高階電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置及系統(tǒng)的研究與應用

摘要：自電能產(chǎn)生以來，它在一定程度上加速了社會發(fā)展。作為商品，電能的質(zhì)量是衡量其價值的關鍵，且不同用戶對電能質(zhì)量的需求各異。因此，開展相關研究，提出切實可行、經(jīng)濟合理且易于實施的效能優(yōu)化方案，可為企業(yè)電能質(zhì)量管理提供科學決策依據(jù)。

關鍵詞：高階電能質(zhì)量；在線監(jiān)測裝置；分析軟件；系統(tǒng)應用

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.057

中圖分類號：TM 930；TP 31 文獻標志碼：A 文章編碼：1672-7274（2024）09-0-03

Research and Application of High-order Power Quality Online Monitoring Device and System

YANG Zhonghua1， XUE Zhiguang2， ZHANG Xingkai1， DU Hongru1， LI Cheng1

（1. Guoneng Wuhai Energy Mining Area Hydropower Management Co.， Ltd.， Wuhai 016000， China;

2. Anhui Aixino Electrical Automation Co.， Ltd.， Hefei 230000， China）

Abstract： Since the advent of electric energy， it has accelerated social development to some extent. As a commodity， the quality of electric energy is the key to measuring its value， and different users have different requirements for the quality of electric energy. Therefore， it is necessary to conduct relevant research and propose practical， economically reasonable， and easy-to-implement efficiency optimization schemes to provide scientific decision-making basis for enterprise power quality management.

Keywords： high-order power quality; online monitoring device; analysis software; system application

0 引言

隨著變電站及配電系統(tǒng)線路不斷增多，電網(wǎng)系統(tǒng)供配電設備在不斷的更新，設備功率在不斷增加，用電設備的容量也越來越大；三相負荷不平衡、電力系統(tǒng)諧振接地等會產(chǎn)生負序，大功率整流和非線性設備等會產(chǎn)生諧波，長期運行會導致電能質(zhì)量下降，嚴重威脅供電、用電設備的安全運行。

1 研究內(nèi)容

本文介紹了一種創(chuàng)新裝置的研發(fā)成果，該裝置能夠實現(xiàn)全天候不間斷的在線監(jiān)測，全面覆蓋電網(wǎng)的多種電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，包括但不限于諧波含有率、總畸變率、三相電壓不平衡度、閃變、電壓偏差、電壓波動、頻率，以及各次諧波的有功功率、無功功率、功率因數(shù)、相移功率因數(shù)、有效值、正負序、電壓暫降等關鍵指標。為了實現(xiàn)這一裝置的強大功能，我們專門研發(fā)了高階電能質(zhì)量在線監(jiān)測分析軟件，并成功獲得了軟件著作權證書和軟件測評報告，確保了軟件的權威性和可靠性。該軟件支持在線分回路監(jiān)測分析，能夠實時生成評分報告，同時提供按日、按月及分回路的查詢評估報告功能。生成月度分析報告是該軟件的另一大亮點，它涵蓋了安全用電分析、經(jīng)濟用電分析、告警分析等多重內(nèi)容，全面滿足用戶對電能質(zhì)量管理的需求。報告還支持導出和打印，方便用戶進行存檔和分享[1]?；陔娔苜|(zhì)量數(shù)據(jù)的監(jiān)測分析結果，我們的裝置和軟件還能為用戶提供合理的電能質(zhì)量優(yōu)化及治理建議，幫助用戶改善電能質(zhì)量，提升用電效率和安全性。

2 該裝置進行數(shù)據(jù)采集處理的功能特點

2.1 功能原理

電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的核心競爭力源自其內(nèi)置的高精度計量元件與前沿的數(shù)據(jù)處理技術。這一系列先進技術賦予了該裝置實時、準確地監(jiān)測電網(wǎng)中多項關鍵電能質(zhì)量參數(shù)的能力，其監(jiān)測范圍廣泛，覆蓋了電壓、電流、頻率以及波形等多個方面。該裝置內(nèi)置的微處理器如同一個強大的數(shù)據(jù)分析引擎，能夠對收集到的龐大數(shù)據(jù)集進行深度挖掘與精細分析。通過這一過程，該裝置能夠精確計算出各電能質(zhì)量參數(shù)的平均值、合格率等核心統(tǒng)計指標，并將這些寶貴的數(shù)據(jù)處理結果以清晰的數(shù)字信號形式輸出，便于用戶進行進一步的解讀與應用[2]。此外，電能質(zhì)量監(jiān)測裝置還配備了強大的數(shù)據(jù)存儲功能與智能報警系統(tǒng)，這意味著它能夠及時捕捉并記錄任何異常的電能質(zhì)量事件并迅速響應，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行筑起一道堅實的防線。這一綜合性的監(jiān)測與處理能力，使得電能質(zhì)量監(jiān)測裝置成為維護電力系統(tǒng)健康運行不可或缺的重要工具。

2.2 數(shù)據(jù)采集與處理

電能質(zhì)量裝置是一種對電網(wǎng)或者設備供電質(zhì)量及消耗電能量進行監(jiān)測和分析的專用儀表，通過專業(yè)的分析軟件可以幫助用戶定位、預測、防止、診斷和排除配電系統(tǒng)的故障，并且能夠進行長期的負載研究分析和節(jié)能評估。依據(jù)不同的用途分別滿足A級或者S級精度，可用于測量計算閃變、電壓暫降、電壓暫升、中斷、瞬變、不平衡、諧波、間諧波、信號電壓、RMS有效值、功率、功率因數(shù)和電能量等電能質(zhì)量參數(shù)[3]。

其每周波1 024個數(shù)據(jù)的連續(xù)采樣功能可以記錄電壓波動、閃變、間諧波等瞬態(tài)數(shù)據(jù)，進行異常電能質(zhì)量現(xiàn)象的測量、分析。采用獨特的PQZip數(shù)據(jù)壓縮技術，超過一年以上每一個20 ms電網(wǎng)周波的1 024個數(shù)據(jù)都被存儲，每一個周波的數(shù)據(jù)都可以被還原、顯示，不需要事件觸發(fā)、沒有記錄被遺忘?？梢元毩⑴渲迷谟脩衄F(xiàn)場進行測試、分析、記錄，解決了大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題；也可以通過以太網(wǎng)發(fā)送到管理中心，配合專業(yè)的電能質(zhì)量分析軟件，進行綜合的電能質(zhì)量報告和數(shù)據(jù)分析。如圖1所示[4]。

3 高階電能質(zhì)量在線監(jiān)測分析軟件

3.1 分析軟件簡介

（1）軟件全稱。高階電能質(zhì)量在線監(jiān)測分析。

（2）版本號。V1.0。

（3）開發(fā)的硬件環(huán)境。CPU：Intel（R）酷睿i7-11700K；內(nèi)存：32 GB。

（4）運行的硬件環(huán)境。CPU：Intel（R）酷睿i7-11700K；內(nèi)存：128 GB；硬盤：1 TB。

（5）開發(fā)該軟件的操作系統(tǒng)。Windows 10 64位旗艦版。

（6）軟件開發(fā)環(huán)境/開發(fā)工具。IntelliJ IDEA、Eclipse。

（7）該軟件的運行平臺/操作系統(tǒng)。Windows 10 64位旗艦版。

（8）軟件運行支撐環(huán)境/支持軟件。MySQL Enterprise Edition。

（9）編程語言。Java JavaScript。

（10）源程序量。8858。

（11）開發(fā)目的。幫助用戶發(fā)現(xiàn)和解決電能質(zhì)量問題，提高電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性和能效性。

（12）面向領域/行業(yè)。電力行業(yè)。

（13）軟件的主要功能。主要有在線監(jiān)測分析、在線監(jiān)測管理、監(jiān)測信息管理、監(jiān)測異常處理、監(jiān)測信息統(tǒng)計等主要功能。

（14）技術特點。①電能質(zhì)量參數(shù)監(jiān)測。通過對電網(wǎng)的電壓、電流、功率等參數(shù)進行實時監(jiān)測，獲取電能質(zhì)量數(shù)據(jù)。②數(shù)據(jù)處理和分析。對監(jiān)測到的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)進行處理和分析，發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題并進行分類、定位和評估。

（15）軟件的技術特點選項。物聯(lián)網(wǎng)軟件。

3.2 系統(tǒng)總體結構圖

系統(tǒng)總體結構圖是結構化設計方法中一種重要的描述工具，它清晰地展現(xiàn)了一個系統(tǒng)（或功能模塊）的層次化分解關系。該圖不僅描繪了模塊之間的調(diào)用關系，還詳細展示了模塊間數(shù)據(jù)流與控制流信息的傳遞路徑，因此被視為描述系統(tǒng)物理結構的核心圖表工具。在系統(tǒng)結構圖中，有向線段扮演著關鍵角色，它代表著調(diào)用過程中程序控制的轉移方向，即從調(diào)用模塊指向被調(diào)用模塊。這種表示方式隱含了一個重要信息：當被調(diào)用模塊完成任務后，程序的控制權將沿著原路徑返回到調(diào)用模塊。這一機制確保了系統(tǒng)各模塊間能夠有序、高效地進行交互與協(xié)作。如圖2所示。

3.3 系統(tǒng)類圖

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)選擇 MySQL，這一決策是基于其具備卓越的速度、高度的可靠性以及廣泛的適應性。這些特性共同促使 MySQL 在數(shù)據(jù)庫領域備受矚目。特別是在無需復雜事務化處理的應用場景中，MySQL 充分展現(xiàn)出作為內(nèi)容管理最佳選擇的獨特魅力。它高效的數(shù)據(jù)處理能力，能夠確保即便在應對大規(guī)模數(shù)據(jù)操作時，也依然保持出色的響應速度和穩(wěn)定性。同時，MySQL 的易用性與靈活性，使開發(fā)人員可以輕松依據(jù)具體需求進行定制和優(yōu)化，進一步增強了其在內(nèi)容管理方面的優(yōu)勢。此外，MySQL 擁有龐大的用戶社區(qū)以及豐富的文檔資源，這為解決使用過程中遭遇的問題提供了極大便利。因此，選擇 MySQL 作為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，不但能夠滿足當前的管理需求，還為未來的擴展和升級奠定了堅實基礎，是追求性能與效率并重的理想之選。

3.4 數(shù)據(jù)庫設計（E-R圖）

在數(shù)據(jù)建模的過程中，實體-聯(lián)系圖（Entity-Relationship Diagram，E-R圖），是一種廣泛使用的工具。通過E-R圖，我們可以直觀地描繪出數(shù)據(jù)模型的結構，這種模型也被相應地稱為ER模型。E-R圖的核心構成包括三種基本元素：實體（代表數(shù)據(jù)對象）、關系（描述實體之間的聯(lián)系）以及屬性（定義實體或關系的特性）。在圖形表示上，實體通常用矩形框來標識，關系則用連接相關實體的菱形框來表示，而屬性則通過橢圓形或圓角矩形來體現(xiàn)，并通過直線與它們所描述的實體或關系相連，從而清晰地展示出數(shù)據(jù)模型的整體架構和細節(jié)特征。這種直觀的表示方法極大地便利了數(shù)據(jù)庫的設計和理解過程。如圖3所示。

3.5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)及遠程監(jiān)控

在線電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)分析軟件和報告生成工具組成。數(shù)據(jù)采集器負責實時采集電能質(zhì)量參數(shù)，如電壓、電流、頻率、諧波等，通過傳感器和測量設備獲取相關數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析軟件對采集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析，識別電能質(zhì)量問題并生成相應的報告。報告生成工具將分析結果以可視化的方式展示，方便用戶查看和理解[5]。

在線電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)具有多種功能。它能夠實時監(jiān)測電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量參數(shù)，包括電壓穩(wěn)定性、電流波形畸變、諧波含量等。通過對這些參數(shù)的監(jiān)測，系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題，如電壓波動、諧波污染等，并提供相應的報警和告警功能，以便用戶及時采取措施。

在線電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)分析和故障診斷的功能。通過對采集到的數(shù)據(jù)進行分析，系統(tǒng)可以識別出電能質(zhì)量問題的原因和影響因素，幫助用戶快速定位和解決問題。同時，系統(tǒng)還可以對歷史數(shù)據(jù)進行回顧和比對，發(fā)現(xiàn)潛在的問題和趨勢，為用戶提供決策支持和優(yōu)化建議。

4 結束語

電能質(zhì)量在線監(jiān)測設備及系統(tǒng)在電網(wǎng)中的應用可以有效提高電能質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性。通過對電力系統(tǒng)全天候不間斷在線監(jiān)測系統(tǒng)中的諧波含有率、總畸變率、三相電壓不平衡度、閃變、電壓偏差、電壓波動、頻率、各次諧波有功功率、無功功率、功率因數(shù)、相移功率因數(shù)、有效值、正負序、電壓暫降等電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，應用專業(yè)的高階電能質(zhì)量在線監(jiān)測分析軟件，實現(xiàn)在線分回路監(jiān)測分析并生成評分報告，可按日/按月及分回路查詢評估報告；月度分析報告包含安全用電分析、經(jīng)濟用電分析、告警分析等內(nèi)容，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并采取相應的措施，提高電能質(zhì)量水平，促進電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

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