淺析電能質量監測係統及應用

摘 要：介紹了電能質量監測係統的構成和基本原理，分析探討了該係統在供配電係統和工廠用電設備監測等方麵的應用，其對電網的安全、穩定、經濟運行具有重要意義(yi) 。

關(guan) 鍵詞：電能質量；監測係統；供配電係統；應用

0前言

電能質量是衡量電網供給用戶端交流電能的品質標準。電能質量監測係統是對電力係統、工業(ye) 用戶等電能質量進行監測並自動記錄的智能化數據監測係統。該係統對電網電壓及電流波形進行實時監測、分析，並自動生成所需圖形報表，相關(guan) 技術人員即可以通過Web方式隨時查詢電網的實時電能質量數據和曆史數據，對電能質量擾動做出科學的評估，為(wei) 改善電能質量提供決(jue) 策依據。

1電能質量監測係統的構成和原理

電能質量監測係統由監測終端、主站及遠程監測軟件係統組成。

1.1電能質量監測終端

監測終端主要完成數據的處理、記錄、存儲(chu) 以及與(yu) 主站之間的通訊連接和數據傳(chuan) 輸，形成圖形報表。監測終端還具有LCD圖形顯示、多參數綜合測量、參數報警值設定、實時定點報警等功能。終端運行VRTX實時多任務操作係統，可以及時響應用戶的請求，過電壓數據采用中斷方式記錄，保證數據不丟(diu) 失。

監測終端的硬件由TA/TV及AD信號預處理、DSP數據處理器、並行通訊ISA總線並行擴展、調製解調器、LCD顯示器（VGA單色帶背光）、網絡適配器、電源等構成。電能質量監測終端的硬件構成框圖見圖1。

傳(chuan) 感器將配電網參數的電能信號TA/TV轉化為(wei) AD的輸入信號，然後進行同步采樣，轉換後的采樣數據通過同步串口傳(chuan) 入DSP，進行數據處理。DSP數據處理器是監測終端的核心部件之一，它將采集的數據變換格式，采用成熟的FFT（快速傅立葉算法）計算分析處理各種數據。DSP將分析結果送到LCD以圖形方式顯示電壓、電流基波及各次諧波的幅值、相角，電壓、電流的矢量圖，電壓、電流波形，並通過串口將數據送到主站PC進行相應的處理。上位計算機對接收到的數據，通過管理軟件對數據進行分類、儲(chu) 存、共享，運行和管理人員可隨時查詢，並可選取需要的數據進行報表輸出和曲線打印分析。

1.2主站及遠程監測軟件

主站通過調製解調器或網絡接受監測終端上傳(chuan) 的數據主站為(wei) 客戶機—服務器方式，數據存放在服務器的數據庫中，可以方便地調用與(yu) 查詢。主站接受監測終端上傳(chuan) 的數據，進行統計分析，形成文件、報表及曲線，並可顯示數據和圖形(如頻譜圖、波形圖、曲線圖、向量圖等)。它可以管理多台電能質量監測終端，對收集到的數據進行分析與(yu) 處理，可以對某一時段或某一事件過程時段的電能質量進行分析、形成報表，自動形成日、月和年報表，自動找出諧波含有率超標的時段與(yu) 線路，計算電壓合格率與(yu) 供電可靠性。遠程監測軟件主要完成數據的處理、計算、統計及圖顯，提供報警等信息。監測係統軟件框圖

見圖2。

2電能質量監測係統的應用

從(cong) 上世紀80年代起,我國電能質量監測技術經曆了20多年的發展曆程，已經實現了由單一功能向多功能監測的發展。目前在電能質量監測技術已在供配電係統和工廠用電設備監測有著廣泛應用。

2.1供配電係統電能質量監測

我國早在90年代開始就陸續推出了關(guan) 於(yu) 電能質量方麵的一係列相關(guan) 國家標準。在電子技術越來越發達的今天,現代電子設備對電能質量更為(wei) 敏感，現代電子設備的大量應用加重了電網電能質量的汙染，因此及時了解電能質量的情況對對於(yu) 供用電雙方都具有十分重要的意義(yi) 。電能質量監測係統對運行中的供配電係統進行實時連續監測，可根據使用部門的要求進行相關(guan) 指標合格區域等參數的設定、統計出電網各指標的數據，自動生成所需圖形報表，並進行數據儲(chu) 存。同時係統對設定的電能質量指標值有越限報警功能，可輕鬆判斷指標超標與(yu) 否，提醒人們(men) 對供、用電設備的運行狀態及時進行調整，確保電網的電能質量符合國家有關(guan) 標準。

2.2供配電係統及工業(ye) 用電設備運行監測

電能質量監測係統對供配電係統運行中電壓、電流全波形的實時監測，並實時分析電網中電壓、電流的諧波狀況，為(wei) 運行和檢修人員提供可靠的電網運行相關(guan) 參數，隨時隨地掌握電網的運行狀況，這樣就能在供配電係統和用電設備運行出現故障前，掌握到其早期的故障信息，及時做好預防檢修，提高電力係統供電的安全性、可靠性和經濟性，保證用電設備的正常工作。電能質量監測係統也可對工業(ye) 用電設備運行進行監測，特別是容量相對較大的非線性負載用戶設備。用戶可通過監測數據，掌握用電設備諧波情況，以製定合適的治理方案，提高用電質量，同時提高設備使用壽命。同時用戶還可通過監測係統在線無功補償(chang) ，提高功率因數，滿足供電企業(ye) 考核指標，同時減少線路損耗，節約電能消耗；通過在線監測用戶可以及時清楚了解供電設備狀況，及早發現設備隱患和電能損耗定位，提高供電效率。

2.3供配電係統事故原因分析

電能質量監測係統具有故障錄波功能，能夠記錄發生故障時刻的電網狀態，通過分析，為(wei) 判斷故障的來源和分析、解決(jue) 問題提供了詳盡、可靠的數據和依據，這對於(yu) 解決(jue) 電力故障糾紛提供了可靠的技術支持。

2.4為(wei) 供配電網技改提供依據

通過電能質量在線監測係統，可以評判供配電網監測點哪些指標是主要的矛盾所在，其概率水平及時間分布規律如何，從(cong) 而以合理的投資、較好的技術方案、適度餘(yu) 量的容量進行解決(jue) 。

2.5合理引導用戶錯峰用電提供依據

近年各地不同程度都出現電力缺口的情況。通過電能質量在線監測係統，可以統計出本地區峰、平、穀用電負荷情況，據此電力管理部門可製定合理的錯峰用電方案，合理分布電能使用時間，削峰填穀，減少因為(wei) 拉閘限電給企業(ye) 帶來損失。

3電能質量監測與(yu) 治理係統

3.1概述

電能質量分析與(yu) 治理係統主要研究供配電係統中的無功補償(chang) 和諧波治理問題，適用於(yu) 新建、改建、擴建和技改項目中工業(ye) 與(yu) 民用及公共建築內(nei) 電氣設備的無功補償(chang) 、諧波及綜合治理等，可根據不同行業(ye) 類型和負載類型的電能質量問題提供合適的設計解決(jue) 方案，以達到改善供電質量和確保電力係統安全經濟運行的目的。

3.2典型行業(ye)

①商業(ye) 中心/辦公大樓/醫療/機場/體(ti) 育館：空調、電梯、LED屏幕、可控矽調光係統、音響係統；

②港口碼頭/造船/造紙/煙草/煤礦：變頻器等；

③光伏/充電樁/化工/冶金：變頻器、整流器等；

④學校/研究院：實驗室、機房設備、數據中心；

⑤工廠：使用大型設備的生產(chan) 線，高精度數控中心等；

⑥通信/金融/醫療/商業(ye) 中心：UPS、開關(guan) 電源等。

3.3係統架構

電能質量分析與(yu) 治理係統由低壓側(ce) 電能治理產(chan) 品組成，主要產(chan) 品有ANAPF有源電力濾波器、ANSVG靜止無功發生器、ANSNP中線安防保護器、ANHPD諧波保護器、ANSVC低壓無功功率補償(chang) 裝置、ANSVG-G-A混合動態濾波補償(chang) 裝置、ANSVG-S-A混合動態消諧補償(chang) 裝置、ANSVG-S-G智慧型動態無功補償(chang) 裝置等。

4產(chan) 品選型

4.1 諧波治理產(chan) 品選型

4.2、無功補償(chang) 產(chan) 品快速選型

5產(chan) 品功能

5.1 ANAPF有源電力濾波器

觸摸屏

互感器

ANAPF係列有源電力濾波器並聯在電網上，負載電流通過電流互感器采集到ANAPF的控製係統中，通過實時檢測電路將負載電流中的諧波分量和基波無功分量分離出來，經控製係統快速運算，采用PWM控製IGBT的觸發。通過由大容量IGBT管組成的三相變流器向係統注入補償(chang) 電流，該補償(chang) 電流與(yu) 負荷電流中的諧波電流大小相等，方向相反，互相抵消，實現濾除諧波的功能，保證流入電網電流是正弦波。

5.2 ANSNP中線安防保護器

ANSNP中線安防保護器通過電流檢測環節采集係統中性線上各次諧波電流，經控製器快速計算並提取各次諧波電流的含量，產(chan) 生諧波電流指令，通過功率執行器件產(chan) 生與(yu) 諧波電流幅值相等方向相反的補償(chang) 電流，並注入中性線，從(cong) 而消除中性線中過大的電流。

5.3 ANSVG靜止無功發生器

ANSVG靜止無功發生器是一種用於(yu) 補償(chang) 無功以及不平衡的新型電力電子裝置，它能對大小變化的無功以及負序進行快速和連續的補償(chang) ，其應用可克服LC補償(chang) 器等傳(chuan) 統的無功補償(chang) 器響應速度慢、補償(chang) 效果不能控製、容易與(yu) 電網發生並聯諧振和投切震蕩等缺點。

5.4 ANSVC低壓無功功率補償(chang) 裝置

（1）分立元件方案

ANSVC 低壓無功功率補償(chang) 裝置適用於(yu) 頻率 50Hz 電壓 0.4kV 電網的無功功率自動補償(chang) ；它集無功補償(chang) 、電網監測於(yu) 一體(ti) ，不但可以通過投切電容器組來補償(chang) 電網中的無功損耗，提高功率因數，降低線損，從(cong) 而提高電網的負載能力和供電質量；同時還能夠實時監測電網的三相電壓、電流、功率因數等電量參數。

（2）智能電容方案

AZC係列智能電力電容補償(chang) 裝置是應用於(yu) 0.4kV、50Hz低壓配電中用於(yu) 節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償(chang) 設備。AZC由智能測控單元，投切開關(guan) ，線路保護單元，低壓電力電容器等構成，AZCL在AZC的基礎上添加了電抗器，電抗率可選7%/14%，用於(yu) 主要諧波為(wei) 5次及以上/3次、5次及以上的電氣環境。改變了傳(chuan) 統無功補償(chang) 裝置體(ti) 積龐大和笨重的結構模式。具有補償(chang) 效果更好，體(ti) 積更小，功耗更低，價(jia) 格更廉，節約成本更多，使用更加靈活，維護更方便，使用壽命更長，可靠性更高等特點。

5.5 ANSVG-G-A混合動態濾波補償(chang) 裝置

ANSVG-G-A混合動態濾波補償(chang) 裝置在補償(chang) 無功的同時可兼治理係統的諧波，該設備以並聯方式接入配電係統，實時監測係統的電流分量，通過控製計算及邏輯變化，計算出係統所需的無功分量及諧波分量，然後通過三相全橋換流電路實時產(chan) 生係統所需要的無功與(yu) 諧波電流注入到配電係統中，實現智能補償(chang) ，兼諧波治理。

5.6 ANSVG-S-A係列混合動態消諧補償(chang) 裝置

ANSVG-S-A係列混合動態消諧補償(chang) 裝置應用新技術，以SVC的經濟性和APF濾波的性等特點為(wei) 基礎，將兩(liang) 者技術相結合，提高傳(chuan) 統無功補償(chang) 技術，在降低成本的同時，實現諧波治理與(yu) 無功補償(chang) 。

5.7 ANSVG-S-G智慧型動態無功補償(chang) 裝置

ANSVG-S-G智慧型動態無功補償(chang) 裝置是一種用於(yu) 補償(chang) 無功，提高功率因數，實現補償(chang) 效果的新型電力電子裝置；智能控製係統主動根據係統的線性動態需求，自動調節有源及無源模塊的輸出配比；ANSVG-S-G整機主要是由ANSVG-S-G模塊、無源補償(chang) 電容器（TSC）、液晶顯示器組成。

6應用案例

6.1 概述

某工廠負載為(wei) 空壓機、注塑機一類的變頻設備，是典型的諧波發生源，客戶要求針對諧波電流進行治理，改造前/後實測數據如下：

治理前數據截圖

治理後數據截圖

現場安裝圖

6.2 測量前/後數據統計

6.3 測量前/後數據分析

從(cong) 治理前後的測量數據電流波形對比圖中，我們(men) 可以較為(wei) 直觀的看出諧波治理後的電流波形更加平滑，更加趨近於(yu) 正弦波形。根據數據統計可知，諧波電流主要以5、7、11次為(wei) 主，治理前的5、7、11次諧波電流均超出國標限值（5次62A、7次44A、11次28A），經過容量200A的ANAPF有源濾波器治理後均降到了限值以下，滿足國標對於(yu) 各次諧波電流值的要求；治理後諧波電流畸變率（以A相為(wei) 例）由治理前的32.39%降到了10.42%；治理後諧波電壓畸變率（以A相為(wei) 例）由治理前的5.4%降到了2.97%，滿足國標限值電壓畸變率≤5%的要求，各項指標符合國家標準，諧波治理效果明顯。

7典型業(ye) 績

8結束語

電能質量監測是保證電力係統安全可靠運行的技術支撐，是保證電網和電氣設備安全和可靠的重要手段。建立實用、先進、可靠的電能質量監測網絡，為(wei) 及時分析和反映電網的電能質量水平，找出電網中影響電能質量的原因，采取相應的措施，對電網的安全、穩定、經濟運行具有重要意義(yi) 。

安科瑞侯文莉