分布式長(zhǎng)時(shí)在線(xiàn)電能質(zhì)量錄波器的設(shè)計(jì)：

電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)是保證電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)電能質(zhì)量錄波器工作方式大多為獨(dú)立工作的閾值觸發(fā)式錄波器，在著一系列的問(wèn)題，且大多基于工控機(jī)平臺(tái)集中布置存在體積大成本高記錄不準(zhǔn)確等問(wèn)題，也不利于分散監(jiān)控電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。而在當(dāng)前我國(guó)建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)要求隨時(shí)掌握電網(wǎng)分布各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，并在電能質(zhì)量發(fā)生時(shí)準(zhǔn)確定位和記錄，并且錄波器平臺(tái)具有高可靠性，可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器通信，交換數(shù)據(jù)。

1.長(zhǎng)時(shí)在線(xiàn)式數(shù)字錄波器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

①系統(tǒng)總體功能

目前電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)錄波檢測(cè)技術(shù)向可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，長(zhǎng)時(shí)在線(xiàn)記錄，具備大容量存儲(chǔ)空間，高壓縮比數(shù)據(jù)壓縮功能，多功能網(wǎng)絡(luò)化智能化等方向發(fā)展。本文設(shè)計(jì)的電能質(zhì)量數(shù)字錄波器系統(tǒng)，具備電能質(zhì)量數(shù)據(jù)采集、壓縮、存儲(chǔ)、導(dǎo)出、多功能網(wǎng)絡(luò)化通信、長(zhǎng)時(shí)在線(xiàn)分布式監(jiān)測(cè)等功能。

②系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

根據(jù)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)應(yīng)用環(huán)境和整體性能要求設(shè)備整體電壓電流精度0.2%，采樣率為每周波1024點(diǎn)。根據(jù)精度和數(shù)據(jù)壓縮算法的計(jì)算量，主要分為六部分：信號(hào)調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、人機(jī)接口模塊、通信接口模塊、電源模塊，每一個(gè)功能模塊亦為獨(dú)立的硬件板卡。采用這種功能模塊化設(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)為可方便拆卸升級(jí)的功能模塊提高了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和日后升級(jí)的便利性和經(jīng)濟(jì)性。

2.基于電能質(zhì)量信號(hào)特征的數(shù)據(jù)壓縮算法

①數(shù)據(jù)壓縮算法設(shè)計(jì)

電能質(zhì)量信號(hào)在大部分時(shí)間為正常非故障波形，其理想電壓波形為規(guī)律的50HZ 正弦波。即便發(fā)生電能質(zhì)量事件，暫態(tài)電能質(zhì)量事件持續(xù)時(shí)間比較短，數(shù)據(jù)量不大，而穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量事件在信號(hào)形式上也都是相對(duì)穩(wěn)定的周期信號(hào)。電能質(zhì)量信號(hào)的周期性特征，使得可以用處于穩(wěn)態(tài)的周期信號(hào)的一個(gè)波形數(shù)據(jù)來(lái)替代描述其他的周波，這樣就為數(shù)據(jù)壓縮提供了可能。

②數(shù)據(jù)存儲(chǔ)協(xié)議設(shè)計(jì)

故障錄波數(shù)據(jù)按照故障時(shí)間逐條存儲(chǔ)，每條故障記錄占用25KB 存儲(chǔ)空間。

由于我國(guó)三相四線(xiàn)制輸配電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)需要三路相電壓與三路線(xiàn)電流，故系統(tǒng)配置六路模擬量采樣通道。單路波形個(gè)數(shù)A，B 均占用4Bytes 存儲(chǔ)空間，用于記錄電能質(zhì)量信號(hào)波形變化前后穩(wěn)定狀態(tài)的周波數(shù)。其4Bytes 容量共可記錄4294967296 個(gè)20ms 周波，如果電網(wǎng)信號(hào)為穩(wěn)態(tài)不變，則其容量可連續(xù)記錄數(shù)百天周波數(shù)。單路波形數(shù)據(jù)A，B 為存儲(chǔ)電能質(zhì)量事件發(fā)生時(shí)刻前后變化波形的數(shù)據(jù)空間，由于數(shù)據(jù)采樣精度為16bits，采樣率為1024點(diǎn)/周波，所以每個(gè)周波占用2K Bytes，共4K Bytes。上述皆為單路采樣通道存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量，整個(gè)系統(tǒng)含6 路模擬采樣通道，故故障錄波記錄存儲(chǔ)空間需求為單路乘以系統(tǒng)采樣通道數(shù)6。

3.系統(tǒng)軟件框架結(jié)構(gòu)

上電之后初始化芯片及外設(shè)，之后啟動(dòng)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集數(shù)據(jù)存入緩存，緩存采用乒乓RAM 形式工作，采集滿(mǎn)兩個(gè)周波40ms的數(shù)據(jù)之后由DSP讀取RAM中數(shù)據(jù)，將前后周波進(jìn)行逐點(diǎn)比對(duì)，如果C值小于預(yù)設(shè)ΔU 則判斷前后一致則只存儲(chǔ)有效數(shù)據(jù)，其余周波數(shù)據(jù)不直接存儲(chǔ)，只記錄波形個(gè)數(shù)；如果波形對(duì)比判定前后幀波形不一致則判定為電能質(zhì)量故障波形，對(duì)數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)。 

4.系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

錄波實(shí)驗(yàn)環(huán)境使用的三相交流可編程電源定量產(chǎn)生典型電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)故障信號(hào)。該電源可編程實(shí)現(xiàn)的電壓波動(dòng)、電壓暫降、電壓暫升、電壓中斷、頻偏、三相不平衡、電壓沖擊等等電能質(zhì)量綜合變化的數(shù)據(jù)。