淺析電壓質(zhì)量及諧波智能在線監(jiān)測輔助決策管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

武社偉

[摘 要]電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測及輔助決策管理系統(tǒng)，為電能質(zhì)量監(jiān)測提供了一種全新的監(jiān)測理念和手段，在提高電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行、降低諧波源用戶生產(chǎn)成本、提高電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理水平方面發(fā)揮著重要的作用。本文主要分析了電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測及輔助決策管理系統(tǒng)的技術(shù)要點、系統(tǒng)組成、實施方案和主要功能。

[關(guān)鍵詞]電壓質(zhì)量；諧波；在線監(jiān)測

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.18.030

[中圖分類號]TP315；TM76 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2018）18-00-02

1 電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測及輔助決策管理系統(tǒng)的技術(shù)要點

電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測及輔助決策管理系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、動態(tài)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮解壓、DSP技術(shù)、無線通信和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，并使之適應(yīng)于供電公司的實際情況，按照國標諧波、三相電壓不平衡度、電壓偏差（電壓合格率）、電壓波動和閃變等指標的要求進行規(guī)劃、設(shè)計。

1.1 動態(tài)監(jiān)測預(yù)警的設(shè)計理念及處理方式

用于異常事件預(yù)測的方法有很多種，其中應(yīng)用最廣泛的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，由于大多數(shù)的異常事件是不平穩(wěn)的，所以其特征參數(shù)和數(shù)據(jù)分布會隨著時間的變化而變化。設(shè)計人員通過對某段歷史數(shù)據(jù)進行反復(fù)分析，可以利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計模型估計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各層權(quán)重的參數(shù)初值，從而建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，用于未來時間的預(yù)警和預(yù)測。

1.2 基于J2EE的設(shè)計架構(gòu)

電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測及輔助決策管理系統(tǒng)，采用基于J2EE標準的Hibernate+Spring+Webwork的框架，采用MVC模式和B/S應(yīng)用方式，全部采用J2EE技術(shù)，盡量解耦合系統(tǒng)中各個服務(wù)引擎，以考慮與其他異構(gòu)系統(tǒng)的接口，同時實現(xiàn)內(nèi)部模塊互不干擾，基于重用、透明、延展、簡明、高效和安全的目標進行的設(shè)計開發(fā)。

電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測及輔助決策管理系統(tǒng)分為硬件部分和軟件部分，硬件部分采用分布式集中監(jiān)控設(shè)計，即每個監(jiān)測通道單獨享用一塊DSP和16位AD，采集電能質(zhì)量的數(shù)據(jù)，采集單元通過總線與PC104工業(yè)級控制主板進行數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)多通道的數(shù)據(jù)集中處理工作。系統(tǒng)采用Microsoft公司的WINDOWS XPE嵌入操作軟件，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，整機不采用任何旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇，功耗低。軟件采用國際流行的B/S（服務(wù)器/瀏覽器）架構(gòu)實現(xiàn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的查看、分析，采用預(yù)警信息及數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)推送電能質(zhì)量超標線路的信息，使用諧波診斷（最小偏二算法）技術(shù)診斷線路的諧波類型診斷，為諧波綜合治理提供輔助方案。

2 電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測及輔助決策管理系統(tǒng)的組成及各模塊工程實現(xiàn)

電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測及輔助決策管理系統(tǒng)由電能質(zhì)量同步監(jiān)測終端（以后簡稱“監(jiān)測終端”）、通信系統(tǒng)、電能質(zhì)量信息處理與分析中心（以后簡稱“信息中心”）組成。同時，該系統(tǒng)采用計算機、GPRS、通信、綜合電子技術(shù)和計算機軟件等技術(shù)實現(xiàn)對電能質(zhì)量的動態(tài)監(jiān)測和事件預(yù)警，并進行必要的分析。

2.1 監(jiān)測終端的設(shè)計及功能實現(xiàn)

電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測及輔助決策管理系統(tǒng)采用GPRS等技術(shù)，使在監(jiān)測時能方便地控制安裝在電力系統(tǒng)中監(jiān)測終端監(jiān)測采樣的同步性和準確性。每臺監(jiān)測終端的監(jiān)測信號通道為三路電壓和三路電流，電壓額定值是100 V，電流額定值是5 A。監(jiān)測終端本身具有測控功能鍵及中文顯示屏，測得的數(shù)據(jù)應(yīng)能方便地通過通信系統(tǒng)傳送到信息中心并送入數(shù)據(jù)庫。根據(jù)電力系統(tǒng)監(jiān)測任務(wù)的需要，監(jiān)測終端可以分散裝在系統(tǒng)的相應(yīng)節(jié)點上。

2.2 系統(tǒng)通信方式的選擇及實現(xiàn)

各監(jiān)測終端與信息中心之間采用無線通信（GPRS）方式進行數(shù)據(jù)傳輸，不占用系統(tǒng)通信資源，使監(jiān)測組網(wǎng)靈活方便，也可以采用以太網(wǎng)進行通信，數(shù)據(jù)傳輸方便快捷，有助于系統(tǒng)連續(xù)運行和在線監(jiān)測。

2.3 信息中心的設(shè)計及功能實現(xiàn)

信息中心由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、網(wǎng)頁服務(wù)器和數(shù)據(jù)分析軟件組成。電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測及輔助決策管理系統(tǒng)最大程度地實現(xiàn)了信息整合和資源共享，能定期、定時自動采集各個監(jiān)測點的電能質(zhì)量實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。通過訪問網(wǎng)頁服務(wù)器，本系統(tǒng)涵蓋的各個工作站就可以查看各監(jiān)測點的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，不僅能對存入數(shù)據(jù)庫的歷史數(shù)據(jù)進行分析，而且可實時在線調(diào)控全部監(jiān)測裝置的定值。區(qū)域網(wǎng)內(nèi)各監(jiān)測點的分析月報表自動匯總至公司電壓無功管理信息系統(tǒng)，從而達到各監(jiān)測點的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度、數(shù)據(jù)共享的目的。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分之一，其任務(wù)就是每天定時采集各監(jiān)測點的歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，以便進行集中分析。數(shù)據(jù)服務(wù)器配置雙硬盤并互為鏡像，可將采集到的數(shù)據(jù)同步存入兩個數(shù)據(jù)庫中，能有效地防止數(shù)據(jù)丟失，確保數(shù)據(jù)完整。局域網(wǎng)內(nèi)的各用戶均可以訪問網(wǎng)頁服務(wù)器，隨時查看各站點數(shù)據(jù)、波形、頻譜，并且可以對數(shù)據(jù)服務(wù)器的歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析、對各站點以及網(wǎng)站進行管理。

3 電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測及輔助決策管理系統(tǒng)的實施方案

在非線性負荷用戶及臺區(qū)安裝電能質(zhì)量監(jiān)測終端，在變電站安裝集中式電能質(zhì)量監(jiān)測主機，通過供電公司現(xiàn)有的光纖實現(xiàn)數(shù)據(jù)與后臺連接，從而實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)全天候的電能質(zhì)量實時動態(tài)監(jiān)測，通過系統(tǒng)、真實的監(jiān)測數(shù)據(jù)直觀顯示諧波的危害及電能質(zhì)量惡化的后果，使供用電雙方增強電能質(zhì)量意識，共同打造和諧綠色電網(wǎng)，改善供用電電能環(huán)境。供電公司要在變電站、用戶變電站、大客戶側(cè)設(shè)置監(jiān)測終端若干套，并在運維檢修部設(shè)立監(jiān)測中心，對線路和變電站的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)進行動態(tài)監(jiān)測，通過提取電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的超標信息，利用以太網(wǎng)或無線分組業(yè)務(wù)推送預(yù)警消息，使相關(guān)管理人員掌握電網(wǎng)和用戶電能質(zhì)量的實時狀況。

4 電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測及輔助決策管理系統(tǒng)的主要功能

電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測及輔助決策管理系統(tǒng)可以滿足監(jiān)測點與主站、用戶與主站之間通過GPRS、TCP/IP等通訊網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，能夠在第一時間掌握各監(jiān)測點、用戶、樞紐變電站的電能質(zhì)量實時數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)投運后能為供電公司帶來顯著的效益，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供強大的、完整的數(shù)據(jù)支持，具有以下幾方面功能。

第一，電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測及輔助決策管理系統(tǒng)，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)電能質(zhì)量5項指標（電壓、頻率、諧波、三相不平衡，電壓波動和閃變）進行不間斷的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控，全方位提高電力系統(tǒng)的自動化管理水平，加強公用電網(wǎng)電能質(zhì)量的監(jiān)督管理，保證電網(wǎng)安全可靠運行。第二，該系統(tǒng)能夠從電能質(zhì)量的角度及時準確地定位系統(tǒng)的潛在故障源、污染源，并能準確分析出其特征、類型及分布規(guī)律，為電能綜合治理提供依據(jù)，預(yù)防發(fā)生電力事故。第三，該系統(tǒng)擺脫了人工記錄的落后面貌，使電能質(zhì)量管理工作實現(xiàn)了全局一體化，提高了管理水平及工作效率。第四，該系統(tǒng)能夠?qū)Ω骷夒娋W(wǎng)的電能質(zhì)量指標進行長期在線動態(tài)監(jiān)測，數(shù)據(jù)的長期累積和分析為下一步的諧波綜合治理工作奠定了良好的理論基礎(chǔ)。第五，該系統(tǒng)采用的是B/S架構(gòu)，具有強大的數(shù)據(jù)處理和分析能力。管理人員不必在電腦中安裝客戶端或者插件，只需要通過瀏覽器打開頁面，就能方便快捷地掌握實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行管理分析等，提高了辦公效率。第六，該系統(tǒng)研發(fā)最終目的是通過實時動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)有效提高電網(wǎng)運行的安全可靠性，及時調(diào)整或整改電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為用戶提供優(yōu)質(zhì)綠色電能，使供用電雙方實現(xiàn)經(jīng)濟共贏。

5 電壓質(zhì)量及諧波智能在線監(jiān)測輔助決策管理系統(tǒng)帶來的經(jīng)濟效益和社會效益

電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測及輔助決策管理系統(tǒng)的應(yīng)用將會取得良好的經(jīng)濟和社會效益，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

5.1 提高電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行水平

電壓質(zhì)量及諧波智能在線監(jiān)測輔助決策管理系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，為科學(xué)、有效地治理電網(wǎng)諧波污染奠定了堅實的基礎(chǔ)，提高了電網(wǎng)及發(fā)、供、輸、配、用電設(shè)備的安全經(jīng)濟運行水平。同時，該系統(tǒng)還能夠提高供電的穩(wěn)定性，減少了安全事故發(fā)生的概率。

5.2 提高供電公司的運營效益

眾所周知，電網(wǎng)的高次諧波對電能計量的準確性有很大影響，當(dāng)諧波含量滿足國標規(guī)定時，誤差影響微小，當(dāng)諧波含量超過國標規(guī)定時，無論是電磁感應(yīng)式電能表還是全電子式電能表，誤差影響均較大，即諧波含量越高影響越大，電能計量誤差也越大。電壓質(zhì)量及諧波智能在線監(jiān)測輔助決策管理系統(tǒng)，能夠?qū)χC波源進行有效管理，能大大提高供電公司的運營效益。

5.3 降低諧波源用戶的生產(chǎn)成本

電壓質(zhì)量及諧波智能在線監(jiān)測輔助決策管理系統(tǒng)，能夠?qū)χC波污染程度進行監(jiān)測、考核和控制，對諧波源安裝濾波設(shè)備進行長期監(jiān)測，對諧波源治理效果進行長期監(jiān)測，從而達到控制生產(chǎn)成本的目的。同時，電壓質(zhì)量及諧波智能在線監(jiān)測輔助決策管理系統(tǒng)能夠降低諧波源用戶的生產(chǎn)成本，提高廠家產(chǎn)品的合格率，延長設(shè)備使用壽命，提高電能利用率，從而能夠帶來明顯的經(jīng)濟效益。

5.4 提高電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理水平

電壓質(zhì)量及諧波智能監(jiān)測及輔助決策管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了電網(wǎng)電能質(zhì)量指標的自動監(jiān)測、統(tǒng)計和分析。同時，該系統(tǒng)還能統(tǒng)一管理各項統(tǒng)計數(shù)據(jù)、記錄、報表，并且提供查詢、打印功能，減少了管理人員的工作量，提高管理人員的工作效率。

主要參考文獻

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