風電場電能質量監測系統的研究與應用

馮婉，張文娟，饒瑜

（長沙學院，湖南 長沙 410003）

風電場電能質量監測系統的研究與應用

馮婉，張文娟，饒瑜

（長沙學院，湖南 長沙 410003）

隨著經濟的發展，人們生活水平的提高，生活生產中對能源的需求量越來越大，因而造成資源的短缺，環境的污染，如何有效的利用風能、太陽能這些無污染的自然能源成為關注的焦點，因此人們逐漸加深對風電場電能質量檢測系統的研究，希望提高風力發電的安全性與可靠性，為提供更加優質的電力服務。

風電場；電能質量；檢測系統

0 引言

生態環境的惡化，使得人們更加注重對太陽能、風能等一些可再生資源的利用，逐漸加深對風電場電能質量檢測系統的研究，以提高風力發電的質量與穩定性，改善供電質量，保證人們用電的安全與穩定，為人們提供更好的電力服務，提高人們的生活質量與水平。

1 風電場電能質量檢測系統結構

目前我國所使用的風電場電能質量檢測系統一般是基于CAN總線的檢查系統[1]。所謂CAN總線是在20世紀80年代由德國研制出來的現場總線的一種，CAN總線實質上是一種遠程網絡通訊控制方式，使用這一方式進行遠程網絡控制可以降低控制成本，提高控制的可靠性與穩定性，而且能夠提高用戶系統的運行性能與靈活性。風電場所處的環境較為復雜而且每個站點的分布較為分散，站點間的距離也比較遠，所以我國現階段的風電場電能質量檢測系統之間所使用的數據傳輸載體大部分是CAN總線[2]。目前風電場電能質量檢測系統的結構主要分為四部分，分別是：數據采集、數據處理、數據傳輸以及用戶接收。具體的風電場電能質量檢測系統結構如圖1所示：

圖1 風電場電能質量檢測系統結構

由圖1可知，風電場電能質量檢測結構中分為以下四個部分：

（1）數據采集。數據采集是風電場電能質量檢測系統中的第一部分，這一部分是由風力機組、開關柜、箱式變等站點組成，主要用于數據信息的收集，獲得風電場發電的全面信息，從而保證發電系統的正常運行。通過對多個站點的分組管理，將收集到的所有信號利用傳感器輸送到數據采集卡中，并且通過對計數通道以及數字信號的設計，實現數據信息的循環采集。

（2）數據處理。數據處理為風電場電能質量檢測系統的第二部分，這一部分主要是對采集到的電能模擬信號以及風能數字信號進行換算和分析，但是由于數據信息過于龐大，所以進行換算的過程較為復雜，一般采用工控機進行數據的處理工作，這樣可以有效的節約大量的人力、物力和財力，同時保證數據處理的效率與準確性，為用戶提供更加精確、可靠的數據信息。

（3）數據傳輸。數據傳輸是在風電場電能質量檢測系統中通過CAN總線建立一條可以進行數據通信的線路，從而保證上位機同工控機之間能夠有效的進行數據與指令的信息交換。這一部分的功能主要體現在三方面：第一，利用各個站點之間的聯系，將所有的信息統一傳輸到上位機中，然后再通過上位機建立一個檢測系統，實現對電能質量的檢測。第二，對各個站點的工作狀態進行檢查。第三，對處理過后的數據進行上傳操作，主要有：頻率、電壓等基礎數據的上傳，閃變結果和波形數據的上傳，上位機接收數據后分類上傳等。

（4）用戶接收。用戶接收主要是通過對操作界面的建立，可以使用戶實時對風電場的運行情況進行細致的觀察，同時也可以實現顯示圖標、存儲數據、打印數據以及下達指令給下位機等操作。

2 風電場電能質量檢測系統應用

為了確保發電系統運行的穩定與安全，人們越來越重視對風電場電能質量檢測系統的應用，目前我國風電場對電能質量檢測系統的應用主要體現在以下幾個方面。

（1）數據處理的方式。風電場電能質量檢測系統所要進行處理的數據包括：風向的變化以及風速的大小、電壓和電流的有效值、有用功和無用功、閃變的分析和電壓波動的計算等，因此對檢測數據的處理需要經歷以下幾個過程。第一，因為風電場的實際作業環境比較復雜，采集到的信號信息中常常受到噪音以及諧波成分的干擾，容易造成波形的畸變，會降低信號在諧波分析以及信號頻率的測試結果的準確度。而且在如果波形受到噪音的干擾，容易在周期波形中存在較多的零點，從而影響周期內計算頻率的準確性。第二，確定過零點。三個過零點組成一個周波，因此過零點的確定和會對頻率的計算準確度造成影響。我們可以通過采樣的方式建立坐標系，將相鄰兩點之間在X軸上的焦點看做為過零點，以此完成確定過零點的操作。第三，計算閃變。閃變指的是人的眼睛對電壓波動的感覺，是人對燈照閃動而表現出來的反映。閃變的計算程序主要有：電壓信號數據通過平放檢測濾波器之后進行視覺度加權濾波器的處理，然后通過平方器和一階低通濾波器，最后通過閃變系統的統計評定，完成閃變的計算。

（2）通訊協議的選擇。通訊協議的選擇是風電場電能質量檢測系統的重要應用表現，因為在風電場的每個站點中都設有不同的編號，工控機的適配卡設置也有所不同，因此在進行數據傳輸時所使用的通訊協議也有所不同，而且上位機即電子計算機發出的命令不同，導致站點的工作方式也存在差異，因此為了達到良好的通信效果，保證數據信息通信的質量與速度，我們需要根據實際情況進行通信協議的選擇。

（3）檢測程序的編寫。風電場電能質量檢測系統中的檢測程序一般是通過VB進行編寫的，風電場電能質量檢測系統中的檢測程序通常分為主程序和工控機程序。主程序主要是用于對系統的監控、管理以及維護等，并且實現與計算機的交互，當風電場的電能檢測過程中出現故障或電能質量出現問題時，主程序會出現紅色警告，通知工作人員問題的出現，以便工作人員可以及時的發現問題并采取措施予以解決。工控機程序的功能主要是進行指令的采集、數據信息的處理等操作。工控機程序可以將所聯接的各個站點的相關信息顯示出來，并且自動采集運行狀態下的工控機程序由上位機控制，發生故障時會及時警報告知管理人員。

3 結論

綜上分析可知，風電場電能質量檢測系統對我國發電系統運行的穩定性有著至關重要的影響，因此我們要完善電能質量檢測系統，從而保證發電系統的正常運轉，提供更加優質的電力服務。

[1]潘文霞，韓中林，劉剛，劉迅，蘇正華.基于MATLAB與虛擬儀器對風電場電能質量監測系統[J].控制理論與應用，2008,02:331～335.

[2]王玲，徐柏榆，盛超，趙艷軍，王昕，張濤，王新華，葉李花.高采樣率數字化變電站電能質量監測系統研究與應用[J].電力系統保護與控制，2014,04:110～116.

T7P23

A

1671-0711（2016）10（上）-0076-02

長沙市科技計劃項目k1509030-11資助。