分布式电能质量监测装置.docx
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分布式电能质量监测装置
分布式电能质量监测装置
技术说明书
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目录
1.概述1
2.产品特点2
2.1.完善的电能质量监测功能2
2.2.高速FPGA技术2
2.3.支持IEC61850规约2
2.4.支持PQDIF文件格式2
2.5.支持USB磁盘升级和数据导入/导出3
2.6.完备的对时接口3
2.7.全嵌入式结构和基于VxWorks的图形界面3
2.8.对病毒免疫3
3.技术指标4
3.1.输入信号4
3.2.性能指标4
3.3.数据格式5
3.4.时钟及同步精度5
3.5.通信接口和规约5
3.6.抗电磁干扰能力6
3.7.供电电源6
3.8.外形尺寸及颜色6
4.定值和整定范围7
5.工作原理9
5.1.总体结构9
5.2.稳态电能质量数据存储10
5.3.暂态录波数据存储10
5.4.抗病毒原理10
6.嵌入式图形软件的主要功能11
6.1.实时监测功能11
6.2.事件查询11
6.3.定值整定11
6.4.配线和参数修改12
1.概述
ZH-8103B分布式电能质量监测装置是采用嵌入式图形系统，以及高速大规模FPGA、高性能PowerPCCPU为核心，结合高性能的嵌入式实时操作系统而设计的，适用于变电站、电厂及工矿企业等需要不间断在线监测谐波及电能质量的场合。
本装置遵循如下主要标准：
vGB/T12325-2008：
电能质量 供电电压允许偏差
vGB/T12326-2008：
电能质量 电压波动和闪变
vGB/T14549-93：
电能质量 公用电网谐波
vGB/T15543-2008：
电能质量 三相电压不平衡度
vGB/T15945-2008：
电能质量电力系统频率偏差
vGB/T18481-2001：
电能质量 暂时过电压和瞬态过电压
vGB/T24337-2009：
电能质量 公用电网间谐波
vGB/T19862-2005：
电能质量监测设备通用要求
vGB/T15479-1995：
工业自动化仪表绝缘电阻、绝缘强度技术要求和试验方法
vGB/T22386-2008电力系统暂态数据交换通用格式（COMTRADE）
vGB17625.1-2003电磁兼容限值谐波电流发射限值（设备每相输入电流簇16A）
vDL/T500-2009：
电压监测仪使用技术条件
vDL/T1028-2006：
电能质量测试分析仪检定规程
vIEC61000-4-7：
Part4-7：
Testingandmeasurementtechniques-generalguideonharmonicsandinterharmonicsmeasurementsandinstrumentation
vIEC61000-4-15：
Part4：
Testingandmeasurementtechniques-section15:
flickermeter-functionalanddesignspecifications
vIEC61000-4-30：
Testingandmeasurementtechniques—Powerqualitymeasurementmethods
vIEEE1159.3-2003：
IEEERecommendedPracticefortheTransferofPowerQualityData
2.产品特点
2.1.完善的电能质量监测功能
ZH-8103B分布式电能质量监测装置具有如下监测功能：
1）可实时监测系统频率值。
2）可实时监测电压电流基波有效值、真有效值、基波功率及真功率值。
3）可实时监测电压电流谐波及间谐波含有率、含有量、谐波总畸变率THD值、谐波功率值；谐波监测次数2~63次，间谐波监测分辨率达5Hz，可同时支持不少于16个间谐波监测点。
4）可实时监测电压、电流三相不平衡度。
5）可实时监测电压波动、短时间电压闪变Pst和长时间电压闪变Plt值。
6）可实时监测电压骤降、骤升、短时中断事件。
2.2.高速FPGA技术
ZH-8103B分布式电能质量监测装置采用高速大规模FPGA，最多支持48路模拟量通道的电能质量数据采集，并采用全新的晶振驯服技术进行频率跟踪采样和数字补偿算法，有效地消除频率泄漏和栅栏效应，采样频率最高可达1024点/周波。
2.3.支持IEC61850规约
ZH-8103B分布式电能质量监测装置根据IEC61850规范进行建模，并支持MMS通信规约，支持采用61850规约接入子站和主站。
ZH-8103B分布式电能质量监测装置实现了61850通信规约中的文件服务。
2.4.支持PQDIF文件格式
ZH-8103B分布式电能质量监测装置的稳态录波数据使用PQDIF格式，最小保存间隔为3秒，保存时间至少30天；可保存各监测量的平均值、最大值、最小值、95%概率值。
同时PQDIF格式中还包含电压事件记录及波形记录。
2.5.支持USB磁盘升级和数据导入/导出
ZH-8103B分布式电能质量监测装置支持使用USB磁盘升级。
装置支持从USB磁盘导入配置，支持导出配置和波形数据到USB磁盘。
2.6.完备的对时接口
ZH-8103B分布式电能质量监测装置支持NTP/SNTP、IRIG-B、分脉冲等对时接口。
其中NTP/SNTP对时支持主动请求、接收广播、接收组播三种模式，可适应多种NTP/SNTP对时网络。
NTP/SNTP支持冗余对时网络配置，在采用主动请求模式时，可配置2组时间服务器，互为备用，自动切换。
2.7.全嵌入式结构和基于VxWorks的图形界面
ZH-8103B分布式电能质量监测装置采用基于VxWorks的全嵌入式结构，使用了嵌入式图形系统。
在嵌入式硬件和软件平台上实现了包括数据采集、数据存储、人机接口、远程通信等功能。
ZH-8103B装置采用与Windows类似的图形界面，操作简单易于使用，支持USB移动磁盘。
对装置的参数设置、调试、整定等操作都可以在嵌入式图形界面上完成，彻底脱离了基于Windows的软件。
2.8.对病毒免疫
ZH-8103B装置只使用高可靠性的VxWorks嵌入式实时操作系统，并针对电网电能质量的需求和特点开发专用软件，同时对VxWorks操作系统进行了裁减，因此不会感染病毒，不会被恶意程序入侵，不会成为病毒和恶意软件攻击联网设备的跳板，也有利于增强其它联网设备和整个网络的稳定性。
3.技术指标
3.1.输入信号
1）可接入6~48路模拟量；
v交流额定电压（TV二次侧电压）：
支持直接接入法：
220V/380V
支持间接接入法：
57.735V/100V
v交流额定电流（TA二次侧电流）：
1A或5A；支持三相式接线和两相式接线；
2）可接入4路开入量，开入量可选配为DC220V，DC110V或DC24V；
3）过载能力
v交流电压回路：
2倍额定电压，连续工作；
v交流电流回路：
2倍额定电流，连续工作。
3.2.性能指标
1）谐波分析次数2~63次；间谐波分析次数0.1~63.9次，间谐波分辨率为5Hz次，间谐波监测点不少于16个；
2）电压、电流谐波/间谐波满足GB/T14549-93规定为A级标准：
v谐波电压含有率误差：
±0.05%Un（谐波含有量小于1%Un），±5%Uh（谐波含有量大于等于1%Un）；
v谐波电流误差：
±0.15%In（谐波含有量小于3%In），±5%Ih（谐波含有量大于等于3%In）；
3）电网频率误差：
±0.005Hz，测量范围42.5~57.5Hz；
4）电压偏差误差：
±0.2%；
5）三相电压不平衡度误差：
±0.2%
6）三相电流不平衡度误差：
±0.2%
7）电压闪变测量误差：
±5%
8）录波数据采用A-B段记录方式，A、B段时长可设；暂态录波采样率支持128点/周波、256点/周波、512点/周波和1024点/周波，可整定。
3.3.数据格式
1）PQDIF格式
PQDIF（PowerQualityDataInterchangeFormat）是IEEE1159.3-2003标准中规定的一种电能质量数据交换格式。
它是一种平面文件结构，由各记录链接而成，通过标记元素结构将数据的物理属性和逻辑属性分离，其功能类似于中间件，使多数据源具有良好的兼容性，便于实现数据共享，为分析电网的电能质量问题以及实现电能质量管理和分析系统提供一种很好的平台。
装置PQDIF数据内容包含稳态电能质量数据和电压事件数据。
其中稳态电能质量数据的记录时间间隔、PQDIF文件生成时间间隔，电能质量数据统计类型可灵活设置。
电压事件数据包括电压事件类型，持续事件，残压深度、电压事件发生前后波形数据，其中事件发生前周波数，事件发生后周波数可灵活设置。
2）暂态录波数据格式
暂态录波记录提供满足GB/T22386-2008（COMTRADE1999）标准的录波数据。
波形记录采用A-B段记录方式，采样频率最高支持每周波1024点，A、B段时长可设置。
3.4.时钟及同步精度
1）支持NTP/SNTP、IRIG-B、分脉冲（PPM）对时；
2）IRIG-B、PPM对时精度±1s；
3）NTP/SNTP对时精度±20s；
4）装置自身时钟精度24小时误差±1s；
5）NTP/SNTP对时支持主动请求、接收广播、接收组播三种方式；
6）NTP/SNTP采用主动请求方式时，可设置2组时间服务器IP地址，互为备用，自动切换。
3.5.通信接口和规约
1）提供2个速率为10/100/1000Mb自适应以太网口；
2）提供1个RS232/485接口；
3）支持IEC61850-8MMS通信规约，最大允许8个客户端；
4）支持TCP/IP协议；
5）每个网络接口允许配置最多8个IP地址。
3.6.抗电磁干扰能力
1）能承受GB/T17626.2-2006规定的严酷等级为Ⅳ级的静电放电干扰；
2）能承受GB/T17626.3-2006规定的严酷等级为Ⅲ级的辐射电磁场干扰；
3）能承受GB/T17626.4-2008规定的严酷等级为Ⅲ级的快速瞬变干扰；
4）能承受GB/T17626.5-2008规定的严酷等级为Ⅲ级的浪涌干扰。
3.7.供电电源
本装置使用交直流通用电源，允许输入范围：
1）85VAC～265VAC，40Hz～70Hz，谐波电压总畸变率不大于10%；
2）85VDC～265VDC，最大纹波电压不超过5V。
3.8.外形尺寸及颜色
1）外形尺寸（高×深×宽）
半宽机箱尺寸：
255mm×202mm×265mm
全宽机箱尺寸：
482mm×202mm×265mm
2）颜色是铝合金本色
4.定值和整定范围
序号
定值项
标准
单位
范围
建议值
控制参数
1
A段长度
毫秒
0.1～1秒
200
2
B段长度
毫秒
0.4～5秒
400
3
电压事件前周波数
周波
2～5
2
4
电压事件后周波数
周波
2～5
2
频率定值
5
频率偏差
GB/T15945-2008
或自定义
Hz
-7.5～7.5
±0.2
谐波定值
6
2～63次电压谐波含有率
GB/T14594-93
或自定义
%
0.1～50
7
2～63次电流谐波含有量
GB/T14594-93
或自定义
A
0.05～5
电压偏差
8
电压正偏差
GB/T12325-2008
或自定义
%
0.1～50
+7
9
电压负偏差
GB/T12325-2008
或自定义
%
-50～-0.1
-7
电压三相不平衡
10
电压三相不平衡度
GB/T15543-2008
或自定义
%
0.1～50
2
电压闪变
11
电压短闪变
GB/T12326-2000
或自定义
0.01～10
0.9
12
电压长闪变
GB/T12326-2000
或自定义
0.01～10
0.7
开入量定值
17
开入量1→0
启动、不启动
不启动
18
开入量0→1
启动、不启动
启动
5.工作原理
5.1.总体结构
ZH-8103B分布式电能质量监测装置主要由嵌入式CPU系统，高速大规模FPGA技术构成。
高速FPGA负责A/D采样、信号开出控制以及GPS对时处理等。
嵌入式CPU系统采用VxWorks作为嵌入式实时操作系统，以及针对VxWorks设计的嵌入式图形操作系统，负责电能质量分析计算、电能质量事件触发、电压事件出发、存储、通信以及人机交互等。
ZH-8103B装置的嵌入式图形系统提供类似于Windows风格的界面，可以支持USB存储设备，配置6.5＇工业级液晶显示器，整套装置简单易用。
ZH-8103B装置的嵌入式图形操作系统，提供包括波形显示、定值整定等功能。
设备功能并没有因为采用嵌入式设计而有任何的缩减。
5.2.稳态电能质量数据存储
装置自从启动后，FPGA不停的以配置的采样率向嵌入式CPU发送实时采样值，嵌入式CPU利用实时采样值，生成实时监测数据和画面，同时将这些数据以PQDIF格式保存，成为稳态连续记录数据。
PQDIF格式中电能质量数据记录间隔可设置，PQDIF文件生成时间可设置，最长支持每4小时生成一组PQDIF文件，记录统计类型也可灵活设置，支持平均值、最大值、最小值和95%概率值。
至少保存最近30天的PQDIF文件，按先进先出顺序更新，掉电不丢失。
5.3.暂态录波数据存储
设置电能质量指标门限值，可以记录电能质量超越门限值前后的电压、电流瞬时值波形。
此外，还可以捕捉电压瞬变、电压骤升骤降，电流骤升、电流浪涌波形。
采样率最高可达每周波1024点。
最长可记录触发前1s和触发后5s的数据，可在线或离线打开触发数据进行细致分析。
触发条件包括：
v电压、电流谐波THD、谐波含有量触发；
v频率偏差触发；
v电压正、负偏差触发；
v电压、电流三相不平衡度触发；
v电压闪变Pst、Plt触发；
v电流电压突变量触发；
v开入量触发；
v手动触发。
当任一指标达到设定的触发条件时，同时触发该装置所有测量通道，产生暂态数据文件，并可对暂态数据文件进行查询、召唤。
5.4.抗病毒原理
ZH-8103B装置采用高可靠性的VxWorks嵌入式实时操作系统，并针对录波装置的需求和特点开发专用软件，有针对性的对VxWorks进行组件裁减。
因此系统不会感染病毒，不会被恶意程序入侵，不会成为病毒和恶意程序攻击其他联网设备的跳板，也有利于增强其它联网设备和整个网络的稳定性。
6.嵌入式图形软件的主要功能
6.1.实时监测功能
1）实时监测波形
按照3路通道为一组显示，使用功能键选择需要监测的通道，还能以一次值显示。
2）实时监测电压/电流
以表格的形式显示实时波形的基波有效值、真有效值、绝对相位角；还能以矢量图的方式，显示选定线路之间的相位关系。
3）实时监测谐波/间谐波
以柱状图和表格的形式，分相实时显示所有母线全部63次谐波含有量和谐波含有率，使用编辑框显示了总谐波畸变率。
以表格的形式显示配置了的间谐波含有量和间谐波含有率的值。
最多支持16个间谐波配置。
4）实时监测功率
以有功、无功、视在功率表的形式，实时显示指定线路的功率、功率因素和功率因素角。
5）实时电能监视
以表格的形式，支持分相实时显示所有母线闪变、不平衡度和电压波动。
6.2.事件查询
4）事件记录分两类，一类是触发事件记录，一类是装置操作事件记录。
触发事件记录：
当有触发时，产生事件记录，并保存暂态数据。
操作事件记录：
包括装置的重要操作、系统参数的设置、通信故障、装置自检等。
5）当触发事件记录产生时，可发出报警信号（开关量空接点输出）。
6.3.定值整定
以图形化的方式，在装置上修改定值。
6.4.配线和参数修改
可以增加、删除、编辑母线、线路等参数、配置开出是否有效，开入是否变位录波，以及配置间谐波等。
还可以配置装置IP地址、路由表等参数。
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