電能質量監測系統的方案探討

雷斌，余金霞，李忠

（1.江蘇大豐供電公司，江蘇大豐224100；2.南京燦能電氣自動化有限公司，江蘇南京211100）

隨著人們對電能質量問題的日益關注，近年來國內很多地區試點安裝了數量不等的在線式電能質量監測裝置，組成了規模不一的電能質量監測系統。這些系統的實踐和探索，對我國電能質量監測系統的大規模建設推廣，無疑具有很好的示范和指導意義[1，2]。系統結構的方案選擇，直接影響著電能質量監測系統建設的經費使用效率、項目實施進度和最終運行效果。一個優秀的系統，不僅簡單高效、運行穩健，還需易予擴展，具有良好的兼容性能。然而，由于國內至今尚無電能質量監測系統的統一技術標準，導致實踐中對系統構成缺乏清晰思路和認識，給電能質量監測系統方案選擇和項目建設帶來了諸多困惑。本文結合實踐，歸納總結了適合大型電能質量監測系統的典型構架方案，就其區別、適用場合、優缺點方面進行了分析比較，并對通信接口和數據格式進行了闡述。

1 監測系統的基本功能

一個完整的電能質量監測系統，應該包括數據采集與計算、數據通信與傳輸、數據存儲、統計分析與處理等功能[2]。

1.1 數據采集與計算

本功能通常由安裝于各監測點的監測裝置（監測終端）完成。通過對監測點的電流、電壓、開關量狀態等采集，完成電能質量指標數據的計算。

1.2 數據通信與傳輸

分散在各監測點、獨立運行的監測裝置，通過適當的通信介質（最常用以太網）將數據上傳至監測中心的相應服務器。

1.3 數據存儲

各監測點的電能質量數據，按照一定的篩選規則、數據格式，統一存放在監測中心指定的服務器數據庫。

1.4 數據分析與處理

用戶通過工作站計算機對監測中心數據的調用，實現對電能質量數據的分析與處理，并將其以期望的輸出、發布或再存儲。

2 系統的交互模式

和其他系統一樣，電能質量質量監測系統的交互模式也可分成C/S（客戶機/服務器）、B/S（瀏覽器/服務器）2種模式。

2.1 C/S模式

服務器完成所有與數據庫相關的操作，客戶端工作站完成數據庫修改、數據分析、圖形顯示、文件轉換、報表輸出等操作。

2.2 B/S模式

WEB客戶端功能模塊基于B/S構架，服務器完成與數據庫相關的操作和數據分析、文件轉換、報表輸出等功能，客戶端通過瀏覽器以WEB瀏覽的方式訪問服務器，完成圖形顯示、瀏覽打印報表等應用工作。

服務器的數量和功能劃分，可根據系統的復雜程度而定。

3 2種典型的結構方案

3.1 2層結構

整個網絡主要分為監測裝置、省級監測中心2個部分。各地市局變電站的監測裝置將采集到的電能質量數據直接上送到省級監測中心的服務器上。本方案宜選用B/S模式。地市級監測中心一般不設服務器，地市級監測中心以工作站計算機的方式訪問省級服務器的數據庫，實現對本區域的電能質量裝置的數據訪問和日常管理。2層結構方案示意見圖1。

3.2 3層結構

整個網絡分為監測裝置、地市級監測中心、省級監測中心3個部分。各地市局變電站的監測裝置將采集到的電能質量數據首先上送到地級市監測中心的子站服務器上，子站服務器實現對本區域的電能質量數據的管理，并按要求向省市級監測中心傳輸數據。地市級的工作站計算機用戶通過子站服務器的數據庫，實現對本區域的電能質量裝置的數據訪問和日常管理，服務器和客戶端工作站承擔的功能，也隨架構方式的不同而不同。地市級選用的監測裝置通信協議不統一，需要通過子站服務器進行規約轉換后上送。3層結構方案示意見圖2。

4 適用場合分析

同兩層結構相比，3層結構方案多了中間地市局監測中心這一環節。在以下幾種情況下，宜選用3層結構方案：（1）各地市級已建立了獨立的監測網絡，在此基礎上搭建省市級監測網絡；（2）監測點數目過于龐大，數據量過多，需要實現數據的分層存儲管理與管理；（3）省市級網絡的帶寬不夠，需要通過地市級監測中心篩選過濾后上送。

2層結構方案構架簡單，便于維護。在無上述幾種情況的場合，宜予采用。本方案特別適用于采用B/S模式。在實踐中，兩層結構也確實體現出了較大的優越性。

5 通信接口與數據格式

實踐證明，由于電能質量數據量較大，傳統的串口通信方式已經不適應需求。以太網已經成為廣大電能質量監測系統的基本通信接口方式。PQDIF作為電能質量數據的標準交換格式，得到了國內業界的普遍認同和采納[3-5]。目前PQDIF主要在系統端得到應用，在嵌入式監測裝置實現PQDIF文件尚需技術突破。嵌入式監測裝置上如直接將電能質量數據轉換為PQDIF文件，將大大簡化終端設備與系統的數據交互，減少對通信網絡的依賴和對帶寬的占用。隨著IEC61850標準體系的不斷完善，其先進性、通用性和可擴展性，使其在今后可能成為電力系統自動化領域的統一的通信協議。可以預見，作為智能電網的重要組成部分，實時電能質量監測網以IEC61850為標準的通信協議實現電能質量數據交互將成為趨勢，而PQDIF仍可以在離線應用以及不同系統之間交互數據方面發揮其應有的作用。

6 結束語

大型電能質量監測系統的建設，是一項長期的、復雜的系統工程。因此在系統規劃初期，必須根據情況的不同，選擇好適合實情的構成方案。從國內各省市的多年實踐可以看出，系統方案的合適與否，最終決定著監測系統建設的成與敗。很多失敗的案例，究其原因就是系統方案一開始沒有考慮好。本文介紹的2層和3層結構，是按照系統邏輯結構劃分的兩種方案，對各種不同情況下的系統建設具有較強的參考意義。

[1] 鄒宏亮，康健，崔大偉，等．區域電網電能質量監測系統的構建[J].電工技術，2010（2）：20-22．

[2] 何維國，謝偉，張健.上海電網電能質量監測系統[J]，華東電力，2010（4）：497-499．

[3] 赫偉珊，齊林海，林天華.電能質量分析系統中異構數據交換的實現方法[J].電力科學與工程，2009，25（11）：45-47．

[4] 郭繼紅，顏湘武，馬甲軍．電能質量數據PQDIF格式及其實現[J].電測與儀表，2004，41(9)：41-44．

[5] 張志生，孔德紅.Pqdif規范在電能質量監測中的應用[J].南方電網技術，2009，3(11)：178-180．