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电压暂降监测装置及其关键技术研究

发表时间：2021/7/23 来源：《建筑科技》2020年12月上作者：孙远闯

[导读] 文章提出新型电压暂降监测装置，然后给出相应软硬件方案，分析不同方法下的暂降启动与记录原理，研究了启动事件数据文件与事件特点再者，还对电压短路阶段电压暂升情况进行详细记录，希望能进一步优化电压暂降监测装置。

南京赫曦电气有限公司孙远闯江苏南京 210000

摘要：文章提出新型电压暂降监测装置，然后给出相应软硬件方案，分析不同方法下的暂降启动与记录原理，研究了启动事件数据文件与事件特点再者，还对电压短路阶段电压暂升情况进行详细记录，希望能进一步优化电压暂降监测装置。
关键词：电压暂降；   监测装置；    关键技术
        1主要功能设计
        电压暂降是用来描述和刻画某些事件的物理量。结合刻画目标与认知程度方面差异，刻画电压暂降事件应用特征也不同。与实际认知相结合，便于刻画电压暂降事件，一般情况下，可以应用不同特征进行刻画。电压暂降有：暂降幅值、持续时间、暂降频次。其中，暂降频次计算某一母线暂降次数，统计单一暂降事件，很多文献中都没有将其视为电压暂降特征，但站在全面刻画暂降事件视角分析，特别在划分单一、节点、系统等方面电压暂降期间，可以将暂降频次当做电压暂降的一个主要特征。在IEEE标准中，单一电压暂降事件节点、指标等，都属于描述与分析电压暂降事件的主要特征。
        通用型监测设备，功能如下：
        （1）事件触发与记录数据功能。在电压信号符合电压暂降开启门槛后，及时开展数据记录功能。其中，数据文件既包含持续暂降过程，还要包含前后发生阶段数据。为了方便文件处理和交换，数据文件格式多以Comtrade为主。（2）参数设置。装置可设置就地接线方式、返回系数、启动门槛、文件存储等不同参数。（3）实时显示功效。装置可以对实时测量数据、装置运行状态等参数进行及时显示。（4）统计事件功能。装置可以按照一定规则，认真筛选电压暂降事件，然后输出统计结果。（5）输出报文。事件发生后，装置可立即输出事件报文，具体内容包含持续时间、发生时刻等。（6）数据通信。借助通信接口可以和外围计算机系统进行数据交换。此外，因现场安装施工较为方便，装置结构十分紧凑。
        2 选择软硬件框架平台
        2.1 硬件设计
        暂降监测中计算量较大，设备研制需要微处理器。ARM身为企业新型微控制器，这里主要应用90nm非易失存储器与实时存储加速器。其中，ART技术可以程序随时执行，方便提高程序执行效率，充分发挥Cortext-M4性能。该系列微控制器云集单周期数字信号处理指令与浮点单元，装置计算能力得到提高，可以开展复杂控制与计算。
        2.2 选择软件平台
        为了确保软件运行实时可靠，硬件平台还需配置多任务操作系统（RTOS）。该方案当中，RTOS主要使用FreeRTOS。操作系统身为轻量级系统，功能包括：时间与内存管理、任务调度、信号量、消息通信等方面。
        3暂降记录
        3.1 时常优先法
        详细操作流程见下图1。检测到电压信号超过设定值以后，再对持续时间进行合理判定。若持续时间大于10ms，需立即记录首次启动特征参数，然后记录固定时间长数据，并将此视为一次事件。

        图1 固定时长法流程图
        这一方法计算量很小，逻辑程序简单，便于实现。遵循国家相关标准，若在1min内持续发生多次事件，可以将其视为一次完整事件，接着以最严重情况，当作事件标志。该方法应用期间，若本相与其他相连续暂降，则很难展现特征信息，此时需要结合波形图进行分析。再者，若固定时间较长，还容易导致数据文教较大，隐态信息较多，这会给通信传输带来很大压力；若固定时间较短，还容易导致一次事件数据分割太多，最终导致事件统计偏差。
        3.2事件优先法
        该方法在首次开启记录之后，记录过程当中，主要使用持续计算判定是否存在新启动事件。如果没有新启动事件，本次事件完成后，将结束记录工作。如果存在新启动事件，应立即结束记录，然后重启新记录。
        该方法记录时间，应结合各次事件长短进行调整，合理应用存储空间，开启逻辑较为简单，且方便实现。但在短期时间内进行重复开启，因数据文件很多，且多会将本次事件当做一次事件数据分割处理，这会给事件统计与评价带来较大偏差。该方法应用，可能存在于两次不同事件间隔内，因系统没时间处置，而导致数据记录丢失。
        3.3事件特征优先法
        和上面事件优先法相同，该方法在开启记录后，记录全过程中，需要持续计算判定新启动事件。如果不存在新启动事件，本次事件完成后，就结束记录工作。若有新事件发生，应结合实际，合理修正事件。待事件返回后，代表本次数据记录完成。暂态电能质量事件时间为1min，本次数据记录若超过1min，则认为本次数据记录完成。该方法不仅可以避免上述方法弊病，还能结合电压暂降事件定义，灵活开启事件记录，符合暂态事件后续统计与评价。
        4数据文件和事件特点
        暂降监测装置判据是各相电压均方根和规定限值是否相符，均方根都用全波算法进行计算。装置进行单相、多相、重复启动期间，可以完整记录数据内容，然后将事件特点，结合统一规范合理描述。
        4.1单相启动事件
        单相暂降事件产生，装置会立即记录数据。这里数据文件当中既有事件持续情况，还有事件发生前与结束后各5个周波数据。使用电压均方根来描述，接着在数据首尾分别添加5个周波；Comtrade数据文件借助三方软件开启后，即可展现具体波形截图。
        4.2 多相启动事件
        多相同时发生暂降事件，装置应将从启动相打开，一直到返回相完成的全过程视为一次事件，事件包含，开启时刻、本次残压、持续时间等信息。
        4.3重复启动事件
        电力系统短期内出现多次电压暂降时，应合理设定时间窗口，然后在设定时间内将事件发生数据，记录到某一文件中，然后在统计中将其当作一次事件。事件包含开启时间，残压大小，持续时间，特征相别。
        5.电压中断和暂升处理
        电压暂降监测装置，包含电压暂降监测与电压短时中断、暂升监测。从具体定义方面分析，电压短时中断与暂降区别主要为残压值。文章前面论述的启动识别、特征描述与数据记录等方法，也可以应用在电压短路中断事件中。
        电压暂升即暂态电能质量，电压均方根为1.1～1.8p.u.，然后在短暂时间段内，即可恢复到正常。文章设计的暂降监测装置，可以将电压暂升功能当做可选项，让用户应用。其中，单相、多相、连续暂升事件逻辑与暂降处理方法相同。因电压暂升主要是电压暂降恢复阶段的一个现象，所以当电压暂降和暂升一起发生后，可以将其视为电压暂降事件。
        结语：新型电压暂降监测装置，操作期间按照实际标准，即可提供准确暂态电能质量事件数据。由于性价比很高，可以为电压暂降监测推广创造最佳条件。将监测点安置到专用电压监测装置中，然后借助网络，即可将监测终端与服务器进行互联，对电网电能质量暂态事件进行全面分析，方便处理电力接入和电能质量损失，从而为电压暂降监测工作开展提供相应数据支持。
参考文献：
[1]刘平,欧阳森,蔡东阳. 考虑变电站电压暂降严重性的暂降监测装置优化配置[J]. 电网技术,2016,40(02):634-641.
[2]谭丹,杨洪耕. 基于故障识别法的电压暂降监测点的优化配置[J]. 电力系统保护与控制,2013,41(20):7-12.