文献翻译译文-基于Web的分布式电能质量评估测量系统.doc

基于Web的分布式电能质量评估测量系统摘要工业系统己经儿乎完全转向复杂的电子设备时代电能质量（PQ）分析对经济十分重 要，因为各种电气设备对电能质量的变化十分敏感工业过程的控制和监测主要集中在 电气保护，而很少集中在电能质量上现在先进的测量和通信系统使安装基于网络的电 能监测系统成为现实从某种意义上说，本文提出了一种创新的低成本测量系统，本文 还研究了分布式电能质量测量系统存在的挑战和发展趋势关键字：分布式系统；电能质量；智能传感器1简介随着越来越多的电子设备进入工业和商业领域，电能质量和电能质量测量装罝越来 越受到用户的关注，其中，电能质量主要由两方面表征：（1） 电能质量的技术术语包括：供电可靠性和电压质量，其中供电可靠性表征持续稳 定供电的能力，电压质量表征电压电平的变化和抗扰能力2） 相关的商业服务规范（如与电网延迟连接等）以及电能零售商业服务客户的规范当发生持续中断，电压下降到0V超过1分钟，这个问题是每个用户都遇到过的问 题，也是电网供电中常见的现象系统平均中断频率、客户平均中断持续时间，这些指 标并不能表征电能质量要根据理想正弦电源的电压、电流的电磁偏差来评估电压质量和电源干扰。

电压质 量的干扰因素主要源于对设备操作，其可能导致的结果冇：电压瞬变、电压跌落、电压 骤升、浪涌一些常用的术语可以从文献［2］中找到供电系统中电能质量的好坏存在很 大差别，并且取决于多方面的因素例如照明、工厂投切大容量负荷或者非线性负荷、 由于动物、树枝、车辆或人为因素导致的相间短路或接地短路，这些都会影响供电质量 一些电力供应商在建设时遵守参考文献［3］的标准进行电力设施建设在所有类别的干扰中，电压跌落和瞬时供电中断是自动化工业生产中最常见的干扰 ［4］电压跌落通常定义为实际电压跌落超过额定电压的10%-90%，并且持续0.5-60个周 期此外，电压骤升（电压骤升不那么常见）通常不会破坏敏感负载，但会对设备造成 损害瞬时电压中断通常是指实际电压下降为额定电压10-90%的时间为0.5-3个周期 自然因素（例如大树倒塌压倒输电线路或者雷击等）、负荷变化（例如线路投切或者人 为失误）、电力活动（如电动机的启动），这些都可能导致电压跌落在输电线路中，电 压跌落的种类根据输电线路在输电网络中位置的不同而不同［5］由于这些短暂的过程， 普通用户很少会觉察到这些电压质量变化过程然而，对于大多数工业用户，造成停电的另一个显著原因是大规模整体频率偏移，由于这个原因可能导致停电时间长达数小时 ［6］。

研究发现85%的供电中断的原因是电压质量达不到要求，而电压骤降是电压质量达 不到要求的主要原因另一些主要问题与线路电压无关(特别是讼时间电压骤降)，乜括设备跳闸、停转、 过载，如果敏感设备对电压要求较高，在供电过程中发生波动，如果电网没有足够的能 力抵抗波动，则敏感设备将停运这些因素随后将导致供电效率降低，更高的电力需求, 更高的花销，控制电路受到电磁干扰，电缆和设备过热，并且增加设备受损的几率线 路电压调整仍然是提高工业生产力的内在要求调整线路电压的方法有几种，这些方法 被广泛应用于市场中其中最常用的是不间断供电系统(UPS)近年来，例如基于电力 电子技术的定制电源设备的新技术得到不断发展，这给提高电能质量提供了一套解决方 案［7］然而阻碍提高电能质量的障碍是电力参数的实时监测和存储［8］IEC61000-4-30标准规定了电力参数测量的方法并规定丫与电压质量相关的参数的 测量方法根据精度的不同规定测量装置的等级当对测量精度要求严格时，则必须使 用A类测量仪器例如，合同中的应用，验证符合标准，解决纠纷，等等B类测量仪 器被用来确定统计值和调节/纠正错误因为电源扰动的发生是高度不可预知的，所以需 要一个适当的监测系统，这个检测系统能够连续不间断的检测电能质量参数的变化。

先进的电能质量测量仪器的特性和趋势可以从参考文献［11-13］中查到最近几年， 提出了一些实验解决方案在［14］的系统中，该系统使用了标准LabVIEW TCP/IP技术 构建了低压供电网络，这一网络可以看成大型供电网络的简化模型和以往类似，硬件 系统由多台PC机构成，每台PC机通过电压变送器连接到一个电力系统，并且每台PC 机独立管理一个数据釆集模块使用NI LabviEW的图形化程序设计语言模拟虚拟仪器 此外，现在许多电力公司在高压和中压变电站利用电能质量测量装置来实时监测电能质 量116］在过去十年中电力科学研究院的发展是苏中最具有意义的一个里程碑ll7j然而B 前安装的最广泛的装置是另一方面，许多自动化的工厂目前使用专用的PQ测量设 备，但只用于公共耦合点(PCC)和在PQ事件中确定事故责任然而，在工厂内，没有任何可提供参考的整合分布式测量.简而言之，即需要一种低 成本的装置来连续不间断的监控电力参数这是必耍的，因为很多隐性故障不是源于诸 如操作失误或者不正确的接线设计虽然所有主要的事件都可以捕获，但是，这样可能 会导致过多的非关键的数据的产生维护人员必须整理这些数据来分析干扰的来源。

手 动的方法昂贵，耗时，而且容易出错使用定制软件来分析每个站点的数据，成本非常 昂贵而且难以维护，并且其底层扩展也很难因此，设计一种能够在电能质量测量中具 有分析、存储和解释大量数据的系统是相当具有挑战性的本文介绍了一种基于网络的 电能质量测量装置，本装置适用于工业或者商业本文结构如下：第2节，总结设计开发策略；第3节描述传感器的配置；第4节讲 述测量的误差；第5节说明定时协议的兼容性；在第6节中描述了系统的操作；最后， 第7节得出结论2设计策略2.1要求基于网络的测量系统作为一种检测仪器，这种检测仪广泛依赖于工厂配电中低成 本传感器（如PQ表）的安装这些传感器连续不间断的检测电量的消耗以及记录各种 PQ事件详细数据，包括停电，限电，短吋持续吋间的扰动，电压跌落和骤升除了这 些功能，更先进的功能，例如节能，提高能源利用率，这些功能也应该得到实现另外，也可以从各个厂房的站点内收集所有测量的PQ数据从PQ传感器的数据 可以识别PQ事件，并确定其对单个机器的影响另外，由于检测器所测量的数据是通 过因特网上传，我们可以将各个站点测得的数据建立联系，以便确定其中某一个站点测 得的数据是否被检测到或者是否对其他站点产生影响。

从这些信息中，我们可以确定某 一电力事件的起因以及其对公司的影响雷击引起的高频脉冲，电压调整不足引起的长时间过电压，这两个原因都会影响 PQ质量测量装置的精度也会影响测量参数的选择一般來说，这些传感器用于测量 以卜*参数：电压，电流，有功功率，视在功率，总无功功率，基本频率的无功功率，用 电量，电费，功率因数，电源电压的总谐波失真（THD）,九个最重要的谐波电压，三 相电源电压和频率的不平衡电压骤升，骤降和中断检测仪可以按秒、分、小时进行 检测最简单的PQ检测仪仅仅检测上述的电力参数，包括电压电流的变化可以将和离线分析作为实施方案分析用于需要得到立即响应和处理的事 件（例如电压骤降和中断）的分析数据分析可以在监测仪器内进行，也可以集中 在一个中央处理器内进行为了降低数据容量，将各种电力事件分成三类：瞬变，中断 或电压骤降和骤升由于可能会在同一时间内收到多个报警信号，所以必须使用一些自 动分类排序电力事件的算法这可以通过使用各种不同的标准实现，例如，最大持续时 间，最大幅度或能量最大的变化以下信息通常包含于一份关于离线PQ分析的报告中:（1） 稳态变化统计（电压电平，谐波，不平衡，或闪烁）。

2） 从事故产生的事件统计（骤降，短期中断，骤升，或瞬间）3） 识别干扰的可能原因4）电磁兼容性的表征设备和安装的水平5）成本效益和建议维护解决方案此外，有必要采取近似的措施，区分局部近似于和全局因此，系统的开发的PQ 数据管理程序应该与一般的分布PQ报告兼容：（1） 现场报告（如详细介绍了足够质量报告，规划的无功功率，对于使用各种设备）2） 工厂网络报告（如给简单的网站指数所有的测量点，为投资计划和电压骤降 等干扰管理，提供关联记录地质事件的能力图形化分散的地方）本报告的所有的情况下，随着站点指数的平均化以及事件的记录，会得到不同的测 量值和事件记录2.2实现方法基于网络的测量系统的实现分为以下三个步骤首先，要以一定的采样频率和分辨 率获得采样电压对于每一个事件，釆样电压以一定的采样频率（每秒采样的次数）和 采样分辨率（表示电压大小位数）获取因为大多数的PQ事件低于5 KHz的频率，所 以许多商业PQ测量仪器采取每个周期256个采样点的方法进行采样在数据存储发生 故障时，存储的数据能为工程故障排除提供最详细的信息然后，从采样电压计算出事件的特征函数这些特性包括电压有效值，电流有效值, 负序，零序分量，有功和无功功率，谐波失真和个别谐波分量。

对于三相电路，三相电 压在时间上有不同的特性这三个额外特性是必须的己经提出了几种方法来实现这一 目标尽管主要是基于单相测量［10］，在多通道测量中，当需要进一步分析计算单项指标， 应该考虑最糟糕的情况这将在下而进行分析作为补充，持续不间断测量可以开始于 一个通道并结束于另一个通道；这种方法提出了跌落特性，也可以扩展到中断和电压骤 升中，这两个过程减少过度计数，是一种"相聚合“技术最后，该方法从事件和变化特征计算单指标关键的一点是分析所需的时间检索数 据然后，PQ数据可以被重新计算并打包放入目录中，这样PQ数据就可以重新收集 并通过SCADA进行存储这包括电压骤降和骤升的幅度，持续吋间的表，瞬变表，这 些表包含最大电压幅值，瞬态吋间，瞬态频率，或用户指定的大小持续时间曲线L19j另 外，它可以提供各种最小，平均，最大值，标准偏差，计数的统计分析，这些都是测量 谐波指数所必要的在离线系统中，单指数给用户准确的诊断2.3汇总PQ事件的汇总是每一个单一事件数据测量的汇总，这是标记计算的H的总事件 收集相关的测量数据（幅度，持续时间，等），总事件与故障相关联许多设备、工艺或者误操作都会导致电压下降。

因为这个过程不会重新启动，所以 保护电路不会导致误操作鉴于一个电力系统发生的多次事件可能会降低供电质量因 此，一个聚集期应选择和时间序列相关的保护方案可以任意选择时间的长度，IEEE P1366中规定的时间为5分钟，考虑到电压骤降会影响工业负荷，一些公司采用15分 钟或者30分钟然而1分被认为是最短的时间空间聚集是用来减少有效值的测量变化，多个设备的时间汇总测量与单个仪器的结 合这种类型的聚集将会在单一变电站的有效值计算中产生影响3 PQ传感器配置传感器可分为电气，机械，热，辐射，光，磁，化学/生物化学传感器根据传感器 的大小可以将传感器分为微型传感器和一般传感器传感器的分类是灵活的功率测量 中，传感器输出可以是电压信号或电流信号，这是传统的模拟传感器通过一个传输通 道可以将这些模拟信号送到中央控制模块进行处理随后出现了数字传感器，这些数字 传感器可以读取模拟信号并将模拟信号转换成数字信号监测是工业发展的一个新 趋势虽然数字传感器可以实现网络互连，但是，数字传感器冋样会给中央处理器带来 额外的负担，例如数据处理负担，网络负担因此数字传感器和模拟传感器都被称为“迟 钝的”传感器，这是因为这两种传感器都不具备数据处理能力。

智能传感器能和人类的 智慧相比这意味着这种传感器可以提供原始的数据这种传感器应该叫做“智能”传 感器而不是“聪明”传感器智能传感器由三个部分组成：通信，数据采集和传感器 现在己经可以在一块芯片上集成上述的三个功能［2G］相较于传统传感器，。