電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)是檢測(cè)電網(wǎng)諧波含量以及判斷電網(wǎng)諧波污染程度的重要手段，準(zhǔn)確的檢測(cè)數(shù)據(jù)可以防止電網(wǎng)諧波對(duì)用電設(shè)備的損害。

　　本方案的在線電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由電能質(zhì)量檢測(cè)儀、數(shù)字主機(jī)、配套軟件及磁盤陣列存儲(chǔ)服務(wù)器等部件組成，實(shí)現(xiàn)了電能質(zhì)量的在線監(jiān)測(cè)，并且基于磁盤陣列存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，為電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)集中以及電網(wǎng)的故障查詢提供詳細(xì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

一電能質(zhì)量概述

　　近年來，隨著我國電力實(shí)業(yè)的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模日益擴(kuò)大，以往電能緊缺的問題已經(jīng)逐步解決，與此同時(shí)，隨著電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用和電弧爐等沖擊負(fù)荷以及電力機(jī)車等拖動(dòng)負(fù)荷的日益增多，雖然在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上帶來了一系列方便和效益，但也使電網(wǎng)諧波的含量大量增加，電網(wǎng)的諧波污染日益嚴(yán)重，這會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的壽命縮短、網(wǎng)損增大、電網(wǎng)發(fā)生諧振、通信受干擾等一系列重要問題。

　　電弧爐等大功率沖擊負(fù)荷除了會(huì)造成嚴(yán)重的諧波污染之外，還是電壓波動(dòng)和閃變的重要原因，電力機(jī)車等大功率的牽引負(fù)荷會(huì)造成三相不平衡。

　　有關(guān)電能質(zhì)量問題的研究已經(jīng)引起了各國電力工作者的高度重視，國家技術(shù)監(jiān)督局也相繼頒布了涉及電能質(zhì)量八個(gè)方面的國家標(biāo)準(zhǔn)：《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》、《電能質(zhì)量 電壓波動(dòng)和閃變》、《電能質(zhì)量 三相電壓不平衡度》、《電能質(zhì)量 供電電壓偏差》、《電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差》、《電能質(zhì)量 暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓》、《電能質(zhì)量 監(jiān)測(cè)設(shè)備通用要求》、《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)間諧波》。

二電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)簡介

　　要解決面臨的電能質(zhì)量問題，就離不開對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量參量的監(jiān)測(cè)。就目前而言，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)分為非在線監(jiān)測(cè)和在線監(jiān)測(cè)兩種方式。

　　非在線監(jiān)測(cè)采用便攜式測(cè)試儀，不定期對(duì)所關(guān)注的某些點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，采集相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行后續(xù)離線分析，這種方式投資小、靈活性高，但存在明顯的局限性，如：實(shí)時(shí)性不強(qiáng)、監(jiān)測(cè)指標(biāo)少、缺乏決策判斷的依據(jù)、工作量大、效率低等。

　　隨著電力行業(yè)系統(tǒng)運(yùn)行管理的系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化和智能化，通訊網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)技術(shù)的日益成熟，出現(xiàn)了三網(wǎng)合一的趨勢(shì)，功能單一的電力系統(tǒng)測(cè)量儀表已經(jīng)不再適應(yīng)現(xiàn)代化電能管理的需要，因此急需一種通用性好、集測(cè)量與通訊等功能于一體的在線電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，這對(duì)保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性都具有重要的實(shí)際意義。

01在線電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

　　湖南銀河電氣有限公司致力于在線電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的研究，研制出在線電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電能質(zhì)量檢測(cè)儀、數(shù)字主機(jī)、配套軟件及磁盤陣列存儲(chǔ)服務(wù)器等部件組成，其組成原理圖如下圖1所示：

圖1 在線電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理圖

　　配置多臺(tái)電能質(zhì)量檢測(cè)儀分布于各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，電能質(zhì)量檢測(cè)儀之間、檢測(cè)儀與數(shù)字主機(jī)之間通過高速光纖串行總線進(jìn)行通訊連接。

　　單臺(tái)電能質(zhì)量檢測(cè)儀具備4個(gè)電壓測(cè)量通道和3個(gè)電流測(cè)量通道，分別測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三相線電壓(如下圖1中Uab、Ubc、Uca)、相電流(Ia、Ib、Ic)以及零地電壓(Un-pe)。電壓和電流測(cè)量采用直接接觸式測(cè)量方式，并配置專用的接線端口，保證接線的便捷性及安全性，產(chǎn)品直接串接于一次回路中。電能質(zhì)量檢測(cè)儀電壓通道準(zhǔn)確測(cè)量范圍為5V~1200V，電流通道準(zhǔn)確測(cè)量范圍為0.5A~120A(也可通過外接電壓/電流互感器的方式擴(kuò)展測(cè)量范圍)，基波頻率測(cè)量范圍為DC，0.1Hz~1500Hz，電壓電流測(cè)量精度為0.1%rd，每個(gè)測(cè)量通道的采樣速率為10kSa/S，檢測(cè)儀需要外部提供220VAC工作電源，功耗約為20W。

　　數(shù)字主機(jī)為電能質(zhì)量檢測(cè)儀和上位機(jī)之間的通訊樞紐，其主要功能為向檢測(cè)儀發(fā)送同步時(shí)鐘、接收所有測(cè)試結(jié)果并進(jìn)行簡單的運(yùn)算處理，并將結(jié)果上送至上位機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理。數(shù)字主機(jī)具備7對(duì)光纖接口，其中1對(duì)用于多臺(tái)數(shù)字主機(jī)之間的同步級(jí)聯(lián)，另外6對(duì)用于連接檢測(cè)儀或擴(kuò)展更多的測(cè)量通道，本系統(tǒng)中共占用數(shù)字主機(jī)的1對(duì)光纖接口。數(shù)字主機(jī)與檢測(cè)儀之間通過高速串行光纖連接，與上位機(jī)之間通過以太網(wǎng)連接。

　　配套軟件根據(jù)數(shù)字主機(jī)上送的測(cè)試結(jié)果，按照如上所列各項(xiàng)國標(biāo)要求，進(jìn)行電壓/頻率偏差、諧波、電壓波動(dòng)和閃變、三相電壓不平衡等參數(shù)的計(jì)算和結(jié)果顯示，并具備趨勢(shì)曲線、實(shí)時(shí)波形顯示和曲線回放功能，另外還可加入結(jié)果判定(用戶設(shè)置判定依據(jù))，出具試驗(yàn)報(bào)表及打印(用戶需事先提供報(bào)表模板)。

　　服務(wù)器和高速磁盤存儲(chǔ)器主要用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和記錄，由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量多、監(jiān)測(cè)時(shí)間長，需存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量大，一般的存儲(chǔ)器難以滿足要求，因此采用服務(wù)器+磁盤陣列的方式作為該檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，方便用戶隨時(shí)調(diào)用以往/實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及對(duì)大量測(cè)試結(jié)果進(jìn)行歸納分析，總結(jié)規(guī)律。數(shù)據(jù)記錄的時(shí)間長度取決于磁盤陣列容量的大小(磁盤大小/數(shù)量可配置)。

三在線電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)主要功能

01在線電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)基本監(jiān)測(cè)指標(biāo)

　　在線電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率、三相基波電壓/電流、電壓/電流有效值、基波有功功率、總功率、無功功率、功率因數(shù)、相位、電壓偏差、頻率偏差、三相電壓/電流不平衡度、電壓/電流正負(fù)零序分量、諧波(0~99次)，電壓/電流的總諧波畸變率、各次諧波含有率、幅值、相位、實(shí)時(shí)波形、矢量圖等的測(cè)量。

02 高級(jí)監(jiān)測(cè)指標(biāo)

　　間諧波、電壓波動(dòng)、閃變、電壓驟升、驟降、短時(shí)中斷、暫時(shí)過電壓、瞬態(tài)過電壓等。

03設(shè)置功能

　　可對(duì)基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、修改和查看，包含更新周期、測(cè)試線路圖、測(cè)量模式、平均方式等，用戶分級(jí)管理權(quán)限，密碼保護(hù)等。

04數(shù)據(jù)記錄

　　可對(duì)監(jiān)測(cè)的所有指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)保存，并可由用戶配置保存對(duì)象，所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于高速磁盤陣列中，并采取雙備份存儲(chǔ)機(jī)制，保證了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性，方便用戶隨時(shí)調(diào)取與分析。

05通訊功能

　　提供多種通訊接口方式，包含光纖、以太網(wǎng)、USB、RS232等，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸或定時(shí)提取，基本不受地域限制，特別適用于遠(yuǎn)程通訊。

四在線電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)主要特點(diǎn)

01前端數(shù)字化技術(shù)與光纖傳輸

　　電能質(zhì)量檢測(cè)儀采用前端數(shù)字化技術(shù)和光纖通訊，極大的保證了信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性及精度。前端數(shù)字化技術(shù)是指在測(cè)試前端，產(chǎn)品直接被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，改變以往采用模擬量傳輸?shù)姆绞剑瑴p少引入干擾的環(huán)節(jié)，極大的增強(qiáng)了系統(tǒng)的電磁兼容性能和測(cè)試精度。光纖傳輸具有損耗低、頻帶寬、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，具有其它傳輸載體無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，是遠(yuǎn)距離通信最理想的傳輸媒介。

02無縫量程轉(zhuǎn)換

　　電能質(zhì)量檢測(cè)儀的各個(gè)測(cè)量通道均配置8個(gè)無縫自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換檔位，并自動(dòng)根據(jù)測(cè)試對(duì)象的大小選擇最佳匹配量程，無需人工操作，保證標(biāo)稱范圍內(nèi)測(cè)量精度的一致性，無論大信號(hào)還是小信號(hào)，都能準(zhǔn)確測(cè)量。“無縫”是指在檔位切換過程中數(shù)據(jù)不丟失，保證高速率采樣頻率下，不丟失任何對(duì)用戶有用的信息。

03擴(kuò)展功能

　　測(cè)量通道：可通過增加電能質(zhì)量檢測(cè)儀和級(jí)聯(lián)數(shù)字主機(jī)的方式，擴(kuò)展更多數(shù)量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)和測(cè)量通道，通訊連接只需連接一對(duì)光纖線纜，搭建簡單；

　　軟件功能：銀河電氣軟件研發(fā)團(tuán)隊(duì)可根據(jù)用戶提出的詳細(xì)的技術(shù)要求文檔，編制相應(yīng)的客戶端軟件，實(shí)現(xiàn)軟件的后續(xù)功能擴(kuò)展與升級(jí)。

04數(shù)據(jù)處理

　　所有測(cè)試參數(shù)，全部依據(jù)國標(biāo)規(guī)定的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

05數(shù)據(jù)記錄及存儲(chǔ)

　　采用高速磁盤陣列作為主存儲(chǔ)器，兼顧了存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量及存儲(chǔ)速度，為客戶提供了珍貴的測(cè)量原始數(shù)據(jù)。

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