網(wǎng)絡(luò )化電能質(zhì)量監測系統在風(fēng)電中的解決方案
電力系統存在著(zhù)大量非線(xiàn)性、沖擊性和波動(dòng)性負荷，比如大功率的變頻設備及拖動(dòng)裝置、電氣化鐵路、電化產(chǎn)業(yè)的整流設備、感應加熱爐、電弧爐等，這些負荷造成了電網(wǎng)發(fā)生波形畸變(諧波)、電壓波動(dòng)、閃變、三相不平衡、非對稱(chēng)性，使得電網(wǎng)電能質(zhì)量的嚴重降低。同時(shí)由于近年風(fēng)電場(chǎng)建設提速，對于電能質(zhì)量也帶來(lái)一定影響。計算機、微處理器控制的精密電子儀器在國民經(jīng)濟企業(yè)中大量使用，對供電質(zhì)量的敏感程度越來(lái)越高，所以對電能質(zhì)量提出了更高的要求，從而使電能質(zhì)量題目及其解決措施逐漸成為研究的熱門(mén)。近年來(lái)，隨著(zhù)國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，內蒙古地區風(fēng)電場(chǎng)建設規模增加，用戶(hù)對于電能質(zhì)量的要求也日益進(jìn)步，所以開(kāi)展電能質(zhì)量的研究具有現實(shí)意義。測厚儀| 測速儀| 轉速表| 壓力表| 壓力計| 真空表| 硬度計| 探傷儀| 電子稱(chēng)| 熱像儀| 頻閃儀| 測高儀| 測距儀| 金屬探測器| 
　　Nexus系列儀表不僅僅是一個(gè)全功能的電能質(zhì)量監測和分析儀表，同時(shí)也是一個(gè)多功能的電力測控儀表、計費級電能表、數據日志記錄儀、故障錄波器，它可以提供被監測點(diǎn)的15000~20000個(gè)電參數，包括高精度參數(刷新速率1秒)和高速參數(刷新速率0.1秒)。 
　　因此Nexus儀表提供的數據可以用于風(fēng)電場(chǎng)的出力變化分析，為風(fēng)電的生產(chǎn)治理、負荷預告提供依據。 
　　隨著(zhù)風(fēng)電并網(wǎng)容量的不斷擴大，風(fēng)電對電網(wǎng)的負面影響日益凸顯，用戶(hù)也可以根據Nexus儀表提供的參數，精確分析和評估風(fēng)電并網(wǎng)運行對電網(wǎng)的影響，量化風(fēng)電的可變性和變化規律，為采取應對措施和手段提供科學(xué)依據。目前第一個(gè)項目正在河北張家口國投康保牧場(chǎng)100MW風(fēng)電場(chǎng)實(shí)施。 
　　要對電網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行改善，首先要對電能質(zhì)量做出精確的檢測和分析、丈量電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平、并分析和判定造成各種電能質(zhì)量題目的原因，為電能質(zhì)量的改善提供依據。本文提出了網(wǎng)絡(luò )化電能質(zhì)量監測的策略，達到了實(shí)時(shí)數據采集和在線(xiàn)監測’>在線(xiàn)監測的功能。 
　　1電能質(zhì)量監測方式 
　　目前，國內外對電能質(zhì)量的監測方式大致分為三種：專(zhuān)門(mén)丈量、定期或不定期檢測以及在線(xiàn)監測，每一種檢測方法各有利弊。要根據現場(chǎng)實(shí)際情況、經(jīng)濟承受能力、電網(wǎng)電能質(zhì)量要求，選擇適宜的檢測方法。 
　　專(zhuān)門(mén)丈量，針對各種干擾負荷或補償設備，如電弧爐、換流設備、電容器組、濾波器等在接進(jìn)電網(wǎng)前后，丈量這些設備對電網(wǎng)電能質(zhì)量各項指標的影響，通過(guò)與國家相關(guān)標準對照，決定其是否可以投運。這種檢測需要有明確的對象，并且有檢測的場(chǎng)地以及必要的條件。 
　　定期或不定期檢測，針對普通電力干擾源，根據干擾的大小、危害程度和需要等采取定期或不定期檢測方式。定期檢測多用于電網(wǎng)電能質(zhì)量的定期普查，主要目的是了解全網(wǎng)電能質(zhì)量水平和干擾源的特性;不定期檢測是針對電力用戶(hù)的特殊電能質(zhì)量題目進(jìn)行檢測分析。 
　　在線(xiàn)監測，也稱(chēng)為連續監測、全過(guò)程監測或日常監測等。針對大型干擾源，如煉鋼廠(chǎng)、電氣化鐵路等必須按照電能質(zhì)量標準對電壓偏差、頻率偏差、諧波、電壓波動(dòng)和閃變、三相不平衡等指標進(jìn)行連續跟蹤監測。由于電網(wǎng)用戶(hù)日益增多，要求也越來(lái)越高，在線(xiàn)監測將是今后的發(fā)展方向。但是，在線(xiàn)檢測的本錢(qián)也會(huì )比較高。 
　　隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)和信息技術(shù)的迅速進(jìn)步，為適應當代電力系統運行的需要，電能質(zhì)量監測技術(shù)正朝著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化、信息化、標準化的方向發(fā)展。從2008年下半年開(kāi)始，借助于與國際上著(zhù)名的電能質(zhì)量監測公司合作，在內蒙古地區進(jìn)行了一系列的試驗，取得了很大的收獲。 
　　2監測點(diǎn)的確定 
　　丈量點(diǎn)的正確選擇直接關(guān)系到丈量的正確度和丈量效果。按照國家電能質(zhì)量標準，為了把握電網(wǎng)內的電能質(zhì)量水平，將監測點(diǎn)分為電網(wǎng)側和用戶(hù)側。 
　　在電網(wǎng)側，500kV、220kV、110kV和35kV變電站的主變和不同電壓等級母線(xiàn)，以及發(fā)電廠(chǎng)主變等處要設置監測點(diǎn)。特別要提出的是目前電氣化鐵路線(xiàn)路一般直接從220kV變電站引線(xiàn)，通過(guò)220kV/25kV降壓對電氣化網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行供電。由于電氣化鐵路對電網(wǎng)的影響比較大,所以在這些出線(xiàn)的地方也要設置丈量點(diǎn)。在用戶(hù)側，存在著(zhù)各種各樣的負荷以及電力用戶(hù)，有諧波源負荷、有造成電壓閃變的負荷等;同樣存在對電能質(zhì)量要求較高的大型企業(yè)用戶(hù)，應當選取向這些用戶(hù)和負荷供電的變電站和各級電壓母線(xiàn)作為監測點(diǎn)。由于國家規劃在內蒙古地區建設大型風(fēng)電場(chǎng)基地，因而風(fēng)電場(chǎng)的電能質(zhì)量檢測也是重要的監測點(diǎn)。 
　　3 網(wǎng)絡(luò )化電能質(zhì)量監測系統 

　　圖1 網(wǎng)絡(luò )化電能質(zhì)量監測系統 

3.1 系統整體結構 
　　網(wǎng)絡(luò )化電能質(zhì)量監控系統由廠(chǎng)站終端子系統，通訊網(wǎng)絡(luò )子系統和主站子系統組成。 
　　3.2 廠(chǎng)站終端子系統 
　　安裝于變電站或用戶(hù)的終端設備，其數目可根據實(shí)際需要的監測點(diǎn)來(lái)確定。廠(chǎng)站終端子系統主要由兩部分組成：采集裝置和微機系統。雙方通過(guò)485總線(xiàn)進(jìn)行通訊和數據交換。 
　　采集裝置負責對監測點(diǎn)的三相電壓和電流進(jìn)行采集，通過(guò)485總線(xiàn)將所采集的數據傳送到微機系統。它支持在線(xiàn)對采集速率，采集間隔，485總線(xiàn)等參數進(jìn)行設置，也可以通過(guò)總線(xiàn)接受微機系統進(jìn)行終端設置。同時(shí)具備紅外接口方便工作職員進(jìn)行數據的人工查詢(xún)和核對，以及GPS天文時(shí)鐘同步功能。 
　　微機系統實(shí)際上是產(chǎn)業(yè)計算機終端，它支持與多條總線(xiàn)的通訊，定時(shí)對多條總線(xiàn)上的采集裝置進(jìn)行數據讀取，并通過(guò)硬盤(pán)對數據進(jìn)行存儲。微機系統配備相應的計算分析軟件對實(shí)時(shí)電壓和電流數據進(jìn)行處理，通過(guò)各自的檢測算法能得到以下參數：電壓和電流諧波含量、總畸變率(THD);電壓跌落幅值、跳變相位和持續時(shí)間;三相電壓、電流基波的幅值和相角，以及正序、負序、零序分量的幅值、相角和不平衡度;電壓短時(shí)間閃變值，長(cháng)時(shí)間閃變值;電壓偏差和頻率偏差。微機系統配置了撥號Modem和網(wǎng)卡，可以通過(guò)電力系統局域網(wǎng)或電話(huà)撥號網(wǎng)絡(luò )與主站子系統保持通訊。 
　　3.3 通訊網(wǎng)絡(luò )子系統 
　　很顯然，建立專(zhuān)用的電能質(zhì)量監測網(wǎng)可能不現實(shí)，但是SCADA系統，電能量采集系統和負荷監控系統的網(wǎng)絡(luò )都已經(jīng)建得相當完善，并且它們的網(wǎng)絡(luò )都具有一定的擴展性，從而電能質(zhì)量監測設備可以整合到這些網(wǎng)絡(luò )中。 
　　主站子系統和廠(chǎng)站子系統采用局域網(wǎng)或電話(huà)撥號網(wǎng)絡(luò )相結合的方式進(jìn)行通訊。在具備網(wǎng)絡(luò )接口的地區采用局域網(wǎng)通訊，進(jìn)步了數據傳輸速度，更好的體現數據傳輸的實(shí)時(shí)性。而在只具備電話(huà)撥號網(wǎng)絡(luò )的地區可采用電話(huà)撥號方式通訊，并且預留網(wǎng)絡(luò )接口，便于升級。這樣的通訊子系統利用了目前電力系統通訊網(wǎng)絡(luò )中的兩種方式，并將這兩種方式進(jìn)行有機結合，最大限度的利用了現有資源，減少了通訊設備投資。 
　　3.4 主站子系統 
　　電能質(zhì)量監測主站子系統主要提供中心數據庫、監測數據的統計分析和存儲檢索、Web數據網(wǎng)絡(luò )頁(yè)面、系統報警和通告信息的發(fā)布、遠程系統維護治理和軟件升級、數據實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)等功能。主站子系統大體上由數據存儲服務(wù)器、數據處理服務(wù)器、前置服務(wù)器、Web服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)服務(wù)器。主站系統以高性能的交換機為核心，利用Web服務(wù)器通過(guò)軟硬件防火墻、防毒墻與MIS系統連接，利用網(wǎng)關(guān)服務(wù)器通過(guò)軟硬件防火墻、防毒墻、路由器與DMS和EMS等系統連接，向終極用戶(hù)提供快速、高效的訪(fǎng)問(wèn)手段，以及安全、可靠的網(wǎng)絡(luò )特性。 
　　前置服務(wù)器負責與廠(chǎng)站終端子系統進(jìn)行通訊，保證數據傳送的完整性和及時(shí)性，并可以遠程登陸廠(chǎng)站終端，查詢(xún)廠(chǎng)站終端狀態(tài),進(jìn)行遠程參數的設置和修改。在前置服務(wù)器中裝有GPS天文時(shí)鐘系統，用于保持整個(gè)系統內廠(chǎng)站子系統和主站子系統的時(shí)鐘同步。前置服務(wù)器還具有通道報警功能，當主站子系統和廠(chǎng)站子系統通訊中斷或不能正常進(jìn)行時(shí)，將會(huì )發(fā)出通道警報，以便工作職員及時(shí)了解通訊狀況。前置服務(wù)用具有權限治理功能，可以為不同的用戶(hù)分配不同的權限，以此來(lái)限定用戶(hù)的訪(fǎng)問(wèn)權限。 
　　數據處理服務(wù)用具有強大的數據處理功能，負責整個(gè)電能質(zhì)量系統所有數據的處理、統計以及相關(guān)報表和圖表等應用功能的天生、重組和擴展。具備數據報警功能，發(fā)現從廠(chǎng)站終端采集上來(lái)的數據指標超常時(shí)將會(huì )在報表、圖表中進(jìn)行告警標注。負責接受來(lái)自Web服務(wù)器的請求，天生符合請求格式的數據格式，并將結果信息傳送到網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，以便不同部分的工作職員通過(guò)WEB方式查看。 
　　數據庫服務(wù)器負責數據庫的治理、運行維護、數據備份、事故恢復以及數據優(yōu)化等功能。保存所有從廠(chǎng)站終端傳送上來(lái)的數據和經(jīng)過(guò)數據處理服務(wù)器處理后得出的結果數據，并對這些相應的數據進(jìn)行同一治理和存儲。數據庫采用了自動(dòng)備份的技術(shù)，系統配置了兩臺數據庫服務(wù)器，通過(guò)磁盤(pán)陣列實(shí)現雙機的冷熱備用，當主數據庫服務(wù)器出現故障或停用時(shí)，另一臺備用數據庫服務(wù)器立即投進(jìn)使用，保證了系統數據處理的正常進(jìn)行。當事故恢復時(shí)候、首先恢復數據庫備份文件，然后恢復數據日志記錄備份、這樣可以恢復故障前的數據記錄。同時(shí)，系統采用了SAN、NAS、DAS等技術(shù)，從而保證數據的完整性、安全性和一致性。 
　　Web服務(wù)器負責在Intranet/Internet范圍內提供Web服務(wù)，它分別與網(wǎng)關(guān)服務(wù)器、數據庫服務(wù)器建立連接，可從數據庫服務(wù)器直接獲取數據形成網(wǎng)頁(yè)或通過(guò)向數據處理服務(wù)器進(jìn)行申請，獲取所要求天生的數據格式網(wǎng)頁(yè)。用戶(hù)可在任意地點(diǎn)、任意時(shí)間通過(guò)Web瀏覽器瀏覽網(wǎng)頁(yè)，訪(fǎng)問(wèn)Web服務(wù)器發(fā)布的基于Web形式的數據查詢(xún)、數據分析、報表展示、曲線(xiàn)展示、報警信息、設備狀態(tài)、站點(diǎn)分布、國標查詢(xún)、記錄查詢(xún)等信息，能及時(shí)了解指定日期的電能質(zhì)量狀況，并且可以隨時(shí)下載Word、Excel、文本及圖表等形式的報表統計資料。 
　　前置服務(wù)器接收各廠(chǎng)站終真個(gè)傳送上來(lái)的數據，均通過(guò)數據庫服務(wù)器、存儲網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行保存。數據處理服務(wù)器對這些數據進(jìn)行過(guò)濾、擇優(yōu)、統計、計算和分析。系統用戶(hù)在客戶(hù)瀏覽器中瀏覽網(wǎng)頁(yè)，以通過(guò)HTTP協(xié)議及ActiveX控件向WEB服務(wù)器發(fā)出各種查詢(xún)請求，WEB服務(wù)器分析客戶(hù)提交的HTTP請求，通過(guò)兩種方式來(lái)實(shí)現：一種方式是直接通過(guò)ADO接口從數據庫服務(wù)器獲取數據天生網(wǎng)頁(yè);另一種方式是通過(guò)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的ISAPI接口規范與數據處理服務(wù)器發(fā)出數據請求，數據處理服務(wù)器根據WEB服務(wù)器的請求，通過(guò)ADO接口從數據庫服務(wù)器中獲取數據或存儲數據，按照WEB服務(wù)器的要求將所獲取的數據進(jìn)行組織之后，再通過(guò)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器送給WEB服務(wù)器。最后WEB服務(wù)器將兩種方式天生的網(wǎng)頁(yè)以HTML代碼形式傳遞給客戶(hù)端瀏覽器，用戶(hù)的所有數據治理和系統維護操縱可全部在瀏覽器中完成。 
4結束語(yǔ) 
　　電能質(zhì)量監測是保證電力系統安全可靠和經(jīng)濟優(yōu)質(zhì)運行的技術(shù)支撐，是保證低壓電網(wǎng)和電氣設備安全和可靠的重要手段。網(wǎng)絡(luò )化電能質(zhì)量監測可以隨時(shí)隨地把握電網(wǎng)的運行狀況，這樣就能在供配電系統和用電設備運行失效之前，捕捉到其早期的故障信息，以便在毀滅性打擊之前，提醒人們對供、用電設備的運行狀態(tài)進(jìn)行調整和預防檢驗。對于進(jìn)步電力系統供電的安全性、可靠性和經(jīng)濟性，保證用電設備的正常工作和工農業(yè)生產(chǎn)的持續高效，對于供、用電方都具有十分重要的意義。同時(shí)，電能質(zhì)量監測系統具有故障錄波功能，能夠記錄下發(fā)生故障時(shí)刻的電網(wǎng)狀態(tài)，通過(guò)分析，就能判定出發(fā)生故障原因，這對于解決電力故障糾紛提供了可靠的技術(shù)支持，具有很高的經(jīng)濟價(jià)值。我們在內蒙古數十個(gè)風(fēng)電場(chǎng)都安裝了美國EIG公司生產(chǎn)的在線(xiàn)監測系統，對于風(fēng)電廠(chǎng)的安全生產(chǎn)和電網(wǎng)的可靠運行提供有效的參考數據。