電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)分析

摘要：該文分析了電能質(zhì)量在線裝置的發(fā)展趨勢(shì)及電能質(zhì)量指標(biāo)超標(biāo)的危害，結(jié)合亳州供電公司現(xiàn)狀分析了當(dāng)前電能質(zhì)量形勢(shì)并給出了電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)方案。為亳州供電公司電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)提供了有效支撐。

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量 在線監(jiān)測(cè) DSP

1 衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)

目前我們關(guān)注的主要指標(biāo)為國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局頒布的涉及電能質(zhì)量五個(gè)方面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，即：供電電壓允許偏差，供電電壓允許波動(dòng)和閃變，供電三相電壓允許不平衡度，公用電網(wǎng)諧波，以及供電頻率允許偏差等的指標(biāo)限制。

2 電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問(wèn)題的產(chǎn)生的主要原因

電力系統(tǒng)元件存在的非線性問(wèn)題包括同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不理想；變壓器勵(lì)磁回路非線性特性；直流輸電等。還有變電站并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置等因素對(duì)諧波的影響。在工業(yè)和生活用電負(fù)載中，非線性負(fù)載是電力系統(tǒng)諧波問(wèn)題的主要來(lái)源。各種自然災(zāi)害、誤操作、電網(wǎng)故障時(shí)、發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁系統(tǒng)的工作狀態(tài)的改變、故障保護(hù)裝置中的電力電子設(shè)備的啟動(dòng)等都將造成各種電能質(zhì)量問(wèn)題。

3 電能質(zhì)量低下的主要危害表現(xiàn)

電能質(zhì)量各項(xiàng)主要指標(biāo)低下都會(huì)對(duì)電網(wǎng)及設(shè)備造成不同的影響及破壞，但其主要危害表現(xiàn)主要是增加用電設(shè)備的損耗增加、壽命縮短、工作不正常，破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、影響電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，損壞系統(tǒng)設(shè)備，增加系統(tǒng)損耗，增大測(cè)量?jī)x表誤差，干擾通信，造成繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置誤動(dòng)，危及設(shè)備的安全，甚至造成系統(tǒng)瓦解崩潰等。

4 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置發(fā)展現(xiàn)狀

電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)傾向于采用永久性的固定設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。基于DSP的數(shù)字式儀表已被廣泛應(yīng)用，且一般都可和計(jì)算機(jī)相連，構(gòu)成數(shù)據(jù)處理能力較強(qiáng)的PC+DSP主從式結(jié)構(gòu)，具有顯示、存儲(chǔ)、通信、人機(jī)對(duì)話等功能，并具有在線監(jiān)測(cè)、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時(shí)性好、成本低和接口豐富等特點(diǎn)。

5 亳州供電公司電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)分析

5.1 亳州供電公司電能質(zhì)量現(xiàn)狀分析

亳州供電公司地處皖北平原，承擔(dān)亳州市三縣一區(qū)8400km²，600萬(wàn)人口的供電任務(wù)，并隨著近年來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的變革，人民生活、工作方式都發(fā)生了巨大的變化，電網(wǎng)負(fù)荷逐年復(fù)雜化，大型工業(yè)、牽引機(jī)車、火電機(jī)組上網(wǎng)、煤礦：化工、冶金等主網(wǎng)高壓用戶逐年遞增，城市配網(wǎng)中，變頻設(shè)備、節(jié)能器具、照明、娛樂(lè)設(shè)施及計(jì)算機(jī)設(shè)備等的大量應(yīng)用，且亳州市近年來(lái)處于城鎮(zhèn)化發(fā)展、特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰期，大量工地基建項(xiàng)目開工，大批制藥廠飲片廠紛紛投產(chǎn)，也就意味著，大量的電焊、電爐、電機(jī)、整流裝置等投入使用。由于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，用電科普知識(shí)不能有效普及，大量用戶并未充分考慮電能質(zhì)量相關(guān)問(wèn)題，另外配網(wǎng)中補(bǔ)償電容器的設(shè)計(jì)大多未考慮諧波問(wèn)題，更有大量用戶不投或過(guò)投補(bǔ)償裝置，使諧波處于難以控制的狀態(tài)，也是造成配網(wǎng)中諧波滋長(zhǎng)的主要原因，若不加以控制，這種趨勢(shì)將處于增無(wú)減的狀態(tài)。

因此建立長(zhǎng)期有效的電網(wǎng)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)、并輔以機(jī)動(dòng)靈活的臨時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)相互配合，用于監(jiān)測(cè)、分析亳州供電公司電能質(zhì)量問(wèn)題，并根據(jù)分析結(jié)果加以治理，勢(shì)在必行。

5.2 亳州供電公司電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)布點(diǎn)選擇

亳州供電公司主干線路為220kV供電，因此布點(diǎn)選擇在各個(gè)220kV樞紐變電站中，接入所有等級(jí)母線電壓，主變低壓側(cè)開關(guān)電流，及110kV重點(diǎn)用戶及聯(lián)絡(luò)線路電流。以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該變電站的電能質(zhì)量情況，通過(guò)對(duì)變電站的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，能判斷與該站相接的其他110kV、35kV變電站是否可能存在電能質(zhì)量超標(biāo)情況。并通過(guò)臨時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的建立現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試各重點(diǎn)用戶電能質(zhì)量情況。

5.3 亳州供電公司電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)總體設(shè)計(jì)實(shí)施方案

（1）電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀工作原理。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀，電壓和電流信號(hào)號(hào)經(jīng)過(guò)傳感器、高精度放大電路、抗混疊濾波器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，GPS的分脈沖信號(hào)和觸發(fā)錄波的開關(guān)量經(jīng)光電隔離后送DSP進(jìn)行分析及相關(guān)數(shù)據(jù)處理（開關(guān)量觸發(fā)錄波和精確對(duì)時(shí)），然后將測(cè)試結(jié)果通過(guò)PCL總線送工控機(jī)。工控機(jī)可將這些結(jié)果顯示、存儲(chǔ)、遠(yuǎn)傳。（2）電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理。由多臺(tái)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀（下位機(jī)），通訊網(wǎng)絡(luò)和電能質(zhì)量分析系統(tǒng)（上位機(jī)）構(gòu)成電能質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，上位機(jī)通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)對(duì)下位機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、進(jìn)行遠(yuǎn)程錄波，從下位機(jī)獲取電能質(zhì)量測(cè)量數(shù)據(jù)并導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢，得到所需的測(cè)試報(bào)表，實(shí)時(shí)報(bào)表，統(tǒng)計(jì)報(bào)表，趨勢(shì)圖，波形圖，頻譜圖等等，并可顯示，打印，保存。上位機(jī)還能通過(guò)局域網(wǎng)與多用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。（3）亳州供電公司電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)。本項(xiàng)目的測(cè)量的間隔時(shí)間等于3s，即相鄰兩次測(cè)量之間沒(méi)有縫隙。其采用的是TI公司的6000系列DSP，主頻高，內(nèi)建八個(gè)數(shù)據(jù)處理單元，可并行數(shù)據(jù)處理。其硬件結(jié)構(gòu)和軟件指令集，適合用來(lái)作頻譜分析。并有高速PCI接口，方便與工控機(jī)進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)傳輸，為電能質(zhì)量諧波無(wú)縫監(jiān)測(cè)提供了物質(zhì)保障。由于采用了高速DSP，因此采用非整數(shù)點(diǎn)的頻譜分析方法，提高了諧波的分析精度；根據(jù)國(guó)標(biāo)，嚴(yán)格采用閃變量值判定的基準(zhǔn)方法計(jì)算閃變和變動(dòng)；采用對(duì)稱分量法計(jì)算零序分量、正序分量、負(fù)序分量和三相不平衡度；頻率的測(cè)量精度主要取決于采樣頻率，與算法的合理性也有直接的關(guān)系。本項(xiàng)目A/D采樣率為12.8 kHz/通道，即：每周波采樣256點(diǎn)，加上合理的算法，使得頻率誤差≤0.002Hz，遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)標(biāo)的0.01 Hz。除了電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)外，電力系統(tǒng)中常用的還有故障錄波儀，它主要功能是記錄電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)的電壓和電流波形。將電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和錄波功能有機(jī)結(jié)合，是電能質(zhì)量分析儀的發(fā)展趨勢(shì)之一。

6 結(jié)語(yǔ)

該文簡(jiǎn)單分析了電能質(zhì)量在線裝置的發(fā)展趨勢(shì)及電能質(zhì)量指標(biāo)超標(biāo)的危害，結(jié)合亳州供電公司現(xiàn)狀分析了當(dāng)前亳州電網(wǎng)電能質(zhì)量形式并給出了電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)方案。為亳州供電公司電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)提供了有效支撐。對(duì)于建立亳州供電公司的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)，利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析用戶對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量產(chǎn)生的污染及危害程度，采取針對(duì)性的措施實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)及用戶的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和綜合治理，改善現(xiàn)有供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量、降低電能損耗、保證電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起到積極作用。