配电网电能质量在线监测系统研究

配电网电能质量在线监测系统研究

李琦1涂扬2

（1国网重庆市电力公司检修分公司400039；2国网重庆市电力公司建设分公司401121）

摘要：本文通过调研分析配电网电能质量监测需求，设计了配电网电能质量监测系统。试点表明电能质量监测系统实现了远程控制全面掌握电网系统电能质量的实际水平的目的，为实时掌握综合治理效果情况提供强有力的保障，对配网电能质量管理取得了一定的理论和实践成果。

关键词：配电网；在线监测系统；电能质量

1配网电能质量监测需求分析

1.1污染负荷

电力电子装置、家用电器等各种用电设备在带来生产与生活条件改善同时，也给接入电网带来了电能质量的污染，如电压偏差、谐波、闪变、不平衡等。干扰负荷的迅速发展，对电能质量监测的需求是多方面的。首先，要建立和完善电能质量监督制度，这是电能质量干扰源防治的基础。其次，要建立和完善电能质量在线监测系统，对电能质量的各项稳态和暂态电能质量指标。

1.2电动汽车充电站

电动汽车充电设施的运行具有波动负荷特征，充电设施的非线性会产生很大的谐波电流，对供电系统的电能质量带来不利影响；此外，当电动汽车蓄电池在正常用电期或用电高峰期充电时，额外的充电电流需求会加重供电系统的负担。为了使充电站安全可靠运行，深入分析其对接入电网的影响，增强可控性，进行充电站电能质量在线监测与评估非常必要。

1.3敏感负荷

设置在敏感负荷及上游的监测点应注重对电压事件的监测。为了能够监测和分析敏感负荷接入点电压的变化和各种电能质量扰动，就需要在敏感负荷的供电专线上安装电能质量监测终端，并且需要在电能质量监测系统分析软件中赋予用户一定的权技术33严司玮等：配电网电能质量监测系统技术研究限，使用户能够及时了解接入点的电能质量信息。

1.4智能电网

智能电网应用了大量的电力电子装置，而电力电子装置会带来电能质量方面的负面影响。例如，多电平大功率变流器与变频器等的使用会给系统带来谐波污染等。应充分考虑到智能电网发展所引起的电能质量问题，为智能电网的建设服务。

1.5电力用户需求

很多用户具有较强的自我保护意识，希望对供电企业提供的电能质量有较清晰的了解，特别是在电能质量问题引起经济损失时，用户希望能够获得足够的信息，包括电能质量扰动的原因、相关数据等。而有优质电力需求的用户则更加关心电能质量情况，以此来安排其生产活动。

在市场环境下，建立电能质量监测系统，满足用户知情权，刻不容缓。这就要求完善监测系统的WEB查询功能；并在后台系统中，引入经济评估，为用户自身经济损失等评估提供依据，更好地为客户服务。

2电能质量在线监测系统设计

2.1系统硬件组成结构

电能质量在线监控系统主要由前端数据采集模块、DSP数据处理模块、ARM主控模块、LCD显示装置、键盘以及存储及通信扩展等外围功能模块共同组成，如图1所示。

从图1可知，系统前端数据采集模块主要负责将配电网中的三相电压（UA、UB、UC）和三相电流（IA、IB、IC），分别经电压互感器（PT）和电流互感器（CT）转换成装置能够采集的信号，然后经过前端信号调理电路进行滤波、放大等处理后送入到ADS8365模/数转换芯片中实现电能特性数据的同步采样。DSP数据处理模块负责电能质量各特征参数的算法运算实现，从而获得电能质量特性参数和对应实时波动数据信息。ARM主控模块主要通过与DSP数据处理模块的EHPI通信接口完成与DSP数据处理单元进行数据信息的实时通信，并将系统运算分析处理后形成的参数和波形数据信息，按照分类要求实时储存在扩展模块中，同时能够通过通信通道将数据传输到LCD显示装置中进行数据信息显示。通信扩展功能模块则可以将在线监测系统与其它系统进行有效互联，实现远程通信。

电能质量在线监测系统DSP数据处理单元的良好的运算分析功能，能够保证电能质量特性参数监测运算比复杂的算法能够进行得更顺利，且获得对应的电能特性参数和波形数据信息。DSP数据处理主要包括稳态计算和暂态计算两部分，其中稳态计算主要计算电能质量信息中的电压偏差、三相电压不平衡度、频率偏差以及电压谐波分量，而暂态计算则包括电压暂降、电压骤升以及短时断电信息检测等分量。DSP数据处理中，加入小波分析包后，其检测分析精度可以达到ms级以下，因此，可以有效提高电能质量监测精确度。由于电能质量在线监测系统终端功能模块可以提供多种通信模式，因此该系统具有非常大的操作灵活性和可扩展性，能够通过RS232/485通信模式与变电站或厂站现场监测进行动态监测，另外还可以通过光纤以太网、GPRS等通信模式与配电网监测中心进行数据信息资源的交互共享和互操作。

1.电能质量在线监测系统高级应用管理软件

2.电能质量在线监测系统的电能质量管理软件是在XP、Windows以及Lilux等操作系统下运行，其具体高级应用功能如下：

（l）可对电能质量在线监测系统的各种参数进行远程设定和修正，从而提高系统运行可靠性。

（2）对电能质量在线监测终端进行网络化、系统化、可视化动态管理，管理人员可以通过可视化人机互通界面，按照不同用户权限、不同电压等级、不同专业以及不同管理部门等要求，进行分类动态管理。整个电能质量在线监测系统，可以在同一界面下设置不同权限功能的高级用户终端，而且还可以根据管理功能需求，对终端进行扩展或对系统配置进行升级改造及变更修正。

（3）可以对配电网系统中的电能质量各项技术指标进行系统统计分析、运算处理、动态显示和存储，并可以根据历史数据和用户功能需求，形成对应的事件或波形在可视化界面上显示，便于管理人员制定高效合理的调控决策。

（4）对电能质量监测的数据有强大的数据库实时存储管理功能，可利用系统强大的数据库实现对电能数据的长期存储与分析处理，实现大规模数据的同步分析处理。另外还可以实现对数据的分区管理和数据的快速便捷查询等高级应用功能。

（5）可根据系统采集的数据信息，自动生成用户所需的图形和报表等文件资料，其中包括供电电能质量总览图、电压波动曲线、谐波指标、频率偏差指标以及供电电能质量综合评估报表等文件资料。

利用电能质量在线监测系统，可以通过GPRS、光纤以太网等通信网络、技术了解供配电系统中电能质量的各种数据，了解供配电网的运行工况状态。可以便于运行管理人员针对某一区域的特殊情况，采取合理的治理措施，提高供电电能质量水平。另外可以及时了解供电情况、实时电价、停电检修等信息，从而有效提高电能质量在线监测系统人性化服务水平。

结语

随着电力电子技术、自动化技术、计算机技术等先进技术的进一步发展，大功率非线性负载在供配电系统中的应用越来越多，采取电能质量在线监测，对有效提高供电电能质量，提高供电可靠性，改善供电电能质量，确保电力设备发挥正常性能水平等，均具有非常重要的研究意义

参考文献：

[1]汤钰鹏，徐建军．高次谐波产生的原因、危害及其抑制措施[J].气传动自动化，2000，22（1）：3-6

[2]王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].机械工业出版，1998．

[3]张俊敏，宣扬.基于瞬时无功功率理论谐波检测的新方法[J].电力情报，2002，（2）：4-6．

作者简介：

李琦（1990.09.03），女，汉，学历：硕士研究生，工程师。

涂扬（1990.06.06），男，重庆，民族：汉，学历：硕士研究生，工程师。