电能质量的在线分析与监测研究

李 明



电能质量的在线分析与监测研究

李 明

温州大学物理与电子信息工程学院，浙江 温州 325000

电能质量对于电力系统的安全稳定运行有着直接性的影响。在社会经济不断发展的背景下，行业的发展以及人们的日常生产生活都对电能质量有了更高的要求，以往的电能质量监测装置已不能很好的发挥其功用，据此，我们要进一步加大对电能质量的在线分析与监测力度，建立有效的电能质量在线分析与监测系统，以期促进电能质量的显著提高。

电能质量；问题；在线分析与监测；系统研究

1电能质量问题的成因及其危害

1.1电能质量问题的成因分析

电力系统元件存在的非线性问题包括同步发电机运行中感应电动势不理想；变压器励磁回路非线性特性；直流输电等。还有变电站并联电容器补偿装置等因素对谐波的影响。在工业和生活用电负载中，非线性负载是电力系统谐波问题的主要来源。各种自然灾害、误操作、电网故障时、发电机及励磁系统的工作状态的改变、故障保护装置中的电力电子设备的启动等都将造成各种电能质量问题。

1.2电能质量问题的危害初探

电能质量问题的危害主要表现在用电设备的损耗增加、寿命缩短、工作不正常，破坏电力系统的稳定性、影响电网经济运行，损坏系统设备，增加系统损耗，增大测量仪表误差，干扰通信，造成继电保护及自动装置误动，危及设备的安全，甚至造成系统瓦解崩溃等。

2电能质量在线分析与检监测系统的重要性

电能质量涉及国民经济各行各业和人民生活用电，优质电力可以提高用电设备效率和寿命，减少电能损耗和生产损失，电能质量关系到电力可持续发展，是实现节约型社会的必要条件之一。而传统单一的电能质量监测仪表已不能满足实时监测电能质量指标的需求，需要开发一种更科学地监测分析方法。电能质量监测装置长时间不间断对监测点进行收集、记录和存储电力系统各种稳、暂态信息，能实时精确地测量电能质量，可为分析电能质量提供数据。

3 电能质量在线分析与检监测系统的有效建构

3.1 系统的总体构成分析

本系统以工业控制计算机为核心，利用通讯总线和分布式监测采集单元。配有高性能数据采集卡，实现快速、在线、准确测量各项电力参数；利用LabVIEW软件强大的虚拟仪器设计能力，结合合理的数字信号处理算法，实时分析供电系统电压偏差、频率偏差、谐波、负序、电压波动和闪变等重要指标，并对其供电质量和运行性能予以综合评价和处理意见，同时具有显示、打印、保存等各种功能，整个系统的主要构成如下图1-1所示。

图1-1电能质量监测系统构成图

3.2 系统的工作原理及实现路径

3.2.1 系统标准信号的选取及电路的调理

为了配合现场应用的需要，标准信号为取自电流互感器的5A左右交流电流和取自电压互感器的100V左右交流电压，经接口转换电路模块统一变换成±10V间的电压信号，同时将多路变换完成的信号集中通过接口接入数据采集卡。

为了达到准确的测量，电压互感器和电流互感器要有较大的线性工作区和良好的动态响应，在电压、电流出现较大波动和闪变时能够保持足够的精确度。从电压互感器和电流互感器得到的电压信号和电流信号首先经过隔离保护电路。

3.2.2 PCI2008高速多路同步采集卡

数据采集卡是实现测量的关键设备，能够按照预先设定的采样率将模拟信号转变为数字信号，随后通过数据总线送至计算机。考虑到电能质量测量对于电压、电流信号的同时性要求比较高，因为若同一位置的电压、电流不同步，那么所进行的功率、相位差等测量就没有了物理意义。

PCI2008高速多路同步采集卡是12位16路同步采样的AD卡，采用PCI2.2总线标准，通过率为25K/通道，单卡总通过率可达400K，为了确保采样精度，每通道均通过PGA103仪表放大器缓冲后接入4通道同步采用保持AD芯片AD7874，PGA103为程控增益放大器，这样就可以根据每一路输入信号电压的大小来通过软件编程设定每一路采样通道的增益，使得12位AD转换器的分辨率能够尽可能的大，增加测量的精度。

3.2.3 高性能工业控制计算机

工业控制计算机的结构与一般PC机类似，但加强了对抗电磁辐射干扰（EMC）、抗机械振动方面的设计，能够在比较恶劣的工作环境下连续长时间工作。相比DSP、单片机等构成的系统，工控机具有计算能力强、存储容量大，便于实现数据管理和网络通信等优点。考虑到数据采集设备通常运行在工业现场，常常有较强的振动、电源干扰和电磁干扰，设计中采用了高性能工业计算机作为数据采集系统软件运行的计算机平台。

3.2.4 装置虚拟仪器功能设计

系统软件利用LabVIEW虚拟仪器技术开发，其功能模块结构如下图1-2所示。

图1-2装置虚拟仪器功能模块

数据采集与存储模块的主要任务是将原始电压电流信号采集并变换成数字信号，然后显示出波形和频谱，存储并输出数据文件，在每路通道设计有校正放大环节，通过软件调节通道线性标定值来实现，使之在输入信号相同的情况下，各通道最终的测量数据也相同。AD转换后的结果送往FIFO存储器，这是一种“先进先出”式的存储器，可以保证进行连续数据采集时不会丢失数据。

4 结语

综上，文章基于电能质量的重要性，优化设计了电能质量在线分析与监测系统，经测试，系统运行稳定，能为电能质量的监测提供的技术支撑。

[1]陈楠.电能质量在线监测系统研究与应用[J].工业b,2015(10):00218-00219.

[2]张忠元,崔威,邹品元.甘肃电网电能质量监测系统建设方案研究[J].甘肃电力技术,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