一种用于多节点站域信息融合的互感器及数据采集方法与流程

1.本发明涉及电气测量技术领域，并且更具体地，涉及一种用于多节点站域信息融合的互感器及数据采集方法。


背景技术：

2.随着能源互联网需求的提出，越来越多的通信、监测及大数据分析能技术应用到电网中，但是这些技术的应用受到电力系统中的电压系统、电磁环境及环境温度等方面的制约，往往大部分应用在变电站的二次系统中，譬如在线监测装置等设备运行在变电站一次设备高压侧的，所提供的数据也仅仅只是能够作为参考辅助，无法给保护判定作为参考。
3.互感器作为变电站中监测一次电压电流的设备，肩负着将一次电压电流信号的情况反馈到二次的计量、测量、保护等装置中，作为变电站情况的判断依据，从而使得二次设备做出正常运行、故障短路、超限跳闸等判断，决定保护系统的动作与否。
4.所以，这种情况下对互感器本身信息输出的准确度和及时性要求很高，而且随着技术的发展，互感器制造技术和检测技术的成熟，性能以及能够满足变电站使用的要求。变电站中及输配电系统中，往往将电流互感器和电压互感器加装在关键节点，用以监测阶段的电压电流，对系统状态做出判断，所以在变电站中，互感器的使用数量应该是最多的。而传统式互感器也由于采样频率有限，数据采集技术较为落后，导致了互感器仅仅只用于一次工频电压电流的监测，并没有充分发挥出互感器关键节点的位置优势，也没有真实反映出一次电压电流中包含有很多可表征不同工况的电流电压信号所表达的意义。
5.随着信号采集传输通信技术的进一步发展，互感器测量技术的发展，设备状态监测技术中对于所监测的电流电压信号分析应用的不断深入，互感器在变电站中的应用需要进一步拓展，互感器监测的一次电流电压所输出的信号应得到进一步开发利用。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明提出了一种用于多节点站域信息融合的互感器，包括：
7.位于目标节点一次高压侧的空芯线圈、取能线圈、高压侧信号调理模块及接收线圈，和位于目标节点二次地电位的低压侧通讯模块及发射线圈；
8.所述空芯线圈将电力系统中一次大电流转换为可供采集目标节点输入的小电压信号；
9.所述高压侧信号调理模块将所述微分小电压信号转换为数字信号；所述高压侧信号调理模块，通过取能线圈，或发射线圈与接收线圈通过磁共振耦合原理形成的无线供电方式供电；
10.所述低压侧通讯模块将数据信号传输至外部apn无线专网。
11.可选的，高压侧信号调理模块将所述微分小电压信号转换为数字信号，具体的转换过程，包括：对微分小电压信号进行积分，滤波、放大、采样后，转换为数字信号。
12.可选的，低压侧通讯模块将数据信号以无线通讯方式发送至外部apn无线专网。
13.可选的，空芯线圈为一次电流的传感线圈，测量频率范围为50hz
‑
20mhz，测量电流范围为20a
‑
120ka，且测量电流范围通过改变绕组匝数进行更改。
14.可选的，目标节点为110kv及以上变电站时，当目标节点可取一次电流小于等于10％额定电流时，针对高压侧信号调理模块采用无线供电方式供电，若可取一次电流大于10％额定电流，针对高压侧信号调理模块采用取能线圈供电，目标节点为35kv以下变电站，针对高压侧信号调理模块采用无线供能方式供电。
15.本发明还提出了一种使用本发明互感器进行数据采集的方法，包括：
16.通过空芯线圈将电力系统中一次大电流转换为可供采集目标节点输入的小电压信号；
17.控制高压侧信号调理模块将所述微分小电压信号转换为数字信号；
18.使用低压侧通讯模块将数据信号传输至外部apn无线专网。
19.可选的，将微分小电压信号转换为数字信号，具体的转换过程，包括：对微分小电压信号进行积分，滤波、放大、采样后，转换为数字信号。
20.本发明使用无线供能与自取能线圈相结合的供能方式，取代常规高压电子式互感器激光供能的方式，具有高可靠性，不受母线电流变化影响等优点，实现了高压侧电源的电气隔离，不受一次高压侧电磁骚扰的影响。
21.本发明通过无线数据传输的方式发送到服务器，可实现全站对时同步采集，且能够配合北斗卫星系统应用于整条线路的对时同步采集，可应用于配网系统及高压输电系统中的变电站，输出信号无线传输，无电气连接，可便捷联网，克服了常规电子式互感器电磁无法兼容的问题。
22.本发明互感器可实现全站节点互感器间的实时同步数据对比，以及站与站之间的实时数据对比，通过整站建模，实现节点间设备状态监测，互感器状态自检测，站间线路状态监测，站域化保护，以及故障精确定位等功能。
附图说明
23.图1为本发明互感器的结构图；
24.图2为本发明互感器应用的组网图；
25.图3为本发明互感器的应用示范图；
26.图4为本发明方法的流程图。
具体实施方式
27.现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
28.除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
29.本发明提出了一种用于多节点站域信息融合的互感器，如图1所示，包括：
30.位于目标节点一次高压侧的空芯线圈、取能线圈、高压侧信号调理模块及接收线圈，和位于目标节点二次地电位的低压侧通讯模块及发射线圈；
31.本发明中互感器以空芯线圈原理的线圈作为一次电流的传感线圈，所述空芯线圈将电力系统中一次大电流转换为可供采集目标节点输入的小电压信号，空芯线圈的测量频率范围为50hz
‑
20mhz，测量电流范围可通过改变绕组匝数，实现测量范围达到20a
‑
120ka。
32.高压侧信号调理模块将空芯线圈的输出微分小电压信号进行积分、滤波、放大、采样，转换成数字信号后，通过4g/5g或光纤通讯发送至低压侧通信模块，再由低压侧通讯模块发送至外部网络。其中，高压侧信号调理模块及低压侧通信模块间配置有绝缘子。
33.高压侧信号调理模块需要供电，本发明采用基于磁共振耦合原理的无线供电方式与高压取能线圈供能方式相结合的方式，互为补充。无线供电方式通过接收线圈及发射线圈实现。
34.在110kv及以上变电站，当系统一次电流较小时，可取一次电流小于等于10％额定电流时，采用无线供电。当系统一次电流较大时，可取一次电流大于10％额定电流时，采用取能线圈供电，实现无缝切换可靠供能。在35kv以下的电力系统，则无需高压取能线圈供能，只采用无线供能模块。
35.本发明的互感器可应用于多节点站域信息融合技术，组网应用示意图如图2所示，组网分为感知层、网络层、平台层和应用层。
36.测量终端为本发明的互感器2个，通过无线4g/5g数据传输的方式将数据发送到apn无线专网，apn无线专网子中心监控机接收数据后发送到apn专网子中心服务器，采集的电流电压信号最终连接到互联网，可供移动作业终端和信息内网终端查询，变电站内配合北斗卫星系统，实现整条线路上多测量终端之间的对时同步采集，实现全站节点互感器间的实时同步数据对比，以及站与站之间的实时数据对比，通过整站建模，实现节点间设备状态监测，互感器状态自检测，站间线路状态监测，站域化保护，以及故障精确定位等功能。
37.本发明在实际应用时，如图3所示，应用于双电源系统下发生故障时，相关间隔的电流电压采样数据，进行站域保护自投。当220kv侧线路及110kv线路1挂电源，其余110kv线路带负荷，110kv母线ii、iii段分段开关合位。测量终端1输出110kv母线ii段、iii段电压互感器采样值，测量终端2输出主变中压侧电流互感器采样值，测量终端3输出110kv线路1电流互感器采样值。用4g/5g网络方式发送采集回来的线路电流电压值，传输至交换机，进行站域保护装置观察动作报文，进行判定。
38.本发明还提出了一种使用本发明互感器进行数据采集的方法，如图4所示，包括：
39.通过空芯线圈将电力系统中一次大电流转换为可供采集目标节点输入的小电压信号；
40.控制高压侧信号调理模块将所述微分小电压信号转换为数字信号；
41.使用低压侧通讯模块将数据信号传输至外部apn无线专网。
42.其中，将微分小电压信号转换为数字信号，具体的转换过程，包括：对微分小电压信号进行积分，滤波、放大、采样后，转换为数字信号。
43.本发明使用无线供能与自取能线圈相结合的供能方式，取代常规高压电子式互感器激光供能的方式，具有高可靠性，不受母线电流变化影响等优点，实现了高压侧电源的电
气隔离，不受一次高压侧电磁骚扰的影响。
44.本发明通过无线数据传输的方式发送到服务器，可实现全站对时同步采集，且能够配合北斗卫星系统应用于整条线路的对时同步采集，可应用于配网系统及高压输电系统中的变电站，输出信号无线传输，无电气连接，可便捷联网，克服了常规电子式互感器电磁无法兼容的问题。
45.本发明互感器可实现全站节点互感器间的实时同步数据对比，以及站与站之间的实时数据对比，通过整站建模，实现节点间设备状态监测，互感器状态自检测，站间线路状态监测，站域化保护，以及故障精确定位等功能。
46.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
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rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
47.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
48.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
49.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
50.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
51.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。