淺析電壓質(zhì)量及諧波智能在線監(jiān)測(cè)輔助決策管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

武社偉

[摘 要]電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測(cè)及輔助決策管理系統(tǒng)，為電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)提供了一種全新的監(jiān)測(cè)理念和手段，在提高電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、降低諧波源用戶(hù)生產(chǎn)成本、提高電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理水平方面發(fā)揮著重要的作用。本文主要分析了電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測(cè)及輔助決策管理系統(tǒng)的技術(shù)要點(diǎn)、系統(tǒng)組成、實(shí)施方案和主要功能。

[關(guān)鍵詞]電壓質(zhì)量；諧波；在線監(jiān)測(cè)

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.18.030

[中圖分類(lèi)號(hào)]TP315；TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2018）18-00-02

1 電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測(cè)及輔助決策管理系統(tǒng)的技術(shù)要點(diǎn)

電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測(cè)及輔助決策管理系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮解壓、DSP技術(shù)、無(wú)線通信和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，并使之適應(yīng)于供電公司的實(shí)際情況，按照國(guó)標(biāo)諧波、三相電壓不平衡度、電壓偏差（電壓合格率）、電壓波動(dòng)和閃變等指標(biāo)的要求進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)。

1.1 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警的設(shè)計(jì)理念及處理方式

用于異常事件預(yù)測(cè)的方法有很多種，其中應(yīng)用最廣泛的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，由于大多數(shù)的異常事件是不平穩(wěn)的，所以其特征參數(shù)和數(shù)據(jù)分布會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化。設(shè)計(jì)人員通過(guò)對(duì)某段歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)分析，可以利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型估計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各層權(quán)重的參數(shù)初值，從而建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，用于未來(lái)時(shí)間的預(yù)警和預(yù)測(cè)。

1.2 基于J2EE的設(shè)計(jì)架構(gòu)

電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測(cè)及輔助決策管理系統(tǒng)，采用基于J2EE標(biāo)準(zhǔn)的Hibernate+Spring+Webwork的框架，采用MVC模式和B/S應(yīng)用方式，全部采用J2EE技術(shù)，盡量解耦合系統(tǒng)中各個(gè)服務(wù)引擎，以考慮與其他異構(gòu)系統(tǒng)的接口，同時(shí)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部模塊互不干擾，基于重用、透明、延展、簡(jiǎn)明、高效和安全的目標(biāo)進(jìn)行的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測(cè)及輔助決策管理系統(tǒng)分為硬件部分和軟件部分，硬件部分采用分布式集中監(jiān)控設(shè)計(jì)，即每個(gè)監(jiān)測(cè)通道單獨(dú)享用一塊DSP和16位AD，采集電能質(zhì)量的數(shù)據(jù)，采集單元通過(guò)總線與PC104工業(yè)級(jí)控制主板進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)多通道的數(shù)據(jù)集中處理工作。系統(tǒng)采用Microsoft公司的WINDOWS XPE嵌入操作軟件，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，整機(jī)不采用任何旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇，功耗低。軟件采用國(guó)際流行的B/S（服務(wù)器/瀏覽器）架構(gòu)實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的查看、分析，采用預(yù)警信息及數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)推送電能質(zhì)量超標(biāo)線路的信息，使用諧波診斷（最小偏二算法）技術(shù)診斷線路的諧波類(lèi)型診斷，為諧波綜合治理提供輔助方案。

2 電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測(cè)及輔助決策管理系統(tǒng)的組成及各模塊工程實(shí)現(xiàn)

電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測(cè)及輔助決策管理系統(tǒng)由電能質(zhì)量同步監(jiān)測(cè)終端（以后簡(jiǎn)稱(chēng)“監(jiān)測(cè)終端”）、通信系統(tǒng)、電能質(zhì)量信息處理與分析中心（以后簡(jiǎn)稱(chēng)“信息中心”）組成。同時(shí)，該系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)、GPRS、通信、綜合電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和事件預(yù)警，并進(jìn)行必要的分析。

2.1 監(jiān)測(cè)終端的設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)

電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測(cè)及輔助決策管理系統(tǒng)采用GPRS等技術(shù)，使在監(jiān)測(cè)時(shí)能方便地控制安裝在電力系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)終端監(jiān)測(cè)采樣的同步性和準(zhǔn)確性。每臺(tái)監(jiān)測(cè)終端的監(jiān)測(cè)信號(hào)通道為三路電壓和三路電流，電壓額定值是100 V，電流額定值是5 A。監(jiān)測(cè)終端本身具有測(cè)控功能鍵及中文顯示屏，測(cè)得的數(shù)據(jù)應(yīng)能方便地通過(guò)通信系統(tǒng)傳送到信息中心并送入數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)任務(wù)的需要，監(jiān)測(cè)終端可以分散裝在系統(tǒng)的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上。

2.2 系統(tǒng)通信方式的選擇及實(shí)現(xiàn)

各監(jiān)測(cè)終端與信息中心之間采用無(wú)線通信（GPRS）方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不占用系統(tǒng)通信資源，使監(jiān)測(cè)組網(wǎng)靈活方便，也可以采用以太網(wǎng)進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)傳輸方便快捷，有助于系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行和在線監(jiān)測(cè)。

2.3 信息中心的設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)

信息中心由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器和數(shù)據(jù)分析軟件組成。電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測(cè)及輔助決策管理系統(tǒng)最大程度地實(shí)現(xiàn)了信息整合和資源共享，能定期、定時(shí)自動(dòng)采集各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。通過(guò)訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器，本系統(tǒng)涵蓋的各個(gè)工作站就可以查看各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，不僅能對(duì)存入數(shù)據(jù)庫(kù)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，而且可實(shí)時(shí)在線調(diào)控全部監(jiān)測(cè)裝置的定值。區(qū)域網(wǎng)內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分析月報(bào)表自動(dòng)匯總至公司電壓無(wú)功管理信息系統(tǒng)，從而達(dá)到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度、數(shù)據(jù)共享的目的。

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器是電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分之一，其任務(wù)就是每天定時(shí)采集各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便進(jìn)行集中分析。數(shù)據(jù)服務(wù)器配置雙硬盤(pán)并互為鏡像，可將采集到的數(shù)據(jù)同步存入兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，能有效地防止數(shù)據(jù)丟失，確保數(shù)據(jù)完整。局域網(wǎng)內(nèi)的各用戶(hù)均可以訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器，隨時(shí)查看各站點(diǎn)數(shù)據(jù)、波形、頻譜，并且可以對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、對(duì)各站點(diǎn)以及網(wǎng)站進(jìn)行管理。

3 電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測(cè)及輔助決策管理系統(tǒng)的實(shí)施方案

在非線性負(fù)荷用戶(hù)及臺(tái)區(qū)安裝電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)終端，在變電站安裝集中式電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)主機(jī)，通過(guò)供電公司現(xiàn)有的光纖實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與后臺(tái)連接，從而實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)全天候的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，通過(guò)系統(tǒng)、真實(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直觀顯示諧波的危害及電能質(zhì)量惡化的后果，使供用電雙方增強(qiáng)電能質(zhì)量意識(shí)，共同打造和諧綠色電網(wǎng)，改善供用電電能環(huán)境。供電公司要在變電站、用戶(hù)變電站、大客戶(hù)側(cè)設(shè)置監(jiān)測(cè)終端若干套，并在運(yùn)維檢修部設(shè)立監(jiān)測(cè)中心，對(duì)線路和變電站的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，通過(guò)提取電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的超標(biāo)信息，利用以太網(wǎng)或無(wú)線分組業(yè)務(wù)推送預(yù)警消息，使相關(guān)管理人員掌握電網(wǎng)和用戶(hù)電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)狀況。

4 電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測(cè)及輔助決策管理系統(tǒng)的主要功能

電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測(cè)及輔助決策管理系統(tǒng)可以滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)點(diǎn)與主站、用戶(hù)與主站之間通過(guò)GPRS、TCP/IP等通訊網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，能夠在第一時(shí)間掌握各監(jiān)測(cè)點(diǎn)、用戶(hù)、樞紐變電站的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)投運(yùn)后能為供電公司帶來(lái)顯著的效益，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供強(qiáng)大的、完整的數(shù)據(jù)支持，具有以下幾方面功能。

第一，電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測(cè)及輔助決策管理系統(tǒng)，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)電能質(zhì)量5項(xiàng)指標(biāo)（電壓、頻率、諧波、三相不平衡，電壓波動(dòng)和閃變）進(jìn)行不間斷的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控，全方位提高電力系統(tǒng)的自動(dòng)化管理水平，加強(qiáng)公用電網(wǎng)電能質(zhì)量的監(jiān)督管理，保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。第二，該系統(tǒng)能夠從電能質(zhì)量的角度及時(shí)準(zhǔn)確地定位系統(tǒng)的潛在故障源、污染源，并能準(zhǔn)確分析出其特征、類(lèi)型及分布規(guī)律，為電能綜合治理提供依據(jù)，預(yù)防發(fā)生電力事故。第三，該系統(tǒng)擺脫了人工記錄的落后面貌，使電能質(zhì)量管理工作實(shí)現(xiàn)了全局一體化，提高了管理水平及工作效率。第四，該系統(tǒng)能夠?qū)Ω骷?jí)電網(wǎng)的電能質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行長(zhǎng)期在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期累積和分析為下一步的諧波綜合治理工作奠定了良好的理論基礎(chǔ)。第五，該系統(tǒng)采用的是B/S架構(gòu)，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析能力。管理人員不必在電腦中安裝客戶(hù)端或者插件，只需要通過(guò)瀏覽器打開(kāi)頁(yè)面，就能方便快捷地掌握實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理分析等，提高了辦公效率。第六，該系統(tǒng)研發(fā)最終目的是通過(guò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠性，及時(shí)調(diào)整或整改電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)綠色電能，使供用電雙方實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)共贏。

5 電壓質(zhì)量及諧波智能在線監(jiān)測(cè)輔助決策管理系統(tǒng)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測(cè)及輔助決策管理系統(tǒng)的應(yīng)用將會(huì)取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

5.1 提高電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平

電壓質(zhì)量及諧波智能在線監(jiān)測(cè)輔助決策管理系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，為科學(xué)、有效地治理電網(wǎng)諧波污染奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提高了電網(wǎng)及發(fā)、供、輸、配、用電設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。同時(shí)，該系統(tǒng)還能夠提高供電的穩(wěn)定性，減少了安全事故發(fā)生的概率。

5.2 提高供電公司的運(yùn)營(yíng)效益

眾所周知，電網(wǎng)的高次諧波對(duì)電能計(jì)量的準(zhǔn)確性有很大影響，當(dāng)諧波含量滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)規(guī)定時(shí)，誤差影響微小，當(dāng)諧波含量超過(guò)國(guó)標(biāo)規(guī)定時(shí)，無(wú)論是電磁感應(yīng)式電能表還是全電子式電能表，誤差影響均較大，即諧波含量越高影響越大，電能計(jì)量誤差也越大。電壓質(zhì)量及諧波智能在線監(jiān)測(cè)輔助決策管理系統(tǒng)，能夠?qū)χC波源進(jìn)行有效管理，能大大提高供電公司的運(yùn)營(yíng)效益。

5.3 降低諧波源用戶(hù)的生產(chǎn)成本

電壓質(zhì)量及諧波智能在線監(jiān)測(cè)輔助決策管理系統(tǒng)，能夠?qū)χC波污染程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)、考核和控制，對(duì)諧波源安裝濾波設(shè)備進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，對(duì)諧波源治理效果進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，從而達(dá)到控制生產(chǎn)成本的目的。同時(shí)，電壓質(zhì)量及諧波智能在線監(jiān)測(cè)輔助決策管理系統(tǒng)能夠降低諧波源用戶(hù)的生產(chǎn)成本，提高廠家產(chǎn)品的合格率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高電能利用率，從而能夠帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

5.4 提高電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理水平

電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測(cè)及輔助決策管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)電能質(zhì)量指標(biāo)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)和分析。同時(shí)，該系統(tǒng)還能統(tǒng)一管理各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、記錄、報(bào)表，并且提供查詢(xún)、打印功能，減少了管理人員的工作量，提高管理人員的工作效率。

主要參考文獻(xiàn)

[1]王良之.電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)智能分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2011.

[2]李銳.電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)在昭通電網(wǎng)的應(yīng)用研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2008.

[3]楊景.基于電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)的諧波高級(jí)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)[D].北京：華北電力大學(xué)，2013.