風(fēng)光動能互補系統(tǒng)中電能質(zhì)量監(jiān)測評價方案研究

摘要：為了快速高效地監(jiān)測和分析風(fēng)光動能互補系統(tǒng)中的電能質(zhì)量，建立了電能質(zhì)量監(jiān)測、評價方案。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)監(jiān)測子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)評估子系統(tǒng)組成，運用FFT提取系統(tǒng)中的電壓、電流波形中的基波和各次諧波信號，進(jìn)而計算頻率偏差、三相不平衡度、諧波、閃變與電壓波動5項電能質(zhì)量指標(biāo)和功率參數(shù)。用少部分硬件實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，用虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、處理、上傳等功能，成本大幅降低。

關(guān)鍵詞：風(fēng)光動能互補系統(tǒng)；電能質(zhì)量；虛擬儀器；FTT

DOIDOI：10.11907/rjdk.151197

中圖分類號：TP302

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：16727800（2015）006004403

作者簡介作者簡介：逯玉蘭（1986—），女，甘肅武威人，碩士，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院助教，研究方向為電能質(zhì)量。

0 引言

風(fēng)能和太陽能是最具代表性的新能源，風(fēng)力發(fā)電和太陽發(fā)電技術(shù)受到各國的高度重視。風(fēng)力發(fā)電具有瞬時間歇性變化的特點，光電則隨季節(jié)與天氣變化，資源的不確定性導(dǎo)致了發(fā)電與用電負(fù)荷的不平衡，因而必須用動能作為第三種能源補償前兩種能源的不足。三種能源揚各自之長，補各自之短，相互配合，以發(fā)揮出最大效能。但是，這種發(fā)電系統(tǒng)存在一個核心問題——電能質(zhì)量[1]。①目前大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)只能測量電壓有效值、電流有效值等基本參數(shù)[2]，而實際工作中需要電能質(zhì)量的動態(tài)數(shù)據(jù)來獲得風(fēng)機的運行特性和對電網(wǎng)的影響程度；②大部分風(fēng)機都不提供電壓、電流諧波、三相不平衡度、有功和無功的關(guān)系等數(shù)據(jù)分析功能[3]；③目前的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)只能評價單項指標(biāo)，不能將所有指標(biāo)綜合起來進(jìn)行電能質(zhì)量評價[4]，因而也就不能全面準(zhǔn)確地反映出電網(wǎng)的電能質(zhì)量信息。

具有動態(tài)監(jiān)測記錄功能的電能質(zhì)量監(jiān)測、評價系統(tǒng)可以解決上述問題[5]。該系統(tǒng)對電網(wǎng)運行期間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲、管理，并按照電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，綜合評價電能質(zhì)量，將所得到的數(shù)據(jù)直觀反映，為電網(wǎng)維護(hù)提供可靠的理論依據(jù)。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由3部分組成：數(shù)據(jù)監(jiān)測子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)和電能質(zhì)量數(shù)據(jù)評估子系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 數(shù)據(jù)監(jiān)測子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)監(jiān)測子系統(tǒng)由硬件電路和虛擬儀器技術(shù)組成，負(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、分析計算并保存，還能完成數(shù)據(jù)查詢、對超標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行報警等功能，通過通信子系統(tǒng)將采集到的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)發(fā)送到電能質(zhì)量數(shù)據(jù)評估子系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中數(shù)據(jù)采集由硬件電路完成，其它功能用LabVIEW編程實現(xiàn)。

工作流程如下：①將監(jiān)測點的電壓電流通過電壓電流互感器轉(zhuǎn)換為電能質(zhì)量監(jiān)測評價系統(tǒng)能夠處理的小信號，并將電能質(zhì)量監(jiān)測評價系統(tǒng)與電網(wǎng)隔離；②經(jīng)信號調(diào)理板完成對信號的獲取、濾波和隔離，經(jīng)過濾波后的模擬電流、電壓信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡完成信號采樣和A/D轉(zhuǎn)換，得到原始的采樣數(shù)據(jù)；③轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入下位機，用虛擬儀器完成數(shù)據(jù)的分析和處理。

1.1.1 數(shù)據(jù)保存

在數(shù)據(jù)監(jiān)測子系統(tǒng)中應(yīng)保存以下數(shù)據(jù)：設(shè)備、頻率、采樣時間、基波幅值、閃變值、功率參數(shù)。

1.1.2 數(shù)據(jù)分析

對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，并將分析結(jié)果用圖形表示。分析結(jié)果主要包括：

（1）統(tǒng)計報表。電流量/電壓量的最大值和最小值出現(xiàn)的時間、電壓合格率報表、頻率合格率報表、頻率的最大值和最小值及出現(xiàn)的時間、奇次諧波越限率、偶次諧波越限率報表/總諧波畸變越限率。

（2） 曲線。繪制電壓、電流有效值曲線；電壓、電流最大值、最小值曲線；有功功率變化曲線；無功功率變化曲線；功率因數(shù)變化曲線；系統(tǒng)頻率曲線；三相不平衡度變化曲線；諧波電壓、電流含有率變化曲線；電壓波動變化曲線。

1.1.3 數(shù)據(jù)處理

對采集的數(shù)據(jù)采用FFT提取電壓、電流波形中的基波和各次諧波分量的幅值，進(jìn)而完成電壓偏差、頻率偏差、三相不平衡度、閃變和電壓波動5項電能質(zhì)量指標(biāo)計算，數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。

1.1.4 數(shù)據(jù)報警

對超限的指標(biāo)發(fā)出報警或提示。

1.1.5 數(shù)據(jù)查詢

對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。

1.2 通信子系統(tǒng)

采用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行通信子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸。

通信子系統(tǒng)一方面實時將下位機的監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳到電能質(zhì)量數(shù)據(jù)評估子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中；另一方面接收從電能質(zhì)量數(shù)據(jù)評估子系統(tǒng)發(fā)布的信息，并對下位機進(jìn)行設(shè)置。

1.3 數(shù)據(jù)評估子系統(tǒng)

電能質(zhì)量數(shù)據(jù)評估子系統(tǒng)利用模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)實現(xiàn)電能質(zhì)量分析，將電能質(zhì)量的各項指標(biāo)綜合，以清晰反映供電質(zhì)量。具體步驟為：①確定隸屬度函數(shù)，求出各指標(biāo)的隸屬度；②根據(jù)綜合隸屬度函數(shù)求出系統(tǒng)某時刻的電能輸出綜合隸屬度，根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用，將綜合隸屬度結(jié)果劃分為多個模糊集合樣本，確定歸類隸屬函數(shù)，如綜合隸屬度為0.9以上，此時供電設(shè)備電能輸出質(zhì)量為優(yōu)，0.8～0.9為良，0.6～0.7為一般，0.6以下為較差。

2 算法分析

2.1 三相不平衡度

三相平衡，是指系統(tǒng)中三相電壓幅值相等，并且相位互差1200。由于系統(tǒng)中存在很多不平衡因素，三相交流電力系統(tǒng)是不平衡的[6]。通常用不平衡度ε來表示三相電力系統(tǒng)的不平衡程度，電壓和電流不平衡度分別用εU和εI表示，計算公式如下：

3 結(jié)語

本文對電能質(zhì)量監(jiān)測、評價系統(tǒng)方案進(jìn)行了探討。系統(tǒng)集數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能、綜合查詢功能于一體，提供精確的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，為安全生產(chǎn)提供了保障。采用虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析、處理、上傳和存儲，極大地降低了成本，可以進(jìn)行二次開發(fā)，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。

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責(zé)任編輯（責(zé)任編輯：杜能鋼）