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          基于大數據存儲的在線電能質量監測系統方案

          • 瀏覽次數:5871次
          • 發布時間:2016/8/18 17:17:21
          • 作者:量值溯源

            電網電能質量檢測是檢測電網諧波含量以及判斷電網諧波污染程度的重要手段,準確的檢測數據可以防止電網諧波對用電設備的損害。

            本方案的在線電能質量監測系統由電能質量檢測儀、數字主機、配套軟件及磁盤陣列存儲服務器等部件組成,實現了電能質量的在線監測,并且基于磁盤陣列存儲技術實現了大數據存儲,為電能質量監測的數據集中以及電網的故障查詢提供詳細準確的數據。

          電能質量概述

            近年來,隨著我國電力實業的迅猛發展,電力系統的規模日益擴大,以往電能緊缺的問題已經逐步解決,與此同時,隨著電力電子技術廣泛應用和電弧爐等沖擊負荷以及電力機車等拖動負荷的日益增多,雖然在技術和經濟上帶來了一系列方便和效益,但也使電網諧波的含量大量增加,電網的諧波污染日益嚴重,這會導致設備的壽命縮短、網損增大、電網發生諧振、通信受干擾等一系列重要問題。

            電弧爐等大功率沖擊負荷除了會造成嚴重的諧波污染之外,還是電壓波動和閃變的重要原因,電力機車等大功率的牽引負荷會造成三相不平衡。

            有關電能質量問題的研究已經引起了各國電力工作者的高度重視,國家技術監督局也相繼頒布了涉及電能質量八個方面的國家標準:《電能質量 公用電網諧波》、《電能質量 電壓波動和閃變》、《電能質量 三相電壓不平衡度》、《電能質量 供電電壓偏差》、《電能質量 電力系統頻率偏差》、《電能質量 暫時過電壓和瞬態過電壓》、《電能質量 監測設備通用要求》、《電能質量 公用電網間諧波》。

          電能質量監測簡介

            要解決面臨的電能質量問題,就離不開對電網電能質量參量的監測。就目前而言,電能質量監測分為非在線監測和在線監測兩種方式。

            非在線監測采用便攜式測試儀,不定期對所關注的某些點進行測試,采集相關數據并進行后續離線分析,這種方式投資小、靈活性高,但存在明顯的局限性,如:實時性不強、監測指標少、缺乏決策判斷的依據、工作量大、效率低等。

            隨著電力行業系統運行管理的系統化、網絡化、自動化和智能化,通訊網絡和因特網技術的日益成熟,出現了三網合一的趨勢,功能單一的電力系統測量儀表已經不再適應現代化電能管理的需要,因此急需一種通用性好、集測量與通訊等功能于一體的在線電能質量監測裝置,這對保證電力系統運行的安全性、經濟性和可靠性都具有重要的實際意義。

          01在線電能質量監測系統

            湖南銀河電氣有限公司致力于在線電能質量監測的研究,研制出在線電能質量監測系統。該系統由電能質量檢測儀、數字主機、配套軟件及磁盤陣列存儲服務器等部件組成,其組成原理圖如下圖1所示:

          在線電能質量監測系統原理圖

          圖1 在線電能質量監測系統原理圖

            配置多臺電能質量檢測儀分布于各個監測點,電能質量檢測儀之間、檢測儀與數字主機之間通過高速光纖串行總線進行通訊連接。

            單臺電能質量檢測儀具備4個電壓測量通道和3個電流測量通道,分別測量監測點的三相線電壓(如下圖1中Uab、Ubc、Uca)、相電流(Ia、Ib、Ic)以及零地電壓(Un-pe)。電壓和電流測量采用直接接觸式測量方式,并配置專用的接線端口,保證接線的便捷性及安全性,產品直接串接于一次回路中。電能質量檢測儀電壓通道準確測量范圍為5V~1200V,電流通道準確測量范圍為0.5A~120A(也可通過外接電壓/電流互感器的方式擴展測量范圍),基波頻率測量范圍為DC,0.1Hz~1500Hz,電壓電流測量精度為0.1%rd,每個測量通道的采樣速率為10kSa/S,檢測儀需要外部提供220VAC工作電源,功耗約為20W。

            數字主機為電能質量檢測儀和上位機之間的通訊樞紐,其主要功能為向檢測儀發送同步時鐘、接收所有測試結果并進行簡單的運算處理,并將結果上送至上位機進行后續處理。數字主機具備7對光纖接口,其中1對用于多臺數字主機之間的同步級聯,另外6對用于連接檢測儀或擴展更多的測量通道,本系統中共占用數字主機的1對光纖接口。數字主機與檢測儀之間通過高速串行光纖連接,與上位機之間通過以太網連接。

            配套軟件根據數字主機上送的測試結果,按照如上所列各項國標要求,進行電壓/頻率偏差、諧波、電壓波動和閃變、三相電壓不平衡等參數的計算和結果顯示,并具備趨勢曲線、實時波形顯示和曲線回放功能,另外還可加入結果判定(用戶設置判定依據),出具試驗報表及打印(用戶需事先提供報表模板)。

            服務器和高速磁盤存儲器主要用于數據的存儲和記錄,由于監測點數量多、監測時間長,需存儲的數據量大,一般的存儲器難以滿足要求,因此采用服務器+磁盤陣列的方式作為該檢測系統的數據存儲,方便用戶隨時調用以往/實時數據及對大量測試結果進行歸納分析,總結規律。數據記錄的時間長度取決于磁盤陣列容量的大小(磁盤大小/數量可配置)。

          在線電能質量檢測系統主要功能

          01在線電能質量檢測系統基本監測指標

            在線電能質量檢測系統可以實現電網頻率、三相基波電壓/電流、電壓/電流有效值、基波有功功率、總功率、無功功率、功率因數、相位、電壓偏差、頻率偏差、三相電壓/電流不平衡度、電壓/電流正負零序分量、諧波(0~99次),電壓/電流的總諧波畸變率、各次諧波含有率、幅值、相位、實時波形、矢量圖等的測量。

          02 高級監測指標

            間諧波、電壓波動、閃變、電壓驟升、驟降、短時中斷、暫時過電壓、瞬態過電壓等。

          03設置功能

            可對基本參數進行設置、修改和查看,包含更新周期、測試線路圖、測量模式、平均方式等,用戶分級管理權限,密碼保護等。

          04數據記錄

            可對監測的所有指標進行實時保存,并可由用戶配置保存對象,所有數據存儲于高速磁盤陣列中,并采取雙備份存儲機制,保證了數據存儲的可靠性,方便用戶隨時調取與分析。

          05通訊功能

            提供多種通訊接口方式,包含光纖、以太網、USB、RS232等,實現監測數據的實時傳輸或定時提取,基本不受地域限制,特別適用于遠程通訊。

          在線電能質量檢測系統主要特點

          01前端數字化技術與光纖傳輸

            電能質量檢測儀采用前端數字化技術和光纖通訊,極大的保證了信號傳輸的穩定性及精度。前端數字化技術是指在測試前端,產品直接被測信號轉換為數字信號,改變以往采用模擬量傳輸的方式,減少引入干擾的環節,極大的增強了系統的電磁兼容性能和測試精度。光纖傳輸具有損耗低、頻帶寬、抗干擾能力強、傳輸距離遠等特點,具有其它傳輸載體無法比擬的優點,是遠距離通信最理想的傳輸媒介。

          02無縫量程轉換

            電能質量檢測儀的各個測量通道均配置8個無縫自動量程轉換檔位,并自動根據測試對象的大小選擇最佳匹配量程,無需人工操作,保證標稱范圍內測量精度的一致性,無論大信號還是小信號,都能準確測量?!盁o縫”是指在檔位切換過程中數據不丟失,保證高速率采樣頻率下,不丟失任何對用戶有用的信息。

          03擴展功能

            測量通道:可通過增加電能質量檢測儀和級聯數字主機的方式,擴展更多數量的監測點和測量通道,通訊連接只需連接一對光纖線纜,搭建簡單;

            軟件功能:銀河電氣軟件研發團隊可根據用戶提出的詳細的技術要求文檔,編制相應的客戶端軟件,實現軟件的后續功能擴展與升級。

          04數據處理

            所有測試參數,全部依據國標規定的算法進行數據處理。

          05數據記錄及存儲

            采用高速磁盤陣列作為主存儲器,兼顧了存儲的數據量及存儲速度,為客戶提供了珍貴的測量原始數據。

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