浅谈负荷管理终端的电能质量监测

浅谈负荷管理终端的电能质量监测

孙晓苗

国网江苏省电力公司泗洪县供电公司江苏省宿迁223900

摘要：负荷管理终端应用已非常广泛，主要用于现场服务与管理，实现对专用变压器用户的远程抄表、电能计量，以及客户用电负荷监控等。负荷管理终端的电能质量监测功能，既能全面掌握电能质量数据，又能减少电网成本投入。基于此，本文就负荷管理终端的电能质量监测功能原理机电能质量检测技术进行了分析。

关键词：负荷管理终端应用；电能质量检测

1负荷管理终端的电能质量监测功能原理

电能质量监测功能利用了负荷管理终端现有的硬件平台，即交流采样部分(A/D转换器或专用计量芯片)、数据计算和处理单元(CPU)、数据传输网络(GPRS)等。其工作原理是通过对电压、电流进行实时采样，对采样数据进行A/D转换，转换为数字信号后传输给CPU，由CPU对数据进行处理或计算，从而得到电压合格率或谐波含量等数据，并通过无线网络上传至后台主站系统。工作原理如图1所示。其中TV/TA的功能是把电压、电流回路中的工作电压、电流转化成适当的小电压、小电流供A/D采样电路使用。模数转换部分可选择A/D转换器或专用的电能计量芯片，其本质是将模拟信号转化成数字信号，不同的是电能计量芯片可以直接输出电压、电流等数据，可完成整个A/D转换过程；采用A/D转换器，CPU需增加采样处理模块。CPU的功能是通过对A/D转换返回的数据进行分析、处理，得到电压监测和谐波监测的相关数据。

2负荷管理终端的电能质量监测技术分析

针对我国目前有关电能质量的国家标准，电能质量监测除了监测基本的电压、电流、频率、功率外，还包括了谐波；负荷终端具备远程传输通道(GPRS/码分多址(CDMA))，除了可远程获取电网实时数据外，还可获取最大值、最小值、平均值以及95%概率值等各类统计数据，是电力系统中最全面的运行数据之一。由于信息具有独特性，对分析系统扰动等相关问题至关重要。

2.1电压监测。电压监测主要是计量自动化终端对测量点的电压质量进行监测统计，按照DL/T500—2009规定，电压监测应具备监测电压偏差、统计电压合格率和电压越限的功能。对被监测电压采用有效值采样，其采样周期每秒至少1次，并作为预处理值存储。以1min作为供电电压偏差的统计单元，取其平均值作为代表被监测系统的实际运行电压。终端电压监测通常具有按月和日统计的功能，可实现对电压监测总时间、电压越限率及相应累计时间、电压合格率及合格累计时间等数据的采集和处理。监测点的电压合格率：

(1)式中：t1为电压越上限时间；t2为电压越下限时间；t为电压监测总时间。电压越上限判断为电压大于1.3Un，电压越下限判断为电压小于0.78Un，Un为额定电压。负荷管理终端的处理器读取计量芯片中的交流采样值，通过逻辑判断及数学运算，判断是否超限值。

2.2谐波监测。谐波产生的根本原因是存在非线性负载，当电流经过负载时，与所加电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中产生了谐波。谐波有很多种计算方法，负荷管理终端采用工程上常用的Ffvr(快速傅里叶变换)算法进行谐波计算。法国数学家傅立叶提出周期为的任何连续函数，能够用直流分量、正弦基波分量和一系列高次正弦分量(谐波)之和来表示。这些高次正弦分量的频率是基波频率的整数倍。若周期函数(f1在积分区间是分段连续的(即含有限个垂直跃变)，则傅立叶级数表达式可写为：

(2)式中：a。为x(t)的平均值；an、bn为第n次谐波的2个直角坐标分量。

傅立叶级数的复数展开式与FFT一致，对稳态谐波分析来说，快速傅立叶变换是分析波形特征的最好办法之一。工程上采用FFT算法运算效率高，并且可以直接得到波形各频谱分量。采样频率较高时，FFT对采样频率为2n(n=1，2…)的运算速度相比DFT(离散傅立叶变换)大大提高(对采样点为Ⅳ的数据运算次数由降为(N/2)log2N)，采样点数Ⅳ为1024的情况下约可以节省计算时间200倍，采用FFT进行谐波计算可为负荷管理终端的CPU节约大量资源。谐波含有率是指周期性交流量中含有的第n次谐波分量的方均根值与基波分量的方均根值之比(用百分数表示)。负荷管理终端通过CPU读取计量芯片A/D转换后的电压、电流等数据，进行FFT运算处理，得出各次谐波的幅值及相位等参数，获取各次谐波含有率、谐波含量等信息。第n次谐波电压含有率以表示，计算公式如下：

(3)式中：Un为第n次谐波电压(方均根值)；U1为基波电压(方均根值)。为测试负荷管理终端监测谐波含量的准确性，通过标准源输出含谐波电源，并对比标准源与负荷管理终端监测到的各次谐波含量数据。通过对负荷管理终端监测到的谐波数据与标准电能表装置监测到的谐波数据进行对比，两者监测到的各次谐波含有率基本一致，负荷管理终端能够满足谐波监测的需求。

2.3主站数据采集。终端本地存储容量有限，无法长期保存大量数据，可利用实时上传通道(GPRS/CDMA)将数据上传至后台服务器(前置机及主站系统)，利用计算机(服务器)系统的大容量存储器及高速数据处理器，进行批量数据处理、分析，全面掌握现场运行数据，监控现场供电质量，为提高供电可靠性提供大量有效数据。图2为负荷管理终端与主站通信示意图。

3结束语

综上所述，电能质量监测技术能为计量自动化系统事件和事故在线分析提供基本条件，是保证电力系统安全可靠和经济运行的技术支撑。本文讨论了负荷管理终端的电能质量监测功能，给出了电压监测、谐波监测及主站数据采集的实现过程。为研究电能质量、提高供电可靠性及优化电网络结构提供有效的数据。

参考文献

[1]基于智能开关的配电网电能质量监测及负荷控制技术研究[D].胡晓曦．长沙：长沙理工大学，2012

[2]电能质量监测技术的发展[J].许丽霞.电气工程应用.2014(01)

[3]配电网电能质量监测数据压缩传感与重构[J].冯婷婷.农业科技与装备.2017(01)