量，以防止输出信号产生频率混叠。
优选的方案中，信号滤波插值单元根据输出频率的不同采用插值或抽点方式，形成不同频率的采样输出值，具体是：如果缓存区中数字信号的采样频率是采样输出值频率的整倍数时，采用抽头方式形成采样输出值；如果缓存区中的数字信号的采样频率是采样输出值频率的非整倍数时，则采用插值方法形成采样输出值。
优选的方案中，所述数字采样输出子模块的输出报文格式符合 IEC61850-9-2标准；输出频率包括按时间等间隔采样的采样率和按周波固定采样点数的采样率。
优选的方案中，所述信号滤波插值单元根据输出信号频率不同，选择不同的滤波器或滤波参数，滤除输入信号中的高次谐波，防止产生谐波混叠。
优选的方案中，所述的多功能模拟量统一采集模块作为过程层装置就地安装于变电站户外柜或操作箱中，或者是作为间隔层装置的插件嵌入间隔层设备安装。
如图1所示为本发明一种变电站多功能模拟量统一采集模块10的实施例示意图，包括：壳体、高速总线背板110、CPU模块120、模拟量输入模块130和电源模块140。所述的CPU模块120、模拟量输入模块130和电源模块140均与高速总线背板110连接，安装于壳体中。其中：
模拟量输入模块130：接插于高速总线背板110上，接收来自装置外部的电压互感器15和电流互感器16的输出信号，并转换成电压、电流小信号，再通过高速总线背板110发送给CPU模块120；
CPU模块120：包括数字采样输入子模块、信号处理子模块和数字采样输出子模块，以完成数字采样输入接收功能、模拟量采样功能、信号滤波插值功能和多频率数字采样输出功能。
数字采样输入子模块通过光纤接收其它装置，如光电子式互感器17发送过来的数字采样信号，并把数字信号存入缓存区。
信号处理子模块，包括模数转换单元和信号滤波插值单元。
模数转换单元：通过模数转换芯片AD把模拟量输入模块130发送来的电压、电流小信号转成数字信号，并存入缓存区。
信号滤波插值单元：对缓存区中的数字信号进行数字滤波处理，滤除高频分量，以防止输出信号产生频率混叠。再根据输出频率的不同采用插值或抽点方式，形成不同频率的采样输出值。如果缓存区中的数字采样值的采样频率是采样输出值频率的整倍数时，采用抽取方式形成采样输出值。如果缓存区中的数字采样值的采样频率是采样输出值频率的非整倍数时，则采用插值方法形成采样输出值。
数字采样输出子模块：把信号处理子模块处理后不同频率的采样值通过光纤输出，输出报文格式符合IEC61850-9-2标准。输出频率包括按时间等间隔采样的采样率，如行波测距11使用的10MHz采样率；电能质量、宽频测量12使用的25.6kHz采样率；关口计量、录波器使用的12.8Hz采样率；保护、测控PMU 等使用的4Hz采样率等等。也包括按周波固定采样点数的采样率如80点/周波、256点/周波、512点/周波等等。
电源模块140，用于为所述的多功能模拟量统一采集模块提供电源；其中，所述电源模块140可以为交流/直流电源。
所述的多功能模拟量统一采集模块10有独立的电源模块140，可作为过程层装置就地安装于变电站户外柜或操作箱中，为变电站间隔层装置提供多种频率的数字采样值。也可作为间隔层装置的一个插件，嵌入间隔层设备安装，实现间隔层装置从数字量采样到模拟量采样的转变。
具体的，多功能模拟量统一采集模块10嵌入间隔层测控装置18安装，如图2所示。多功能模拟量统一采集模块10的数字采样出接口通过光纤与测控装置18的数字采样输入接口连接。
本实施例的多功能模拟量统一采集模块能将数字或模拟量输入的电压、电流信号转换成多种频率的数字信号进行输出，满足测控保护、录波器、电能质量、电力***同步相量测量装置(PMU)、计量装置、宽频测量装置、行波测距等等装置对采样率的不同需求。实现变电站不同测量装置的模拟量的统一采样，提高变电站数据共享程度，有利于提高变电站采样的规范化、标准化和准确度。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种变电站多功能模拟量统一采集模块，包括高速总线背板、中央处理器CPU模块、模拟量输入模块和电源模块，所述的CPU模块、模拟量输入模块和电源模块均与高速总线背板连接；其特征在于：
所述电源模块：用于为所述模拟量统一采集模块提供工作电源；
所述模拟量输入模块，接收外部的电压互感器和电流互感器的输出信号，并转换成电压、电流小信号，再通过高速总线背板发送给CPU模块；
所述CPU模块，包括数字采样输入子模块、信号处理子模块和数字采样输出子模块；
所述数字采样输入子模块，用于通过光纤接收其它装置发送的电流电压数字采样信号，并将数字信号存入缓存区；
所述信号处理子模块，包括模数转换单元和信号滤波插值单元；
模数转换单元，通过模数转换芯片AD把模拟量输入模块发送来的小信号转成数字信号，并存入缓存区；
信号滤波插值单元，对缓存区中的数字信号进行数字滤波处理，并根据输出频率的不同采用插值或抽点方式，形成不同频率的采样输出；
数字采样输出子模块，将信号处理子模块处理后的不同频率的采样输出值通过光纤输出。
2.根据权利要求1所述的一种变电站多功能模拟量统一采集模块，其特征在于，所述信号滤波插值单元对缓存区中的数字信号进行数字滤波处理，滤除高频分量，以防止输出信号产生频率混叠。
3.根据权利要求1所述的一种变电站多功能模拟量统一采集模块，其特征在于，信号滤波插值单元根据输出频率的不同采用插值或抽点方式，形成不同频率的采样输出值，具体是：如果缓存区中数字信号的采样频率是采样输出值频率的整倍数时，采用抽头方式形成采样输出值；如果缓存区中的数字信号的采样频率是采样输出值频率的非整倍数时，则采用插值方法形成采样输出值。
4.根据权利要求1所述的一种变电站多功能模拟量统一采集模块，其特征在于，所述数字采样输出子模块的输出报文格式符合IEC61850-9-2标准；输出频率包括按时间等间隔采样的采样率和按周波固定采样点数的采样率。
5.根据权利要求1所述的一种变电站多功能模拟量统一采集模块，其特征在于，所述信号滤波插值单元根据输出信号频率不同，选择不同的滤波器或滤波参数，滤除输入信号中的高次谐波，防止产生谐波混叠。
6.根据权利要求1所述的一种变电站多功能模拟量统一采集模块，其特征在于，所述的多功能模拟量统一采集模块作为过程层装置就地安装于变电站户外柜或操作箱中，或者是作为间隔层装置的插件嵌入间隔层设备安装。
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