总第４４尝第５０１期２１刃，年第，期电侧与仪衰 Ｄ曰ｄｄ，ＩＭｅ旧日口砚．翻１压知吐印互砚口切廿口】．Ｖｄ．翻ＮｏＪ．１．卜２以刀５ 电能质量的在线分析与监测姜志玲，王勋 （ 华东交通大学电气与电子工程学院，南昌３３０１）３摘要：文中概括了电能质量的实际意义，阐述了电能质量的三种监测方式，着重分析了在线监测方式，并用肠ｂｖｉＥｗ创建了频率、谐波和三相不平衡度的测量程序。通过测试，符合电力系统的标准，提高了系统监测的灵活性和参数的精度，对电力系统的安全可靠运行有着实用价值。关键词：电能质量；监测；ｂ山ＶＩＥＷ中图分类号：ＴＭ９３３．４文献标识码：Ｂ文章编号：１００卜１３９以２（］７１Ｘｏｅ］１０（０－以ｏｎ一ｌｉｎｅｍｏｕｌｔｏｒｉ雌ａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｓｙｓｅｔｍｏｆｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｙｔＩＪ ＡＮＧＺｈｉ－ｌｉ飞，ＷＡＮＧＸｕｎ眯ｈｏｌｏｏｆＥｌｃｔｅｉｒＩａａｃｎｄＥｌｅｃｔｏｒｉｎｃＥｎｉｇｎｅｉｎｇｒｅ，Ｈｕａｄｏｎｇｊｉｏａｏｔ飞Ｕｎｉｖ二ｔｙ，ｎａｎｃａｈｎｇ３３）１Ｘ（３，ｃ址ｎ）ａＡ加吐口ｃｔ二ｈｅｒＴｅａｌｍｅａｎｉｎｇｏｆｐｏｗｅｒｑｕ山ｔｙｉｓｉｎ切记ｕｃｅｄｉｎ而．压ｄｉｃｌｅ，朋ｄｅｘｐｌｌａｎｔｈ溉ｍｏｉｎｎｎｏｔｇｗ叮ｓｏｆＰｏｅｒ甲ａｗｌｉｙｔ，ｅｓｐｅｃｉｌａｌｙ，ｏｎ一ｌｉｎｅｍｏｉｎｔｏ石ｎｇｍｅｔｈ记１ｏａｎａｙｚｌｅｄＴｈｅｍｅｓ眠ｍａｎｔｐｍｇｅｒａｌｍｙｌｒｏｅｆ阮ｑｕｅｃｎｙ，ｈｏｎｍｒａｉｓａｃｎｄｔｈ姗一ｐｈｅ，ｓａｓ１皿山己ａｎｃｅ毗ｃｒｅｔａｅｄ场肠ＬＶＩＥＷ，ｗｈｉｃｈｉｓｓａｔｉｉｆｓｅｄ诫ｔｈｔｈｅｃｉｒｔｉｏｒｅｎｏｆｐｒ叮ｓｅｗｏｅｔｍｉｎｔｅｒｈｅｌ叩两ｃａｉｏｔａｎ・仆ｅｃａｔｅｒｄ叮ｓｅｅｍｉｔ呷ｒｏｅｖｓｔｈｅｍｏｎｉｏｔｉｒ叱ｌｌｘ山ｉｅｌｉｙａｔｎｄｐｃｉｅｒｓｉｏ残ｗ丘ｃｈｈｓｐａａｒｃｉｔｃｌｕ－ａｌｔｉｔｙｖｌｕｅｆａｒｓｏ司ｒｅｙａｔｎｄ叽ｄｉｂｄｉｙｏｔｆ即ｗｒｓｅｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｓ：ｐｄｏｗｅｒｑｕａｌｉ尔ｍｏｎｉｔｍｇａｒｏｎｄｍｅｅｍｅｒｓａｎｔ；１月１〕ＶＩＥＷ０引言从普遍意义上讲， 电能质量是指优质供电，但是人们对电能质量的技术含义却存在着不同的认识，还不压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变、电压暂降与短时间中断以及供电连续性等。能给出一个准确统一的定义，这是因为人们看问题的角度不同所致。实质上， 供电系统只能控制电压的高低，不能控制某一负载汲取电流的大小，因而我们在大多数情况下是在讨论电压的质量问题。对电能质量加以细化和分 ＥＩＥＥ标准化协调委员会已正式采用“ｐｏｗｅｒｑ耐－ｙ＂ｔｉ（电能质量）这一术语，并且给出了相应的技术定义。至今，关于电能质量的定义概括起来主要有三种：（）１合格电能质量是指提供给敏感设备的电力和为其设置的接地系统均适合于该设备正常工作；（）表现为２电压、电流或频率的偏差，造成用户设备故障或错误动作的任何电力问题都是电能质量问题；（）电能质量３就是电压质量，合格的电能质量应当是恒定频率和恒定幅值的正弦波电压与连续供电。电能质量向题终究是由电力用户的生产需求驱 类，制定出科学的、符合生产实际的、可操作的考核电能质量的技术指标和评估方法，逐步制定出一个全面的质量管理体系，是函待进一步研究探讨的课题。１电能质里的在线监测动的，所以用户的衡量标准应占优先位置。因此电能质量可定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电一１０－ 目前， 电能质量的监测方式主要有三种：设备人网前的专门检测、设备使用中的定期或不定期检测和在线监测。由于电能质量问题的特殊性，前两种监测方式的监测数据不能全面和准确地反映出电力系统电网的电能质量信息，因此电能质量监测应该采用在线监测．即连续收集、记录和存储电力系统电网的频率偏万方数据总第“卷第匆１期２侧ｙ７年鱿，期电侧与仪襄 Ｄ曰ｄ对曰ＩＭ吧．．．ｎ日”ｅ．亡＆１扭由甩．犯ｕ恤ｄ“ｎＶｄ，４Ｎ０泛刃１歇卜２００７ 差、电压偏差、电压波动与闪变、谐波、三相不平衡等等通信方式，因此在组建电能质量在线监测系统时，可以灵活选用。本系统中采用现有的局域网方式进行稳态信息，以及电压跌落、电压骤升和电压中断等暂态信息。力求实时、精确地测量电力系统电网的电能质量，分析电能质量问题产生的原因，及时采取技术措施来改善电力系统电网的电能质量。本文给出一种基于通信，通信协议为基于Ｌ山ｖＩＥＷ平台上的Ｄａｔａｏｃｓｋｅｔ（通信时不受数据类型的影响）和ＴＣ即Ｐ。通信子系统负责各个站点电能质量在线监测仪的监测数据实时、虚拟仪器技术的电能质量在线监测系统的设计和实准确地上传到数据库服务器的实时数据库中，然后再现方案，以供参考。由数据库服务器的分析处理程序进行相关的统计分Ｌｌ系统简介析，同时接受管理中心通过服务器发布的枪索信息和 本电能质量在线监测系统为分层分布式系统，以配置等命令信息，对监测系统进行设置，其结构如图３计算机技术、虚拟仪器技术和网络通信技术为依托，所示。通过将电网中的各监测站点连成整体，实现了电能质量在线监测的网络化。电能质量在线监测系统提供给电力部门大量实时、精确的电能质量数据信息，为电力部门的安全生产提供了保证。由于目前大量变电站已经接人本地局域网，而且通过局域网通信可以保证监侧数据文件敬据数据传输的实时性、可靠性，故本系统利用现有的局图３ 通信系统域网来组建电能质量在线监测系统。电能质量在线监１．４数据监侧子系统测系统由服务器系统、通信系统、数据监测系统三部数据监测子系统的核心是采用虚拟仪器技术开 分构成，系统结构如图１所示。发的电能质量在线监测仪（或数据采集器）。虚拟仪器技术是伴随着计算机技术的发展而发展起来的，是具有比普通仪器更为强大功能的计算机系统。虚拟仪器技术是将传统的硬件实现的数据分析处理、显示和存储功能，改由功能强大的计算机来完成，同时配备获取测量信号的调理电路和基于虚拟仪器技术编写的监测软件，对输人的测量信号进行分析处理和显示，在线监测仪结构如图４所示。图１ 电能质１在线监侧系统田４ 基于班拟仪器技术的电能质量在线监浏１２服务器子系统电能质量在线监测系统的服务器安装于电能质量 本文主要阐述部分电能质量指标频率、电网谐 监测管理中心，包括数据服务器和Ｗｅｂ服务器。主要波、三相不平衡度的分析算法，介绍采用虚拟仪器软提供中心数据库、监测数据的统计分析和存储检索、件开发工具ＩａｂＶＩＥＷ来监测和分析电能质量的方Ｗｅｂ数据网络页面、系统报警和通告信息的发布、远法。程系统维护管理和软件升级、数据实时访问等功能，结 （）１三相不平衡度的软件设计构如图２所示。对电力三相不平衡度的分析可以通过对称分量 法进行，在分解出正序和负序分量之后，三相不平衡通信服务器数据库服务器目ＩＷｅｂ服务器度就可以求出。计算三相不平衡度可以通过下面的简化算式求得：统计分析系统图２服务器系统 俩“２・，：％０德霉・％０１１．３通信于系统式中乒扩＋’ｚ袱ｌ（扩才耐），，凡Ｌ、Ｍ分别为三个由于基于虚拟仪器技术的在线监测仪具有强大 线电压的幅值。的通信能力，支持以太网接口、调制解调器接口和串口当在数字化检测时， 其实现的方法如下：对三相万方数据总策４４猫绍匀１期２以打年筑，期电侧与仪衰Ｄ侧比ｄｔ目Ｍｅ．．”，．．ｔ在如川”．叹．”加。．用Ｖ吐４４州她ｊ劝１决ｐ．２明片 图５浏量三相不平衡度程序电压、电流进行同步采样，滤除工频的谐波成分；测定三相电压（电流）的有效值及相位；分别计算各线电压（电流）的有效值，并根据公式求相应的不平衡度；对实测结果作统一处理并输出结果。程序如图５所示。（ ２）频率测量的软件设计由于采样信号的波形都近似于正弦波， 每隔半个周期就有一次通过零点。所以．采用监测过零点的办法来计算频率，即通过零点时刻之差以及实际采样时间间隔，计算出周期和频率的大小。在频率测试中，考虑到谐波成分会使一个电压周期中含有多于两个的开始从存储单元取出采集后的数据ＵＡ、玩、ｃＵ调截止频率为１２５比２阶巴特沃兹低通滤波器从Ｕ＾．玩，氏中确认过零点前后的采样值时刻和采样值调曲线拟合法计算过零点子程序计算过零点调计算频率子程序，确定频率过零点。所以，在频率计算前加人了一个巴特沃兹低通滤波器。由于３次及以上的高次谐波易引起多于２结束个的过零点，因此将滤波器的截止频率定为１５Ｈ：，２以滤除可能产生多余零点的谐波、扰动、噪音等高频圈６计算频率子程序表１频率浏黄结果 信号蕊颐率川吕９一４（目刀父．Ｊ刃８．４５０１４民《洲１１分量。考虑到实际信号采集时， 几乎无法准确采集到零点时刻。在程序的算法实现中，我们是通过信号前一时刻和后一时刻采样值的变化来判断过零点的，通常依据两值乘积为小于等于零来判断。找出信号过零的时刻，然后再根据数据拟合的最小二乘法较为准确地翻ｔ孩率几七９．４０！即．叨２８）心７４５．４０１计算出过零点的时刻凡（二）叽妈ｘ，其中‘为斜率；频周期内，若以犬采样，则所获得的采样点数柑拭杭二叭为截距。令Ｐ－（ｘ）０，＝求出ｘ，从而可以方便地确定２ｘ５０，从减少计算工作量考虑，Ｎ应取得小些。在满足出过零点，大大提高了计算精度。计算频率子程序框图如图６所示。利用高精度的标准信号发生器作为信号源来测量频率，测得的结果见表１。３（ ）谐波分析的软件设计上述两个条件下，选取爪１８，２即一个工频周期内均匀采样１８点，２相应的采样频率为厂＝１２鱿。根据上述信号采样频率的选择，在一个工频周期内应采样１８２对于谐波， 常采用谐波失真度〔用刀）来表示，它定义为全部谐波的均方根值与基波分量有效值之比，当对稳态电力信号进行频谱分析时，常采用快速傅里叶变换伊Ｆ劝。设Ｎ为一个工频整周期采样点数，则爪ｎ，Ｚｎ为正整数。为了分析到５０次谐波，单通道数据采点，即采样频率大二１２鱿。为保证５叭频率以内的信号不受干扰，采用的抗混叠的五阶巴特沃斯低通滤波器，程序如图７所示。 为检查谐波分析的性能，用方波作为测试信号，测试结果如表２。本谐波分析结果未超出国家级谐波测量仪的允许误差范围。样最小频率应为丈二２５ｘ鱿。人为信号频率。在一个工一Ｕ－ 万方数据总第４４．绍５０１期电翻与仪袅 Ｖ比翻Ｎｏ』．１公比，年挤，鹅甲】．“ｄｏＩＭ，加甲Ｉｔ．１”．叫压】ｎ川，１．”日．‘，仙。，反ｐ．２州户 图７五阶巴特沃斯滤波器程序表２谙波分析结果参 考文献［］１肖湘宁．电能质ｔ分析与控制圆．北京：中国电力出版社，２以”．次数 谙波侧试值戏％）谙波理论曲（％）冈艾茂民．变电站电能质ｔ的监洲与分析毋农村电气化，２以乃，仍：２ ３０２１一２３．３ ３３３３３３］３１张姐俊，等．电能质ｔ分析的新概念及其讨ｔ仪器切，电侧与仪表，４ １０２以乃脚：】－东５ ２的２加［ｌ４肖湘宁，徐永海．电能质ｔ问颐剖析叽电网技术，２００１户）：６７刊拍．‘ ２０阎高云肠，膝召胜．电能质盆监侧技术砚状与发展方向田．仪器仪表用７ １４３１３４户，２１】抖，）２（：１一８ １０问何金定，肖先勇．电能质ｔ监侧系统中的数据处理技术田．四川大学９ １１１１１１学报，２以润，）３（：如￣１０Ｌ１０ ２０叨孙毅，等．电能质ｔ在线监侧系统的设计和实现切，健电器，２以月，１１ ９１，１）９（：日下石２．１２ １０１］８李且梅，等．墓于虚拟仪器的电能质ｔ监侧和分析的软件设什切，山１３ ７刀东理工大学学报．２以洲烟：－８ＩＬ］９１孙晓明，等．荃于盛拟仪器的电能质ｔ综合监侧系统的开发与研究２结论毋电侧与仪表口以拓，伪：７，，．通过上述Ｌ山ＶＩ ＥＷ创建的频率、谐波和不平衡ｌＤ］陈庆棋，等．羞于班拟仪器技术的分布式电能质ｔ在线监侧系统度的程序的实际应用，可见虚拟仪器技术用于电能质切．供用电，２以润邓）：２－０２．量在线分析是可行的。不仅提高了测试的灵活性和精作者简介：度，而且对电力系统的安全稳定运行提供了更有力的姜志玲（１９７４一），女．山东烟台人，研究方向为网络化盛拟洲控技术．保障。因而虚拟仪器技术在电力系统中的应用有着良Ｅ口‘】二纯油ｊ加ＪＩ夕１３６．￣王助（１）日卜）．男．艘授，研究方向为电力系统自动化。好的发展前景。收稿日期： ２的７勺以卜１２（王 龙编发）《上接第４１页》甲．侧，过ａ‘即目一脚吹乞扒叨以．．。切如毋竹砚曰场娜‘１七．住沉玖１］８王相，律方成，梁英。等．羞于高栩度ＤＦＴ的介损数字侧ｔ算法１９９之州月卜５托卜，沼，团高电压技术，２００３，２９（）４：冬毛１［］３胡广书．数字信号处理「姆北京：清华大学出版社刀以址ｌ９［肠放奇．变压器局部放电在线检侧中的抗干扰技术田．高电压技术，作考简介：２以巧，３１（）３：幻巧去翻．李松岩（１７９，一〕，男：权族，山东济南人助理工程师，主要从事高压电气ｌ［田Ｒ．知ｄ力助面．艺山西。山比１，助ａｃｌａ朋叮手生ｍ山喇恤肠仙ｄ丛设备监侧等工作。Ｅ四臼ＪＩ护咬卜的但１３６．州脚叫刀．压ＥＥＴ￣ｔｉ她阅Ａ伙仙‘味孙翔权助ｄｓ咖目护一访‘贾光辉（１仍冬），女确教授，主要从粤电力电子、信号处理、自动控制等１９８５．３３（）４：１１月石，１１５氏方面的授课研究。ｌ１ｌｌＢ．Ｊａ】．Ｂ姆曲四么儿匕．石路．．】血．甲‘邢此油妞．吻￣五．．陈平（９１吕卜），女，硕士，主要从事电气设备在线监侧、值号处理方面恻．句过二匆词，，川ＬＦＩ叨ｄａｒ吐口．如毋Ｒ伙”目公卿过血正Ｅ凡的科研工作。１卯２，成叼）二５２０－５３８．收稿日期： 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