电能质量在线监测及分析系统在电力系统中的应用

电能质量在线监测及分析系统在电力系统中的应用

张莎

（贵州电网有限责任公司电网规划研究中心贵州贵阳550002）

摘要：随着社会的发展，电能质量越来越受到社会的关注，电能质量的问题取决于发电、输电、供电和用电方，关系到各方的利益，电能质量在线监测及分析系统的使用是一种必然的趋势，本文介绍了一种电能质量在线监测及分析系统的组网方案，使得电力部门可以及时、详细、精确地了解电力系统电网的电能质量，正确、合理地评估电网的电能质量水平。

关键词：电能质量在线监测及分析系统；主站；子站；监测终端

随着对电能质量的日益重视，电力部门希望通过在电力系统各电压等级变电站和特殊站点安装专门的电能质量在线监测装置，并且组建电能质量在线监测及分析系统，力求实时、精确的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的电能质量【1】。为了适应电力部门的需求，本文介绍了一种电能质量在线监测及分析系统的组案方案，以供参考。

1系统组成及特点

（1）三级物理网络结构

三级电能质量在线监测与分析系统网络，由省级主站系统、地区供电局子站系统、电能质量监测终端和相关通信网络等几部分组成，整个系统是一个树型结构。

第一级省级主站系统是全省电能质量监测的管理中心，是全省数据汇总、数据指标分析和电网重点监测点的中心系统，主要由高性能数据库服务器、通信服务器、WEB服务器以及主站电能质量监测软件、主站通讯管理程序、相关应用软件、工作站、打印机和可直接登录主站的客户端等构成，对整个监测网进行实时总监控。具有数据查询、事件报警、信息发布、报表定值、数据库管理及用户二次开发功能，电能质量数据来源于第二级或第一级。

第二级地区级子站系统（地区供电局电能质量监控中心），是各地市电能质量监测的管理中心，由通信（数据采集）服务器、数据库服务器、WEB服务器、管理员工作站和可直接登录主站的客户端组成，负责对本地区电网电能质量的统计、分析、查询，电能质量数据来源于第三级。

第三级是监测终端，依靠变电站及用户端就地安装的在线式电能质量监测装置对监测点电能质量的连续不间断测量，通过数据通讯层自动完成采集数据的上传。

三层之间主要采用电力专用光纤通信网络进行通信。

（2）特点

1）优点：

a.数据传输可靠性高：在三层式结构中，每个供电局子站都是独立运行的；供电局和省级之间的网络情况，不会影响到整个系统的数据完整性。只有供电局与变电站的网络故障，才会导致整个系统的数据缺失。

b.数据存储、系统运行的可靠性高：主站和子站各自独立的数据存储、后台分析系统，保证了数据的冗余、备份，也可避免因主站系统的问题导致整个系统失灵。

c.分布式数据存储：电网主要监测数据存储在地区和主站的数据库中，而对于低电压等级监测数据（供电局关心的数据）只存储在地区子站中，以减少主站数据接收和存储压力。

d.通讯可靠性高：三层架构将主站通讯功能分散到各个子站，从而避免了主站信通服务器由于工作压力大，而可能出现的通讯中断、数据丢失的问题；

e.信息发布的方式较灵活、多样：利用省级主站的全省的数据汇总可以实现全省统一的WEB信息发布，可以看到各供电局统一的电能质量信息；各地区子站也可利用所存储的本地区数据开发自己特色的信息发布平台。

f.提供各供电局开展电能质量研究的平台：各供电局可以利用子站的系统和数据平台开展一些应用研究。

2)缺点：由于三层式结构的服务器有很大一部分都放置在供电局，因此对于这部分服务器的管理维护工作量大，维护工作会比较麻烦。

2省级主站系统

省级主站系统是各个地区级子站系统的合集，各地区局监控子站的数据通过电力专用光纤通信网络有选择的汇总到监控中心，形成本省的电能质量数据中心。省级主站拥有最高权限，可以浏览分析各子站数据，对整个系统行使功能分配、日常维护和分析管理工作。

3地区级子站系统

各地区级子站设在各地区供电局中心机房，起到承上启下作用。“启下”作用主要为控制所有与之相连的监测装置测量现场数据，并将数据通过网络方式汇集到子站服务器；“承上”作用主要为将所有数据二次处理，上传至主站指定的后台数据库。子站服务器是子站监测系统的核心部分，主要功能为数据的实时显示、存储、查询、分析管理，网络用户管理、通信管理以及系统功能支持。

4省级主站/子站系统功能

1）数据收集：从各监测设备收集数据，并将数据存入子站及主站数据库中，应保证不丢失监测设备的数据。数据收集的内容应包括：各变电站母线电压、电流、频率、相位、功率、原始数据和计算结果数据。

2）数据导入：地区子站数据库导入数据；省级主站数据库导入数据。

3）数据查询：稳态数据、事件查询、地理指示图。

4）PQDIF文件生成工具和PQDIF文件解析工具。

5）监测设备远程管理：系统对监测设备进行远程管理，通过通讯网络为各监测设备授时；对监测设备进行远程设置；应有指示各监测设备实时通讯状态的文字信息或图示信息；能远程控制监测设备向子（主）站发送数据；有各监测设备的电能质量实时数据显示。

6）事件报警：当监测点发生电压暂降、暂升超过限值、三相不平衡度等现象时，主站/子站后台系统应向相关人员发送e-mail或手机短信。

7）信息发布：主要为领导及相关管理人员、技术人员提供电能质量历史数据、统计分析数据。

8）报告定制：具有用户定制的报告自动生成功能。

9）数据库管理：能方便建立数据库；能根据设置的时间段、数据项目对历史数据进行删减。

10）用户二次开发：提供后台数据库的通用编程接口，便于用户根据需要增加数据查询、信息发布、事件报警、报告定制及数据管理功能。

5监测终端

在变电站及用户端就地安装电能质量监测装置，具有高精度测量、计算分析、波形采样、故障录波、事件记录、数据存储、I/O等多功能。

电能质量监测装置能够实现对国标规定的供电电压偏差、系统频率偏差、三相电压不平衡度、系统谐波、以及闪变电压等稳态电能质量进行监测，还可以实现对电压跌落、电压暂升暂降、短时电压中断等暂态电能质量的监测；能进行数据采集、数据计算和分析、数据存储，以及响应监控站上位机命令的数据实时上传；监测装置应具备一定的通讯功能，以实现装置的远方和就地管理、参数的设置、数据的实时传输或定时提取。

6站点分布及选点分析

重点选择在特殊发电厂（风力、潮汐等电厂）、枢纽变电站、直流接地极周边变电站及接有电能质量干扰源的变电站各电压等级的母线上，以及变电站电能质量干扰源出线、无功补偿电容器回路等。

监测点数量应随着电网和负荷的发展及时调整，应覆盖主网及全部供电电压等级，并在电网内（地域和线路首末）呈均匀分布，应能如实反映本地区谐波、三相电压不平衡、闪变污染水平。

考虑到电能质量数据量比较大，监测点优先选择能实现以太网通讯（具备光纤通道）的站点。

7结语

电能质量在线监测及分析系统通过对电网数据的实时采集、分析，使电力部门能及时、详细、精确地了解电力系统电网的电能质量状况，及时发现电能质量问题，并采取技术措施来改善电能质量水平，对电网的安全可靠运行能提供有力的保障。

参考文献：

[1]孙毅、唐良瑞、龚钢军.电能质量在线监测系统的设计和实现[J].继电器,2004，32（17）：60-63.