配電網(wǎng)電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)研究分析

張帥

摘要：電能質(zhì)量問題基本都是由配網(wǎng)側(cè)用戶產(chǎn)生，配網(wǎng)側(cè)用戶端也是電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的主要來源，配網(wǎng)側(cè)用戶具有分布區(qū)比較分散、通訊網(wǎng)絡(luò)敷設(shè)難度大等特點(diǎn)。電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的核心目的是為電力用戶提供優(yōu)質(zhì)的電能。借助強(qiáng)大的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，供電單位能夠第一時間準(zhǔn)確地掌握轄區(qū)電能質(zhì)量指標(biāo)如何變化、受電能質(zhì)量干擾源影響的程度，記錄電壓暫降和閃變等現(xiàn)象，有助于電網(wǎng)和用戶及早發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題并解決，將事故隱患控制在萌芽階段，保障電力需求側(cè)的利益與電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；電能質(zhì)量；在線監(jiān)測

一、電能質(zhì)量的在線監(jiān)測

目前，供配電系統(tǒng)中電能質(zhì)量監(jiān)測按照檢測方式不同大致可以劃分為設(shè)備入網(wǎng)前的專門檢測、供電系統(tǒng)中電能的定期或不定期檢修及動態(tài)在線檢測3大類。由于供電電能質(zhì)量在傳輸、分配調(diào)度以及消耗使用過程中的特殊性，前面兩種監(jiān)測模式所獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果，在實(shí)時性、可靠性、準(zhǔn)確性、全面性等方面，均很難滿足現(xiàn)代智能配電系統(tǒng)供電電能質(zhì)量檢測需求。為了滿足現(xiàn)在智能配電網(wǎng)對供電電能質(zhì)量數(shù)據(jù)信息動態(tài)采集的需求，建立電能質(zhì)量在線動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)已成為電力系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容。通過在線實(shí)時動態(tài)檢測，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)采集、傳輸、運(yùn)算分析、記錄以及存儲電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行實(shí)時數(shù)據(jù)信息，動態(tài)掌握電網(wǎng)系統(tǒng)頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、諧波以及供電三相不平衡度等電能質(zhì)量特性參數(shù)，動態(tài)運(yùn)算分析供電質(zhì)量可能存在的問題，并采取有針對性的治理策略，有效提高和改善供配電系統(tǒng)中供電電能質(zhì)量。在電能質(zhì)量在線檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，考慮到電磁場會對裝置運(yùn)行環(huán)境的影響，應(yīng)優(yōu)先選擇無風(fēng)扇、無硬盤以及寬溫度范圍的液晶LCD顯示裝置，這樣可以利用裝置自身所具有的高電磁兼容性能。電能在線檢測裝置以DSP數(shù)據(jù)單元為核心，可以為整個電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)提供全面的電能數(shù)據(jù)監(jiān)測和運(yùn)算分析功能，并具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)同步并行數(shù)據(jù)采集工作。系統(tǒng)中監(jiān)測和管理高級應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)選擇邏輯運(yùn)算清晰合理、能夠及時高效可靠進(jìn)行電能質(zhì)量數(shù)據(jù)采集、傳輸、運(yùn)算分析的監(jiān)測管理應(yīng)用軟件。電能質(zhì)量監(jiān)測中心應(yīng)能夠與配電網(wǎng)系統(tǒng)中其它電能質(zhì)量監(jiān)測相互通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息資源的交互共享和互操作，同時應(yīng)考慮系統(tǒng)兼容擴(kuò)展功能，確保電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)具有較高兼容性、可靠性、可擴(kuò)充性。

二、電能質(zhì)量的測量方法

2.1測量頻率

電網(wǎng)頻率是電能質(zhì)量體系中的一個重要指標(biāo)，國內(nèi)外已經(jīng)有了很多研究都是關(guān)于頻率的測量，在現(xiàn)實(shí)生活中，較多的算法也被一一應(yīng)用，成果較顯著。以前測量的過程不僅時間長，而且誤差大，后來利用DSP數(shù)字技術(shù)對頻率進(jìn)行測量，測量時間大大縮短，測量的精度也越來越高，深受歡迎。頻率測量算法種類較多，以下三種算法是最主要的算法：第一是周期法：所謂的周期法，其實(shí)和零交法是同一個概念，頻率主要通過測量信號波形，用過了零點(diǎn)間的時間寬度來計(jì)算的。該方法概念比較清晰，比較容易實(shí)現(xiàn)，不過實(shí)時性較差，因受到諧波、噪聲、非周期分量的影響，實(shí)時性與測量精度有待提高。第二是解析法：它主要是通過對信號觀模型，將待測量f或△f表示為樣本值來進(jìn)行數(shù)學(xué)變換顯函數(shù)來估計(jì)，不過這種方法有一個至命的缺點(diǎn)，它的精度總體不會太準(zhǔn)確。第三是誤差最小化原理類算法：這種方法的各類非常多，其中包括最小二乘算法、最小絕對值近似法外，還有正交去調(diào)制法、離散卡爾曼濾波算法等。

2.2測量電壓的偏差

電壓偏差用某一節(jié)點(diǎn)的實(shí)際電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓之差對系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的百分?jǐn)?shù)來表示，是一種相對緩慢的穩(wěn)態(tài)電壓變動。當(dāng)電力系統(tǒng)電壓緩慢變化時，實(shí)際電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓之間就會產(chǎn)生一個差數(shù)，這就是電壓允許偏差。當(dāng)實(shí)際電壓值與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓之差當(dāng)電壓變化率小于每秒1%時，可用有名值表示。

2.3測量三相電壓不平衡

GB/15543-2008《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》中明確規(guī)定：電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)電壓不平衡度限值為：當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時，負(fù)序電壓不平衡度要在2%以內(nèi)，短時要在4%以內(nèi)；對低壓系統(tǒng)零序電壓限值沒有做出相關(guān)規(guī)定，但也要根據(jù)GB/T12325相關(guān)要求操作。接于公共連接點(diǎn)的每個用戶引起該點(diǎn)負(fù)序電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時在2.6%以內(nèi)。

三、電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)高級應(yīng)用管理軟件

3.1可對電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)的各種參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定和修正，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

3.2對電能質(zhì)量在線監(jiān)測終端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化、可視化動態(tài)管理，管理人員可以通過可視化人機(jī)互通界面，按照不同用戶權(quán)限、不同電壓等級、不同專業(yè)以及不同管理部門等要求，進(jìn)行分類動態(tài)管理。整個電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以在同一界面下設(shè)置不同權(quán)限功能的高級用戶終端，而且還可以根據(jù)管理功能需求，對終端進(jìn)行擴(kuò)展或?qū)ο到y(tǒng)配置進(jìn)行升級改造及變更修正。

3.3可以對配電網(wǎng)系統(tǒng)中的電能質(zhì)量各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析、運(yùn)算處理、動態(tài)顯示和存儲，并可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和用戶功能需求，形成對應(yīng)的事件或波形在可視化界面上顯示，便于管理人員制定高效合理的調(diào)控決策。

3.4對電能質(zhì)量監(jiān)測的數(shù)據(jù)有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫實(shí)時存儲管理功能，可利用系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)對電能數(shù)據(jù)的長期存儲與分析處理，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)的同步分析處理。另外還可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分區(qū)管理和數(shù)據(jù)的快速便捷查詢等高級應(yīng)用功能。

3.5可根據(jù)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)信息，自動生成用戶所需的圖形和報表等文件資料，其中包括供電電能質(zhì)量總覽圖、電壓波動曲線、諧波指標(biāo)、頻率偏差指標(biāo)以及供電電能質(zhì)量綜合評估報表等文件資料。

利用電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以通過GPRS、光纖以太網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)、技術(shù)了解供配電系統(tǒng)中電能質(zhì)量的各種數(shù)據(jù)，了解供配電網(wǎng)的運(yùn)行工況狀態(tài)?？梢员阌谶\(yùn)行管理人員針對某一區(qū)域的特殊情況，采取合理的治理措施，提高供電電

能質(zhì)量水平。另外，通過電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)，電力用戶可以及時了解供電情況、實(shí)時電價、停電檢修等信息，從而有效提高電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)人性化服務(wù)水平。

四、結(jié)束語

在進(jìn)行電能質(zhì)量檢測與分析基礎(chǔ)上，系統(tǒng)將配電網(wǎng)的管理水平升了級，更提高了電能裝置的利用率，大大降低了網(wǎng)損，升級了電能質(zhì)量，為社會創(chuàng)造了更大的經(jīng)濟(jì)效益與技術(shù)效益。但是電能的質(zhì)量是一個可持續(xù)發(fā)展的重要問題，現(xiàn)在電網(wǎng)越來越大，結(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜，我們要不斷努力，研究出更可行的辦法，為電網(wǎng)事業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：天津天大求實(shí)電力新技術(shù)股份有限公司）