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摘 要:现代社会,电能质量问题已经引起了人们的高度重视,针对目前电网中存在的电能质量在线监测问题,分析了电能质量各项指标及在线监测方法,介绍了在线监测系统的组成和工作原理。
关键词:电能质量 在线监测 数据采集
中图分类号:TM76 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0001-02
Abstract:In modern society, power quality issues have drawn great attention to people, currently exists in the grid power quality online monitoring, analysis method of power quality on-line monitoring and indicators, describes the composition and working principle of on-line monitoring system.
Key Words:power quality；on-line monitoring；data
现代社会中,电能是一种最为广泛使用的能源,其应用程度是一个国家发展水平的主要标志之一。随着科学技术和国民经济的发展,人们对电能质量的要求越来越高。电能质量的好坏直接关系到国民经济的总体效益,提高电能质量有巨大的经济效益,因此,建立和实施电能质量的在线监测和分析是提高电能质量的一个重要技术手段。
随着我国电力事业的不斷发展,电力系统容量不断扩大,电网规模逐年增大,系统中各种大容量变流、调速电器设备使用数量增多,这些设备的非线性和冲击性的特性,会引起电能质量下降,造成电能污染,产生的大量谐波会增加电动机的损耗,造成电动机出力不均匀,会影响电动机的使用寿命,同时也给生产企业带来极大的电能浪费。久而久之,会影响正常的工业生产和电网运行,并直接造成巨大的经济损失。因此,电能质量问题逐渐引起社会的重视和关注。针对这些问题,我国先后制定和颁布了五个有关电能质量的国家标准,从根本上加强了对电能质量问题的监督和管理。在实际中,要求时刻监测电能质量,确保电能质量合格,就要在第一时间对电能质量进行在线监测并判断电能质量好坏,一旦不合格,要立即采取措施改善电能质量。电能质量的在线监测技术就是在这个基础上发展起来的。
1 电能质量指标
电能质量是指公用电网输送到用户受电端的交流电能质量,也就是用户所关心的电能的好坏。电能质量不合格的,会影响用户的用电。衡量电能质量的主要指标有:供电频率允许偏差；供电电压允许偏差；供电电压允许波动和闪变；供电三相电压允许不平衡度；电网谐波允许指标。各项电能质量指标都有国家标准规定的运行范围,一旦电能质量不合格,就要采取措施改善电能质量。
2 电能质量的监测分析方法
2.1 电压偏差
电气设备的各项运行指标和性能,很大程度上取决于电压,所以设备在工作中要求电压必须稳定,频繁的电压波动会影响设备的使用寿命,影响程度视偏差的大小、持续的时间和电气设备的状况而异,电压偏差按下式(2-1)计算:
(2-1)
2.2 频率偏差
电力系统频率和电压偏差是电能质量传统的两大基本指标。电力系统正常运行时,应在标准频率下运行,但实际情况是,电力系统的负荷总是在不断的变化,而发电机的出力及其调节系统追随负荷变化又有一定的惯性,导致发电机的原始动力不能和负荷变化同步进行,致使系统频率总是不稳定,存在一定的变化,这就导致出现电力系统的频率偏差。频率变化的大小及持续时间依赖于负荷的特性以及发电控制系统对负荷的反应能力。运行中频率偏差对电力系统及其设备的危害程度取决于偏差的大小和持续时间,频率偏差超过±0.2Hz可能危及系统的安全稳定及设备的安全,甚至引起系统崩溃。根据实际测量的系统频率,由下面公式(2-2)求出频率偏差:
频率偏差(Hz) (2-2)
2.3 电压波动与闪变
电压波动是指一系列电压变动或连续的电压偏差。电压闪变则可理解为快速的电压波动,电压波动和闪变可能对某些照明负荷的工作受到影响,可以引起人的视觉疲劳,也能使得一些用电设备不能正常工作。电压波动与闪变可以通过测量的电压幅值波形记录下来。通常电压波动的定量描述采用在1min内记录下各个周期波形的有效值,然后进行比较,取其中最大的和最小的之差,再乘以2就是电压波动的次数。电压波动值为电压有效值的两个极值和之差,常以其标称电压(额定电压)的百分数表示其相对百分值,即
(2-3)
闪变的测量采用有关的平方检测法和设计规范,对调幅波进行检测和设计数字化测量软件。
2.4 三相电压不平衡度
在理想的三相交流电力系统中,三相电压应该具有相同的数值,且按A、B、C三相顺序互成120°角度,这样的系统叫做三相平衡(或对称)系统。然而实际电力系统中由于存在种种不平衡因素,并不是完全平衡的。不平衡度允许值指的是在电力系统正常运行的最小方式下负荷所引起的电压不平衡度为最大的生产(运行)周期中的实测值。对电力三相不平衡度的分析可以通过对称分量法进行,在分解出正序和负序分量之后,三相不平衡度就可以求出。
2.5 电网谐波
谐波是电力系统中频率是基频整数倍的正弦电压或电流。谐波产生的根本原因是由于电力系统中有大量的非线性负荷,这些负荷在工作时存在非线性特征,即所加的电压与产生的电流成非线性关系而造成的波形畸变。谐波测量首先是依据采集到的数据,求出各次谐波的幅值和相角,然后计算各次谐波含有率、总谐波畸变率,对电力系统谐波的分析方法通常采用频域分析法,利用傅立叶算法进行分析计算。
3 电能质量在线监测系统
电能质量的在线监测主要是要实现实时地监视系统的电压变化,记录和保存电能质量发生变化时各相电压的幅值、频率、电压波动、三相不平衡度,还要记录在故障前后的波形及各种参数,并具有分析、报警和历史查询等功能。同时采用先进的技术手段,对多种电能质量的指标进行综合的监测。目前,研究电能质量在线监测系统越来越成为热门,国内很多仪器制造公司和科研院所研制出多种有关电能质量的在线监测仪器或装置,足见现代社会对电能质量的要求越来越高。这些仪器在一定程度上协助供电部门对电网和电力用户的电能质量进行监测分析。
电能质量在线监测系统的主要部分有数据采集终端、通讯网络、监测中心工作站三大部分组成。数据采集是整个电能质量在线监测系统的基础和关键环节,必须保证实时采集电网上的电能参数,因此,在电力系统的各个厂站,都有数据采集终端,每个厂站都有计算机进行数据采集、信号处理、收集及存储采集结果,各个厂站也可以实时地在线显示测量结果。各厂站收集到的采集结果也能通过通讯网络送到监测中心,监测中心的计算机对收集到的数据进行进一步的分析和处理,产生数据报表,并能作出判断,判断各个厂站电能质量是否合格,不合格的还可以提出建议,并发出控制命令,确保各个厂站电能质量符合要求,从而达到了对各个厂站的电能质量实时监控。
整个电能质量在线监测系统的应用软件包括各个厂站终端软件和监测中心工作站后台软件两部分。在各厂站数据采集终端,硬件设备具备以后,借助各个功能软件,来完成数据采集终端的各项任务。监测中心工作站后台软件主要是对各个厂站传送来的数据进行信息统计、分析和管理。
4 结语
随着电网规模的日益扩大,对供电系统的电能质量已经引起用户和供电部门的足够关注,因此对于电能质量在线监测的研究将会不断地深入下去,要进一步研究电能质量在线监测系统的功能结构、分析方法、提高通用性等,并能不断扩展在线监测系统的功能,使之能最大程度的服务于电力系统。
参考文献
[1] 赵启胜,张锡庆,杨作新.电能质量在线监测技术的研究[J].东北电力技术,2003,12.
[2] 邹一琴,张忠禄,刘连光.电能质量及其在线监测方法研究[J].中国科技信息,2007,23.
[3] 李永臣,艾欣.基于虚拟仪器技术的电能质量在线监测系统[J].现代电力,2002,01.
[4] 朱勤.云南电网电能质量在线监测系统方案.云南电力技术[J],2003,01.
[5] 王海东,禹成七,王黎冬.电能质量在线监测系统的研究[J].华北电力大学学报,2004,07.
关键词:电能质量 在线监测 数据采集
中图分类号:TM76 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0001-02
Abstract:In modern society, power quality issues have drawn great attention to people, currently exists in the grid power quality online monitoring, analysis method of power quality on-line monitoring and indicators, describes the composition and working principle of on-line monitoring system.
Key Words:power quality；on-line monitoring；data
现代社会中,电能是一种最为广泛使用的能源,其应用程度是一个国家发展水平的主要标志之一。随着科学技术和国民经济的发展,人们对电能质量的要求越来越高。电能质量的好坏直接关系到国民经济的总体效益,提高电能质量有巨大的经济效益,因此,建立和实施电能质量的在线监测和分析是提高电能质量的一个重要技术手段。
随着我国电力事业的不斷发展,电力系统容量不断扩大,电网规模逐年增大,系统中各种大容量变流、调速电器设备使用数量增多,这些设备的非线性和冲击性的特性,会引起电能质量下降,造成电能污染,产生的大量谐波会增加电动机的损耗,造成电动机出力不均匀,会影响电动机的使用寿命,同时也给生产企业带来极大的电能浪费。久而久之,会影响正常的工业生产和电网运行,并直接造成巨大的经济损失。因此,电能质量问题逐渐引起社会的重视和关注。针对这些问题,我国先后制定和颁布了五个有关电能质量的国家标准,从根本上加强了对电能质量问题的监督和管理。在实际中,要求时刻监测电能质量,确保电能质量合格,就要在第一时间对电能质量进行在线监测并判断电能质量好坏,一旦不合格,要立即采取措施改善电能质量。电能质量的在线监测技术就是在这个基础上发展起来的。
1 电能质量指标
电能质量是指公用电网输送到用户受电端的交流电能质量,也就是用户所关心的电能的好坏。电能质量不合格的,会影响用户的用电。衡量电能质量的主要指标有:供电频率允许偏差；供电电压允许偏差；供电电压允许波动和闪变；供电三相电压允许不平衡度；电网谐波允许指标。各项电能质量指标都有国家标准规定的运行范围,一旦电能质量不合格,就要采取措施改善电能质量。
2 电能质量的监测分析方法
2.1 电压偏差
电气设备的各项运行指标和性能,很大程度上取决于电压,所以设备在工作中要求电压必须稳定,频繁的电压波动会影响设备的使用寿命,影响程度视偏差的大小、持续的时间和电气设备的状况而异,电压偏差按下式(2-1)计算:
(2-1)
2.2 频率偏差
电力系统频率和电压偏差是电能质量传统的两大基本指标。电力系统正常运行时,应在标准频率下运行,但实际情况是,电力系统的负荷总是在不断的变化,而发电机的出力及其调节系统追随负荷变化又有一定的惯性,导致发电机的原始动力不能和负荷变化同步进行,致使系统频率总是不稳定,存在一定的变化,这就导致出现电力系统的频率偏差。频率变化的大小及持续时间依赖于负荷的特性以及发电控制系统对负荷的反应能力。运行中频率偏差对电力系统及其设备的危害程度取决于偏差的大小和持续时间,频率偏差超过±0.2Hz可能危及系统的安全稳定及设备的安全,甚至引起系统崩溃。根据实际测量的系统频率,由下面公式(2-2)求出频率偏差:
频率偏差(Hz) (2-2)
2.3 电压波动与闪变
电压波动是指一系列电压变动或连续的电压偏差。电压闪变则可理解为快速的电压波动,电压波动和闪变可能对某些照明负荷的工作受到影响,可以引起人的视觉疲劳,也能使得一些用电设备不能正常工作。电压波动与闪变可以通过测量的电压幅值波形记录下来。通常电压波动的定量描述采用在1min内记录下各个周期波形的有效值,然后进行比较,取其中最大的和最小的之差,再乘以2就是电压波动的次数。电压波动值为电压有效值的两个极值和之差,常以其标称电压(额定电压)的百分数表示其相对百分值,即
(2-3)
闪变的测量采用有关的平方检测法和设计规范,对调幅波进行检测和设计数字化测量软件。
2.4 三相电压不平衡度
在理想的三相交流电力系统中,三相电压应该具有相同的数值,且按A、B、C三相顺序互成120°角度,这样的系统叫做三相平衡(或对称)系统。然而实际电力系统中由于存在种种不平衡因素,并不是完全平衡的。不平衡度允许值指的是在电力系统正常运行的最小方式下负荷所引起的电压不平衡度为最大的生产(运行)周期中的实测值。对电力三相不平衡度的分析可以通过对称分量法进行,在分解出正序和负序分量之后,三相不平衡度就可以求出。
2.5 电网谐波
谐波是电力系统中频率是基频整数倍的正弦电压或电流。谐波产生的根本原因是由于电力系统中有大量的非线性负荷,这些负荷在工作时存在非线性特征,即所加的电压与产生的电流成非线性关系而造成的波形畸变。谐波测量首先是依据采集到的数据,求出各次谐波的幅值和相角,然后计算各次谐波含有率、总谐波畸变率,对电力系统谐波的分析方法通常采用频域分析法,利用傅立叶算法进行分析计算。
3 电能质量在线监测系统
电能质量的在线监测主要是要实现实时地监视系统的电压变化,记录和保存电能质量发生变化时各相电压的幅值、频率、电压波动、三相不平衡度,还要记录在故障前后的波形及各种参数,并具有分析、报警和历史查询等功能。同时采用先进的技术手段,对多种电能质量的指标进行综合的监测。目前,研究电能质量在线监测系统越来越成为热门,国内很多仪器制造公司和科研院所研制出多种有关电能质量的在线监测仪器或装置,足见现代社会对电能质量的要求越来越高。这些仪器在一定程度上协助供电部门对电网和电力用户的电能质量进行监测分析。
电能质量在线监测系统的主要部分有数据采集终端、通讯网络、监测中心工作站三大部分组成。数据采集是整个电能质量在线监测系统的基础和关键环节,必须保证实时采集电网上的电能参数,因此,在电力系统的各个厂站,都有数据采集终端,每个厂站都有计算机进行数据采集、信号处理、收集及存储采集结果,各个厂站也可以实时地在线显示测量结果。各厂站收集到的采集结果也能通过通讯网络送到监测中心,监测中心的计算机对收集到的数据进行进一步的分析和处理,产生数据报表,并能作出判断,判断各个厂站电能质量是否合格,不合格的还可以提出建议,并发出控制命令,确保各个厂站电能质量符合要求,从而达到了对各个厂站的电能质量实时监控。
整个电能质量在线监测系统的应用软件包括各个厂站终端软件和监测中心工作站后台软件两部分。在各厂站数据采集终端,硬件设备具备以后,借助各个功能软件,来完成数据采集终端的各项任务。监测中心工作站后台软件主要是对各个厂站传送来的数据进行信息统计、分析和管理。
4 结语
随着电网规模的日益扩大,对供电系统的电能质量已经引起用户和供电部门的足够关注,因此对于电能质量在线监测的研究将会不断地深入下去,要进一步研究电能质量在线监测系统的功能结构、分析方法、提高通用性等,并能不断扩展在线监测系统的功能,使之能最大程度的服务于电力系统。
参考文献
[1] 赵启胜,张锡庆,杨作新.电能质量在线监测技术的研究[J].东北电力技术,2003,12.
[2] 邹一琴,张忠禄,刘连光.电能质量及其在线监测方法研究[J].中国科技信息,2007,23.
[3] 李永臣,艾欣.基于虚拟仪器技术的电能质量在线监测系统[J].现代电力,2002,01.
[4] 朱勤.云南电网电能质量在线监测系统方案.云南电力技术[J],2003,01.
[5] 王海东,禹成七,王黎冬.电能质量在线监测系统的研究[J].华北电力大学学报,2004,07.