電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測是檢測電網(wǎng)諧波含量以及判斷電網(wǎng)諧波污染程度的重要手段，準(zhǔn)確的檢測數(shù)據(jù)可以防止電網(wǎng)諧波對用電設(shè)備的損害。

　　本方案的在線電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)由電能質(zhì)量檢測儀、數(shù)字主機(jī)、配套軟件及磁盤陣列存儲服務(wù)器等部件組成，實現(xiàn)了電能質(zhì)量的在線監(jiān)測，并且基于磁盤陣列存儲技術(shù)實現(xiàn)了大數(shù)據(jù)存儲，為電能質(zhì)量監(jiān)測的數(shù)據(jù)集中以及電網(wǎng)的故障查詢提供詳細(xì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

一電能質(zhì)量概述

　　近年來，隨著我國電力實業(yè)的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模日益擴(kuò)大，以往電能緊缺的問題已經(jīng)逐步解決，與此同時，隨著電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用和電弧爐等沖擊負(fù)荷以及電力機(jī)車等拖動負(fù)荷的日益增多，雖然在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上帶來了一系列方便和效益，但也使電網(wǎng)諧波的含量大量增加，電網(wǎng)的諧波污染日益嚴(yán)重，這會導(dǎo)致設(shè)備的壽命縮短、網(wǎng)損增大、電網(wǎng)發(fā)生諧振、通信受干擾等一系列重要問題。

　　電弧爐等大功率沖擊負(fù)荷除了會造成嚴(yán)重的諧波污染之外，還是電壓波動和閃變的重要原因，電力機(jī)車等大功率的牽引負(fù)荷會造成三相不平衡。

　　有關(guān)電能質(zhì)量問題的研究已經(jīng)引起了各國電力工作者的高度重視，國家技術(shù)監(jiān)督局也相繼頒布了涉及電能質(zhì)量八個方面的國家標(biāo)準(zhǔn)：《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》、《電能質(zhì)量 電壓波動和閃變》、《電能質(zhì)量 三相電壓不平衡度》、《電能質(zhì)量 供電電壓偏差》、《電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差》、《電能質(zhì)量 暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓》、《電能質(zhì)量 監(jiān)測設(shè)備通用要求》、《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)間諧波》。

二電能質(zhì)量監(jiān)測簡介

　　要解決面臨的電能質(zhì)量問題，就離不開對電網(wǎng)電能質(zhì)量參量的監(jiān)測。就目前而言，電能質(zhì)量監(jiān)測分為非在線監(jiān)測和在線監(jiān)測兩種方式。

　　非在線監(jiān)測采用便攜式測試儀，不定期對所關(guān)注的某些點進(jìn)行測試，采集相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行后續(xù)離線分析，這種方式投資小、靈活性高，但存在明顯的局限性，如：實時性不強(qiáng)、監(jiān)測指標(biāo)少、缺乏決策判斷的依據(jù)、工作量大、效率低等。

　　隨著電力行業(yè)系統(tǒng)運行管理的系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化和智能化，通訊網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)技術(shù)的日益成熟，出現(xiàn)了三網(wǎng)合一的趨勢，功能單一的電力系統(tǒng)測量儀表已經(jīng)不再適應(yīng)現(xiàn)代化電能管理的需要，因此急需一種通用性好、集測量與通訊等功能于一體的在線電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，這對保證電力系統(tǒng)運行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性都具有重要的實際意義。

01在線電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)

　　湖南銀河電氣有限公司致力于在線電能質(zhì)量監(jiān)測的研究，研制出在線電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電能質(zhì)量檢測儀、數(shù)字主機(jī)、配套軟件及磁盤陣列存儲服務(wù)器等部件組成，其組成原理圖如下圖1所示：

圖1 在線電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)原理圖

　　配置多臺電能質(zhì)量檢測儀分布于各個監(jiān)測點，電能質(zhì)量檢測儀之間、檢測儀與數(shù)字主機(jī)之間通過高速光纖串行總線進(jìn)行通訊連接。

　　單臺電能質(zhì)量檢測儀具備4個電壓測量通道和3個電流測量通道，分別測量監(jiān)測點的三相線電壓(如下圖1中Uab、Ubc、Uca)、相電流(Ia、Ib、Ic)以及零地電壓(Un-pe)。電壓和電流測量采用直接接觸式測量方式，并配置專用的接線端口，保證接線的便捷性及安全性，產(chǎn)品直接串接于一次回路中。電能質(zhì)量檢測儀電壓通道準(zhǔn)確測量范圍為5V~1200V，電流通道準(zhǔn)確測量范圍為0.5A~120A(也可通過外接電壓/電流互感器的方式擴(kuò)展測量范圍)，基波頻率測量范圍為DC，0.1Hz~1500Hz，電壓電流測量精度為0.1%rd，每個測量通道的采樣速率為10kSa/S，檢測儀需要外部提供220VAC工作電源，功耗約為20W。

　　數(shù)字主機(jī)為電能質(zhì)量檢測儀和上位機(jī)之間的通訊樞紐，其主要功能為向檢測儀發(fā)送同步時鐘、接收所有測試結(jié)果并進(jìn)行簡單的運算處理，并將結(jié)果上送至上位機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理。數(shù)字主機(jī)具備7對光纖接口，其中1對用于多臺數(shù)字主機(jī)之間的同步級聯(lián)，另外6對用于連接檢測儀或擴(kuò)展更多的測量通道，本系統(tǒng)中共占用數(shù)字主機(jī)的1對光纖接口。數(shù)字主機(jī)與檢測儀之間通過高速串行光纖連接，與上位機(jī)之間通過以太網(wǎng)連接。

　　配套軟件根據(jù)數(shù)字主機(jī)上送的測試結(jié)果，按照如上所列各項國標(biāo)要求，進(jìn)行電壓/頻率偏差、諧波、電壓波動和閃變、三相電壓不平衡等參數(shù)的計算和結(jié)果顯示，并具備趨勢曲線、實時波形顯示和曲線回放功能，另外還可加入結(jié)果判定(用戶設(shè)置判定依據(jù))，出具試驗報表及打印(用戶需事先提供報表模板)。

　　服務(wù)器和高速磁盤存儲器主要用于數(shù)據(jù)的存儲和記錄，由于監(jiān)測點數(shù)量多、監(jiān)測時間長，需存儲的數(shù)據(jù)量大，一般的存儲器難以滿足要求，因此采用服務(wù)器+磁盤陣列的方式作為該檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲，方便用戶隨時調(diào)用以往/實時數(shù)據(jù)及對大量測試結(jié)果進(jìn)行歸納分析，總結(jié)規(guī)律。數(shù)據(jù)記錄的時間長度取決于磁盤陣列容量的大小(磁盤大小/數(shù)量可配置)。

三在線電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)主要功能

01在線電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)基本監(jiān)測指標(biāo)

　　在線電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)可以實現(xiàn)電網(wǎng)頻率、三相基波電壓/電流、電壓/電流有效值、基波有功功率、總功率、無功功率、功率因數(shù)、相位、電壓偏差、頻率偏差、三相電壓/電流不平衡度、電壓/電流正負(fù)零序分量、諧波(0~99次)，電壓/電流的總諧波畸變率、各次諧波含有率、幅值、相位、實時波形、矢量圖等的測量。

02 高級監(jiān)測指標(biāo)

　　間諧波、電壓波動、閃變、電壓驟升、驟降、短時中斷、暫時過電壓、瞬態(tài)過電壓等。

03設(shè)置功能

　　可對基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、修改和查看，包含更新周期、測試線路圖、測量模式、平均方式等，用戶分級管理權(quán)限，密碼保護(hù)等。

04數(shù)據(jù)記錄

　　可對監(jiān)測的所有指標(biāo)進(jìn)行實時保存，并可由用戶配置保存對象，所有數(shù)據(jù)存儲于高速磁盤陣列中，并采取雙備份存儲機(jī)制，保證了數(shù)據(jù)存儲的可靠性，方便用戶隨時調(diào)取與分析。

05通訊功能

　　提供多種通訊接口方式，包含光纖、以太網(wǎng)、USB、RS232等，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳輸或定時提取，基本不受地域限制，特別適用于遠(yuǎn)程通訊。

四在線電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)主要特點

01前端數(shù)字化技術(shù)與光纖傳輸

　　電能質(zhì)量檢測儀采用前端數(shù)字化技術(shù)和光纖通訊，極大的保證了信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性及精度。前端數(shù)字化技術(shù)是指在測試前端，產(chǎn)品直接被測信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，改變以往采用模擬量傳輸?shù)姆绞?，減少引入干擾的環(huán)節(jié)，極大的增強(qiáng)了系統(tǒng)的電磁兼容性能和測試精度。光纖傳輸具有損耗低、頻帶寬、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)等特點，具有其它傳輸載體無法比擬的優(yōu)點，是遠(yuǎn)距離通信最理想的傳輸媒介。

02無縫量程轉(zhuǎn)換

　　電能質(zhì)量檢測儀的各個測量通道均配置8個無縫自動量程轉(zhuǎn)換檔位，并自動根據(jù)測試對象的大小選擇最佳匹配量程，無需人工操作，保證標(biāo)稱范圍內(nèi)測量精度的一致性，無論大信號還是小信號，都能準(zhǔn)確測量?！盁o縫”是指在檔位切換過程中數(shù)據(jù)不丟失，保證高速率采樣頻率下，不丟失任何對用戶有用的信息。

03擴(kuò)展功能

　　測量通道：可通過增加電能質(zhì)量檢測儀和級聯(lián)數(shù)字主機(jī)的方式，擴(kuò)展更多數(shù)量的監(jiān)測點和測量通道，通訊連接只需連接一對光纖線纜，搭建簡單；

　　軟件功能：銀河電氣軟件研發(fā)團(tuán)隊可根據(jù)用戶提出的詳細(xì)的技術(shù)要求文檔，編制相應(yīng)的客戶端軟件，實現(xiàn)軟件的后續(xù)功能擴(kuò)展與升級。

04數(shù)據(jù)處理

　　所有測試參數(shù)，全部依據(jù)國標(biāo)規(guī)定的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

05數(shù)據(jù)記錄及存儲

　　采用高速磁盤陣列作為主存儲器，兼顧了存儲的數(shù)據(jù)量及存儲速度，為客戶提供了珍貴的測量原始數(shù)據(jù)。

---