城市電網(wǎng)電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)芻議

楊世挺

摘 要：在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中，城市電網(wǎng)電能質(zhì)量有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，不僅關(guān)乎企業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行，同樣也是保證廣大人民群眾日常生活的基礎(chǔ)性條件。在本文的研究中，從城市電網(wǎng)電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)情況出發(fā)，對(duì)如何提升我國(guó)城市電網(wǎng)電能質(zhì)量相關(guān)理論進(jìn)行了研究和探索。

關(guān)鍵詞：城市電網(wǎng)；電能質(zhì)量；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

l引言

隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鄉(xiāng)居民和企業(yè)用電量的快速增加，社會(huì)對(duì)電能質(zhì)量提出了全新的要求。而在當(dāng)前電能質(zhì)量相關(guān)問(wèn)題得到了越來(lái)越廣泛關(guān)注的今天，傳統(tǒng)電能質(zhì)量的概念也出現(xiàn)了一定的改變，而這一改變的出現(xiàn)和現(xiàn)代電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用過(guò)程中所出現(xiàn)的干擾現(xiàn)象之間有著難以割舍的緊密聯(lián)系。隨著世界范圍內(nèi)電力建設(shè)取得了階段性的進(jìn)展，國(guó)內(nèi)外電力部門以及用電企業(yè)乃至普通電力用戶都對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題給予了高度重視，尤其是針對(duì)干擾所導(dǎo)致的電能質(zhì)量下降問(wèn)題，更是成為當(dāng)前國(guó)際電力研究領(lǐng)域的前沿領(lǐng)域。不得不說(shuō)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外電力工作者和從事相關(guān)理論研究的專家學(xué)者正致力于將電能質(zhì)量看做一個(gè)完整的體系來(lái)進(jìn)行更為深入的研究，在研究的過(guò)程中對(duì)各種電力問(wèn)題之間的內(nèi)在聯(lián)系給予了前所未有的重視和肯定，這一潮流值得我們給予更多的關(guān)注和重視[1]。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

2.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

本文所研究的n對(duì)1城市電網(wǎng)電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)情況如圖1所示。包括監(jiān)控中心、公共網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及終端系統(tǒng)共同構(gòu)成了這個(gè)龐大的系統(tǒng)。

圖1監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.2軟件結(jié)構(gòu)與功能

該系統(tǒng)的軟件由終端應(yīng)用軟件和監(jiān)控中心應(yīng)用軟件兩部分構(gòu)成，其中終端應(yīng)用軟件的功能包括對(duì)日常電能質(zhì)量的檢測(cè)數(shù)據(jù)的搜集、整理、分析以及傳送功能；而監(jiān)控中心應(yīng)用軟件的功能主要集中在系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控以、數(shù)據(jù)管理和指令發(fā)布等方面。

總之，該系統(tǒng)在電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方面，集合了數(shù)據(jù)的搜集、處理以及相關(guān)指令集的發(fā)送和管理功能。

3系統(tǒng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容研究與實(shí)現(xiàn)

3.1電能質(zhì)量的主要影響因素及危害

（1）諧波

諧波問(wèn)題是當(dāng)前影響電能質(zhì)量的主要因素之一，不僅會(huì)極大的降低電力設(shè)備的利用效率，同樣還會(huì)由于用電設(shè)備、輸電設(shè)備過(guò)熱而增強(qiáng)其損耗水平。同時(shí)對(duì)于繼電保護(hù)裝置、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等都會(huì)造成明顯的干擾，導(dǎo)致其無(wú)法正常工作。除此之外，諧波對(duì)于近場(chǎng)通信設(shè)備和測(cè)量設(shè)備的工作質(zhì)量也有著較大的影響能力[2]，是繼電保護(hù)誤動(dòng)作的主要原因之一[2]。

（2） 電力系統(tǒng)頻率偏差

電力系統(tǒng)頻率偏差將會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)明顯波動(dòng)，同樣也會(huì)對(duì)傳動(dòng)機(jī)械的出力情況產(chǎn)生一定的干擾，部分情況下對(duì)感應(yīng)式電表的誤差加大也有一定的解釋意義。而上述問(wèn)題的出現(xiàn)，必然對(duì)社會(huì)生產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，尤其是針對(duì)一些精密加工企業(yè)來(lái)說(shuō)，電力系統(tǒng)頻率偏差所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失無(wú)疑是非常巨大的。除此之外，電力系統(tǒng)頻率偏差對(duì)于發(fā)電機(jī)組以及輸電系統(tǒng)的安全也在客觀上有著一定的負(fù)面影響，值得我們關(guān)注。

（3）供電電壓偏差

電壓偏差對(duì)于生產(chǎn)和人們的日常生活所具有的影響如下：照明設(shè)備使用壽命受到影響（實(shí)際上，電壓偏差是我國(guó)傳統(tǒng)照明系統(tǒng)中大規(guī)模使用鎮(zhèn)流器的主要原因）；影響電動(dòng)機(jī)工效，增加產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)；變壓器損耗增加，使用壽命降低[3]；電子設(shè)備控制不正常等等。

（4） 三相電壓不平衡

三相電壓不平衡客觀上將會(huì)導(dǎo)致電機(jī)附近發(fā)熱，同時(shí)引起二倍頻的附加振動(dòng)力矩使電機(jī)負(fù)載能力降低引起以負(fù)序分量為啟動(dòng)元件的多種保護(hù)誤動(dòng)作；換流設(shè)備產(chǎn)生附加的諧波電流；嚴(yán)重降低抵押配電線路中的變壓器負(fù)載能力，從而導(dǎo)致照明設(shè)備使用壽命的快速降低以及線損水平的快速提升。

3.2系統(tǒng)研究中的理論應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

波形質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)在實(shí)現(xiàn)方法上針對(duì)可能出現(xiàn)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)、快速變化的諧波，采用窗函數(shù)測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)，可保證傅里葉變換的通用性與正確性，也同樣是保證該系統(tǒng)在電網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用能夠取得良好效果的基礎(chǔ)性前提。當(dāng)前階段，低城市電網(wǎng)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，針對(duì)大量數(shù)據(jù)的采集和傳輸難問(wèn)題，擬采用如下方案加以處理：

（1）小波變換理論作為當(dāng)前階段應(yīng)用范圍最為廣泛的信號(hào)處理理論，相對(duì)于傳統(tǒng)的傅里葉分析變換理論來(lái)說(shuō)，在時(shí)域和頻域方面表現(xiàn)出更為優(yōu)秀的局部化性能，能更為精準(zhǔn)的對(duì)檢測(cè)對(duì)象的細(xì)節(jié)變化數(shù)據(jù)加以采集，準(zhǔn)確地捕捉信號(hào)的特征，尤其是能夠在差異化頻帶上對(duì)信號(hào)特征的變換規(guī)律進(jìn)行考察的特點(diǎn)，更是為其大規(guī)模應(yīng)用于電網(wǎng)電能質(zhì)量的監(jiān)控中提供了支持。除此之外，該理論在非穩(wěn)態(tài)畸變渡形的分析處理方面應(yīng)用效果優(yōu)秀[3]。

（2）粗糙集理論也同樣是當(dāng)前階段針對(duì)不確定信息的一種常見(jiàn)算法，對(duì)于大量非完整、準(zhǔn)確性較差數(shù)據(jù)的分析和判斷方面有著出色的表現(xiàn)。如上文中所介紹的，城市電網(wǎng)電能和質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中需要對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而成功提取其中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)是一大問(wèn)題，而該算法則是解決這一問(wèn)題的有效途徑之一。

（3）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以鎖相技術(shù)和為消除混疊效應(yīng)的高階有源低通濾渡技術(shù)，能夠?yàn)椴煌瑱z測(cè)點(diǎn)的差異化檢測(cè)量需求的滿足提供強(qiáng)大的技術(shù)支持，該理論在當(dāng)前電網(wǎng)電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，極大的提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

4結(jié)論

我國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展，一方面客觀上導(dǎo)致了供電系統(tǒng)非線性負(fù)荷的提升，另一方面也由于大量新設(shè)備的應(yīng)用而對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生了巨大的干擾現(xiàn)象，而這一問(wèn)題的客觀存在，不僅極大的影響了用電設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)對(duì)于電網(wǎng)本身的安全也造成了巨大的危害，這一情況在城市供電工作中表現(xiàn)的尤為明顯。這種情況下，只有從實(shí)際情況出發(fā)，建立健全一套行之有效的、以電能質(zhì)量管理為核心的管理體系才能夠得到有效的解決?；谏鲜銮闆r，本文所進(jìn)行的研究不僅具有一定的學(xué)術(shù)意義，同樣也有相應(yīng)的實(shí)踐價(jià)值，可為解決城市電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題提供有效的理論支持。

參考文獻(xiàn)

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[2]林海雪，孫樹勤. 電力網(wǎng)中的諧波. 北京：中國(guó)電力出版社，1998，3-78.

[3]林海雪. 現(xiàn)代電能質(zhì)量的基本問(wèn)題. 電網(wǎng)技術(shù)，2001，25（10）：5-12.