基于ASP.NET电能质量监测系统的研究与实现

刘建军， 刘润梅， 朱颖杰

（1.河北北方学院信息科学与工程学院，河北 张家口 075000；2.河北建筑工程学院，河北 张家口 075024）

“十一五”是国家电网公司建设“一强三优”现代公司的关键时期，电网发展比以往任何时期都更加需要科学技术强有力的支撑。近年来，随着电力电子技术的飞速发展，大功率电力电子开关设备开始普及应用，造成了现代电网中出现了大量的非线性、功率冲击性和整流性负荷，这些负荷对电力系统产生了大量的谐波污染和供电干扰，导致电能质量的急剧下滑，因此，如何有效地提高电能质量成为了近年来电力系统中新热点[1]。

现代化工业、军事部门、通信、计算中心、金融、商业以及其它各行各业对供电可靠性和电能质量的要求越来越高，因此全面保证电能质量，已成为电力系统迫切需要解决的课题之一。

电能质量监测是评估电能质量水平，发现电能质量问题的主要手段，通过对电能质量进行实时监测、记录和分析，可以为改善电能质量、制定有关电能质量的治理措施提供必要的依据，这就使得研究电能质理监测技术具有十分重要的现实意义[2-3]。

1 系统结构简介

1.1 系统功能

电能质量问题主要有四大类：（1）电压与频率偏差；（2）与谐波相关的电压、电流、功率畸变；（3）三相电压、电流不平衡；（4）短时、长时闪变及电压波动[2]。为了对以上问题进行有效的监控，就应当对电力系统的各个环节的电流、电压、频率、功率、相位、跌落、上升、中断、闪变、谐波等参数进行及时的采集和分析，同时还要实现远程的监测和控制。

由以上分析可知，一个完整的电能质量在线监测系统由数据监测子系统、通信子系统、数据库子系统三部分构成。系统结构如图1所示。

数据采集处理系统的主要功能是实现电网信号的转换和数字化，把电网上的高电压、大电流信号转换成0～5 V的低压信号；同时把模拟信号转换为数字信号，传输给微处理器及相关的数据处理环节。它一般包括信号调理模块（负责信号电平的转换、滤波和隔离）、A/D转换模块（负责对信号进行无相差、不间断采样，进而进行模数转换）、频率测量模块（负责工频信号频率的测量）；数据采集处理系统是电能质量实时监测系统的第一个环节，它的准确性直接决定着整个监测系统的实现与否。

图1 系统结构图

通信子系统是数据传输及实现远程控制的主要方式。本系统中通信子系统的设计包含了两大部分：（1）基于B/S结构的远程控制部分，主要的功能是利用INTERNET网络来实现各远端操作点对数据库服务器的数据进行信息的检索和命令的配置；（2） 基于LabVIEW平台上的DataSocket和TCP/IP协议的局域网通信方式，主要是负责各个站点电能质量在线监测数据实时、准确地上传到数据库服务器的实时数据库中。

数据库子系统是整个电能质量监测系统的核心，主要的功能是接收数据采集处理系统的各种数据，并对数据进行统计分析，根据分析结果对电气运行状态进行控制。一个完善的数据库子系统应能够实现事件预测、故障辨识、干扰源识别和实时控制的功能，同时还应当可以有效地提供各种分析报表和相关历史数据。

1.2 系统的硬件组成

本系统的硬件设计采用模块化思想，整个系统由信号采集调理模块、A/D转换模块、数据处理（DSP）模块、各种接口模块及锁相环电路组成。其中DSP芯片采用TI公司推出的16位高性能数字信号处理器TMS320VC5502，其总线采用哈佛结构；A/D转换器使用一片TI公司的ADS1178分别对三相电压、三相电流、零线电压和零线电流等信号同时采样，提高了测量精度和一致性，减少了A/D转换芯片硬件设置和软件设计的复杂度。锁相环电路的引入，可以消除频率波动带来的误差，保证电信号相位的同步。图2为系统硬件整体框图。

图2 系统硬件整体框图

2 系统软件的设计与实现

2.1 基于WEB的数据库访问技术的介绍

随着Internet技术的兴起，B/S结构的数据库成为数据库应用系统的主要构建方式。B/S结构的数据库具有三层结构，分别为表示层、功能层、数据层。表示层位于客户端，主要的作用是将来自各WEB浏览器的服务请求传送至WEB服务器，然后WEB服务器再把结果返回相应客户端；功能层位于WEB服务器，是应用程序和数据库进行连接运算的事务处理中心；数据层位于内层数据库服务器，主要功能是接受WEB服务器对数据库操纵的请求，实现对数据库查询、修改、更新等功能，把运行结果提交给WEB服务器。图3为B/S三层结构逻辑图。

由以上分析可知，基于WEB的网络结构如图4所示。

图3 B/S三层结构逻辑图

图4 基于WEB的网络结构图

2.2 服务器软件功能设计

软件设计了八个子功能，具体流程如图5所示。

图5 WEB服务器功能流程图

2.3 数据库功能设计

数据库处于三层体系结构的数据层，主要用来存储和管理通信单元上传的各个站点监测仪上传的监测数据和各监测点的配置信息，并对这些海量数据进行分类和统计分析，从而为系统中的WEB服务器、本地显示控制等模块提供数据检索等数据支持，故数据库的设计是整个系统的基础。

本系统设计了四个基本数据表，分别为实时数据表、历史数据表、辅助数据表和临时数据表。实时数据表主要用来存放每个监测时刻各电气设备的电压、电流、功率、实时谐波电压及电流值、实时电量值等参数值；历史数据库用来存放从实时数据表中产生的各年、季、月、日的各参数的最大状态值、最小状态值、平均值等数据；辅助数据表用来存放与电力资产相关的数据，如监测仪信息表、各告警值信息设置表、配电信息表等；临时表用来存储和处理告警发生后的各种处理信息和数据。

本系统采用ORACLE作为数据库管理系统，开发语言采用ASP.NET来实现。ORACLE作为一个最早商品化的关系型数据库管理系统，具有完善的数据库管理功能，支持各种分布式功能，特别是支持INTERNETt应用。而开发语言ASP.NET具有强大的数据库操纵能力，被广泛应用于基于WEB的数据库软件开发，是一种流行的数据库开发技术。

本系统的ASP.NET程序通过ADO.NET数据库访问技术来实现。ADO.NET提供了两个核心组件：DataSet和.NET，DataSet是数据的存放地，它是各种数据源中的数据在计算机内存中映射成的缓存，因此DataSet可以看成是一个数据容器。同时它在客户端实现读取、更新数据库等过程中起到了中间部件的作用。而.NET是一组包括Connection，Command，DataAdapter，DataReader对象在内的组件，提供了对数据操作和对数据快速、只进、只读访问的方法。

ASP.NET程序与ORACLE的连接代码为：

3 结束语

本文建立了基于WEB模式的电能质量在线监测与分析系统的基本模型，该系统以ASP.NET为平台，结合数据库技术、微计算机技术和网络通信技术，将电网中的各监测点连成整体，实现了电能质量监测的网络化。该系统能够实现区域电网电能质量指标的统计、分析和评估，并能够为电网电能质量问题的治理和改善提供数据支持。电力部门通过此系统能够及时、详细、精确地掌握电力系统电网的电能质量状况，正确、合理地评估电网的电能质量水平。

[1]刘连光，于晗，肖湘宁.分布式电能质量在线监测系统设计与实现[J].电力自动化设备，2002，22（1）：46-48.

[2]王宾，潘贞存.基于网络的用户测电能质量监测仪设计[J].继电器，2004，32（1）：49-53.

[3]段成刚，欧阳林，宋政湘.新型在线实时电能质量监测设备的设计[J].电网技术，2004，28（2）：60-63.