一种基于超宽带无线通讯的换流阀过电压监测系统及方法与流程

1.本发明涉及高电压领域，具体涉及一种基于超宽带无线通讯的换流阀过电压监测系统及方法。


背景技术：

2.电力设备安全、可靠的运行离不开设备的在线监测，而现代直流输电系统的核心换流阀均未安装监测设备，只能通过人工定期检测保障设备运行可靠性，占用人力物力，不能及时发现潜在安全隐患。近年来，一些研究单位开展了换流阀在线监测技术研究，其中过电压监测是换流阀监测的核心，对于过电压等暂态量监测而言，高精度的时钟同步是必不可少的。
3.电力系统常用的时钟同步方式有：卫星授时，光纤同步、无线同步几种方式。对于换流阀监测设备而言，由于设备位于全封闭金属结构的阀厅之内，阀厅内无法接收到卫星信号，无法采用卫星授时；而光纤同步需要敷设光纤，对于后期安装的换流阀暂态监测设备，大量铺设光纤授时在工程上不具备实施条件。无线同步是唯一可行的方式，但现有无线同步方式中，无论是基于wifi或lora等无线同步方式在精度上都难以满足暂态监测需求(纳秒级)、且模块功耗较大，不满足换流阀过电压监测装置低功耗要求。
4.当在金属结构换流阀厅大量部署无线终端时，若大量终端同步通讯组网时存在数据碰撞的问题，即当多个装置同时发送同步信号或数据通讯时，容易发生丢包等问题，从而降低通讯可靠性及同步精度，采用传输距离相对较近uwb模块结合脉冲调制，可显著降低数据碰撞问题。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中所存在的上述问题，本一种基于超宽带无线通讯的换流阀过电压监测系统，包括：
6.所述监测装置用于采集所述换流阀上的暂态电压信号和过电压的电压波形数据；
7.多个所述监测装置中的一个为主终端，其余为从终端；所述主终端通过光纤与阀厅内的授时单元及交换机连接，所述从终端通过超宽带通讯模块与所述主终端连接；
8.所述主终端通过定时下发脉冲实现主终端和从终端的时钟同步；并利用超宽带通讯模块汇集各从终端数据通过交换机进行远程发送。
9.优选的，所述主终端包括光纤授时单元，用于从阀内授时单元接收gps信号作为参考信号通过超宽带通信模块发送给从终端；
10.所述从终端包括对时单元，用于控制采样脉冲与所述主终端发送的所述参考脉冲信号定时对齐。
11.优选的，还包括监测回路；
12.所述监测回路分别与所述监测装置和所述换流阀的屏蔽罩连接。
13.优选的，所述监测回路包括贴片电极、绝缘底板和测量电容；
14.所述贴片电极通过绝缘底板粘贴到换流阀的屏蔽罩上，所述贴片电极与测量电容串联后与所述换流阀的屏蔽罩连接；
15.所述监测装置与所述测量电容并联。
16.优选的，还包括监测后台；
17.所述监测后台通过交换机与所述主终端连接，用于接收和显示所述监测装置采集到的换流阀上的暂态电压信号和过电压波形数据。
18.优选的，所述授时单元包括授时天线和授时机箱，授时天线和授时机箱通过光纤连接；
19.所述授时机箱与所述主终端通过光纤连接，用于为所述主终端提供时钟。
20.一种基于超宽带无线通讯的换流阀过电压监测方法，所述包括：
21.监测装置中的主终端通过阀厅内的授时单元获取gps/bd导航卫星的时钟信号，并定时下发至监测装置中的从终端进行对时；
22.基于对时后的时钟，所述主终端利用超宽带通讯模块汇集各从终端采集的数据，并通过交换机进行远程发送；
23.所述从终端采集的数据包括：暂态电压信号和过电压的电压波形数据。
24.优选的，所述定时下发至监测装置中的从终端进行对时包括：
25.所述主终端通过超宽带通讯模块定时发送参考脉冲信号给从终端。
26.优选的，还包括：
27.基于所述参考脉冲信号，所述从终端定时与所述参考脉冲信号对齐，实现主从终端之间的时钟同步。
28.优选的，所述主终端利用超宽带通讯模块汇集各从终端采集的数据，并通过交换机进行远程发送包括：
29.当所述监测装置采集到暂态过电压信号时，监测装置中的主终端汇集多个从终端的采样数据，对传输延时进行补偿后，添加时间码信息通过交换机发送至监测后台；
30.当所述主终端汇集所有监测装置的数据并组包，将时间信息及监测数据组成报文包，通过光纤通道上送至监测后台。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
32.一种基于超宽带无线通讯的换流阀过电压监测系统，包括:多个位于所述换流阀屏蔽罩上的监测装置、光纤和超宽带通讯模块；所述监测装置用于采集所述换流阀上的暂态电压信号和过电压的电压波形数据；多个所述监测装置中的一个为主终端，其余为从终端；所述主终端通过光纤与阀厅内的授时单元及交换机连接，所述从终端通过超宽带通讯模块与所述主终端连接；所述主终端通过定时下发脉冲实现主终端和从终端的时钟同步；并利用超宽带通讯模块汇集各从终端数据通过交换机进行远程发送。解决了阀厅内无法接受信号，大量铺设光纤授时不具备实施条件和大量部署无线终端易发生数据碰撞丢包在精度上无法满足暂态监测需求的问题。
附图说明
33.图1为本发明的换流阀监测系统现场部署示意图；
34.图2为本发明的终端暂态电压采集原理图；
35.图3为本发明的主从终端时间对齐示意图。
具体实施方式
36.为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
37.实施例1：
38.如图1所示：为一种基于超宽带无线通讯的换流阀过电压监测系统，包括:
39.多个位于所述换流阀屏蔽罩上的监测装置；
40.所述监测装置用于采集所述换流阀上的暂态电压信号和过电压的电压波形数据；
41.多个所述监测装置中的一个为主终端，其余为从终端；所述主终端通过光纤与阀厅内的授时单元及交换机连接，所述从终端通过超宽带通讯模块与所述主终端连接；
42.所述主终端通过定时下发脉冲实现主终端和从终端的时钟同步；并利用超宽带通讯模块汇集各从终端数据通过交换机进行远程发送，实现对换流阀的过电压监测。
43.优选的，所述主终端包括光纤授时单元，用于从阀内授时单元接收gps信号作为参考信号通过超宽带通信模块发送给从终端；
44.所述从终端包括对时单元，用于控制采样脉冲与所述主终端发送的所述参考脉冲信号定时对齐。
45.优选的，其特征在于，还包括监测回路；
46.所述监测回路分别与所述监测装置和所述换流阀的屏蔽罩连接。
47.优选的，所述监测回路包括贴片电极、绝缘底板和测量电容；
48.所述贴片电极通过绝缘底板粘贴到换流阀的屏蔽罩上，所述贴片电极与测量电容串联后与所述换流阀的屏蔽罩连接；
49.所述监测装置与所述测量电容并联。
50.优选的，还包括监测后台；
51.所述监测后台通过交换机与所述主终端连接，用于接收和显示所述监测装置采集到的换流阀上的暂态电压信号和过电压波形数据。
52.优选的，所述授时单元包括授时天线和授时机箱，授时天线和授时机箱通过光纤连接；
53.所述授时机箱与所述主终端通过光纤连接，用于为所述主终端提供时钟。
54.实施例2：
55.本发明还提供了一种基于超宽带无线通讯的换流阀过电压监测方法，包括：
56.s1：主终端通过阀厅内的授时单元获取gps/bd导航卫星的时钟信号；
57.s2：所述主终端通过定时下发脉冲将获取的时钟信号同步至从终端，并利用超宽带通讯模块汇集各从终端采集的数据通过交换机进行远程发送，实现对换流阀的过电压监测；
58.所述从终端采集的数据包括：暂态电压信号和过电压的电压波形数据。
59.s1，主终端通过阀厅内的授时单元获取gps/bd导航卫星的时钟信号具体包括：
60.步骤1：主终端的时钟获取。
61.典型换流阀监测装置的部署方式如图1所示，监测装置以贴片形式安装在换流阀
模块屏蔽罩上，在这种安装方式下，无法采用传统卫星授时装置。因此，首先在换流阀中间位置部署主终端，主终端通过光纤与阀厅内授时单元以及网络交换机连接。由于主终端仅有一个，现场部署时仅需要部署2根光纤，作为授时及通信通道使用。
62.s2：所述主终端通过定时下发脉冲将获取的时钟信号同步至从终端，并利用超宽带通讯模块汇集各从终端采集的数据通过交换机进行远程发送，实现对换流阀的过电压监测，具体包括：
63.步骤2：主从终端间的时钟同步。
64.部署在换流阀监测装置其他位置的监测装置设定为从终端，主终端定时通过超宽带(uwb)通讯模块发送参考脉冲信号给从终端，作为参考时间基准，两次脉冲发送间隔0.5ms。则从终端控制ad采样脉冲则每隔0.5ms与参考脉冲信号对齐一次，实现主从装置间时钟同步，如图3所示。
65.步骤3：主从终端的数据采集及过电压检测。
66.终端采集原理电路如图2所示，当贴片电极距离阀厅墙壁超过自身长度超过6倍时(假定贴片电极为正方形，边长50cm，距离超过3m即满足条件)，贴片电极对地杂散电容较为稳定。此时，贴片电极通过绝缘底板粘贴到换流阀模块屏蔽罩上，而贴片电极通过测量电容再与屏蔽罩相连，整体上，贴片电极与测量电容构成分压回路。在正常工况下，测量电容两端电压趋近于零；当过电压进入换流阀模块时，通过检测测量电容两端可采集到暂态电压信号。
67.主从终端在数据采集和故障检测原理基本一致，装置在正常情况下持续采集数据(采样频率大于1mhz)，并检测电压差分值是否越限；当测量电容电压连续1us差分值越限时，则判断换流阀模块上出现过电压，装置启动录波，记录下电压波形数据，采样值的时钟信息来源于对时脉冲。
68.步骤4：主终端就地数据处理及远程发送。
69.当换流阀监测装置监测到暂态过电压信号时，主终端汇集多个终端的采样数据，对传输延时进行补偿后，添加时间码信息(绝对时间)发送至远方系统后台，完成所有换流阀模块上过电压监测信息的汇集。
70.主终端汇集所有监测终端数据后，对数据进行组包，将时间信息及监测数据组成报文包，通过光纤通道上送至监测系统后台。
71.本发明提出了一种基于超宽带无线通讯的换流阀过电压监测装置，其设计方案如下：采用贴片电极采集换流阀模块上的暂态电压信号，通过超宽带无线通讯，以脉冲实现多个换流阀监测装置的时钟同步及数据汇总。在多个换流阀模块中间位置的一个监测装置上部署授时、通信模块，将其作为授时及通信基站(主终端)，剩余装置作为从终端。主终端与从终端间通过超宽带(uwb)模块连接，主终端通过定时下发脉冲实现主从终端的时钟同步，并利用超宽带模块汇集各装置数据，实现多装置间同步及统一外部通讯，实现多个换流阀监测装置间数据同步性。
72.本发明通过贴片电极采集换流阀模块上的暂态电压信号，在多个换流阀模块中间位置的一个监测装置设定为主终端，主终端上配置光纤授时模块、超宽带通讯模块，其余终端则设定为从终端，由主终端负责所有换流阀监测装置的时钟同步、就地处理及数据发送。
73.显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明
中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
74.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术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，本技术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-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
75.本技术是参照根据本技术实施例的方法、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。
76.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。
77.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。
78.以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。