電網品質在線監視產品的應用

王翠

摘 要 基于電能質量監測，越限告警等功能的需求，研發電網品質在線監視產品應用在繼電保護行業。

關鍵詞 在線監測；電能質量監測

中圖分類號：TM764 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）02-0019-01

1 概述

本產品主要應用于電力、冶金、化工、電氣化鐵路等行業。是根據我國前期發布的《電能質量監測設備通用要求GB/T 19862-2005》以及電能質量五個國家標準，并參考了有關國際標準研制開發的高性能的電能質量監測設備。

1.1 裝置特點

本裝置采用的實時操作系統為RTOS，編程語言為C語言，功能可靠穩定，升級和維護更便利。模塊化程序設計使保護功能配置靈活，可充分滿足不同客戶的個性化需求。采用高精度A/D，32位微處理器，采樣頻率6.4 kHz/s高速同步采樣，面板LED指示燈可清晰表明裝置正常與異常及動作時的各種狀態。

1.2 裝置的主要功能

裝置功能主要包括電能質量監測、越限報警、網絡通信、顯示和設置、記錄存儲等功能。

1）監測功能。負序電流有效值、2-50次諧波電壓含量、含有率、三相電壓不平衡度、負序電壓有效值、諧波電壓總畸變率、3-50次諧波電流含量、含有率、諧波電流總畸變率、電壓波動和閃變Pst和Plt。2-50次電流諧波的有效值、2-50次諧波電壓有效值、電流正序、零序分量、有效值電壓正序、零序分量有效值。

2）越限報警功能。電壓偏差、頻率偏差、諧波等越限報警功能。

3）顯示和設置功能。本裝置可以通過人機界面設置和修改裝置參數和定值，實時顯示電能質量監測數據及其他測量量，顯示裝置運行信息（諧波越限等），繪制各回路諧波含量棒圖。

1.3 插件功能

交流插件B、C的交流電壓、交流電流輸入端子，依據子站地址的選擇的不同，交流插件B可以是回路1、回路2，也可以是回路3、回路4的交流電壓、交流電流輸入端子，交流插件C也同樣。交流插件上的電流變換器CT和電壓變換器PT，用于將系統CT、PT的二次側電流、電壓信號轉換成弱電信號，供A/D轉換用，并起強弱電隔離作用。主板插件和主板插件為兩個子站的CPU插件。每個主板插件以工業級32位單片機為核心，EPROM，RAM及外圍接口芯片支持，構成一基本的單片機系統，完成交流數據采集、支持人機界面、GPS校時、電能質量數據計算及處理、數據傳輸、關鍵芯片的定時自檢等多項任務。主板插件端子20為站地址選擇端，接+24 V為一號子站，不接為二號子站。端子21為24 V-端。24 V可取自裝置電源上的24 V。邏輯出口插件端子19、20為一對空接點輸出，當裝置發生故障時，該接點閉合。端子18～21為越限告警接點對外輸出端子。端子10～11為失電告警接點輸出端子。

2 測量原理

本裝置采樣頻率為6.4 kHz/s，即每周波采樣128點。

2.1 諧波測量

利用快速傅立葉變換（FFT）的基本原理計算每一回路各通道電壓或電流基波及2～50次諧波的實部和虛部，進而計算出有效值和相位，并求出電壓或電流諧波含量、含有率、總諧波畸變率。

1）電壓基波及2～50次諧波有效值和相位U、θu：

式中，Ui—第i次諧波電壓有效值；i—第i次諧波；URi—第i次諧波電壓實部；UIi—第i次諧波電壓虛部；θui—第i次諧波電壓相位，N—每周波采樣點數。

2）電流基波及2～50次諧波有效值和相位I、θi：

式中，Ii—第i次諧波電流有效值；i—第i次諧波；IRi—第i次諧波電流實部；IIi—第i次諧波電流虛部；θii—第i次諧波電流相位；N—每周波采樣點數。

3）第h次諧波電壓含有率HRUh：

式中，Uh—第h次諧波電壓（方均根值）；U1—基波電壓（方均根值）。

4）第h次諧波電流含有率HRIh：

式中，Ih—第h次諧波電流（方均根值）；I1—基波電流（方均根值）。

5）諧波電壓含量UH：

6）諧波電流含量IH：

7）電壓總諧波畸變率THDu：

8）電流總諧波畸變率THDi：

2.2 測量三相不平衡度

三相電力系統中三相不平衡的程度稱為三相不平衡度。不平衡度的準確算法是對稱分量法，用電流或電壓負序分量與正序分量的百分數表示。

根據諧波分析所得的各回路三相基波電流、電壓的幅值及相位，計算基波各序分量，然后計算各回路三相不平衡度ε。三相電流不平衡度εI和電壓不平衡度εU分別表示為：

式中，I（1）—三相基波電流正序值；I（2）—三相基波電流負序值；U（1）—三相基波電壓正序值；U（2）—三相基波電壓負序值。

2.3 功率測量

有功、無功的測量有兩表法和三表法兩種測量方式。采用三表法測量，要求每一回路輸入三相電壓Ua，Ub，Uc，三相電流Ia，Ib，Ic；采用兩表法測量，要求每一回路輸入三相電壓Ua，Ub，Uc，兩相電流Ia，Ic。兩種測量方式的計算公式如下：

1）有功功率P：

三表法：

兩表法：

2）無功功率Q：

三表法：

兩表法：

式中，Ua、Ia—A相電壓、電流有效值；—Ua、Ia相角差；Ub、Ib—B相電壓、電流有效值；—Ub、Ib相角差；Uc、Ic—C相電壓、電流有效值；—Uab、Ia相角差；—Ucb、Ic相角差；—Uc、Ic相角差；Uab—AB線電壓有效值；Ucb—CB線電壓有效值。

參考文獻

[1]張伯明，孫宏斌，鄧佑滿，等.面向地區電網的EMS高級應用軟件（Advanced Application Software Package of EMS Developed for Sub-Transmission Power Network）[J].電力系統自動化，2000（3）：40-48.

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