淺析電壓質量及諧波智能在線監測輔助決策管理系統的設計與實現

武社偉

[摘 要]電壓質量及諧波智能監測及輔助決策管理系統，為電能質量監測提供了一種全新的監測理念和手段，在提高電網安全經濟運行、降低諧波源用戶生產成本、提高電能質量技術監督管理水平方面發揮著重要的作用。本文主要分析了電壓質量及諧波智能監測及輔助決策管理系統的技術要點、系統組成、實施方案和主要功能。

[關鍵詞]電壓質量；諧波；在線監測

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.18.030

[中圖分類號]TP315；TM76 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2018）18-00-02

1 電壓質量及諧波智能監測及輔助決策管理系統的技術要點

電壓質量及諧波智能監測及輔助決策管理系統，采用數據庫技術、動態監測預警技術、數據壓縮解壓、DSP技術、無線通信和網絡通訊技術，并使之適應于供電公司的實際情況，按照國標諧波、三相電壓不平衡度、電壓偏差（電壓合格率）、電壓波動和閃變等指標的要求進行規劃、設計。

1.1 動態監測預警的設計理念及處理方式

用于異常事件預測的方法有很多種，其中應用最廣泛的是神經網絡，由于大多數的異常事件是不平穩的，所以其特征參數和數據分布會隨著時間的變化而變化。設計人員通過對某段歷史數據進行反復分析，可以利用數學統計模型估計神經網絡各層權重的參數初值，從而建立神經網絡預測模型，用于未來時間的預警和預測。

1.2 基于J2EE的設計架構

電壓質量及諧波智能監測及輔助決策管理系統，采用基于J2EE標準的Hibernate+Spring+Webwork的框架，采用MVC模式和B/S應用方式，全部采用J2EE技術，盡量解耦合系統中各個服務引擎，以考慮與其他異構系統的接口，同時實現內部模塊互不干擾，基于重用、透明、延展、簡明、高效和安全的目標進行的設計開發。

電壓質量及諧波智能監測及輔助決策管理系統分為硬件部分和軟件部分，硬件部分采用分布式集中監控設計，即每個監測通道單獨享用一塊DSP和16位AD，采集電能質量的數據，采集單元通過總線與PC104工業級控制主板進行數據通訊，實現多通道的數據集中處理工作。系統采用Microsoft公司的WINDOWS XPE嵌入操作軟件，保證系統的穩定運行，整機不采用任何旋轉風扇，功耗低。軟件采用國際流行的B/S（服務器/瀏覽器）架構實現電能質量數據的查看、分析，采用預警信息及數據壓縮技術推送電能質量超標線路的信息，使用諧波診斷（最小偏二算法）技術診斷線路的諧波類型診斷，為諧波綜合治理提供輔助方案。

2 電壓質量及諧波智能監測及輔助決策管理系統的組成及各模塊工程實現

電壓質量及諧波智能監測及輔助決策管理系統由電能質量同步監測終端（以后簡稱“監測終端”）、通信系統、電能質量信息處理與分析中心（以后簡稱“信息中心”）組成。同時，該系統采用計算機、GPRS、通信、綜合電子技術和計算機軟件等技術實現對電能質量的動態監測和事件預警，并進行必要的分析。

2.1 監測終端的設計及功能實現

電壓質量及諧波智能監測及輔助決策管理系統采用GPRS等技術，使在監測時能方便地控制安裝在電力系統中監測終端監測采樣的同步性和準確性。每臺監測終端的監測信號通道為三路電壓和三路電流，電壓額定值是100 V，電流額定值是5 A。監測終端本身具有測控功能鍵及中文顯示屏，測得的數據應能方便地通過通信系統傳送到信息中心并送入數據庫。根據電力系統監測任務的需要，監測終端可以分散裝在系統的相應節點上。

2.2 系統通信方式的選擇及實現

各監測終端與信息中心之間采用無線通信（GPRS）方式進行數據傳輸，不占用系統通信資源，使監測組網靈活方便，也可以采用以太網進行通信，數據傳輸方便快捷，有助于系統連續運行和在線監測。

2.3 信息中心的設計及功能實現

信息中心由數據庫服務器、網頁服務器和數據分析軟件組成。電壓質量及諧波智能監測及輔助決策管理系統最大程度地實現了信息整合和資源共享，能定期、定時自動采集各個監測點的電能質量實時數據和歷史數據。通過訪問網頁服務器，本系統涵蓋的各個工作站就可以查看各監測點的實時數據和歷史數據，不僅能對存入數據庫的歷史數據進行分析，而且可實時在線調控全部監測裝置的定值。區域網內各監測點的分析月報表自動匯總至公司電壓無功管理信息系統，從而達到各監測點的統一管理、統一調度、數據共享的目的。

數據庫服務器是電能質量監測系統的核心部分之一，其任務就是每天定時采集各監測點的歷史數據和實時數據，并將采集的數據存入數據庫中，以便進行集中分析。數據服務器配置雙硬盤并互為鏡像，可將采集到的數據同步存入兩個數據庫中，能有效地防止數據丟失，確保數據完整。局域網內的各用戶均可以訪問網頁服務器，隨時查看各站點數據、波形、頻譜，并且可以對數據服務器的歷史數據進行統計分析、對各站點以及網站進行管理。

3 電壓質量及諧波智能監測及輔助決策管理系統的實施方案

在非線性負荷用戶及臺區安裝電能質量監測終端，在變電站安裝集中式電能質量監測主機，通過供電公司現有的光纖實現數據與后臺連接，從而實現區域內電網全天候的電能質量實時動態監測，通過系統、真實的監測數據直觀顯示諧波的危害及電能質量惡化的后果，使供用電雙方增強電能質量意識，共同打造和諧綠色電網，改善供用電電能環境。供電公司要在變電站、用戶變電站、大客戶側設置監測終端若干套，并在運維檢修部設立監測中心，對線路和變電站的電能質量數據進行動態監測，通過提取電能質量數據的超標信息，利用以太網或無線分組業務推送預警消息，使相關管理人員掌握電網和用戶電能質量的實時狀況。

4 電壓質量及諧波智能監測及輔助決策管理系統的主要功能

電壓質量及諧波智能監測及輔助決策管理系統可以滿足監測點與主站、用戶與主站之間通過GPRS、TCP/IP等通訊網進行數據傳輸，能夠在第一時間掌握各監測點、用戶、樞紐變電站的電能質量實時數據。該系統投運后能為供電公司帶來顯著的效益，為電網安全穩定運行提供強大的、完整的數據支持，具有以下幾方面功能。

第一，電壓質量及諧波智能監測及輔助決策管理系統，能夠對電網電能質量5項指標（電壓、頻率、諧波、三相不平衡，電壓波動和閃變）進行不間斷的網絡化監控，全方位提高電力系統的自動化管理水平，加強公用電網電能質量的監督管理，保證電網安全可靠運行。第二，該系統能夠從電能質量的角度及時準確地定位系統的潛在故障源、污染源，并能準確分析出其特征、類型及分布規律，為電能綜合治理提供依據，預防發生電力事故。第三，該系統擺脫了人工記錄的落后面貌，使電能質量管理工作實現了全局一體化，提高了管理水平及工作效率。第四，該系統能夠對各級電網的電能質量指標進行長期在線動態監測，數據的長期累積和分析為下一步的諧波綜合治理工作奠定了良好的理論基礎。第五，該系統采用的是B/S架構，具有強大的數據處理和分析能力。管理人員不必在電腦中安裝客戶端或者插件，只需要通過瀏覽器打開頁面，就能方便快捷地掌握實時數據、歷史數據，并對數據進行管理分析等，提高了辦公效率。第六，該系統研發最終目的是通過實時動態監測數據有效提高電網運行的安全可靠性，及時調整或整改電網結構，為用戶提供優質綠色電能，使供用電雙方實現經濟共贏。

5 電壓質量及諧波智能在線監測輔助決策管理系統帶來的經濟效益和社會效益

電壓質量及諧波智能監測及輔助決策管理系統的應用將會取得良好的經濟和社會效益，具體表現在以下幾個方面。

5.1 提高電網安全經濟運行水平

電壓質量及諧波智能在線監測輔助決策管理系統的推廣應用，為科學、有效地治理電網諧波污染奠定了堅實的基礎，提高了電網及發、供、輸、配、用電設備的安全經濟運行水平。同時，該系統還能夠提高供電的穩定性，減少了安全事故發生的概率。

5.2 提高供電公司的運營效益

眾所周知，電網的高次諧波對電能計量的準確性有很大影響，當諧波含量滿足國標規定時，誤差影響微小，當諧波含量超過國標規定時，無論是電磁感應式電能表還是全電子式電能表，誤差影響均較大，即諧波含量越高影響越大，電能計量誤差也越大。電壓質量及諧波智能在線監測輔助決策管理系統，能夠對諧波源進行有效管理，能大大提高供電公司的運營效益。

5.3 降低諧波源用戶的生產成本

電壓質量及諧波智能在線監測輔助決策管理系統，能夠對諧波污染程度進行監測、考核和控制，對諧波源安裝濾波設備進行長期監測，對諧波源治理效果進行長期監測，從而達到控制生產成本的目的。同時，電壓質量及諧波智能在線監測輔助決策管理系統能夠降低諧波源用戶的生產成本，提高廠家產品的合格率，延長設備使用壽命，提高電能利用率，從而能夠帶來明顯的經濟效益。

5.4 提高電能質量技術監督管理水平

電壓質量及諧波智能監測及輔助決策管理系統，實現了電網電能質量指標的自動監測、統計和分析。同時，該系統還能統一管理各項統計數據、記錄、報表，并且提供查詢、打印功能，減少了管理人員的工作量，提高管理人員的工作效率。

主要參考文獻

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