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电能质量监测系统中的数据处理技术

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第36卷第2期四川大学学报(工程科学版)Vol.36No.2

2004年3月JOURNALOFSICHUANUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCEEDITION)Mar.2004

文章编号:100923087(2004)0220098204

电能质量监测系统中的数据处理技术

何金定,肖先勇3(四川大学电气信息学院,四川成都610065)

摘　要:针对当前电能质量监测数据处理方法的不同,提出了基于数据预处理、分析时间间隔的合理选择和生成日统计文件的数据处理方法。根据IEC国际标准在下位机中设定有效测量时间,然后在监测系统中按指定格式读取监测点采集数据文件,在上位机中得到了清晰、明了的图形并能快速生成各类统计报表。通过这种数据处理方法,

使整套电能质量监测系统达到工程实用的水平。关键词:电能质量;监测系统;数据采样;数据处理中图分类号:TM73文献标识码:A

DataProcessingMethodinPowerQualityMonitoringSystemHEJin2ding,XIAOXian2yong(SchoolofElectricalEng.andInfo.,SichuanUniv.,Chengdu610065,China)

Abstract:Ascurrentlytherearevariousdataprocessingmethodsinpowerqualitymonitoringsystem,thispaperputfor2wardanewdataprocessingmethodbasedondatapre2processing,reasonablechoiceoftimeintervalforanalysisandgen2eratingdailystatisticalfile.AccordingtoIECinternationalstandard,itiseffectivetogetclearandexplicitgraphsandquicklygeneratedifferentstatisticalreportsincontrollingcenterbyadoptingtheeffectivemeasuringtimeincollectingap2paratusandreadingthedatafileofmonitoringspotinaccordancewithappointedformatinmonitoringsystem.Withthismethodofdataprocessing,thewholemonitoringsystemofpowerqualitycanbeeffectivelyappliedinpracticalproject.Keywords:powerquality;monitoringsystem;datasampling;dataprocessing

随着社会的进步和发展,电能质量问题已经成为电力系统的重大课题。一方面,随着非线性负荷的不断增加,造成电能质量问题的各种因素不断增长,如电力电子技术的发展及其在工业和交通部门的广泛应用;另一方面,各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备不断普及,人们对电能质量及可靠性的要求越来越高[1,2]。为了清楚了解系统中的电能质量问题,作者所在课题组使用Microsoft公司的VB6.0作为开发工具收稿日期:2003205205作者简介:何金定(19782),男,硕士生.研究方向:电力市场及电能质量控制.　3通讯联系人成功地开发了一套电能质量监测系统,达到了能够监测电能质量各项指标运行情况的水平,并已投入实际电力系统运行。VB6.0作为可视化通用编程工具,一直以其可视化程度高、开发简单快捷而著称,

可视化编程环境的“所见即所得”功能,使界面设计变得容易,从而让编程更加轻松。

1　电能质量监测系统的构成电能质量监测系统主要由电能质量监测的下位机(即监测仪)、上位机(即用户操作所用的计算机)以及应用软件系统组成。1.1　下位机系统的构成1)数据采集部分,包括数据的采样和计算;2)数据处理,计算处理各种电能质量指标数据,包括频率、电压不平衡度、电压波动与闪变、电压偏差、负序电流、谐波含有率等;3)数据通信传输部分,包括下位机内部数据通信传输(主要是与DSP通信)和与上位机之间的通信传输(主要是通过MODEM和网络通信)。1.2　上位机系统的构成1)通信传输部分,与下位机间的数据通信与传输;2)接收电网各下位机的电能质量数据,进行分析统计,形成文件、报表及曲线,显示数据和图形(如频谱图、趋势图、曲线图、散点图、向量图等);3)数据文件管理系统,主要是系统管理监测点数据文件。图1为整个监测系统的软件构成。图1　电能质量监测系统的软件构成 Fig.1　Softwarearchitectureofpowerqualitymoni2toringsystem2　下位机系统中的数据流程、数据预处理及电能质量指标的计算方法2.1　数据流程从监测仪启动开始,就开始了对监测点数据的采样、分析、处理,然后生成监测点一天的采集数据文件。图2给出了监测仪在1小时内的数据流程。2.2　数据预处理由于在现场实测信号中,不仅包含由基波及各次谐波叠加而成的合成信号,而且还包含噪声信号,噪声信号的存在会大大影响电能质量的测量精度,这样在谐波分析、信号频率的确定等方面会有很大的误差[3]。本文采用FFT(FastFourierTransform,快速傅立叶变换)原理[1]进行数据的实时处理。在实际应用中要得到准确的FFT运算结果,必须满足Nyquist采样定理的要求,防止频谱混叠的发生,而且根据FFT算法的要求,采样点应均匀分布在一个信号周期内,即应当实现严格的同步采样,否则就会引起信号的频谱泄漏,带来很大的测量误差,特别是对高频分量,计算出来的值就没有可信性。因此,需要对采样值进行数字信号预处理,以减少误差。图3给出了整个数据预处理流程。

图2　电能质量监测仪1小时数据流程 Fig.2　Dateflowofpowerqualitymonitoringappara2tuseveryonehour

图3　采样信号预处理流程Fig.3　Pre2processingflowofsamplingsignal 如图3所示,在整个过程中,采用了软件同步采

样法。目前常用的同步采样方法主要分为硬件同步和软件同步两大类。硬件同步方法是一种预防式方法,主要采用锁相环电路来实现跟踪信号频率的变换,从而实时调整采样速率,实现同步采样,但是其硬件结构比较复杂,在测量较大的畸变波形时误差较大。软件同步方法是一种补偿式方法,主要采用准同步采样、加窗、加窗-插值等技术,来补偿和减

99第2期何金定,等:电能质量监测系统中的数据处理技术少误差。当采样数值经去噪处理后,通过一个45Hz

～55Hz的窄带滤波器,保证采样数值过零点的唯一性,然后通过软件同步求得采样信号的周期值,以得到与工频信号同步的采样频率,进而控制对原始数据的线性插值。最后,对插值所得数据进行FFT变换得到谐波的幅值和相位。2.3　各电能质量指标的计算方法采样信号经FFT得到各次谐波分量的实部ur(k)、虚部ui(k),然后通过公式计算各电气量(以电压为例)。幅值U

k=Ur2(k)+Ui

2(k);

相角θk=arctan(Ui(k)/Ur(k));

谐波电压含有率HRUk=Uk/U1×100%;

总谐波畸变率

THDU=(6Nk=2Uk2/U1)×100%=6Nk=2(Uk%)2;电压波动d=(Umax-Umin)/UN×100%,

式中,Umax,Umin分别为工频电压调幅波的相邻两个极值电压(均方根值)。电压闪变不仅与电压波动的大小有关,而且与波动的频率以及人的视感等有关。人眼对频率为10

Hz的电压波动最为敏感,这种刺激的不适感宜用一段时间的平均值来衡量,国际上规定为1min。因此,

由ΔU10值来衡量电压闪变的强度。

ΔU10=6αf2ΔVf2。式中,αf为电压调幅波中频率为f的正弦分量的视感度加权系数;ΔVf为电压调幅波中频率为f的正弦分量1min均方根值,以额定电压的百分数表示。以系统中的负序分量与正序分量的比值来计算三相不平衡度ε。对交流采样得到的数据进行数字

处理得到各相基波电压U

・a,U・b,U・

c,再根据对称分

量法分别求负序、正序基波电压,可求得ε。

3　趋势图分析时间间隔的选择电能质量监测系统,是根据我国颁布的电能质量各项国家标准[4],同时参考IEC61000-4-7国际

标准[5]以及发达国家电能质量的监测和管理经验而设计、研发的,并同时具有网络化管理的功能。该系统的应用对象主要是电力部门的各级配电网、变电所、电厂,以及各种大中型企业、用电大户,或对用电质量有特殊要求的用户。它可以实现电能质量长期、不间断的监测和分析。建立监测点的目的是为了能够真实反映系统在该点存在的电能质量问题,从监测仪中所获得的采集文件中的各项数据越详细越好。根据IEC国际标准,在下位机中的采集文件是按3s时间间隔所采样生成的,这个时间间隔在IEC中理解为有效测量时间。但是根据这个按3s所生成的数据文件进行图形分析时,由于数据量较大(按一天24小时计算,

每3s生成一次采样数据,那么对应于某一项指标,

一天就有24360320=28800个数据),这样所作出的趋势图等势必会混成一团,不能清楚地反映整个趋势变化。本文根据一天的实测数据(取自100MVA直流电弧炉用户的母线150kV),在表1中对比了几种时间间隔所得到的3次、5次和7次谐波电压和谐波电流的最大值和95%概率大值。从表1中可以明显地看见3s、30s以及1min这3种时间间隔所获得的谐波电压和谐波电流的各项数据仅有微小差别,而2min时间间隔则与3s时间间隔所得的各项数据相差较大。在图4中分别显示了按1min、2min

时间间隔所作出的3次谐波电压、谐波电流一天的趋势图。从图中可以看出,按1min时间间隔所作出的谐波趋势图相当清楚、明了,是真实反映系统运行情况的。而与按2min时间间隔作出的3次谐波电压、谐波电流趋势图相对比,很明显按2min时间间隔得到的数据文件中是丢失了许多重要数据的,

因此,也就造成了在表1中所得到的最大值、95%概率大值等统计值不准确,因而不能为实际生产提供有价值的参考数据。因此,经过数据处理后,按1min的时间间隔作出相应的趋势图,这样就能得到较为清楚的趋势图,

而且才能真实反映系统的运行情况。表1　按各种采样时间所得的一天数据对比Tab.1　Contrastofdatafordifferentsamplingtimeintervalduringoneday

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电能质量技术监控技术要求

电能质量技术监控技术要求

电能质量技术监控技术要求1.1规划设计阶段监督电压偏差监督发电机组无功调整能力a)无功补偿装置设计应按 DL/T 5242 的要求，以及国家、行业关于电压、无功电力的有关条例、导则的要求和网、省电力调度部门的有关规定，根据安装地点的电网条件、谐波水平、负荷特性及环境条件，合理地确定无功补偿设施和调压装置的容量、选型及配置地点；b)发电机额定功率因数值，可参照以下原则执行：1)直接接入 330kV～ 750kV 电网处于送端的发电机功率因数，一般选择不低于0.9 （迟相）；处于受端的发电机功率因数，可在0.85 ～ 0.9 （迟相）中选择；2)直接接入输电系统的送端发电机功率因数，可选择为 0.85 （迟相）；3) 其他发电机的功率因数可按0.8 ～0.85 （迟相）选择；4)100MW及以上机组应具备在有功功率为额定值时，功率因数进相 0.95 运行的能力；5)发电机组自带厂用电运行时，进相运行能力不应低于 0.97 。

变压器调压能力各级变压器的额定变比、调压方式、调压范围及每档调压值，应满足发电厂母线和受电端电能质量的要求。

电压监测设备a) b) c)在规划设计中，对于发电机、母线、变压器各侧应配置齐全、准确的无功电压表计，以便于无功电压的监测和管理；电压监测宜使用具有连续监测和统计功能的仪器、仪表或自动监控系统，其性能应满足DL/T 1227的相关要求，测量误差不大于±0.5%；电压监测装置的电压幅值测量采样窗口应满足GB/T17626.30 的要求，一般取 10 个周波，一个基本记录周期为 3s，其分析数据为各窗口测量值的方均根值。

频率质量监督发电机频率调节能力a)并网运行的发电机组应具有一次调频的功能，并根据调度部门的要求安装保证电网安全稳定运行的自动装置；b)正常情况下发电机组的一次调频能力应满足DL/T1053、 DL/T 824 的要求，并满足以下要求：6)单元制汽轮发电机组在滑压状态下运行时，必须保证调节汽门有部分节流，使其具备额定容量 3%以上的调频能力；7)发电机组一次调频功能应满足当地电网一次调频性能要求，负荷响应滞后时间一般不大于4s；电网频率变化超过机组一次调频死区时，机组宜在15s 内根据机组相应目标完全响应；电网频率变化超过机组一次调频死区时开始的45s 内，机组实际出力与响应目标偏差的平均值宜在理论计算的调整幅度的± 3%内；8)汽轮发电机组参与一次调频的负荷变化幅度，正向调频负荷（即机组负荷增加）不应小于机组额定容量的 5%，负向调频负荷则不予限制；9)汽轮发电机组调速系统的性能指标，如转速不等率、转速迟缓率、转速调节死区等应符合DL/T 824 的要求。

电能质量解决方案

电能质量解决方案

电能质量解决方案电能质量是指电力系统中电压、电流和频率等参数的稳定性和纯净度。

随着电力系统的发展和电气设备的普及，电能质量问题日益凸显，不仅对电力系统的稳定运行产生影响，还对用户的用电设备和电子设备的正常运行造成威胁。

因此，制定一套科学有效的电能质量解决方案成为当务之急。

一、电能质量问题分析电能质量问题主要包括电压波动、电压暂降、电压暂增、电压闪变、电压谐波、电流谐波、电能质量监测等方面。

其中，电压波动、电压暂降、电压暂增和电压闪变是常见的电能质量问题，主要由电力系统的负荷变化、短路故障和电气设备的开关操作引起。

电压谐波和电流谐波则是由非线性负载设备引起的，如电子设备、变频器和电弧炉等。

二、1. 电能质量监测系统建立电能质量监测系统是解决电能质量问题的基础。

该系统可以实时监测电力系统的电压、电流、频率、波形畸变和谐波等参数，通过数据分析和处理，及时发现电能质量问题的源头，为后续的解决方案提供依据。

2. 电压稳定器电压稳定器是解决电压波动、电压暂降和电压暂增问题的有效设备。

它能够通过调整输出电压的幅值，保持电力系统中的电压在合理范围内稳定运行，避免电压过高或过低对电气设备造成损坏。

3. 电压闪变补偿装置电压闪变是指电力系统中电压瞬时变化的现象，它会对电气设备的正常运行产生严重影响。

电压闪变补偿装置可以通过对电力系统的电压进行实时监测，当检测到电压闪变时，通过自动调节电力系统的电压，使其恢复到稳定状态，确保电气设备的正常运行。

4. 谐波滤波器谐波滤波器是解决电压谐波和电流谐波问题的重要设备。

它能够通过对电力系统中的谐波进行滤波处理，减少谐波对电气设备的干扰，提高电能质量。

5. 接地改进电力系统的接地问题也是影响电能质量的重要因素之一。

通过对电力系统的接地方式进行改进，提高系统的接地电阻，减少接地电流的流动，可以有效地降低电力系统的电压波动和电流谐波。

6. 教育和培训电能质量问题的解决不仅需要技术手段，还需要用户的认识和配合。

国网电能高质量在线监测系统运维技术要求规范书

国网电能高质量在线监测系统运维技术要求规范书

国网供电公司电能质量在线监测系统运维项目技术规书(A262-300009275-00006)目录1.前言 (1)2.总体要求 (1)2.1.项目建设容 (1)2.2.项目运维容 (2)2.3.项目技术要求 (2)3.建设要求 (2)3.1.总体目标 (2)3.2.围 (3)3.2.1单位围 (3)3.2.2数据围 (3)3.3.建设原则 (4)3.3.1规化原则 (4)3.3.2实用性和先进性原则 (4)3.3.3安全性原则 (4)4.技术、性能和安全要求 (4)4.1.技术要求 (4)4.1.1可用性要求 (4)4.1.2可靠性要求 (5)4.1.3性能及扩展要求 (5)4.1.4备份要求 (5)4.2安全要求 (5)4.3要求 (6)4.4灾备要求 (6)5.业务要求 (6)5.1数据采集管理 (6)5.2电能质量评价 (6)5.3电能质量分析 (8)5.4质量监督管理 (9)6.项目管理要求 (9)6.1项目进度计划 (9)6.2项目运维地点 (10)6.3合同变更要求 (10)6.4法律纠纷 (10)6.5培训的目的及要求 (10)6.6培训方式 (10)6.7培训容 (10)7.维护与服务要求 (11)7.1.系统维护 (11)7.2.服务响应 (11)附件：工作清单 (13)1.前言电能质量在线监测系统的建设工作按照公司SG-ERP的总体要求，以“三集五大”为基础，以“深化全面质量监督管理”为指导，加强对系统建设工作的统一领导，打破系统壁垒，有效集成信息资源，开展系统标准化设计与建设，进一步加强基础管理，完善基础监测手段，试点先行，有序推进，开展对电能质量的在线监测与分析，为电能质量的持续改进和提升创造先决条件。

电能质量在线监测系统从2012年开始研发试点，截至到2013年底全国7家试点单位实施完毕。

国网省电力公司电能质量在线监测系统于2013年6月17日成功上线试运行，并于2013年底正式交付用户使用。

电能质量监测系统技术规范

电能质量监测系统技术规范

广东电网500kV变电站35kV侧电容器组谐波监测系统二期项目设备及系统技术条件广东电网公司电力科学研究院2010年05月目录1总览 (3)2监测装置技术规范 (4)3前置服务技术要求 (9)4系统通信 (12)5电能质量监测终端结构、机械及防雷抗干扰要求 (13)6硬件配置和要求综述 (14)7安装和配置 (14)8培训 (14)9技术监督与验收 (15)10技术保障 (15)广东电网500kV变电站35kV侧电容器组谐波监测系统二期项目设备及系统技术条件1 总览1。

1 概述本项目是广东电网500kV变电站35kV侧电容器组谐波监测系统的扩建工程，对全省范围内指定的变电站电容器组的参数进行在线实时监测，当指定的监测参数超出设定条件时，系统能及时启动报警、接点动作输出功能及录波等功能。

电容器组谐波监测系统按结构可分为二层：第一层是分布在各变电站的监测装置，具有实时监测及快速越限报警功能；第二层是装于前置服务器的监测系统后台,用于实现对各监测装置的远程管理、实时显示监测数据、越限事件报警及录波、收集各监测装置的数据并存入前置数据库、提供历史数据查询.目前广东省电力谐波监测站已有500kV变电站电容组侧谐波监测系统（一期）在运行，它的变电站侧采用加拿大PML公司的ION7650监测装置，监测系统后台管理软件采用PML公司的ION Enterprise。

为实现监测数据资源的共享与再利用，一期系统前置服务器将监测数据通过前置数据库导入到广东电网的电能质量监测系统的PQVIEW后台数据库中，利用PQView较为完善的数据管理分析功能，实现广东电网500kV变电站35kV侧电容器组谐波监测系统历史数据与广东电网的电能质量监测系统历史数据的统一管理、分析、查询、存储及报表制作，进一步扩大广东电网的电能质量监测系统有效监测范围。

参考上述做法,本期扩建工程要求变电站电容器组监测系统设备供应商保证PQView能准确读取、分析及存储本项目招标系统前置数据库的所有历史监测数据。