CN103884931A - 一种变电站母线负荷特性测试记录装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站母线负荷特征测试记录装置，采用信号调理模块采集母线二次线缆的三相电压和三相电流信号，并对信号进行调理，将每路信号调整至装置模数转换模块可采集的电压范围内，将信号经抗混叠滤波模块滤波后输入模数转换模块，模数转换模块在控制模块的控制下对信号进行采样得到三相电压和三相电流的采集数据，并通过控制模块转发给上位机，上位机根据采集数据对选择的负荷模型进行负荷参数辨识，将负荷参数辨识结果存储根据指令上传。本发明实现了负荷参数辨识的分布式计算，无需人工现场收集数据，虽然会上传负荷参数辨识结果，但是其数据量比实时量测数据量少，电力专网数据传输压力较小。

Description

一种变电站母线负荷特性测试记录装置

技术领域

本发明属于电力系统负荷参数辨识领域，更为具体地讲，涉及一种变电站母线负荷特征测试记录装置。

背景技术

电力系统的各种运行方式以及事故的应急处理都是以仿真为基础而得出的，所以只有提高仿真的准确性，使仿真结果与实际运行的物理系统尽可能吻合，才能更好地防范事故，使系统科学运行。在仿真的模型中，最直接影响电力系统仿真结果的四大关键参数包括：发电机参数、励磁系统参数、调速系统参数及负荷参数，保障以上四个参数的准确性是确保仿真准确性的前提。

实际中，绝大多数电网设备的参数都使用设计值或设备投运前的实测值。但由于实际运行条件与设计运行条件间存在差异，电网设备的真实参数与使用参数之间往往存在很大差异。因此，有必要对电网中负荷参数进行实时监控，定期根据实测负荷参数修正仿真负荷参数，从而提高电网仿真的准确性。

现有的电力线路参数辨识与估计方法分为三大类：一是基于量测数据的负荷总体测辨法，二是基于调查抽样的统计综合法，三是基于故障拟合的故障仿真法。目前的趋势是综合应用以上三种方法进行负荷建模，即对特别重要或具有典型性的负荷节点通过总体测辨法进行长期观测，建立其分时段的模型和参数范围，再以统计综合法为基础将全网的负荷节点进行分类，从而实现将典型负荷节点的参数推广到其他负荷节点，最后利用故障仿真法对负荷模型进行校核。可见，总体测辨法在此过程中起着基础性的作用。总体测辨法的基本思想是把负荷看作一个整体，利用数据采集装置从现场采集负荷母线的电量，然后根据系统辨识理论确定负荷模型参数。

现有基于量测数据的负荷建模及参数辨识方法以基于PMU（PhasorMeasurement Unit，电力系统同步相量测量装置）量测数据为主，结合多个时段量测数据进行参数辨识，能够避免不同设备参数之间的相互影响，并能够减少量测误差对参数估计精度的影响。

如2008年第32卷第5期《电力系统自动化》中“基于WAMS/SCADA混合量测的电网参数辨识与估计”一文，公开的方法是首先基于WAMS（Wide AreaMeasurement System，广域监测系统）量测数据计算相对残差，进而对是否存在参数错误进行初步判断，然后使用WAMS/SCADA（Supervisory Control AndData Acquisition，数据采集与监视控制系统）混合量测数据计算每条支路的测量误差，从而辨识出存在参数错误问题的支路，最后基于WAMS/SCADA混合量数据使用智能优化方法估计支路的正确参数。该方法的缺点是：量测数据不是就地计算的，而是通过数据专网上传至网省公司调度中心或是由技术人员到现场通过移动存储设备将数据拷贝回来进行数据后处理的。

再如2010年第34卷第1期《电力系统自动化》中“基于PMU实测数据的输电线路参数在线估计方法”，公开的方法是利用现场安置的PMU测量结果计算线路的分布参数和精确等值参数。其PMU量测数据同样为非就地计算，需要借助数据专网或人工现场收集。若进行地区级电网负荷建模将所有负荷节点上安置的PMU数据进行同时上传势必会对数据网造成极大的数据传输压力，对此而引起的其他重要控制信号传输延迟造成其他严重后果是电力系统无法容许的。而通过技术人员到现场进行PMU数据收集则会对人力物力的极大浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种变电站母线负荷特征测试记录装置，自动采集母线三相电压和三相电流数据，直接在本地进行负荷参数辨识，根据电网中心的查询指令进行负荷参数辨识结果上传。

为实现上述发明目的，本发明变电站母线负荷特征测试记录装置，包括信号调理模块、抗混叠模块、模数转换模块、同步信号源模块、控制模块、上位机，其中：

信号调理模块用于采集全工况下变电站母线二次线缆的三相电压和三相电流信号，共计6路模拟信号，并按设计好的变比将每路信号调整至装置模数转换模块可采集的电压范围内，得到的6路调理信号接入抗混叠滤波模块；

抗混叠滤波模块用于对信号调理模块输出的6路调理信号进行抗混叠滤波；

模数转换模块用于在控制模块输出的同步触发时钟和逻辑控制信号控制下，对抗混叠滤波后的6路信号进行采样，将三相电压和三相电流的采集数据输入控制模块；

同步信号源模块用于产生同步时钟源信号发送给控制模块；

控制模块用于根据同步时钟源信号生成同步触发信号，生成采集控制信号一起发送给模数转换模块，接收采集数据并转发给上位机；

上位机用于接收三相电压和三相电流的采集数据，并根据需要选择负荷模型进行负荷参数辨识，将得到的负荷参数辨识结果存储，根据电网中心的指令启动或停止上传负荷参数辨识结果。

本发明变电站母线负荷特征测试记录装置，采用信号调理模块采集母线二次线缆的三相电压和三相电流信号，并对信号进行调理，将每路信号调整至装置模数转换模块可采集的电压范围内，将信号经抗混叠滤波模块滤波后输入模数转换模块，模数转换模块在控制模块的控制下对信号进行采样得到三相电压和三相电流的采集数据，并通过控制模块转发给上位机，上位机根据采集数据和选择的负荷模型进行负荷参数辨识，将得到的负荷参数辨识结果存储并提供查询接口供电网中心查询；同步信号源模块用于产生同步时钟源信号，并通过控制模块转发给模数转换模块。

本发明变电站母线负荷特征测试记录装置，通过集成负荷参数辨识从而实现负荷参数辨识的分布式计算。本发明无需人工现场收集数据，节省人力物力，虽然会上传负荷参数辨识结果，但是其数据量比实时量测数据量少，电网中心在调阅参数辨识结果不会过多地增加电力专网数据传输压力。

附图说明

图1是本发明变电站母线负荷特征测试记录装置的硬件示意图；

图2是信号调理模块示意图；

图3是抗混叠模块示意图；

图4是模数转换模块示意图；

图5是控制模块示意图；

图6是本发明变电站母线负荷特征测试记录装置的应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明变电站母线负荷特征测试记录装置的硬件示意图。如图1所示，本发明变电站母线负荷特征测试记录装置包括信号调理模块1、抗混叠模块2、模数转换模块3、同步信号源模块4、控制模块5、上位机6。

信号调理模块1构建起了变电站母线二次线缆与本发明装置之间的信号通路。信号调理模块1采集全工况下变电站母线二次线缆的三相电压和三相电流信号，共计6路模拟信号，并按设计好的变比将每路信号调整至装置模数转换模块3可采集的电压范围内，得到的6路调理信号接入抗混叠滤波模块2。

图2是信号调理模块示意图。如图2所示，信号调理模块1包括电压调理电路和电流调理电路。本实施例采用高精度(<0.05%)高线性度（<0.1%）的电压电流通用互感器，电压互感器11用于采集三相电压信号，接法是在相线输入端串联限流电阻，电流互感器12用于采集三相电流信号，接法是直接将二次线缆穿心接入。两个互感器采集到电压/电流信号后分别输入对应的差动运放输入级13，差动运放输入级13包括两个输入级运放，互感器的正端输出接入到第一输入级运放负端，模拟地接入到第一输入级运放正端；互感器负端输出接入第二输入级运放负端，模拟地接入到第二输入级运放正端。两个输入级运放选用相同型号，同批次的生产的运放，由此构建完全对称的差动运放输入级。并且两个输入级运放的输入噪声、失调电压及其漂移、失调电流及其漂移、输入偏执电流等参数均相同。由于输入级电路具有对称性，互感器输出信号经差动运放输入级13放大调理后输入中间级运放14，携带的输入级放大器噪声和电源纹波经中间级运放14后均相互抵消，保障调理电路的精度和稳定度。中间级运放14输出信号接入电压跟随器15，本实施例中中间级运放14选用精密轨至轨运算放大器。电压跟随器15的输入端采用钳位保护技术，保障信号调理模块1输出的调理信号不超过模数转换模块3最大输入范围。可见，信号调理模块1得到的6路调理信号均为电压信号。

为了保障调理电路高精度，本实施例中信号调理模块1中的电阻均采用高精度(0.01%)无感电阻，运放选用高共模抑制比(150dB)、高电源抑制比(145dB)、低噪声、低失调精密运算放大器。

抗混叠模块2采用抗混叠滤波器，用于对信号调理模块1输出的6路调理信号进行抗混叠滤波，从而有效降低高频信号折叠到低频段而引起的混叠误差。抗混叠滤波后的信号接入模数转换模块3。

图3是抗混叠模块示意图。如图3所示，本实施例中，抗混叠模块2采用单位增益的四阶Sallen-Key电路拓扑的线性相位低通滤波器，该滤波器主要参数指标为：截止频率1Khz，带内纹波<0.01dB。

模数转换模块3用于在控制模块5输出的同步触发时钟和逻辑控制信号控制下，对抗混叠滤波后的6路隔离采样信号进行采样，将三相电压和三相电流的采集数据输入控制模块5。

图4是模数转换模块示意图。如图4所示，本实施例中，模数转换模块3采用ADI公司专门为电力线路检测与保护领域设计的模数转换芯片AD7606，支持6路同步真极性5V模拟信号输入；输入缓冲器模拟输入阻抗1M欧；16位、采样率4.8KSps。控制模块5在每次进行模数转换前，向模数转换模块3发送复位信号进行复位，在整个模数转换周期内控制模块5一直向模数转换模块3发送低电平（有效）的片选信号。模数转换模块3在进行模数转换时将忙状态信号置为高电平（无效），转换完成后将忙状态信号置为低电平（无效），但是此时还不能马上读取数据，须等待数据在模数转换模块3中彻底建立并稳定后，模数转换模块3将数据输出信号置为高电平（有效），此时控制模块5方能从模数转换模块3中读取数据。在模数转换模块3进行模数转换时，其同步触发信号由控制模块5提供，本实施例中采用的同步触发信号频率为4800Hz。

同步信号源模块4用于产生同步时钟源信号发送给控制模块5。本实施例中包括GPS同步模块41和IRIG-B码同步模块42。GPS同步模块41输出的同步时钟信号为GPZDA电文，包括GPS_RXD（串口接收信号）信号、PPS（秒脉冲信号）信号。IRIG-B码同步模块42接收外部IRIG-B码信号并转化为模拟电信号，再量化得到TTL电平信号形式的IRIG-B码同步信号。GPS同步模块41作为主同步模块，IRIG-B码同步模块42作为辅助同步模块，根据需要选择使用，在变电站现场方便架设GPS天线的情况下以GPS秒脉冲及串口信号作为基准同步时钟源，若变电站现场不便于架设GPS天线，以IRIG-B码信号作为基准同步时钟源。

控制模块5用于根据同步时钟源信号生成同步触发信号，生成采集控制信号，一起发送给模数转换模块3从而对数据采集进行控制，接收采集数据并转发给上位机6。本实施例中的控制模块5是基于FPGA（Field－Programmable GateArray，即现场可编程门阵列）实现的。图5是控制模块示意图，如图5所示，控制模块5包括同步时钟源信号处理模块51、同步源信号生成模块52、本地时钟模块53、同步触发信号生成模块54、顶层总控模块55、模数转换控制逻辑模块56、数据缓存模块57、数据上传模块58。

同步时钟源信号处理模块51用于接收同步信号源模块4的同步时钟源信号，从中提取出秒脉冲和时间信息。本实施例中，与同步信号源模块4对应，控制模块5的同步时钟源信号处理模块51包括两个模块：GPS解析与预处理模块511和IRIG-B解码模块512。GPS解析及预处理模块511的主要功能是解析来自GPS同步模块41的GPZDA电文为同步源信号生成模块52提供PPS信号（秒脉冲）和UTC（世界标准时间）时间信息。IRIG-B解码模块512的主要功能是解析来自光纤接收量化模块的IRIG-B码电文为同步源信号生成模块52提供秒脉冲和时间信息。

同步源信号生成模块52用于根据时间信息及秒脉冲生成时间戳和秒同步信号，发送给本地时钟模块53。

本地时钟模块53用于根据时间戳和秒同步信号对本地时钟进行修正，生成秒信号输出至同步触发信号生成模块54。本实施例中，本地时钟模块53是基于基于10MHz恒温晶振搭建的，恒温晶振的频率稳定度为10级（

5.0×e^-10），可以保证很好的守时精度。本地时钟模块53的修正是通过实时将同步源信号生成模块52时间戳和秒同步信号与本地时钟相比较，当二者偏差大于平滑门限，本地时钟模块53就采用平滑修正算法对本地时钟进行平滑置位修正。

同步触发信号生成模块54对本地时钟模块53输出的秒信号进行倍频从而生成同步于时间信息的4800Hz同步触发信号，输入顶层总控模块55。

顶层总控模块55用于生成数据采集指令，并连同接收到的同触发信号发送给模数转换控制逻辑模块56。通常采用设定数据采集周期来定时发布数据采集指令。顶层总控模块55接收模数转换控制逻辑模块56转发的采集数据并送入数据缓存模块57存储，在数据发送条件满足时，顶层总控模块55从数据缓存模块57中取出采集数据并通过数据上传模块58发送给上位机6。

模数转换控制逻辑模块56用于在接收到数据采集指令时向模数转换模块3发送采集控制信号，并在数据采集完成后读取三相电压和三相电流的采集数据发送至顶层总控模块55，具体过程为：在接收到数据采集指令时向模数转换模块3发送复位信号，并在整个模数转换周期内向模数转换模块3发送有效片选信号和同步触发信号，监测模数转换模块3的忙状态信号和数据输出信号，当忙状态信号失效且数据输出信号有效时读取三相电压和三相电流的采集数据发送至顶层总控模块55。

数据缓存模块57用于缓存三相电压和三相电流的采集数据。本实施例中，采用深度为4Kbit的FIFO（First Input First Output，先入先出队列）存储器作为数据缓存模块57。数据发送条件即为FIFO存储器达到半满状态。

数据上传模块58用于将三相电压和三相电流的采集数据转发给上位机6。本实施例中，数据上传模块58采用PCI总线技术进行数据发送。

上位机6用于接收三相电压和三相电流的采集数据，根据采集数据进行负荷参数辨识，将得到的负荷参数辨识结果存储并提供查询接口。负荷参数辨识的具体方法为：

对一次采集得到的三相电压和三相电流的采集数据根据需要进行分段，依次对每一段数据采用快速傅立叶变换从提取对应的电压或电流幅值、相位和工频频率，并采用修正算法根据前一段数据的幅值和相位对本段数据的幅值和相位进行修正，修正公式采用如2005年第29卷第2期《电力系统自动化》中“基于DFT的电力系统相量及功率测量新算法”一文中所提出的可以自适应地抑制谐波干扰的新算法。

修正后的三相电压u_a、u_b、u_c和三相电流I_a、I_b、I_c分别采用派克变换得到旋转坐标系下的两相电压u_d、u_q和两相电流I_d、I_q，变换公式为：

$\left[\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\&alpha;}}\\ u_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right]$

$\left[\begin{array}{c}{u}_d\\ u_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\&theta;}& \sin \mathrm{\&theta;}\\ -\sin & \cos \mathrm{\&theta;}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\&alpha;}}\\ u_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right]$

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\&alpha;}}\\ i_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]$

$\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\&theta;}& \sin \mathrm{\&theta;}\\ -\sin \mathrm{\&theta;}& \cos \mathrm{\&theta;}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\&alpha;}}\\ i_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right]$

其中，θ表示a相电压或电流的相角。

根据两相电压u_d、u_q和电流I_d、I_q和工频频率分别计算得到动态有功功率P_d、动态无功功率Q_d、静态有功功率P_s、静态无功功率Q_s，计算公式为：

P_d＝u_dI_d+u_qI_q

Q_d＝u_qI_d+u_dI_q

$P_s=P_0[A_P{\left(\frac{U}{U_0}\right)}^2+B_P\left(\frac{U}{U_0}\right)+C_P](1+K_{\mathrm{PF}}\mathrm{\&Delta;f})$

$Q_s=Q_0[A_Q{\left(\frac{U}{U_0}\right)}^2+B_Q\left(\frac{U}{U_0}\right)+C_Q](1+K_{\mathrm{QF}}\mathrm{\&Delta;f})$

其中，Δf为频率偏差，K_PF和K_QF分别表示有功功率和无功功率的频率特性指数。P₀、Q₀、U₀分别表示稳态运行时静态负荷消耗的有功功率、无功功率、母线电压。其中A_P、B_P、C_P表示有功电压参数。A_Q、B_Q、C_Q表示无功电压参数。且满足如下约束方程：A_P+B_P+C_P＝1，A_Q+B_Q+C_Q＝1。

根据需要选择负荷模型，将工频频率、母线电压，作为模型输入，将计算的动态有功功率P_d、动态无功功率Q_d、静态有功功率P_s、静态无功功率Q_s作为输出，对负荷模型中的参数进行辨识。

本发明中使用的负荷模型有三种：

第一种为时变自适应综合负荷模型，动态部分采用3阶机电暂态模型，考虑在配电网遭受扰动的暂态过程中，各负荷点的电压和频率都会发生变化，在两相旋转坐标下计算受配电网频率波动影响较大的电动机负荷模型的暂态电势e_d,e_q和转差率ω，状态方程为：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{\mathrm{d\&omega;}}{\mathrm{dt}}=-\frac{1}{2H}[({\mathrm{A\&omega;}}^2+{\mathrm{B\&omega;}}^2+C)T_0-(e_d{I}_d+e_q{I}_q)]\\ \frac{{\mathrm{de}}_q}{\mathrm{dt}}=-\frac{1}{T}[e_q-(x-x^{\&prime;})I_d]+(\mathrm{\&omega;}-1)e_d\\ \frac{{\mathrm{de}}_d}{\mathrm{dt}}=-\frac{1}{T}[e_d-(x-x^{\&prime;})I_q]+(\mathrm{\&omega;}-1)e_q\end{array}\right.$

动态部分输出方程：T₀

$\left\{\begin{array}{c}{I}_d=\frac{1}{R_s^2+x^{\&prime;2}}[R_s(u_d-e_d)+x^{\&prime;}(u_q-e_q)]\\ I_q=\frac{1}{R_s^2+x^{\&prime;2}}[R_s(u_q-e_q)-x^{\&prime;}(u_d-e_d)]\end{array}\right.$

公式中，H为惯性常数，为额定转矩，T＝(x_r+x_m)/R_r，x＝x_s+x_m，x′＝x_s+(x_m·x_r)/(x_m+x_r)，需要辨识的参数有R_s:定子电阻，x_s:定子绕阻漏抗，x_m:励磁电抗，R_r:转子电阻，x_r:转子漏抗，A、B、C为电机机械转矩特性参数，满足A+B+C=1条件。上述参数都为在感应电动机基值下的标幺值。

$K_{\mathrm{pm}}=P_0^{\&prime;}/P_0$

$M_{\mathrm{lf}}=(P_0^{\&prime;}/S)/(U/U_{\mathrm{Base}})$

其中

为电动机初始有功功率，P₀为配电网中负荷的初始有功功率。K_pm表示初始有功功率比例系数，M_lf为初始负荷率系数，S为电动机额定容量，U为负荷节点所在母线上的电压，U_Base为基值电压。

静态部分采用并联的恒阻抗模型，恒电流模型，恒功率模型，如下式所示：

$\frac{P}{P_0}=K_{\mathrm{PZ}}{\left(\frac{U}{U_0}\right)}^2+K_{\mathrm{PI}}\left(\frac{U}{U_0}\right)+K_{\mathrm{PP}}$

$\frac{Q}{Q_0}=K_{\mathrm{QZ}}{\left(\frac{U}{U_0}\right)}^2+K_{\mathrm{QI}}\left(\frac{U}{U_0}\right)+K_{\mathrm{QP}}$

计算负荷中受配电网中频率波动影响较小的恒定阻抗模型需要辨识的静态特性参数为K_PZ，K_PI，K_QZ，K_QI满足：

$\left\{\begin{array}{c}{K}_{\mathrm{PZ}}+K_{\mathrm{PI}}+K_{\mathrm{PP}}=1\\ K_{\mathrm{QZ}}+K_{\mathrm{QI}}+K_{\mathrm{QP}}=1\end{array}\right.$

第二种为功率补偿模型，通过对母线电压U中d-q分量的变化对有功无功的影响分析，得到负荷模型的动态有功、无功补偿环节：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;P}=k_p*({\mathrm{\&Delta;U}}_d*I_d+{\mathrm{\&Delta;U}}_q*I_q)\\ \mathrm{\&Delta;Q}=k_q*({\mathrm{\&Delta;U}}_q*I_d-{\mathrm{\&Delta;U}}_d*I_q)\end{array}\right.$

其中：ΔP为有功补偿；ΔQ为无功补偿。ΔU_d为电压U_d的变化量，ΔU_q为电压U_q的变化量。在电压动态变化的时候，ΔU_d和ΔU_q有明显变化，使得ΔP和ΔQ能起到动态补偿作用，改善负荷模型的动态性能。

第三种为冲击负荷模型，冲击负荷主要集中在高耗能企业，其容量大，对电网造成的影响也大，冲击负荷模型的定义为：能够描述负荷吸收的有功功率和无功功率随着母线电压和频率以及负荷自身的功率需求变化而变化的关系式。其负荷模型结构如下：

$T_p\frac{{\mathrm{dP}}_r}{\mathrm{dt}}+P_r=\frac{U^{2}R}{R^2+X^2}-P_0{\left(\frac{U}{U_0}\right)}^{\mathrm{\&alpha;}}$

$T_q\frac{{\mathrm{dQ}}_r}{\mathrm{dt}}+Q_r=\frac{U^{2}R}{R^2+X^2}-Q_0{\left(\frac{U}{U_0}\right)}^{\mathrm{\&beta;}}$

T_p和T_q分别表示有功和无功需求的时间常数；P_r、P₀分别表示负荷有功需求和负荷稳态有功功率，Q_r、Q₀分别表示为负荷无功需求和负荷稳态无功功率，α，β分别为稳态时有功和无功指数。冲击负荷模块需要辨识的参数为T_p、T_q，α和β。

负荷模型的参数辨识可以采用多种数据拟合技术来实现，本实施例中采用的是粒子群算法。

上位机6将参数辨识结果存储在本地，等待电网中心的数据查询指令，当接收到数据查询指令时，即将参数辨识结果进行封装、压缩等处理后传输至电网中心。

图6是本发明变电站母线负荷特征测试记录装置的应用示意图。如图6所示，本发明装置输入端与母线二次电缆连接，输出端接入电力专网。各个变电站母线负荷特征测试记录装置采集对应的变电站母线数据后，在本地进行负荷参数辨识后，根据电网中心的指令将负荷参数辨识结果上传。图6中同步信号是通过GPS信号得到，并通过变电站的光纤网络分发给各个变电站母线负荷特征测试记录装置。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (7)

1.一种变电站母线负荷特征测试记录装置，其特征在于，包括信号调理模块、抗混叠模块、模数转换模块、同步信号源模块、控制模块、上位机模块，其中：

信号调理模块用于采集全工况下变电站母线二次线缆的三相电压和三相电流信号，共计6路模拟信号，并按设计好的变比将每路信号调整至装置模数转换模块可采集的电压范围内，得到的6路调理信号接入抗混叠滤波模块；

抗混叠滤波模块用于对信号调理模块输出的6路调理信号进行抗混叠滤波；

模数转换模块用于在控制模块输出的同步触发时钟和逻辑控制信号控制下，对抗混叠滤波后的6路信号进行采样，将三相电压和三相电流的采集数据输入控制模块；

同步信号源模块用于产生同步时钟源信号发送给控制模块；

中心控制模块用于根据同步时钟源信号生成同步触发信号，生成采集控制信号一起发送给模数转换模块，接收采集数据并转发给上位机；

上位机用于接收三相电压和三相电流的采集数据，并根据需要选择负荷模型进行负荷参数辨识，将得到的负荷参数辨识结果存储，根据电网中心的指令启动或停止上传负荷参数辨识结果。

2.根据权利要求1所述的变电站母线负荷特征测试记录装置，其特征在于，所述的信号调理模块包括电压互感器、电流互感器、差动运放输入级、中间级运放、电压跟随器，其中：电压互感器用于采集三相电压信号，电流互感器用于采集三相电流信号，电压互感器和电流互感器分别将采集到的信号输入对应的差动运放输入级进行放大，再送入中间级运放抵消差动运放输入级噪声和电源纹波，再送入电压跟随器得到最终的调理信号，电压跟随器的输入端采用钳位保护技术，使信号输出的调理信号不超过模数转换模块最大输入范围。

3.根据权利要求1所述的变电站母线负荷记录装置，其特征在于，所述的抗混叠滤波模块采用单位增益的四阶Sallen-Key电路拓扑的线性相位低通滤波器。

4.根据权利要求1所述的变电站母线负荷特征测试记录装置，其特征在于，所述的同步信号源模块为GPS模块或IRIG-B码同步模块。

5.根据权利要求1所述的变电站母线负荷特征测试记录装置，其特征在于，所述的控制模块包括同步时钟源信号处理模块、同步源信号生成模块、本地时钟模块、同步触发信号生成模块、顶层总控模块、模数转换控制逻辑模块、数据缓存模块、数据上传模块，其中：

同步时钟源信号处理模块用于接收同步信号源模块的同步时钟源信号，从中提取出秒脉冲和时间信息，发送给同步源信号生成模块；

同步源信号生成模块用于根据时间信息及秒脉冲生成时间戳和秒同步信号，发送给本地时钟模块；

本地时钟模块用于根据时间戳和秒同步信号对本地时钟进行修正，生成秒信号输出至同步触发信号生成模块；

同步触发信号生成模块用于对本地时钟模块输出的秒信号进行倍频从而生成同步于时间信息的同步触发信号，发送给顶层总控模块；

顶层总控模块用于生成数据采集指令，并连同接收到的同触发信号发送给模数转换控制逻辑模块；接收模数转换控制逻辑模块转发的采集数据并送入数据缓存模块存储，在数据发送条件满足时，顶层总控模块从数据缓存模块中取出采集数据并通过数据上传模块发送给上位机；

模数转换控制逻辑模块用于在接收到数据采集指令时向模数转换模块发送采集控制信号，并在数据采集完成后读取三相电压和三相电流的采集数据发送至顶层总控模块；

数据缓存模块用于缓存三相电压和三相电流的采集数据；

数据上传模块用于将三相电压和三相电流的采集数据转发给上位机。

6.根据权利要求1所述的变电站母线负荷特征测试记录装置，其特征在于，所述负荷参数辨识的具体方法为：

S1：对一次采集得到的三相电压和三相电流的采集数据根据需要进行分段，依次对每一段数据采用快速傅立叶变换从提取对应的电压或电流幅值、相位和工频频率，并采用修正算法根据前一段数据的幅值和相位对本段数据的幅值和相位进行修正；

S2：修正后的三相电压u_a、u_b、u_c和三相电流I_a、I_b、I_c分别采用派克变换得到旋转坐标系下的两相电压u_d、u_q和两相电流I_d、I_q；

S3：根据步骤1中得到的工频频率和步骤2得到的两相电压u_d、u_q和电流I_d、I_q分别计算得到动态有功功率P_d、动态无功功率Q_d、静态有功功率P_s、静态无功功率Q_s；

S4：选择负荷模型，将工频频率、两相电压和两相电流作为模型输入，将计算的动态有功功率P_d、动态无功功率Q_d、静态有功功率P_s、静态无功功率Q_s作为输出，对负荷模型中的参数进行辨识。

7.根据权利要求1所述的变电站母线负荷特征测试记录装置，其特征在于，所述步骤S4中采用粒子群算法进行参数辨识。

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