電能質量在線監(jiān)測信息化平臺建設方案

俞 寧（天津市節(jié)能協(xié)會電氣專業(yè)委員會，天津 300193）

周永山（天津市節(jié)能技術服務中心，天津 300051）曾 歡（上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 201801）

0 概述

電網(wǎng)由“發(fā)、輸、變、配、用”五個環(huán)節(jié)組成，作為用戶側的“配、用”電環(huán)節(jié)消耗著總電能的80%。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，電氣化鐵路、電弧爐、變頻器等沖擊性、非線性、不平衡度負載在電力應用中越來越多，諧波、負序、閃變、電壓暫態(tài)等電能質量問題直接影響著電力系統(tǒng)的供電安全。電能是一種商品，其質量問題是供應商和客戶共同關注的問題。用電企業(yè)有必要建立電能質量監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個配電電網(wǎng)電能質量的實時監(jiān)控。

1 系統(tǒng)組成

電能質量在線監(jiān)測系統(tǒng)主要有現(xiàn)場監(jiān)測層，通訊傳輸層和數(shù)據(jù)管理層組成，系統(tǒng)拓撲結構見圖1。組網(wǎng)方式有網(wǎng)線、光纖、無線三種模式。

圖1 電能質量在線監(jiān)測系統(tǒng)

1.1 現(xiàn)場監(jiān)測層

現(xiàn)場安裝各類電能及電能質量監(jiān)測設備，要求具有通訊功能。主要產(chǎn)品有ACR330ELH、ACR320ELH、ACR230ELH、ACR220ELH 等 電 力 儀表，主要功能見表1.1。

主要功能 開孔尺寸（mm）ACR230ELH 88X88型號ACR330ELH 108X108 LCD 顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、電話波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計算；電網(wǎng)電壓電流正、負、零序分量（含負序電流）測量；4DI+3DO（DO3做過壓、欠壓、過流、不平衡報警）；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議

1.2 通訊傳輸層

為了將監(jiān)測層設備采集的數(shù)據(jù)傳送到服務器而負責數(shù)據(jù)通訊傳輸?shù)脑O備，主要有通訊管理機、串口服務器、網(wǎng)絡交換機等。數(shù)據(jù)采集終端通過串口與監(jiān)測層設備通訊，讀取其中數(shù)據(jù)，并進行初步分析、整理，將數(shù)據(jù)保存在本地SD卡中，之后將數(shù)據(jù)傳輸給無線通訊模塊。無線通訊模塊采用射頻技術，在現(xiàn)場組成無線局域網(wǎng)絡，將各點數(shù)據(jù)采集終端整理的數(shù)據(jù)收集并傳輸?shù)胶笈_服務器，也可用網(wǎng)線或光纖的方式傳輸數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)管理層

對采集數(shù)據(jù)進行存儲、解析及應用的過程，包括服務器架設、各種軟件的應用。

2 系統(tǒng)功能

2.1標準的監(jiān)測系統(tǒng)具有CAD一次單線圖顯示中、低壓配電網(wǎng)絡的接線情況；龐大的系統(tǒng)具有多畫面切換及畫面導航的功能；分散的配電系統(tǒng)具有空間地理平面的系統(tǒng)主畫面。主畫面可直接顯示各回路的運行狀態(tài)，并具有回路帶電、非帶電及故障著色的功能。主要電參量直接顯示于人機交互界面并實時刷新。監(jiān)測系統(tǒng)配電一次圖見圖2。

圖2 監(jiān)測系統(tǒng)配電一次圖

2.2 用戶管理

可對不同級別的用戶賦予不同權限，從而保證系統(tǒng)在運行過程中的安全性和可靠性。如對某重要回路的合/分閘操作，需操作員級用戶輸入操作口令，還需工程師級用戶輸入確認口令后方可完成操作。

2.3 數(shù)據(jù)采集處理

通過Acrel-2000型電力監(jiān)控系統(tǒng)可實時和定時采集現(xiàn)場設備的各電參量及開關量狀態(tài)（包括三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、諧波、不平衡度、電流K系數(shù)、電話波形因子、電壓波峰系數(shù)、電能、溫度、開關位置、設備運行狀態(tài)等），將采集到的數(shù)據(jù)或直接顯示、或通過統(tǒng)計計算生成新的直觀的數(shù)據(jù)信息再顯示（總系統(tǒng)功率、負荷最大值、功率因數(shù)上下限等），并對重要信息量進行數(shù)據(jù)庫存儲。見圖3。

圖3 數(shù)據(jù)采集處理

2.4 趨勢曲線分析

系統(tǒng)提供了實時曲線和歷史趨勢兩種曲線分析界面，通過調用相關回路實時曲線界面分析該回路當前的負荷運行狀況。如通過調用某配出回路的實時曲線可分析該回路的電氣設備所引起的信號波動情況。系統(tǒng)的歷史趨勢即系統(tǒng)對所有已存儲數(shù)據(jù)均可查看其歷史趨勢，方便工程人員對監(jiān)測的配電網(wǎng)絡進行質量分析。

2.5 報表管理

系統(tǒng)具有標準的電能報表格式并可根據(jù)用戶需求設計符合其需要的報表格式，系統(tǒng)可自動設計?？勺詣由筛鞣N類型的實時運行報表、歷史報表、事件故障及告警記錄報表，操作記錄報表等，可以查詢和打印系統(tǒng)記錄的所有數(shù)據(jù)值，自動生成電能的日、月、季、年度報表，根據(jù)復費率的時段及費率的設定值生成電能的費率報表，查詢打印的起點、間隔等參數(shù)可自行設置；系統(tǒng)設計還可根據(jù)用戶需求量身定制滿足不同要求的報表輸出功能。

3 結束語

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展及電力的廣泛應用，電能質量分析管理已成為電網(wǎng)用戶側配電系統(tǒng)建設的必然選擇，本文介紹的電力質量分析儀，可以實現(xiàn)對電能的在線監(jiān)測，實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，并生成各種電能及電能質量報表、分析曲線、圖形等，便于電能的分析、研究。該產(chǎn)品及系統(tǒng)在奧運會臨時配電中心、蘇州金墅國際公寓等項目中運行，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。