電能質(zhì)量的在線分析與監(jiān)測研究

李 明

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電能質(zhì)量的在線分析與監(jiān)測研究

李 明

溫州大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院，浙江 溫州 325000

電能質(zhì)量對于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著直接性的影響。在社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的背景下，行業(yè)的發(fā)展以及人們的日常生產(chǎn)生活都對電能質(zhì)量有了更高的要求，以往的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置已不能很好的發(fā)揮其功用，據(jù)此，我們要進(jìn)一步加大對電能質(zhì)量的在線分析與監(jiān)測力度，建立有效的電能質(zhì)量在線分析與監(jiān)測系統(tǒng)，以期促進(jìn)電能質(zhì)量的顯著提高。

電能質(zhì)量；問題；在線分析與監(jiān)測；系統(tǒng)研究

1電能質(zhì)量問題的成因及其危害

1.1電能質(zhì)量問題的成因分析

電力系統(tǒng)元件存在的非線性問題包括同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行中感應(yīng)電動勢不理想；變壓器勵磁回路非線性特性；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)諧波問題的主要來源。各種自然災(zāi)害、誤操作、電網(wǎng)故障時、發(fā)電機(jī)及勵磁系統(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)備的啟動等都將造成各種電能質(zhì)量問題。

1.2電能質(zhì)量問題的危害初探

電能質(zhì)量問題的危害主要表現(xiàn)在用電設(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，增大測量儀表誤差，干擾通信，造成繼電保護(hù)及自動裝置誤動，危及設(shè)備的安全，甚至造成系統(tǒng)瓦解崩潰等。

2電能質(zhì)量在線分析與檢監(jiān)測系統(tǒng)的重要性

電能質(zhì)量涉及國民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)和人民生活用電，優(yōu)質(zhì)電力可以提高用電設(shè)備效率和壽命，減少電能損耗和生產(chǎn)損失，電能質(zhì)量關(guān)系到電力可持續(xù)發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)節(jié)約型社會的必要條件之一。而傳統(tǒng)單一的電能質(zhì)量監(jiān)測儀表已不能滿足實(shí)時監(jiān)測電能質(zhì)量指標(biāo)的需求，需要開發(fā)一種更科學(xué)地監(jiān)測分析方法。電能質(zhì)量監(jiān)測裝置長時間不間斷對監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行收集、記錄和存儲電力系統(tǒng)各種穩(wěn)、暫態(tài)信息，能實(shí)時精確地測量電能質(zhì)量，可為分析電能質(zhì)量提供數(shù)據(jù)。

3 電能質(zhì)量在線分析與檢監(jiān)測系統(tǒng)的有效建構(gòu)

3.1 系統(tǒng)的總體構(gòu)成分析

本系統(tǒng)以工業(yè)控制計算機(jī)為核心，利用通訊總線和分布式監(jiān)測采集單元。配有高性能數(shù)據(jù)采集卡，實(shí)現(xiàn)快速、在線、準(zhǔn)確測量各項電力參數(shù)；利用LabVIEW軟件強(qiáng)大的虛擬儀器設(shè)計能力，結(jié)合合理的數(shù)字信號處理算法，實(shí)時分析供電系統(tǒng)電壓偏差、頻率偏差、諧波、負(fù)序、電壓波動和閃變等重要指標(biāo)，并對其供電質(zhì)量和運(yùn)行性能予以綜合評價和處理意見，同時具有顯示、打印、保存等各種功能，整個系統(tǒng)的主要構(gòu)成如下圖1-1所示。

圖1-1電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成圖

3.2 系統(tǒng)的工作原理及實(shí)現(xiàn)路徑

3.2.1 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)信號的選取及電路的調(diào)理

為了配合現(xiàn)場應(yīng)用的需要，標(biāo)準(zhǔn)信號為取自電流互感器的5A左右交流電流和取自電壓互感器的100V左右交流電壓，經(jīng)接口轉(zhuǎn)換電路模塊統(tǒng)一變換成±10V間的電壓信號，同時將多路變換完成的信號集中通過接口接入數(shù)據(jù)采集卡。

為了達(dá)到準(zhǔn)確的測量，電壓互感器和電流互感器要有較大的線性工作區(qū)和良好的動態(tài)響應(yīng)，在電壓、電流出現(xiàn)較大波動和閃變時能夠保持足夠的精確度。從電壓互感器和電流互感器得到的電壓信號和電流信號首先經(jīng)過隔離保護(hù)電路。

3.2.2 PCI2008高速多路同步采集卡

數(shù)據(jù)采集卡是實(shí)現(xiàn)測量的關(guān)鍵設(shè)備，能夠按照預(yù)先設(shè)定的采樣率將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，隨后通過數(shù)據(jù)總線送至計算機(jī)。考慮到電能質(zhì)量測量對于電壓、電流信號的同時性要求比較高，因為若同一位置的電壓、電流不同步，那么所進(jìn)行的功率、相位差等測量就沒有了物理意義。

PCI2008高速多路同步采集卡是12位16路同步采樣的AD卡，采用PCI2.2總線標(biāo)準(zhǔn)，通過率為25K/通道，單卡總通過率可達(dá)400K，為了確保采樣精度，每通道均通過PGA103儀表放大器緩沖后接入4通道同步采用保持AD芯片AD7874，PGA103為程控增益放大器，這樣就可以根據(jù)每一路輸入信號電壓的大小來通過軟件編程設(shè)定每一路采樣通道的增益，使得12位AD轉(zhuǎn)換器的分辨率能夠盡可能的大，增加測量的精度。

3.2.3 高性能工業(yè)控制計算機(jī)

工業(yè)控制計算機(jī)的結(jié)構(gòu)與一般PC機(jī)類似，但加強(qiáng)了對抗電磁輻射干擾（EMC）、抗機(jī)械振動方面的設(shè)計，能夠在比較惡劣的工作環(huán)境下連續(xù)長時間工作。相比DSP、單片機(jī)等構(gòu)成的系統(tǒng)，工控機(jī)具有計算能力強(qiáng)、存儲容量大，便于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)通信等優(yōu)點(diǎn)。考慮到數(shù)據(jù)采集設(shè)備通常運(yùn)行在工業(yè)現(xiàn)場，常常有較強(qiáng)的振動、電源干擾和電磁干擾，設(shè)計中采用了高性能工業(yè)計算機(jī)作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件運(yùn)行的計算機(jī)平臺。

3.2.4 裝置虛擬儀器功能設(shè)計

系統(tǒng)軟件利用LabVIEW虛擬儀器技術(shù)開發(fā)，其功能模塊結(jié)構(gòu)如下圖1-2所示。

圖1-2裝置虛擬儀器功能模塊

數(shù)據(jù)采集與存儲模塊的主要任務(wù)是將原始電壓電流信號采集并變換成數(shù)字信號，然后顯示出波形和頻譜，存儲并輸出數(shù)據(jù)文件，在每路通道設(shè)計有校正放大環(huán)節(jié)，通過軟件調(diào)節(jié)通道線性標(biāo)定值來實(shí)現(xiàn)，使之在輸入信號相同的情況下，各通道最終的測量數(shù)據(jù)也相同。AD轉(zhuǎn)換后的結(jié)果送往FIFO存儲器，這是一種“先進(jìn)先出”式的存儲器，可以保證進(jìn)行連續(xù)數(shù)據(jù)采集時不會丟失數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

綜上，文章基于電能質(zhì)量的重要性，優(yōu)化設(shè)計了電能質(zhì)量在線分析與監(jiān)測系統(tǒng)，經(jīng)測試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能為電能質(zhì)量的監(jiān)測提供的技術(shù)支撐。

[1]陳楠.電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].工業(yè)b,2015(10):00218-00219.

[2]張忠元,崔威,鄒品元.甘肅電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)方案研究[J].甘肅電力技術(shù),2015(1):7-9.

On line analysis and monitoring of power quality

Li Ming

School of physics and electronic information engineering, Wenzhou University, Zhejiang, China; 325000

Power quality has a direct impact on the safe and stable operation of power system. In the social and economic development under the background of the development of the industry, daily life and people of power quality have higher requirements, the power quality monitoring device is not good to play its function, therefore, we must further increase on line analysis and monitoring of power quality. The establishment of effective online power quality monitoring and analysis system, in order to promote the increase of power quality.

Power quality; problem; on line analysis and monitoring

TM711

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1009-6434（2017）01-0026-02