基于ASP.NET電能質量監測系統的研究與實現

劉建軍， 劉潤梅， 朱穎杰

（1.河北北方學院信息科學與工程學院，河北 張家口 075000；2.河北建筑工程學院，河北 張家口 075024）

“十一五”是國家電網公司建設“一強三優”現代公司的關鍵時期，電網發展比以往任何時期都更加需要科學技術強有力的支撐。近年來，隨著電力電子技術的飛速發展，大功率電力電子開關設備開始普及應用，造成了現代電網中出現了大量的非線性、功率沖擊性和整流性負荷，這些負荷對電力系統產生了大量的諧波污染和供電干擾，導致電能質量的急劇下滑，因此，如何有效地提高電能質量成為了近年來電力系統中新熱點[1]。

現代化工業、軍事部門、通信、計算中心、金融、商業以及其它各行各業對供電可靠性和電能質量的要求越來越高，因此全面保證電能質量，已成為電力系統迫切需要解決的課題之一。

電能質量監測是評估電能質量水平，發現電能質量問題的主要手段，通過對電能質量進行實時監測、記錄和分析，可以為改善電能質量、制定有關電能質量的治理措施提供必要的依據，這就使得研究電能質理監測技術具有十分重要的現實意義[2-3]。

1 系統結構簡介

1.1 系統功能

電能質量問題主要有四大類：（1）電壓與頻率偏差；（2）與諧波相關的電壓、電流、功率畸變；（3）三相電壓、電流不平衡；（4）短時、長時閃變及電壓波動[2]。為了對以上問題進行有效的監控，就應當對電力系統的各個環節的電流、電壓、頻率、功率、相位、跌落、上升、中斷、閃變、諧波等參數進行及時的采集和分析，同時還要實現遠程的監測和控制。

由以上分析可知，一個完整的電能質量在線監測系統由數據監測子系統、通信子系統、數據庫子系統三部分構成。系統結構如圖1所示。

數據采集處理系統的主要功能是實現電網信號的轉換和數字化，把電網上的高電壓、大電流信號轉換成0～5 V的低壓信號；同時把模擬信號轉換為數字信號，傳輸給微處理器及相關的數據處理環節。它一般包括信號調理模塊（負責信號電平的轉換、濾波和隔離）、A/D轉換模塊（負責對信號進行無相差、不間斷采樣，進而進行模數轉換）、頻率測量模塊（負責工頻信號頻率的測量）；數據采集處理系統是電能質量實時監測系統的第一個環節，它的準確性直接決定著整個監測系統的實現與否。

圖1 系統結構圖

通信子系統是數據傳輸及實現遠程控制的主要方式。本系統中通信子系統的設計包含了兩大部分：（1）基于B/S結構的遠程控制部分，主要的功能是利用INTERNET網絡來實現各遠端操作點對數據庫服務器的數據進行信息的檢索和命令的配置；（2） 基于LabVIEW平臺上的DataSocket和TCP/IP協議的局域網通信方式，主要是負責各個站點電能質量在線監測數據實時、準確地上傳到數據庫服務器的實時數據庫中。

數據庫子系統是整個電能質量監測系統的核心，主要的功能是接收數據采集處理系統的各種數據，并對數據進行統計分析，根據分析結果對電氣運行狀態進行控制。一個完善的數據庫子系統應能夠實現事件預測、故障辨識、干擾源識別和實時控制的功能，同時還應當可以有效地提供各種分析報表和相關歷史數據。

1.2 系統的硬件組成

本系統的硬件設計采用模塊化思想，整個系統由信號采集調理模塊、A/D轉換模塊、數據處理（DSP）模塊、各種接口模塊及鎖相環電路組成。其中DSP芯片采用TI公司推出的16位高性能數字信號處理器TMS320VC5502，其總線采用哈佛結構；A/D轉換器使用一片TI公司的ADS1178分別對三相電壓、三相電流、零線電壓和零線電流等信號同時采樣，提高了測量精度和一致性，減少了A/D轉換芯片硬件設置和軟件設計的復雜度。鎖相環電路的引入，可以消除頻率波動帶來的誤差，保證電信號相位的同步。圖2為系統硬件整體框圖。

圖2 系統硬件整體框圖

2 系統軟件的設計與實現

2.1 基于WEB的數據庫訪問技術的介紹

隨著Internet技術的興起，B/S結構的數據庫成為數據庫應用系統的主要構建方式。B/S結構的數據庫具有三層結構，分別為表示層、功能層、數據層。表示層位于客戶端，主要的作用是將來自各WEB瀏覽器的服務請求傳送至WEB服務器，然后WEB服務器再把結果返回相應客戶端；功能層位于WEB服務器，是應用程序和數據庫進行連接運算的事務處理中心；數據層位于內層數據庫服務器，主要功能是接受WEB服務器對數據庫操縱的請求，實現對數據庫查詢、修改、更新等功能，把運行結果提交給WEB服務器。圖3為B/S三層結構邏輯圖。

由以上分析可知，基于WEB的網絡結構如圖4所示。

圖3 B/S三層結構邏輯圖

圖4 基于WEB的網絡結構圖

2.2 服務器軟件功能設計

軟件設計了八個子功能，具體流程如圖5所示。

圖5 WEB服務器功能流程圖

2.3 數據庫功能設計

數據庫處于三層體系結構的數據層，主要用來存儲和管理通信單元上傳的各個站點監測儀上傳的監測數據和各監測點的配置信息，并對這些海量數據進行分類和統計分析，從而為系統中的WEB服務器、本地顯示控制等模塊提供數據檢索等數據支持，故數據庫的設計是整個系統的基礎。

本系統設計了四個基本數據表，分別為實時數據表、歷史數據表、輔助數據表和臨時數據表。實時數據表主要用來存放每個監測時刻各電氣設備的電壓、電流、功率、實時諧波電壓及電流值、實時電量值等參數值；歷史數據庫用來存放從實時數據表中產生的各年、季、月、日的各參數的最大狀態值、最小狀態值、平均值等數據；輔助數據表用來存放與電力資產相關的數據，如監測儀信息表、各告警值信息設置表、配電信息表等；臨時表用來存儲和處理告警發生后的各種處理信息和數據。

本系統采用ORACLE作為數據庫管理系統，開發語言采用ASP.NET來實現。ORACLE作為一個最早商品化的關系型數據庫管理系統，具有完善的數據庫管理功能，支持各種分布式功能，特別是支持INTERNETt應用。而開發語言ASP.NET具有強大的數據庫操縱能力，被廣泛應用于基于WEB的數據庫軟件開發，是一種流行的數據庫開發技術。

本系統的ASP.NET程序通過ADO.NET數據庫訪問技術來實現。ADO.NET提供了兩個核心組件：DataSet和.NET，DataSet是數據的存放地，它是各種數據源中的數據在計算機內存中映射成的緩存，因此DataSet可以看成是一個數據容器。同時它在客戶端實現讀取、更新數據庫等過程中起到了中間部件的作用。而.NET是一組包括Connection，Command，DataAdapter，DataReader對象在內的組件，提供了對數據操作和對數據快速、只進、只讀訪問的方法。

ASP.NET程序與ORACLE的連接代碼為：

3 結束語

本文建立了基于WEB模式的電能質量在線監測與分析系統的基本模型，該系統以ASP.NET為平臺，結合數據庫技術、微計算機技術和網絡通信技術，將電網中的各監測點連成整體，實現了電能質量監測的網絡化。該系統能夠實現區域電網電能質量指標的統計、分析和評估，并能夠為電網電能質量問題的治理和改善提供數據支持。電力部門通過此系統能夠及時、詳細、精確地掌握電力系統電網的電能質量狀況，正確、合理地評估電網的電能質量水平。

[1]劉連光，于晗，肖湘寧.分布式電能質量在線監測系統設計與實現[J].電力自動化設備，2002，22（1）：46-48.

[2]王賓，潘貞存.基于網絡的用戶測電能質量監測儀設計[J].繼電器，2004，32（1）：49-53.

[3]段成剛，歐陽林，宋政湘.新型在線實時電能質量監測設備的設計[J].電網技術，2004，28（2）：60-63.