電能質量的在線分析與監測研究

李 明

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電能質量的在線分析與監測研究

李 明

溫州大學物理與電子信息工程學院，浙江 溫州 325000

電能質量對于電力系統的安全穩定運行有著直接性的影響。在社會經濟不斷發展的背景下，行業的發展以及人們的日常生產生活都對電能質量有了更高的要求，以往的電能質量監測裝置已不能很好的發揮其功用，據此，我們要進一步加大對電能質量的在線分析與監測力度，建立有效的電能質量在線分析與監測系統，以期促進電能質量的顯著提高。

電能質量；問題；在線分析與監測；系統研究

1電能質量問題的成因及其危害

1.1電能質量問題的成因分析

電力系統元件存在的非線性問題包括同步發電機運行中感應電動勢不理想；變壓器勵磁回路非線性特性；直流輸電等。還有變電站并聯電容器補償裝置等因素對諧波的影響。在工業和生活用電負載中，非線性負載是電力系統諧波問題的主要來源。各種自然災害、誤操作、電網故障時、發電機及勵磁系統的工作狀態的改變、故障保護裝置中的電力電子設備的啟動等都將造成各種電能質量問題。

1.2電能質量問題的危害初探

電能質量問題的危害主要表現在用電設備的損耗增加、壽命縮短、工作不正常，破壞電力系統的穩定性、影響電網經濟運行，損壞系統設備，增加系統損耗，增大測量儀表誤差，干擾通信，造成繼電保護及自動裝置誤動，危及設備的安全，甚至造成系統瓦解崩潰等。

2電能質量在線分析與檢監測系統的重要性

電能質量涉及國民經濟各行各業和人民生活用電，優質電力可以提高用電設備效率和壽命，減少電能損耗和生產損失，電能質量關系到電力可持續發展，是實現節約型社會的必要條件之一。而傳統單一的電能質量監測儀表已不能滿足實時監測電能質量指標的需求，需要開發一種更科學地監測分析方法。電能質量監測裝置長時間不間斷對監測點進行收集、記錄和存儲電力系統各種穩、暫態信息，能實時精確地測量電能質量，可為分析電能質量提供數據。

3 電能質量在線分析與檢監測系統的有效建構

3.1 系統的總體構成分析

本系統以工業控制計算機為核心，利用通訊總線和分布式監測采集單元。配有高性能數據采集卡，實現快速、在線、準確測量各項電力參數；利用LabVIEW軟件強大的虛擬儀器設計能力，結合合理的數字信號處理算法，實時分析供電系統電壓偏差、頻率偏差、諧波、負序、電壓波動和閃變等重要指標，并對其供電質量和運行性能予以綜合評價和處理意見，同時具有顯示、打印、保存等各種功能，整個系統的主要構成如下圖1-1所示。

圖1-1電能質量監測系統構成圖

3.2 系統的工作原理及實現路徑

3.2.1 系統標準信號的選取及電路的調理

為了配合現場應用的需要，標準信號為取自電流互感器的5A左右交流電流和取自電壓互感器的100V左右交流電壓，經接口轉換電路模塊統一變換成±10V間的電壓信號，同時將多路變換完成的信號集中通過接口接入數據采集卡。

為了達到準確的測量，電壓互感器和電流互感器要有較大的線性工作區和良好的動態響應，在電壓、電流出現較大波動和閃變時能夠保持足夠的精確度。從電壓互感器和電流互感器得到的電壓信號和電流信號首先經過隔離保護電路。

3.2.2 PCI2008高速多路同步采集卡

數據采集卡是實現測量的關鍵設備，能夠按照預先設定的采樣率將模擬信號轉變為數字信號，隨后通過數據總線送至計算機。考慮到電能質量測量對于電壓、電流信號的同時性要求比較高，因為若同一位置的電壓、電流不同步，那么所進行的功率、相位差等測量就沒有了物理意義。

PCI2008高速多路同步采集卡是12位16路同步采樣的AD卡，采用PCI2.2總線標準，通過率為25K/通道，單卡總通過率可達400K，為了確保采樣精度，每通道均通過PGA103儀表放大器緩沖后接入4通道同步采用保持AD芯片AD7874，PGA103為程控增益放大器，這樣就可以根據每一路輸入信號電壓的大小來通過軟件編程設定每一路采樣通道的增益，使得12位AD轉換器的分辨率能夠盡可能的大，增加測量的精度。

3.2.3 高性能工業控制計算機

工業控制計算機的結構與一般PC機類似，但加強了對抗電磁輻射干擾（EMC）、抗機械振動方面的設計，能夠在比較惡劣的工作環境下連續長時間工作。相比DSP、單片機等構成的系統，工控機具有計算能力強、存儲容量大，便于實現數據管理和網絡通信等優點。考慮到數據采集設備通常運行在工業現場，常常有較強的振動、電源干擾和電磁干擾，設計中采用了高性能工業計算機作為數據采集系統軟件運行的計算機平臺。

3.2.4 裝置虛擬儀器功能設計

系統軟件利用LabVIEW虛擬儀器技術開發，其功能模塊結構如下圖1-2所示。

圖1-2裝置虛擬儀器功能模塊

數據采集與存儲模塊的主要任務是將原始電壓電流信號采集并變換成數字信號，然后顯示出波形和頻譜，存儲并輸出數據文件，在每路通道設計有校正放大環節，通過軟件調節通道線性標定值來實現，使之在輸入信號相同的情況下，各通道最終的測量數據也相同。AD轉換后的結果送往FIFO存儲器，這是一種“先進先出”式的存儲器，可以保證進行連續數據采集時不會丟失數據。

4 結語

綜上，文章基于電能質量的重要性，優化設計了電能質量在線分析與監測系統，經測試，系統運行穩定，能為電能質量的監測提供的技術支撐。

[1]陳楠.電能質量在線監測系統研究與應用[J].工業b,2015(10):00218-00219.

[2]張忠元,崔威,鄒品元.甘肅電網電能質量監測系統建設方案研究[J].甘肅電力技術,2015(1):7-9.

On line analysis and monitoring of power quality

Li Ming

School of physics and electronic information engineering, Wenzhou University, Zhejiang, China; 325000

Power quality has a direct impact on the safe and stable operation of power system. In the social and economic development under the background of the development of the industry, daily life and people of power quality have higher requirements, the power quality monitoring device is not good to play its function, therefore, we must further increase on line analysis and monitoring of power quality. The establishment of effective online power quality monitoring and analysis system, in order to promote the increase of power quality.

Power quality; problem; on line analysis and monitoring

TM711

A

1009-6434（2017）01-0026-02