基于Agent技術的電網諧波監測系統設計與開發

關鍵詞：柔性監測;諧波污染;Agent技術;數字信號處理（DSP）

中圖法分類號：TP311 文獻標識碼：A

1引言

隨著電力電子和計算機裝置在電力系統中的廣泛應用，電網電流中諧波分量大量增加，引起電力系統中電壓、電流的正弦波發生畸變，造成電能質量下降[1]。電力企業對諧波數據全面的監測需求已經越來越強烈。

目前，國內很多電力企業所采用的在線諧波監測分析系統，終端采用DSP，后臺支持SQLSERVER數據庫，并可按我國公用電網諧波標準（GB/T14549?1993）給出諧波分析報告。但目前主要存在兩個問題：（1）終端檢測方法不靈活，盡管嵌入式技術發展迅速，但一臺裝置中尚難支持多種檢測方法的靈活應用;（2）后臺分析簡單，基本處在遠程數據管理和簡單統計報表水平，且不同企業的系統，數據格式不統一，也無基于配電GIS的可視化后臺分析系統。

本文設計了基于Agent技術的電網諧波監測系統，充分發揮虛擬儀器技術優勢，實現一個終端下多種檢測方法的靈活設置與調用，從而構建諧波柔性監測平臺。并且，利用接口技術，可以建立諧波監測終端與后臺數據庫，實現監測數據的實時傳輸、標準格式轉換、基于GIS平臺的實時顯示與報表管理。這對于電力企業建立諧波監測網絡的實際應用以及基于該平臺進行諧波檢測方法的研究與改進，都具有較高的應用價值和較大的應用前景。

2系統結構

基于Agent技術的電網諧波監測系統的結構模型如圖1所示。上半部分是電能質量管理系統，下半部分是諧波監測與分析系統。其中，PQM（Power Quality Monitoring）是安裝在電廠、變電所、工廠等場所的諧波監測和分析系統。利用系統的應用軟件（包括底層應用軟件、數據處理應用軟件、數據統計分析應用軟件和數據庫管理應用軟件等），通過電力信息網，能夠將被監測對象的分析結果自動加載至電能質量管理中心或電力調度中心的電能質量數據庫中，然后由后臺數據庫系統對所有監測結果進行集中管理[2]。

3信號檢測算法

諧波檢測方法較多，目前較成熟的方法為傅立葉變換法（FFT），其具有精度高、使用方便、容易實現等優點，但同時也存在混疊現象、泄漏效應、柵欄效應等缺陷，需要進行加窗等各種改進處理;小波變換法（FWT）則是針對傅立葉變換法在分析非平穩信號方面的局限性發展起來的一種新的時頻分析方法，不僅可以進行穩態諧波檢測，更適于時變諧波檢測。其原理如圖2所示。

3.1小波變換法

小波變換法是一種線性時頻分析法。F（t）的連續小波變換表示為：

因此，對電壓信號進行21 次傅立葉變換，可以測量電網中的電壓電流信號的1～21 次諧波含量[5] 。

4系統設計與開發

本文提出的電網諧波監測裝置采用“ARM+DSP”的雙CPU 嵌入式系統架構，由DSP 負責諧波監測分析算法處理，由ARM 負責數據采集與通信接口，從而實現高速采集、快速計算;基于GPRS 網絡通信，為用戶提供直觀便捷的應用，特別是提供預警處理。

4.1硬件設計

本系統硬件配置如圖3所示。

系統硬件主要由1 個主板、1 個信號采樣模塊、1個光纖收發器模塊、1個通信模塊和1 個開關電源模塊等組成。主板采用品質優異的32位微處理器Intel80386EX 芯片作為硬件系統的CPU，極大地提高了整個系統的運算速度及計算精度;交流變換插件將電壓互感器和電流互感器二次側的交流信號轉換成弱信號供A/ D 轉換器采樣;通信裝置一方面通過RS232串行接口與外設實現實時交換數據，另一方面通過雙環LON 光纖網接口與監控機通信實現遠程數據交換;開關電源模塊選用X25043 可編程看門狗監控芯片EEPOM，組成電源監視及復位電路，其寬電源交直流的輸入適合于各種電源環境使用[6] 。

4.2軟件設計

軟件系統主要完成監測、控制和通信等功能。

（1）監測功能：以NI LabView為軟件平臺，搭建可支持多種算法的諧波監測分析系統，實現柔性監測分析。

（2）控制功能：在GIS 平臺上建立與諧波監測節點的實時數據接口，實時顯示并定時保存監測數據、隨時分析數據結果，對超過國家標準的分析結果實現實時報警處理。

（3）通信功能：利用LabView網絡通信能力，基于變電站與局端的光線網絡，建立該類終端與局端服務器的基于TCP/ IP的網絡通信。

5結束語

本文介紹了一種基于Agent技術的電網諧波監測系統，符合現代電網分布式的架構特點和電力用戶對電能質量的要求，滿足了電能質量測量的信息共享和協調控制的需求。傅立葉和小波變換相結合的電能質量指標的檢測方法各盡其能，優勢互補，可以較為精確地將諧波擾動提取出來，實時全面反映系統電能質量的狀況。系統的硬件設計基于DSP的高精度數據采集平臺，軟件設計采用VC++作為主平臺的開發軟件及數據庫前后臺管理方式，使得該系統更具開放性、智能性和靈活性。

作者簡介：

張靜（1973—），碩士，教授，研究方向：電氣控制技術。