浅谈通过电能质量监测来改善电网污染的系统研究

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1 研究背景

由于电网污染造成的危害特别严重，因此，对于电网的污染改造问题也早已引起企事业用户及供电部门的广泛重视。因为，电网污染会对用电设备形成严重危害，造成电力品质下降，引起供用电设备故障，甚至发生严重火灾事故等。为此，对电网污染问题的研究就显得尤为迫切，找到治理电网污染的对策成为解决问题的关键因素。

早期电能质量监测系统需要采用人工现场测量的方式来对电网中的电能质量参数进行监测，其监测数据需要手动填写并保存，并且需要人工抄表、耗时耗力、实时性差。而目前供电部门一般采用便携式测试仪对监测点的电能质量进行数据采集和分析，由于监测的数据工作量太大，会造成数据采集不全面，同时也会带来实时性差和监测效率低的问题。另一方面，供、用电双方对引起电能质量问题的原因还产生很多分歧，只有对电能质量进行持续的长期监测，才能使双方共同协商解决电能质量问题。目前，国内外对电能质量的监测方式有三种，即专项测量、定期或不定期检测以及在线监测。（1）专项测量。它主要用于有干扰源设备、负荷容量变化大的设备接入的电网，来确定电能质量指标状况、负荷变动和干扰的参数，如测量电弧炉、滤波器、换流设备、电容器组等设备接入电网前后对电能质量各项指标的影响，在与电能质量的国家标准进行对比，决定这些设备是否可以投入运行。（2）定期或不定期检测。适用于不具备连续监测条件或者不需要连续监测的监测方式，定期检测主要是对电网电能质量进行定期普查，来了解全网电能质量水平和干扰源的特性；不定期检测多用于检测分析用户的特殊电能质量问题。对于冲击性负荷，可以一个月或一季度监测一次；对于负荷稳定或用电量不大的用户，可以一周或一个月监测一次。（3）在线监测。在线监测主要针对整个供电系统的电压质量状况以及大用户电能质量状况即进行全面的跟踪和了解。电压偏差、频率偏差以及大型干扰源、容易引起电力事故的相关电能质量指标都需要连续在线监测，如重要变电站，实施无人值班变电站的公共配电点，大型干扰源如炼钢厂，电气化铁路以及引起的谐波电流，大型电容器组的谐波电流以及电磁炉引起的电压波动等重要电能质量指标。在线监测的功能包括：数据显示、数据存储、数据远方传送、越限报警和发出控制命令等，利用计算机网络技术将监测的实时/历史数据等进行Web显示。

随着电力用户对电能质量要求越来越高，电能质量在线监测的作用也越来越重要。电能质量在线监测可以获得电力系统运行状况和电能质量参数水平，可以为电能质量问题辅助决策提供必要的参考依据；在线监测能及时了解线路或设备的运行状况，进而预防电能质量事件的发生，也可以对原始数据进行分析找到引起事故的真正原因，从而提出有效的预防方法[26]；通过对谐波的连续监测可以确保增加的负载不会产生过多的热量，从而不会影响电器设备的使用寿命。传统的电能质量监测方法不能实时对电能质量进行监测，往往只能监测电能质量中的一项或几项，并不能实现全部电能质量的同时监测，该监测方法大多孤立的对某个站点进行监测，其监测结果具有很大的局限性，同时由于监测装置的技术限制，使测量精度误差较大。

为了解决电能质量监测的问题，采用网络化通信技术构建的监测系统可以实时在线监测电能质量指标，可以实现电能质量监测的现代化、自动化、智能化，到目前为止共经历四个阶段：第一阶段主要是分散的仪表监测系统，以模拟仪表和数字仪表为主，优点是坚固耐用、成本交底，缺点是功能单一，精度较差；第二阶段是分布式控制系统，它采用微处理器，使运算能力大大增强，体积也较少，它还可以集成存储器和通信功能，缺点是对控制器的性能要求较高，安装维护不方便；第三阶段是现场总线控制系统，实现了彻底的分散控制，可靠性高，测量精度高，可实行异地的远程监控，它公开了现场总线标准和通信规范，有利于系统的扩展；第四阶段是以太网控制系统，以太网是目前广泛采用的网络技术，如果把以太网技术融入到电能质量监测系统的通信领域，将会有越来越广阔的领域。

近几年来，在电能质量监测系统上，逐渐开始采用先进的软、硬件技术以及各种数学分析方法，例如 DSP 技术、虚拟仪器技术、基于 Internet 技术，以及时序分析方法、频域分析方法、神经网络分析方法和基于变换分析方法等作为检测识别和分析诊断的有效工具。随着计算机技术、网络通信技术和电力电子技术的迅速发展，电能质量监测技术正向着信息化、网络化、标准化、智能化的方向发展。随着电能质量在线监测技术的发展和监测点的不断增加，监测获得的数据量越来越大，而针对电能质量监测获得的海量数据如何开展分析工作是目前研究的热点问题。

2.电能质量监测系统方案设计

电网电能质量监测系统采用三级结构，如图2-1所示。系统一级主站为电网电能质量监测中心，设于电力科研院；二级主站为各省公司（含广州供电局和深圳供电局）电能质量监测系统主站，设于各省电科院/试验研究院；三级主站为地市供电局电能质量监测主站，目前仅贵州电网公司存在地市级主站；电能质量监测终端安装于变电站母线。

电网电能质量监测系统现有一级主站1个，二级主站6个。电力科研院负责一级主站的规划与建设工作，各省公司负责二级主站的规划与建设工作。电能质量监测装置将数据传输到地市级主站，经地市级主站将数据上传到省主站，或者电能质量监测装置将数据直接传输到省主站，由省主站系统对该省数据进行统一的存储、处理和分析等。省主站除了完成本省电能质量统计、分析的功能，还负责将电能质量数据上传至电网电能质量监测中心，监测中心根据需要开展相关的数据管理与分析工作。现有的电能质量监测系统多为独立系统，未实现与其他系统的数据共享，系统功能侧重于电能质量数据的统计与评估，缺乏深入的数据分析功能。

3.电网电能质量监测中心的主要功能

（1）PQ 全景：基于所有省区地图展示 6 个省级单位的稳态/暂态电能质量情况，并能通过发现问题，由省-地市-监测点逐级实现事件追踪，

（2）事件追踪：当出现稳态与暂态事件超限时会进行告警，可链接到具体报表中进行分析；（3）实时监测：监测中心可实现对监测装置的数据调用，获取每 3 秒一条的实时数据存放到实时库中，实时数据以列表、实时波形、频谱图、雷达图等方式展示，

（4）专题展示：提供专题类型报表分析、专题评估结果的可视化展示以及专题监测点状态统计等功能；

（5）图表分析：提供各项稳态监测指标和暂态电压事件的同比环比、汇总、统计、记录共计 50 多个图表；

（6）辅助决策：具有电能质量预测和预警、电能质量问题统计、电能质量治理方案选择等功能。

4.结语：

电能质量监测工作是电能质量分析治理工作的基础，也是电能质量监测海量数据的来源。本章简单介绍电网电能质量监测系统的架构、电能质量监测中心的主要功能和系统的运行情况，并指出电能质量监测指标分析中单点分析和系统性分析要注意的问题。

参考文献

[1] 李加升，戴瑜兴，黄文清.电能质量扰动及其在线监测装置的设计[J]. 电力系统保护与控制，2008，36（18）：69-72.

[2] 高瑛.电能质量的时频城综合分析方法研究[D].四川：四川大学， 2005.

[3] 刘颖英.智能化电能质量综合评估方法分析与比较研究[J].北京：华北电力大学，2007.