基于電能質(zhì)量監(jiān)測平臺的高級數(shù)據(jù)分析功能開發(fā)及應用分析

陳英杰 劉磊 馬躍

[摘? ? 要]為進一步提升電能質(zhì)量管理問題，通過具體工作的實際需求，對運用龐大電能質(zhì)量數(shù)據(jù)進行高級分析運用的難點，文章以某電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)為例，提出運用模糊綜合評估法對監(jiān)測區(qū)域整體電能質(zhì)量展開量化評估，通過諧波源識別法，基于貢獻率指標展開諧波源的判斷，經(jīng)過計算電壓跌落時電壓、電流與二者夾角展開跌落源判斷。通過結果顯示，其分析方式更加適用在當前電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)當中，能夠有效提高系統(tǒng)運用效率。

[關鍵詞]電能質(zhì)量監(jiān)測平臺;高級數(shù)據(jù)分析;功能開發(fā);應用分析

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）10–0–02

Development and Application Analysis of Advanced Data Analysis

Functions Based on Power Quality Monitoring Platform

Chen Ying-jie，Liu Lei，Ma Yue

[Abstract]In order to further improve the problem of power quality management， through the actual needs of specific tasks， the difficulty of using large power quality data for advanced analysis and application The overall power quality is evaluated quantitatively. Through the harmonic source identification method， the judgment of the harmonic source is carried out based on the contribution rate index， and the drop source judgment is carried out after calculating the voltage， current and the angle between the two when the voltage drops. The results show that its analysis method is more suitable for the current power quality monitoring system， which can effectively improve the efficiency of the system.

[Keywords]power quality monitoring platform; advanced data analysis; function development; application analysis

伴隨社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，電網(wǎng)荷載隨之劇增，各種非線性、沖擊性符合導致電能質(zhì)量不斷出現(xiàn)問題，為確保電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性與安全性，建設性能更加優(yōu)化的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)已是目前主要課題。在該領域中，我國很多科研院所已有顯著的研究，一些省電力企業(yè)也有成功的運用實力。基于當前運用狀況而言，各種電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)往往都可以有效做到基礎電能質(zhì)量數(shù)據(jù)儲存、體現(xiàn)以及分析等性能，可是對于海量暫穩(wěn)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)高級分析運用中仍有不足之處，對于電網(wǎng)運行研究的指導有所限制，很難對故障分析、風險預估等方面施展重要作用?；诋斍把芯繝顩r而言，即便在諧波源定位、電能質(zhì)量評估等電能質(zhì)量高級數(shù)據(jù)分析運用計算方法上具有明顯進步，可依舊停止在仿真層面，考量基礎數(shù)據(jù)各項需求，更多算法在具體監(jiān)測系統(tǒng)的運用成效很難分析。對于此問題，文章綜合某電網(wǎng)電能監(jiān)測系統(tǒng)平臺的構建，對其數(shù)據(jù)高級分析性能的相關需求、開發(fā)與應用展開分析，以期為相關監(jiān)測系統(tǒng)構建與優(yōu)化提供一定的參考。

1 電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)與運用需求

為合理解決大規(guī)模接入電網(wǎng)對電能質(zhì)量造成的影響，某電力企業(yè)建立以主站、分站與子站的三成結構開放式電能質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)，做到對沿線供電變電站的電能質(zhì)量實時性監(jiān)測。按照國家電能質(zhì)量監(jiān)測標準，為實現(xiàn)基本功能，該系統(tǒng)要實時動態(tài)監(jiān)測各主要負荷區(qū)域的電能質(zhì)量參數(shù)，同時進行記錄。某電網(wǎng)電能質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)通過IEC61850標準展開建模，拓展具體運用，有利于在多個規(guī)格、多項設備上得到監(jiān)測信息，有著一定的兼容性。在性能方面，系統(tǒng)可通過表格、曲線等形式或是組合的形式顯示基礎數(shù)據(jù)的分析結果，如有效值以及序分量曲線。并且可以根據(jù)用戶設置格式形成包含月度報表、季度報表、年度報表等統(tǒng)計表。

另外，在具體工作當中出現(xiàn)問題，該系統(tǒng)還包含幾個方面的高級運用需求。①由于其監(jiān)測點較多，為降低工作負荷，便于管理工作人員能夠直接掌握各個監(jiān)測區(qū)域的相關情況，必須采用合理的分析方法對監(jiān)測區(qū)域的電能質(zhì)量參數(shù)進行綜合評估，并且在地圖中清晰體現(xiàn)。②考量到其電網(wǎng)屬于非線性負荷，并且有著一定的波動性，必須有一種方式可以分時間段對諧波來源進行評估。③考量到電力負荷有著相應的沖擊性，在短路容量低的條件下極易發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)電壓暫時下降等現(xiàn)象，并且系統(tǒng)本身電壓也會對電網(wǎng)系統(tǒng)運行產(chǎn)生影響，所以此種狀況出現(xiàn)時必須要有一種方式明確故障與干擾來源，進行有效分析。

因為電能質(zhì)量監(jiān)測終端有著較高的采樣率，能夠通過其生成SOE數(shù)據(jù)展開電能質(zhì)量事件的有效分析，或監(jiān)控電能質(zhì)量監(jiān)測終端運行狀況。此種數(shù)據(jù)能夠通過較小的儲存空間涵蓋更多高時間分辨率數(shù)據(jù)，是記錄定時信息以及波形數(shù)據(jù)的有效補充。相關技術人員通過此項數(shù)據(jù)在監(jiān)測系統(tǒng)當中的合理運用，同時提出運用此項數(shù)據(jù)展開電能質(zhì)量故障問題分析的相關實例。在以IEC61850標準電能質(zhì)量監(jiān)測終端上，此種數(shù)據(jù)的每條軍事涵蓋多項數(shù)據(jù)的集合。此項數(shù)據(jù)能夠通過以下幾個部分的內(nèi)容進行記錄：①監(jiān)測終端上電和掉電事件;②監(jiān)測自身的異常和故障問題;③監(jiān)測通訊失敗或恢復正常記錄;④電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)指標越限的有關內(nèi)容。針對暫態(tài)事件信息與此項數(shù)據(jù)來講，其和定時記錄數(shù)據(jù)處理一樣，需要在監(jiān)測終端上儲存相應的時間。

2 監(jiān)測區(qū)域電能質(zhì)量整體評估方法與應用

電能質(zhì)量標準對于電壓與頻率偏差、諧波、三相電壓、電壓波動和閃變、暫時過電壓與瞬間過電壓等有明確限定，此種標準僅僅明確單個電能質(zhì)量是否達標，無法全方位、系統(tǒng)化的體現(xiàn)電能質(zhì)量，監(jiān)測系統(tǒng)當中必須要有一項質(zhì)變對于不同監(jiān)測區(qū)域電能質(zhì)量展開評估?？赏ㄟ^模糊綜合評估法評估監(jiān)測區(qū)域電能質(zhì)量。

2.1 構建電能質(zhì)量參數(shù)模糊值模型

針對頻率與電壓偏差標準，建立相應的隸屬度指標。

2.2 生成模糊隸檢測集合

測量隸屬度集合（Q）={頻率偏差統(tǒng)計隸屬度（），電壓偏差統(tǒng)計（），三相不平衡統(tǒng)計隸屬度（），電壓波動與閃變統(tǒng)計隸屬度（），波形畸變統(tǒng)計隸屬度（）}。

2.3 運用加權最小間距展開評估

指定五個級別評價標準分別是Q優(yōu)質(zhì)、Q良好、Q中等、Q達標以及Q不到標，測量隸屬度集合和評價標準加權-范數(shù)距離，最小距離幾何就是所屬集合，由此得出評估結果。設優(yōu)質(zhì)值在0.9以上，0.8～0.9屬于良好，0.7～0.8屬于中等，0.6～0.7屬于達標，0.6以下屬于不達標，并且把電力企業(yè)關注的頻率和電壓偏差系數(shù)設為1.5，其他系數(shù)設為1，那么按照最小加權平均間距能夠算出，D（Q，Q優(yōu)質(zhì)）=1.825、D（Q，Q良好）=1.725、D（Q，Q中等）=1.625、D（Q，Q達標）=1.825、D（Q，Q不達標）=2.025。明顯Q中等間距最小，因此此時段電能質(zhì)量標準為中等。在實際軟件頁面上運用不同色彩在地理圖當中直接體現(xiàn)各個監(jiān)測區(qū)域某個階段的綜合電能質(zhì)量情況，對系統(tǒng)運行管理具有極大的便利性。

3 諧波源判斷方法與應用

電力系統(tǒng)的諧波源具有一定的復雜性，不但可能源自系統(tǒng)傳輸，還可能由于負荷造成，特別是針對波動較強的負荷，所以運用數(shù)據(jù)計算單一識別諧波源并不具備有效性，通過貢獻率展開評估更加合理。通過二元線性回歸諧波源判斷識別諧波源。

4 電壓跌落源識別方法與應用

考量當前電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)有著暫態(tài)錄波特性，可以對事件展開記錄，所以系統(tǒng)日常僅僅要掌握信息并不需上傳全波的錄波數(shù)據(jù)，能夠有效減少系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)的壓力，并且主站軟件經(jīng)過查閱記錄展對電壓跌落源展開識別，分析事件或是SVC補償設備開發(fā)和應用有著關鍵的參考價值，進而切實實現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測的目標。此次運用電壓跌落測量電壓、電流以及二者夾角判斷跌落源，相較而言測量需求不高，只要對局部進行測量即可，操作便利，更適用在大規(guī)模的檢測系統(tǒng)中。

設雙電源供電系統(tǒng)等效模型電源是E1、E2，監(jiān)測區(qū)域電流與電壓是I、U，等效電阻是Z1Z2。如果因為過負荷或是短路在檢測區(qū)域發(fā)生電壓跌落，按照等效模型電阻R能夠得出U=E1-IZ，在公式兩側都與I相乘，同時得出公式實部VIcosθ2=E1Icosθ1-I2R公式當中，θ2是監(jiān)測點I和U的相角差，θ1是I和E1相角差，R是Z實部。通過此公式能夠得出Vcosθ2=-IR+E1COSθ1能夠看出，如果cosθ2>0，那么其跌落元在潮流正方向，這是|Vcosθ2|=Vcosθ2，通過上述公式能夠得出|Vcosθ2|和I成反比關系，伴隨I上升而降低。如果Vcosθ2<0，那么跌落源則相反，那么|Vcosθ2|=-Vcosθ2，然后代入公式|Vcosθ2|=RI-E1cosθ1，那么|Vcosθ2|和I成正比例關系，伴隨I上升而上升。通過上述分析是基于假設在cosθ1不變的條件下進行推導計算得出，在具體狀況下，cosθ1不可能為定值，可是因為在電壓跌落問題中，正向電壓跌落過程中，|cosθ1|和I呈反比關系，可是反向跌落過程中，恰恰相反，因此跌落源處在潮流正方向，|Vcosθ2|和I呈反比例關系，伴隨I的上升而降低，跌落源處于反方向，|Vcosθ2|和I呈正比例關系，伴隨I上升而上升的結果分析仍然成立。與此同時，針對單一電源供電和放射型電網(wǎng)，此種結果也是成立的。通過上述分析能夠得出詳細全面的判斷，如果Vcosθ降低，I上升，那么電壓跌落源方向就處于潮流的正方向位置;如果Vcosθ降低，I降低，那么電壓跌落源方向就處于潮流反方向位置，當中V和I分別是指電壓與電流數(shù)值。如果電能質(zhì)量監(jiān)測區(qū)域兩端公共節(jié)點分別為A與B，功率朝向正方向為A至B，t1時刻搜集的電壓參數(shù)就在220 V，電流參數(shù)則為10 A，電壓和電流二者間的夾角是30°，通過干擾因素的影響之后，t2時刻搜集的電壓參數(shù)值是100 V，電流參數(shù)則是20 A。通過相應的計算，干擾之前Vcosθ=220×cos30°=190，在干擾因素影響后Vcosθ=50，明顯Vcosθ降低，I降低，所以電壓跌落源處在潮流反向位置，也就是在A區(qū)域中。

5 結束語

總而言之，為適應新時代發(fā)展需求，智能電網(wǎng)不斷的發(fā)展進步，強化電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的構建已是必然的發(fā)展，與此同時，必須要經(jīng)過開發(fā)數(shù)據(jù)高級分析功能，進一步提升電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的運用成效。通過某電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，文章應用模糊綜合評估方法對監(jiān)測區(qū)域整體電能質(zhì)量展開量化評估，通過二元線性回歸諧波源判斷法展開諧波源的辨識，經(jīng)過計算電壓跌落時刻電流、電壓與二者間夾角對跌落源展開有效地識別，運用結果能夠看出，此種方式可以運用在目前的監(jiān)測系統(tǒng)得到相應的數(shù)據(jù)，展開更加精準的分析研究，能夠為電能質(zhì)量管理的深層次開展提供一定的技術參考。

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