基于Agent技術(shù)的電網(wǎng)諧波監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

關(guān)鍵詞：柔性監(jiān)測;諧波污染;Agent技術(shù);數(shù)字信號處理（DSP）

中圖法分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1引言

隨著電力電子和計(jì)算機(jī)裝置在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)電流中諧波分量大量增加，引起電力系統(tǒng)中電壓、電流的正弦波發(fā)生畸變，造成電能質(zhì)量下降[1]。電力企業(yè)對諧波數(shù)據(jù)全面的監(jiān)測需求已經(jīng)越來越強(qiáng)烈。

目前，國內(nèi)很多電力企業(yè)所采用的在線諧波監(jiān)測分析系統(tǒng)，終端采用DSP，后臺支持SQLSERVER數(shù)據(jù)庫，并可按我國公用電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)（GB/T14549?1993）給出諧波分析報(bào)告。但目前主要存在兩個(gè)問題：（1）終端檢測方法不靈活，盡管嵌入式技術(shù)發(fā)展迅速，但一臺裝置中尚難支持多種檢測方法的靈活應(yīng)用;（2）后臺分析簡單，基本處在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理和簡單統(tǒng)計(jì)報(bào)表水平，且不同企業(yè)的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，也無基于配電GIS的可視化后臺分析系統(tǒng)。

本文設(shè)計(jì)了基于Agent技術(shù)的電網(wǎng)諧波監(jiān)測系統(tǒng)，充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)一個(gè)終端下多種檢測方法的靈活設(shè)置與調(diào)用，從而構(gòu)建諧波柔性監(jiān)測平臺。并且，利用接口技術(shù)，可以建立諧波監(jiān)測終端與后臺數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換、基于GIS平臺的實(shí)時(shí)顯示與報(bào)表管理。這對于電力企業(yè)建立諧波監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用以及基于該平臺進(jìn)行諧波檢測方法的研究與改進(jìn)，都具有較高的應(yīng)用價(jià)值和較大的應(yīng)用前景。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于Agent技術(shù)的電網(wǎng)諧波監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。上半部分是電能質(zhì)量管理系統(tǒng)，下半部分是諧波監(jiān)測與分析系統(tǒng)。其中，PQM（Power Quality Monitoring）是安裝在電廠、變電所、工廠等場所的諧波監(jiān)測和分析系統(tǒng)。利用系統(tǒng)的應(yīng)用軟件（包括底層應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)處理應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫管理應(yīng)用軟件等），通過電力信息網(wǎng)，能夠?qū)⒈槐O(jiān)測對象的分析結(jié)果自動(dòng)加載至電能質(zhì)量管理中心或電力調(diào)度中心的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)庫中，然后由后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對所有監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行集中管理[2]。

3信號檢測算法

諧波檢測方法較多，目前較成熟的方法為傅立葉變換法（FFT），其具有精度高、使用方便、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在混疊現(xiàn)象、泄漏效應(yīng)、柵欄效應(yīng)等缺陷，需要進(jìn)行加窗等各種改進(jìn)處理;小波變換法（FWT）則是針對傅立葉變換法在分析非平穩(wěn)信號方面的局限性發(fā)展起來的一種新的時(shí)頻分析方法，不僅可以進(jìn)行穩(wěn)態(tài)諧波檢測，更適于時(shí)變諧波檢測。其原理如圖2所示。

3.1小波變換法

小波變換法是一種線性時(shí)頻分析法。F（t）的連續(xù)小波變換表示為：

因此，對電壓信號進(jìn)行21 次傅立葉變換，可以測量電網(wǎng)中的電壓電流信號的1～21 次諧波含量[5] 。

4系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

本文提出的電網(wǎng)諧波監(jiān)測裝置采用“ARM+DSP”的雙CPU 嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)，由DSP 負(fù)責(zé)諧波監(jiān)測分析算法處理，由ARM 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與通信接口，從而實(shí)現(xiàn)高速采集、快速計(jì)算;基于GPRS 網(wǎng)絡(luò)通信，為用戶提供直觀便捷的應(yīng)用，特別是提供預(yù)警處理。

4.1硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件配置如圖3所示。

系統(tǒng)硬件主要由1 個(gè)主板、1 個(gè)信號采樣模塊、1個(gè)光纖收發(fā)器模塊、1個(gè)通信模塊和1 個(gè)開關(guān)電源模塊等組成。主板采用品質(zhì)優(yōu)異的32位微處理器Intel80386EX 芯片作為硬件系統(tǒng)的CPU，極大地提高了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)算速度及計(jì)算精度;交流變換插件將電壓互感器和電流互感器二次側(cè)的交流信號轉(zhuǎn)換成弱信號供A/ D 轉(zhuǎn)換器采樣;通信裝置一方面通過RS232串行接口與外設(shè)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，另一方面通過雙環(huán)LON 光纖網(wǎng)接口與監(jiān)控機(jī)通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換;開關(guān)電源模塊選用X25043 可編程看門狗監(jiān)控芯片EEPOM，組成電源監(jiān)視及復(fù)位電路，其寬電源交直流的輸入適合于各種電源環(huán)境使用[6] 。

4.2軟件設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)主要完成監(jiān)測、控制和通信等功能。

（1）監(jiān)測功能：以NI LabView為軟件平臺，搭建可支持多種算法的諧波監(jiān)測分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)柔性監(jiān)測分析。

（2）控制功能：在GIS 平臺上建立與諧波監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口，實(shí)時(shí)顯示并定時(shí)保存監(jiān)測數(shù)據(jù)、隨時(shí)分析數(shù)據(jù)結(jié)果，對超過國家標(biāo)準(zhǔn)的分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警處理。

（3）通信功能：利用LabView網(wǎng)絡(luò)通信能力，基于變電站與局端的光線網(wǎng)絡(luò)，建立該類終端與局端服務(wù)器的基于TCP/ IP的網(wǎng)絡(luò)通信。

5結(jié)束語

本文介紹了一種基于Agent技術(shù)的電網(wǎng)諧波監(jiān)測系統(tǒng)，符合現(xiàn)代電網(wǎng)分布式的架構(gòu)特點(diǎn)和電力用戶對電能質(zhì)量的要求，滿足了電能質(zhì)量測量的信息共享和協(xié)調(diào)控制的需求。傅立葉和小波變換相結(jié)合的電能質(zhì)量指標(biāo)的檢測方法各盡其能，優(yōu)勢互補(bǔ)，可以較為精確地將諧波擾動(dòng)提取出來，實(shí)時(shí)全面反映系統(tǒng)電能質(zhì)量的狀況。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)基于DSP的高精度數(shù)據(jù)采集平臺，軟件設(shè)計(jì)采用VC++作為主平臺的開發(fā)軟件及數(shù)據(jù)庫前后臺管理方式，使得該系統(tǒng)更具開放性、智能性和靈活性。

作者簡介：

張靜（1973—），碩士，教授，研究方向：電氣控制技術(shù)。