电能质量在线监测系统方案设计分析

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摘要：该文分析了电能质量在线装置的发展趋势及电能质量指标超标的危害，结合亳州供电公司现状分析了当前电能质量形势并给出了电能质量在线监测系统建设方案。为亳州供电公司电能质量在线监测系统建设提供了有效支撑。
关键词：电能质量 在线监测 DSP
1 衡量电能质量的主要指标
目前我们关注的主要指标为国家技术监督局颁布的涉及电能质量五个方面的国家标准，即：供电电压允许偏差，供电电压允许波动和闪变，供电三相电压允许不平衡度，公用电网谐波，以及供电频率允许偏差等的指标限制。
2 电力系统电能质量问题的产生的主要原因
电力系统元件存在的非线性问题包括同步发电机运行中感应电动势不理想；变压器励磁回路非线性特性；直流输电等。还有变电站并联电容器补偿装置等因素对谐波的影响。在工业和生活用电负载中，非线性负载是电力系统谐波问题的主要来源。各种自然灾害、误操作、电网故障时、发电机及励磁系统的工作状态的改变、故障保护装置中的电力电子设备的启动等都将造成各种电能质量问题。
3 电能质量低下的主要危害表现
电能质量各项主要指标低下都会对电网及设备造成不同的影响及破坏，但其主要危害表现主要是增加用电设备的损耗增加、寿命缩短、工作不正常，破坏电力系统的稳定性、影响电网经济运行，损坏系统设备，增加系统损耗，增大测量仪表误差，干扰通信，造成继电保护及自动装置误动，危及设备的安全，甚至造成系统瓦解崩溃等。
4 电能质量监测装置发展现状
电能质量监测设备的发展趋势倾向于采用永久性的固定设备对现场数据进行在线监测。基于DSP的数字式仪表已被广泛应用，且一般都可和计算机相连，构成数据处理能力较强的PC+DSP主从式结构，具有显示、存储、通信、人机对话等功能，并具有在线监测、智能化、网络化、实时性好、成本低和接口丰富等特点。
5 亳州供电公司电能质量在线监测系统方案设计分析
5.1 亳州供电公司电能质量现状分析
亳州供电公司地处皖北平原，承担亳州市三县一区8400km2，600万人口的供电任务，并随着近年来经济发展模式的变革，人民生活、工作方式都发生了巨大的变化，电网负荷逐年复杂化，大型工业、牵引机车、火电机组上网、煤矿：化工、冶金等主网高压用户逐年递增，城市配网中，变频设备、节能器具、照明、娱乐设施及计算机设备等的大量应用，且亳州市近年来处于城镇化发展、特色产业发展高峰期，大量工地基建项目开工，大批制药厂饮片厂纷纷投产，也就意味着，大量的电焊、电炉、电机、整流装置等投入使用。由于经济建设的高速发展，用电科普知识不能有效普及，大量用户并未充分考虑电能质量相关问题，另外配网中补偿电容器的设计大多未考虑谐波问题，更有大量用户不投或过投补偿装置，使谐波处于难以控制的状态，也是造成配网中谐波滋长的主要原因，若不加以控制，这种趋势将处于增无减的状态。
因此建立长期有效的电网电能质量在线监测点、并辅以机动灵活的临时监测点相互配合，用于监测、分析亳州供电公司电能质量问题，并根据分析结果加以治理，势在必行。
5.2 亳州供电公司电能质量在线监测布点选择
亳州供电公司主干线路为220kV供电，因此布点选择在各个220kV枢纽变电站中，接入所有等级母线电压，主变低压侧开关电流，及110kV重点用户及联络线路电流。以实时监测该变电站的电能质量情况，通过对变电站的电能质量监测，能判断与该站相接的其他110kV、35kV变电站是否可能存在电能质量超标情况。并通过临时监测点的建立现场测试各重点用户电能质量情况。
5.3 亳州供电公司电能质量在线监测总体设计实施方案
（1）电能质量监测仪工作原理。本项目的设计的电能质量监测仪，电压和电流信号号经过传感器、高精度放大电路、抗混叠滤波器、A/D模数转换电路转换成数字信号，GPS的分脉冲信号和触发录波的开关量经光电隔离后送DSP进行分析及相关数据处理（开关量触发录波和精确对时），然后将测试结果通过PCL总线送工控机。工控机可将这些结果显示、存储、远传。（2）电能质量在线监测系统工作原理。由多台电能质量监测仪（下位机），通讯网络和电能质量分析系统（上位机）构成电能质量动态监测系统，上位机通过通讯网络对下位机进行参数设置、进行远程录波，从下位机获取电能质量测量数据并导入数据库。通过数据库查询，得到所需的测试报表，实时报表，统计报表，趋势图，波形图，频谱图等等，并可显示，打印，保存。上位机还能通过局域网与多用户进行数据共享。（3）亳州供电公司电能质量在线监测系统实现技术关键点。本项目的测量的间隔时间等于3s，即相邻两次测量之间没有缝隙。其采用的是TI公司的6000系列DSP，主频高，内建八个数据处理单元，可并行数据处理。其硬件结构和软件指令集，适合用来作频谱分析。并有高速PCI接口，方便与工控机进行大量的数据传输，为电能质量谐波无缝监测提供了物质保障。由于采用了高速DSP，因此采用非整数点的频谱分析方法，提高了谐波的分析精度；根据国标，严格采用闪变量值判定的基准方法计算闪变和变动；采用对称分量法计算零序分量、正序分量、负序分量和三相不平衡度；频率的测量精度主要取决于采样频率，与算法的合理性也有直接的关系。本项目A/D采样率为12.8 kHz/通道，即：每周波采样256点，加上合理的算法，使得频率误差≤0.002Hz，远优于国标的0.01 Hz。除了电能质量监测外，电力系统中常用的还有故障录波仪，它主要功能是记录电力系统发生故障时的电压和电流波形。将电能质量监测和录波功能有机结合，是电能质量分析仪的发展趋势之一。
6 结语
该文简单分析了电能质量在线装置的发展趋势及电能质量指标超标的危害，结合亳州供电公司现状分析了当前亳州电网电能质量形式并给出了电能质量在线监测系统建设方案。为亳州供电公司电能质量在线监测系统建设提供了有效支撑。对于建立亳州供电公司的电能质量监测网，利用监测数据分析用户对电力系统电能质量产生的污染及危害程度，采取针对性的措施实现电网及用户的电能质量监测和综合治理，改善现有供电系统的供电质量、降低电能损耗、保证电网的安全、可靠、经济运行起到积极作用。