基于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)的高級(jí)數(shù)據(jù)分析功能開發(fā)及應(yīng)用分析

陳英杰 劉磊 馬躍

[摘? ? 要]為進(jìn)一步提升電能質(zhì)量管理問題，通過具體工作的實(shí)際需求，對(duì)運(yùn)用龐大電能質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行高級(jí)分析運(yùn)用的難點(diǎn)，文章以某電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為例，提出運(yùn)用模糊綜合評(píng)估法對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域整體電能質(zhì)量展開量化評(píng)估，通過諧波源識(shí)別法，基于貢獻(xiàn)率指標(biāo)展開諧波源的判斷，經(jīng)過計(jì)算電壓跌落時(shí)電壓、電流與二者夾角展開跌落源判斷。通過結(jié)果顯示，其分析方式更加適用在當(dāng)前電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中，能夠有效提高系統(tǒng)運(yùn)用效率。

[關(guān)鍵詞]電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái);高級(jí)數(shù)據(jù)分析;功能開發(fā);應(yīng)用分析

[中圖分類號(hào)]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）10–0–02

Development and Application Analysis of Advanced Data Analysis

Functions Based on Power Quality Monitoring Platform

Chen Ying-jie，Liu Lei，Ma Yue

[Abstract]In order to further improve the problem of power quality management， through the actual needs of specific tasks， the difficulty of using large power quality data for advanced analysis and application The overall power quality is evaluated quantitatively. Through the harmonic source identification method， the judgment of the harmonic source is carried out based on the contribution rate index， and the drop source judgment is carried out after calculating the voltage， current and the angle between the two when the voltage drops. The results show that its analysis method is more suitable for the current power quality monitoring system， which can effectively improve the efficiency of the system.

[Keywords]power quality monitoring platform; advanced data analysis; function development; application analysis

伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電網(wǎng)荷載隨之劇增，各種非線性、沖擊性符合導(dǎo)致電能質(zhì)量不斷出現(xiàn)問題，為確保電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，建設(shè)性能更加優(yōu)化的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已是目前主要課題。在該領(lǐng)域中，我國(guó)很多科研院所已有顯著的研究，一些省電力企業(yè)也有成功的運(yùn)用實(shí)力。基于當(dāng)前運(yùn)用狀況而言，各種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)往往都可以有效做到基礎(chǔ)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、體現(xiàn)以及分析等性能，可是對(duì)于海量暫穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)高級(jí)分析運(yùn)用中仍有不足之處，對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)行研究的指導(dǎo)有所限制，很難對(duì)故障分析、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估等方面施展重要作用。基于當(dāng)前研究狀況而言，即便在諧波源定位、電能質(zhì)量評(píng)估等電能質(zhì)量高級(jí)數(shù)據(jù)分析運(yùn)用計(jì)算方法上具有明顯進(jìn)步，可依舊停止在仿真層面，考量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)各項(xiàng)需求，更多算法在具體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用成效很難分析。對(duì)于此問題，文章綜合某電網(wǎng)電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)的構(gòu)建，對(duì)其數(shù)據(jù)高級(jí)分析性能的相關(guān)需求、開發(fā)與應(yīng)用展開分析，以期為相關(guān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建與優(yōu)化提供一定的參考。

1 電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)與運(yùn)用需求

為合理解決大規(guī)模接入電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量造成的影響，某電力企業(yè)建立以主站、分站與子站的三成結(jié)構(gòu)開放式電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，做到對(duì)沿線供電變電站的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)。按照國(guó)家電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，為實(shí)現(xiàn)基本功能，該系統(tǒng)要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)各主要負(fù)荷區(qū)域的電能質(zhì)量參數(shù)，同時(shí)進(jìn)行記錄。某電網(wǎng)電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過IEC61850標(biāo)準(zhǔn)展開建模，拓展具體運(yùn)用，有利于在多個(gè)規(guī)格、多項(xiàng)設(shè)備上得到監(jiān)測(cè)信息，有著一定的兼容性。在性能方面，系統(tǒng)可通過表格、曲線等形式或是組合的形式顯示基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，如有效值以及序分量曲線。并且可以根據(jù)用戶設(shè)置格式形成包含月度報(bào)表、季度報(bào)表、年度報(bào)表等統(tǒng)計(jì)表。

另外，在具體工作當(dāng)中出現(xiàn)問題，該系統(tǒng)還包含幾個(gè)方面的高級(jí)運(yùn)用需求。①由于其監(jiān)測(cè)點(diǎn)較多，為降低工作負(fù)荷，便于管理工作人員能夠直接掌握各個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域的相關(guān)情況，必須采用合理的分析方法對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的電能質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)估，并且在地圖中清晰體現(xiàn)。②考量到其電網(wǎng)屬于非線性負(fù)荷，并且有著一定的波動(dòng)性，必須有一種方式可以分時(shí)間段對(duì)諧波來源進(jìn)行評(píng)估。③考量到電力負(fù)荷有著相應(yīng)的沖擊性，在短路容量低的條件下極易發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)電壓暫時(shí)下降等現(xiàn)象，并且系統(tǒng)本身電壓也會(huì)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生影響，所以此種狀況出現(xiàn)時(shí)必須要有一種方式明確故障與干擾來源，進(jìn)行有效分析。

因?yàn)殡娔苜|(zhì)量監(jiān)測(cè)終端有著較高的采樣率，能夠通過其生成SOE數(shù)據(jù)展開電能質(zhì)量事件的有效分析，或監(jiān)控電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)終端運(yùn)行狀況。此種數(shù)據(jù)能夠通過較小的儲(chǔ)存空間涵蓋更多高時(shí)間分辨率數(shù)據(jù)，是記錄定時(shí)信息以及波形數(shù)據(jù)的有效補(bǔ)充。相關(guān)技術(shù)人員通過此項(xiàng)數(shù)據(jù)在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中的合理運(yùn)用，同時(shí)提出運(yùn)用此項(xiàng)數(shù)據(jù)展開電能質(zhì)量故障問題分析的相關(guān)實(shí)例。在以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)終端上，此種數(shù)據(jù)的每條軍事涵蓋多項(xiàng)數(shù)據(jù)的集合。此項(xiàng)數(shù)據(jù)能夠通過以下幾個(gè)部分的內(nèi)容進(jìn)行記錄：①監(jiān)測(cè)終端上電和掉電事件;②監(jiān)測(cè)自身的異常和故障問題;③監(jiān)測(cè)通訊失敗或恢復(fù)正常記錄;④電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)指標(biāo)越限的有關(guān)內(nèi)容。針對(duì)暫態(tài)事件信息與此項(xiàng)數(shù)據(jù)來講，其和定時(shí)記錄數(shù)據(jù)處理一樣，需要在監(jiān)測(cè)終端上儲(chǔ)存相應(yīng)的時(shí)間。

2 監(jiān)測(cè)區(qū)域電能質(zhì)量整體評(píng)估方法與應(yīng)用

電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于電壓與頻率偏差、諧波、三相電壓、電壓波動(dòng)和閃變、暫時(shí)過電壓與瞬間過電壓等有明確限定，此種標(biāo)準(zhǔn)僅僅明確單個(gè)電能質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，無法全方位、系統(tǒng)化的體現(xiàn)電能質(zhì)量，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中必須要有一項(xiàng)質(zhì)變對(duì)于不同監(jiān)測(cè)區(qū)域電能質(zhì)量展開評(píng)估。可通過模糊綜合評(píng)估法評(píng)估監(jiān)測(cè)區(qū)域電能質(zhì)量。

2.1 構(gòu)建電能質(zhì)量參數(shù)模糊值模型

針對(duì)頻率與電壓偏差標(biāo)準(zhǔn)，建立相應(yīng)的隸屬度指標(biāo)。

2.2 生成模糊隸檢測(cè)集合

測(cè)量隸屬度集合（Q）={頻率偏差統(tǒng)計(jì)隸屬度（），電壓偏差統(tǒng)計(jì)（），三相不平衡統(tǒng)計(jì)隸屬度（），電壓波動(dòng)與閃變統(tǒng)計(jì)隸屬度（），波形畸變統(tǒng)計(jì)隸屬度（）}。

2.3 運(yùn)用加權(quán)最小間距展開評(píng)估

指定五個(gè)級(jí)別評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分別是Q優(yōu)質(zhì)、Q良好、Q中等、Q達(dá)標(biāo)以及Q不到標(biāo)，測(cè)量隸屬度集合和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)加權(quán)-范數(shù)距離，最小距離幾何就是所屬集合，由此得出評(píng)估結(jié)果。設(shè)優(yōu)質(zhì)值在0.9以上，0.8～0.9屬于良好，0.7～0.8屬于中等，0.6～0.7屬于達(dá)標(biāo)，0.6以下屬于不達(dá)標(biāo)，并且把電力企業(yè)關(guān)注的頻率和電壓偏差系數(shù)設(shè)為1.5，其他系數(shù)設(shè)為1，那么按照最小加權(quán)平均間距能夠算出，D（Q，Q優(yōu)質(zhì)）=1.825、D（Q，Q良好）=1.725、D（Q，Q中等）=1.625、D（Q，Q達(dá)標(biāo)）=1.825、D（Q，Q不達(dá)標(biāo)）=2.025。明顯Q中等間距最小，因此此時(shí)段電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為中等。在實(shí)際軟件頁(yè)面上運(yùn)用不同色彩在地理圖當(dāng)中直接體現(xiàn)各個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域某個(gè)階段的綜合電能質(zhì)量情況，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行管理具有極大的便利性。

3 諧波源判斷方法與應(yīng)用

電力系統(tǒng)的諧波源具有一定的復(fù)雜性，不但可能源自系統(tǒng)傳輸，還可能由于負(fù)荷造成，特別是針對(duì)波動(dòng)較強(qiáng)的負(fù)荷，所以運(yùn)用數(shù)據(jù)計(jì)算單一識(shí)別諧波源并不具備有效性，通過貢獻(xiàn)率展開評(píng)估更加合理。通過二元線性回歸諧波源判斷識(shí)別諧波源。

4 電壓跌落源識(shí)別方法與應(yīng)用

考量當(dāng)前電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有著暫態(tài)錄波特性，可以對(duì)事件展開記錄，所以系統(tǒng)日常僅僅要掌握信息并不需上傳全波的錄波數(shù)據(jù)，能夠有效減少系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)的壓力，并且主站軟件經(jīng)過查閱記錄展對(duì)電壓跌落源展開識(shí)別，分析事件或是SVC補(bǔ)償設(shè)備開發(fā)和應(yīng)用有著關(guān)鍵的參考價(jià)值，進(jìn)而切實(shí)實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的目標(biāo)。此次運(yùn)用電壓跌落測(cè)量電壓、電流以及二者夾角判斷跌落源，相較而言測(cè)量需求不高，只要對(duì)局部進(jìn)行測(cè)量即可，操作便利，更適用在大規(guī)模的檢測(cè)系統(tǒng)中。

設(shè)雙電源供電系統(tǒng)等效模型電源是E1、E2，監(jiān)測(cè)區(qū)域電流與電壓是I、U，等效電阻是Z1Z2。如果因?yàn)檫^負(fù)荷或是短路在檢測(cè)區(qū)域發(fā)生電壓跌落，按照等效模型電阻R能夠得出U=E1-IZ，在公式兩側(cè)都與I相乘，同時(shí)得出公式實(shí)部VIcosθ2=E1Icosθ1-I2R公式當(dāng)中，θ2是監(jiān)測(cè)點(diǎn)I和U的相角差，θ1是I和E1相角差，R是Z實(shí)部。通過此公式能夠得出Vcosθ2=-IR+E1COSθ1能夠看出，如果cosθ2>0，那么其跌落元在潮流正方向，這是|Vcosθ2|=Vcosθ2，通過上述公式能夠得出|Vcosθ2|和I成反比關(guān)系，伴隨I上升而降低。如果Vcosθ2<0，那么跌落源則相反，那么|Vcosθ2|=-Vcosθ2，然后代入公式|Vcosθ2|=RI-E1cosθ1，那么|Vcosθ2|和I成正比例關(guān)系，伴隨I上升而上升。通過上述分析是基于假設(shè)在cosθ1不變的條件下進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算得出，在具體狀況下，cosθ1不可能為定值，可是因?yàn)樵陔妷旱鋯栴}中，正向電壓跌落過程中，|cosθ1|和I呈反比關(guān)系，可是反向跌落過程中，恰恰相反，因此跌落源處在潮流正方向，|Vcosθ2|和I呈反比例關(guān)系，伴隨I的上升而降低，跌落源處于反方向，|Vcosθ2|和I呈正比例關(guān)系，伴隨I上升而上升的結(jié)果分析仍然成立。與此同時(shí)，針對(duì)單一電源供電和放射型電網(wǎng)，此種結(jié)果也是成立的。通過上述分析能夠得出詳細(xì)全面的判斷，如果Vcosθ降低，I上升，那么電壓跌落源方向就處于潮流的正方向位置;如果Vcosθ降低，I降低，那么電壓跌落源方向就處于潮流反方向位置，當(dāng)中V和I分別是指電壓與電流數(shù)值。如果電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)區(qū)域兩端公共節(jié)點(diǎn)分別為A與B，功率朝向正方向?yàn)锳至B，t1時(shí)刻搜集的電壓參數(shù)就在220 V，電流參數(shù)則為10 A，電壓和電流二者間的夾角是30°，通過干擾因素的影響之后，t2時(shí)刻搜集的電壓參數(shù)值是100 V，電流參數(shù)則是20 A。通過相應(yīng)的計(jì)算，干擾之前Vcosθ=220×cos30°=190，在干擾因素影響后Vcosθ=50，明顯Vcosθ降低，I降低，所以電壓跌落源處在潮流反向位置，也就是在A區(qū)域中。

5 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，為適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展需求，智能電網(wǎng)不斷的發(fā)展進(jìn)步，強(qiáng)化電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建已是必然的發(fā)展，與此同時(shí)，必須要經(jīng)過開發(fā)數(shù)據(jù)高級(jí)分析功能，進(jìn)一步提升電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用成效。通過某電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，文章應(yīng)用模糊綜合評(píng)估方法對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域整體電能質(zhì)量展開量化評(píng)估，通過二元線性回歸諧波源判斷法展開諧波源的辨識(shí)，經(jīng)過計(jì)算電壓跌落時(shí)刻電流、電壓與二者間夾角對(duì)跌落源展開有效地識(shí)別，運(yùn)用結(jié)果能夠看出，此種方式可以運(yùn)用在目前的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，展開更加精準(zhǔn)的分析研究，能夠?yàn)殡娔苜|(zhì)量管理的深層次開展提供一定的技術(shù)參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 范瑞祥，肖紅霞.基于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)的高級(jí)數(shù)據(jù)分析功能開發(fā)及應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用，2012（20）：72-76.

[2] 余曉鵬，李瓊林，杜習(xí)周，等.基于IEC61850的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)終端數(shù)據(jù)分析及模型實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35（4）：56-60.

[3] 弭勇.電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)與智能信息系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2014.

[4] 龍秋鳳，林呈輝，徐玉韜，等.一種電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].現(xiàn)代建筑電氣，2018（8）：151-152.

[5] 黃朵，洪海濤，賀健偉.淺談微電網(wǎng)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（31）：124-125.