电能质量分析

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电能质量分析范文第1篇

关键词:电网电能质量 检测现状 主要措施 分析方法

1、电网电能质量的概述

电能作为人类生活中的非常重要的能源。随着我国科学技术与经济的快速发展,电力电子技术和微电子器件等的广泛应用,家用电器的普及和炼钢电弧炉的发展,对电网电能质量的要求逐渐提高。由于不对称负荷,非线性和冲击性这类扰动负荷接入电力系统以及它的系统短路故障等扰动源的存在,产生了大量的电网电能质量问题,电网电能质量严重的恶化。

电能质量主要会导致用电设备故障或不能正常工作的频率和电压,或者是电流有偏差。这些问题主要包括电压偏差,频率偏差,三相不平衡,电压闪变和波动,电压暂降,供电连续性,瞬态或者是暂时的过电压,波形畸变和短时间中断等。

2、当代配电网电能质量的监测和分析方法

传输过程中的相关数据与采集电能再生产是电网电能质量监测的目的,电网电能质量监测使其可以在分析中转换成可解释的有用的信息。电网电能质量监测的检测对象的要求是能够反映系统的整体运行情况,为质量分析提供有价值的数据,也就是它不仅要能够反映我们所关心的特定电能问题,同时还要有利于进行干扰诊断和设备维护和分析评估电能质量水平。

频域分析法,小波分析等基于变化的分析法以及时域分析法和电网电能质量分析法是比较常用的分析方法。时- 频分析法是一种比较方便的分析方法,一般情况下,需要先对信号加窗函数然后再对它进行分析;时- 频局部性可以突出问题变化的部分是小波变化法的主要特点,它的这些特点就决定了它能够分析检测信号的局部奇异性,再加上Merlot小波和Meyer小波等小波函数就形成了一种暂态函数,而这有助于分析电网电能质量的暂态过程。

3、电网电能质量的现状

因为关注电网电能质量的角度不同以及所处立场的不同,所以人们对电能质量的定义还没有完全达成共识,但是对它的主要技术指标有在着比较一致的认识。供电电压允许偏差,公用电网谐波和供电频率允许偏差,供电电压允许闪变以及波动和供电三相电压允许不平衡度等是其主要的技术指标。

其中电压跌落和电压上升的总称是电压偏差;不因用户而异的frequency deviation也就是频率偏差对频率质量的要求是:全网相同并且各国对于该项偏差标准都有相关规定;有三相电压的平均值以及电压的最大偏移超过标准规定的是unbalance也就是电压三相不平衡;间谐波包括小于基波频率的分数次谐波以及含有基波整数倍频率的正弦电流或者电压;fluctuation也就是电压波动是指在包络线内的电压有规则的变动,闪变是指电压波动对照明灯的视觉影响。

4、提高电网电能质量的主要措施

提高电网电能质量的主要措施有一次调频,发电机进相运行以及谐波在线监测与治理,这几种方法各有各的特点。由于电网缺乏快速调频的有效手段和机组单机容量的增加,导致电网电能的质量降低。以及科学技术的发展,人们对电网的需求越来越多,对电网电能质量的要求也越来越高,面对这些问题,只有机组本身对电网实现一次调频功能,才能满足对电网快速响应的要求,才能克服电网频率的波动。

发电机进相运行是解决电网低谷运行期间无功功率过剩和电网电压过高的一种技术上简便可行和经济性较高的比较有效的方法。这种方法非常有效而且比较简单,主要表现在当电压过高或电网无功过剩时,只需通过调解励磁电流,把发电机改为消耗无功负荷而不是发出无功负荷,让它无功进相运行,这个方法具有明显的降低系统电压的效果;为了保持电网电压的问题,它会通过增减励磁电流,使发电机的无功输出增加,这样就使响应比较准确和灵活;该方法为了消耗系统的无功使用发电机进相运行的方式,节约了设备的投资;发电机进相运行后,励磁变的负荷下降了,这样就降低了厂用电率,减少了有功损耗。

谐波在线监测与治理,要求对于现有的谐波源用户,确实污染严重的必须提出限制整改计划以及措施;对于扩建的和新上的电网电能质量污染源项目,必须进行谐波项目评估,谐波治理必须与工程项目同步实施;推广非线性大用户采用滤波措施或者是动态无功补偿,针对谐波问题,在实测的基础上,确定电网必要的补偿率。由于配网中某些地区电压畸变率较高,为了降低电压总谐波畸变率,应把用户侧以及电网等无功补偿装置设计成具有补偿滤波和无功的综合功能的系统。

参考文献

[1] 林涛,樊正伟.利用小波变换及人工神经网络识别电能扰动. 武汉大学电气工程学院.

[2] 欧阳森,宋政湘,陈德桂,等.小波软阀值去噪技术在电能质量监测中应用[J].电力系统自动化,2002,26(19):56-60.

[3] 胡铭. 陈珩.用户电力技术在配电系统中的应用（Application of custom power in distribution system）.电力自动化设备（Equipment of Electric Power Automation）,1999,12.

[4] 何大禹.柔流输电技术和用户电力技术的新进展（New development of FACT and custom power technology）.电力系统自动化（Automation of Electric Power Systems）,1999,3.

电能质量分析范文第2篇

电能质量是指供电电气设备在正常情况下不中断和不干扰用户的情况下能正常工作，一些因素会使电能波形偏离对称正弦，由此便产生了电能质量问题，影响电能质量的主要原因有以下几种：1）频率偏差。它是衡量电能质量的一项重要指标。例如，频率发生变化可以使异步电动机的转速发生变化，导致电动机的功率下降，异步电动机的励磁电流增加，引起无功功率的增大。2）电压偏差。主要是由负荷电流或故障电流在电力系统各个元件上流过时产生的电压损失而引起的。对电动机而言，电压降低会导致转矩下降，电流增加使电动机线圈发热引起电动机的温度上升，严重时甚至烧毁电动机。3）电压波动和闪变。电压的波动和闪变是指在电网中瞬时的变化，是由于负荷急剧变化冲击而引起的，如大型电动机的启动、电弧焊机的使用等。电压的波动和闪变使电网的电压损耗相应地变动，导致电气设备不能正常工作。4）高次谐波产生与危害。油田和石化企业的工业设备功率大、数量多，为了节约电能和满足工艺流程的控制要求，在生产中使用了大量的各种整流设备、变频器、交流电焊机等，这些设备的运行产生了大量的谐波电流，通过电网在电网阻抗上产生谐波电压降，从而导致谐波的产生。谐波过电压对变压器的差动保护、线路距离保护、电能计量精度、通信质量、继电保护和自动装置等都有影响。5）供电系统三相不平衡。供电系统的三相不平衡是由三相负荷不对称造成的，如工业上使用的电弧炉、电焊机，大量的单相负荷等都会导致三相负荷的不对称。电力系统三相不平衡不仅会降低电动机效率，减小有效转矩，而且能缩短电动机寿命，同时还可导致变压器使用率的下降。三相不平衡负荷运行还可烧断线路，或直接烧坏用电设备，对于用户影响很大，严重地影响企业的经济效益。

2提高电能质量方法

2.1电力系统频率调整

电力系统的频率变化主要是有功负荷发生变化而引起的。在油田、石化企业电力系统中导致频率发生改变的主要是电力系统发生了短路，或者是用电负荷突然增加；所以，必须在极短的时间内切除部分负荷有效恢复电力系统的正常工作。目前最有效的方法可采用通过设置低频减负装置瞬间切除非重要负荷，低频减负装置由频率测量、时间测量、执行元件组成。当系统的频率下降到频率测量元件的整定值时，测量元件动作同时启动时间元件。整定到一定的时限后，执行元件动作并切除装置所安装的线路负荷；在整定时限到达之前，待电力系统的频率恢复减负装置将自动返回。

2.2电压偏差调节

在油田、石化企业电力用户的供配电系统中，供电线路长，变压器数量多。电压偏差调节应考虑从降低电力线路的电压损失和调节变压器的分接头两方面入手，合理减少系统阻抗，增大导线截面或电缆的截面积，减少系统的变压级数，尽量保持系统三相平衡，设置无功补偿装置来降低系统阻抗和减少电压损失。

2.3电压的波动和闪变抑制

在设计时对用电负荷进行区分，对变化较大的用电负荷采取合理的接线方式。大型电气设备需单独接地，选择合适的供电电压，增大供电容量减少系统阻抗，并加大系统短路容量；同时，还可采用静止无功功率补偿装置（SVC），目前在大庆油田已使用了两套，对电压的波动闪变起到了良好的作用。

2.4高次谐波抑制

安装无源电力谐波滤波器，它由电容器、电抗器和电阻器组成。一般有单调谐滤波器、双调谐滤波器和高通滤波器。单调谐滤波器用来滤除低频单次谐波，双调谐滤波器可以同时吸收两种谐波。在小的容量装置中可以选择单调谐滤波器，在大的容量装置中可以选择双调谐滤波器。安装有源电力谐波滤波器，它由静态功率变送器构成，其主要功能是高次谐波电流的检测、调节和控制，有良好的补偿效果和通用性。它也是一种向电网注入补偿谐波电流，以抵消负荷所产生的谐波电流的滤波装置。设负荷电流iL为方型波，所含的谐波分量为iH，有源滤波器产生一个与振幅相等、相位相反电流iF，则与iL综合后电流侧的电流iS就变成正弦波。

2.5系统三相不平衡的解决方法

电力系统三相不平衡的主要原因是单相负荷分配不合理，可以采取以下的应对措施：1）采用电抗器和电容器组成的电流平衡装置，在单相负荷较大的一相分别接入纯阻性负荷，感性电纳、容性电纳，使三相负荷达到平衡。2）采用大容量的平衡变压器，它具有降压和换相功能的特殊接线的变压器。3）对于不对称比较严重的负荷，尽量接在短路容量较大的系统并采用独立变压器供电。4）加大负荷接入点的短路容量，如提高系统的电压级别来提高系统承受不平衡负荷的能力。

3结论

电能质量分析范文第3篇

关键词：电能质量；分析仪；谐波测量；频谱分析长度；长度检测

中图分类号：TM935 文献标识码：A

1 概述

电力系统在运用新兴技术与产品的同时，也会带来一系列不能预知的影响，特别是电力系统非线性元器件在电力建设中广泛应用，产生了许多不可控的客观因素，严重影响电能质量，比较突出的影响因素是是谐波干扰，电能质量是电力企业的生命线，所以谐波测量的相关研究受到广泛重视。在电能质量谐波测量频谱分析的主要算法是傅利叶变换，但傅利叶变换方案会导致频谱泄露与栅栏效应的问题，常用的防止频谱泄漏的方法是加权窗函数，但其缺点是同时降低频谱精确率；而防止栅栏效应的常用方法是增加分辨率来实现，但随之随之而来的问题是要保证一定的频谱分析长度，对采样长度的要求相应提高了。由于各生产商的技术水平并不一致，如果要增加采样长度、提高分辨率的硬性条件，对于现实生产具有一定的难度，论文结合实际情况，探讨了频谱分析长度的另一途径，并在实践检验中得到积极评价。

2 频谱测量的算法原理

2.1 离散傅立叶变换原理

由于谐波信号的长度不能完全测量，所以一般采用离散傅立叶变换方式，进行部分截取，

可以设定无穷信号为：

Xm=Am×sin（ωm×t）

当时间t在（0，T]范围内时，ωT（t）（截取的窗函数）的值就为1；当时间t>T时，ωT（t）（截取的窗函数）的值就为0，而有限长信号的表达式为：

Xm0=Xm×ωT（t）

经过离散傅立叶变换有限长信号的结果可以表达为：

Xm（k）=Xm（2πkF）/T

=Am×sin[2πFT（k-m）/2]×e-j[πFT（k-r）+π/2]/[πFT（k-r）]

在上式中F-频率分辨率，m-整数，f-频率，可以推导出，当k=m时，Xm（k）=Am×ejθ；

而当k≠m时，则有Xm（k）=0。

不难得出，m取整数与否，直接影响到频谱分析测量的精确度，当m取整数时，有限长信号傅立叶变换得到单一的频谱分布线，提高测量精度；当m不为整数时，傅利叶变换会有频谱泄露的现象发生，谐波信号的频谱分布为：

Xm（k）=Xm（2πkF）/T

=Am×sin[2πFT（k-m1-r）/2]×e-j[πFT（k-m1-r）+π/2]/[πFT（k-m1-r）]

由上式可以分析出，m不取整数时，变换的频谱是分散的，而不是在一条谱线上的。

2.2 加窗算法原理

有2.1可知，当m不为整数，即信号的f不是F的整数倍时，会产生频谱泄漏现象，并且对测量造成较大的干扰，针对这一问题，提出了加窗算法解决方案，在常见的非整数倍影响因素中，有两大原因：其一，在实际采样时，由于频率的波动，导致信号f分量不以F的整数倍出现；其二，在有限信号长度截断时不是以周期为单位的。在截取的窗函数使用特性中，汉宁窗的是矩形窗2倍，可以有效的防止泄漏，但会造成阻带衰减迅速、频谱分辨率低的特点；而采用矩形窗时，可以将频谱分辨率优化到最佳水平，但问题是会引发泄漏，并且阻带衰减速度较慢。综合分析各窗函数的优缺点，现阶段汉宁窗的运用比较广泛，其综合性能比较优越，但具体使用过程中还要依据频谱分析的实际需要，选择合适的窗函数，一般汉宁窗的离散时域表达式为：

WH（n）=[1-cos（2πn/N-1）]×RN（n）/2

RN（n）-矩形窗函数的离散时域。

用汉宁窗截取无限长信号Xm（t）得到的频域可表示为：

XmH（k）=Xm（k）/2-Xm（k-1）+Xm（k+1）]/4

有上式可以分析出，加权汉宁窗会对频谱分辨率有削弱作用，同时使信号汇集于主瓣宽度， 但能够对阻带衰减带来积极效果，防止频谱的泄露现象。在具体的计算当中，还必须考虑到误差，引入校正系数。由于汉宁窗在厂家受到普遍应用，其检测方法和研究仿真都具有典型性，在采用其他窗函数降低频谱泄漏时，汉宁窗的研究方案同样是适用的。

2.3 分组算法原理

依据我国制定的标准要求，快速傅立叶变换计算得到的各频率分量后，还要经过分组，设定Uk对应的离散傅立叶每隔5Hz的输出分量，则h 次谐波子组的测量输出可以表示为：

Uh=（ΣU（k+i））1/2

k对应顺序为h的谐波。

3 频谱分析长度检测方案

由以上分析可以知道，当m取整数时，即信号的f为F的整数倍时，可以防止频谱泄漏的发生，而电能质量分析仪合格时可以对整数倍的谐波做到精确有效的长度检测，一旦m为非整数时，则超出了电能质量分析仪准确分析的能力，会导致频谱泄漏。一般为了减少泄漏，采用汉宁窗算法，F（频率）=1/T（周期），如果系统频率为50Hz，相应的频谱分析检测长度以10个周期为标准，汉宁窗加权对应的周期波为20，频率则为5Hz。而分组算法会干扰分析结果，所以，需要对是否采用加窗算法和分组算法进行检测，常见的检测方案如下所述：

（1）对电能质量分析仪进行检测，并且以5Hz为指标，观察其频率分辨率是否达到该要求。

（2）在对电能质量分析仪的分辨率进行检测后，其次要证实分组算法是否得到采用。

（3）在被检测的电能质量分析仪达到5Hz的频率要求时，则要对分组有否进行检测，并且两种情况下，还要对是否采用了汉宁窗算法进行检测。

（4）电能质量分析仪的质量精确性要得到确认，其误差可以设为p。

4 频谱分析长度检测项目

4.1 分辨率与分组算法的检测

依据要求，必须对分辨率和分组算法是否采用进行检测，首先设置检测信号，其表达式为：

X（t）=X0（t）+Xk-1（t）+Xk（t）+Xk+1（t）

=21/2A0×sin（100πt）+21/2Ak -1sin[2π×（50h-Δf）×t]+21/22Aksin（2πh×50t）+21/2Ak +1sin[2π（50h +Δf）×t]

上式当中，Δf=5Hz，h表示谐波次数，并且取值h依次为2，3，4，……

一般频谱泄漏的情况发生在频谱分辨率超出或低于5Hz，会导致谐波的测量精确性受到削弱。但在对h 次谐波输出值的具体数据分析时，由于信号的频谱泄漏的区域相当大，条件比较复杂，要综合考虑信号的频谱分辨率、频率和幅值因素。可以通过Matlab仿真方式，根据h次谐波的输出，以频率5Hz为基本指标，对频率分辨率的检测进行分析。由上述原理，当h次谐波为Ak时，则可以判断检测过程中没有运用分组算法；当h次谐波为Uh=（A2k-1+A2k+A2k +1）1/2，则可以判断出检测过程中运用了分组算法。

4.2 加窗检测

电能质量分析仪的频谱分析分辨率的检测频率定为5Hz，当设置的信号Δf为F的非整数倍（m取非整数），表示则频谱信号发生了频谱泄露现象，干扰测量。具体分析频谱泄漏的可能性，针对测量结果，加窗加权的处理可以采用汉宁窗、哈明窗、或矩形窗等方式。设定A1/A0=0.02，A2/A0 =0.06，仿真之后，针对未分组与已分组的两种情况，得到的谐波含量与频率的曲线。栅栏效应会很大程度上削弱测量的精度，而汉宁窗算法的运用可以明显降低频谱泄漏的可能性，但加窗必须按照标准进行操作，因为超出标准耳朵加窗方式难以达到减少频谱泄漏的目的。加窗结果的分析依有分组与未分组之分，图2是未分组时的谐波含量与频率关系，图3是已分组时的情况，测量的分析结果如图1、图2所示。

未分组算法的信号检测：

X2（t）=100×21/2sin（100πt）+2×21/2sin（300πt）+6×21/2sin（313πt）

已分组的信号检测x2

X2（t）=100×21/2sin（100πt）+2×21/2sin（300πt）+6×21/2sin（323πt）

结语

在电能质量的干扰因素分析是电力系统的重要课题，涉及到频谱分析的检测主要考虑栅栏效应和频谱泄漏现象，针对分组算法和加窗算法的检测可以很大程度上提高检测的精确度，相关实验研究也利于电力系统的改善。

参考文献

[1]郑恩让，杨润贤，高森，蔡维，等： 电能质量分析仪谐波测量频谱分析长度检测.关于电力系统FFT 谐波检测存在问题的研究[J].继电器，2007，34（18）：52-57.

电能质量分析范文第4篇

关键词：电能质量；检测系统；实时监控

中图分类号：R363.1+24文献标识码：A 文章编号：

0 引言

随着我国智能电网建设逐步深入，电能质量问题越来越受关注，电能质量在线监控系统的应用也更加广泛，电能质量在线监控系统的规模已经逐步从变电站级、县/市/地区级的中小型系统，发展到省级、网级的广域分布式大型、超大型系统。电能质量监控系统覆盖区域越来越广泛，监测对象越来越多，有必要对电能质量在线监测系统做更深的了解，已达到更好的实时监控效果。

1 产品特点

电能质量监测系统HDGC3580具有GPRS无线传输功能和以太网远程传输功能，可随时随地得知各个监测点的实时数据，并能通过远程控制技术，做到随时对任意一个监测点进行修改设置和做特殊检测。

可以在任何地方任何时间查看HDGC3580所记录的数据,并在上位机上进行细致深入地分析。

如有异常电力事件发生,HDGC3580能够以最快的速度进行报警提示，并且通过原始资料，可以在电脑上很快查处出现问题的设备号和设备所在地。

公司不断优化监控终端的程序，客户可通过远程下载和安装，轻松实现监控终端程序的更新。内置大容量Flash存储盘，可保证记录时间的长度和记录数据的完整性。

2 产品功能

2.1 电能质量参数监测

可测量三相三线、三相四线的电压、电流、频率，并记录其变化趋势；

可测量三相四线电系统的三相有功功率、视在功率、无功功率、功率因数等，并记录三相有功功率的变化趋势。

可测量三相四线电系统的不平衡度，并记录其变化趋势。

可测量三相四线(三电压、四电流)的1~25次谐波，及其总谐波失真。并记录其中某一次谐波的变化趋势。

可测量电压波动与闪变。

2.2 系统管理：

数据管理

基本测量数据：查看在基本测量功能中保存的结果数据。

谐波数据：查看在谐波测量功能中保存的结果数据。

功率数据：查看在功率测量功能中保存的结果数据。

三相不平衡数据：查看在三相不平衡测量功能中保存的结果数据。

录波事件记录：查看在事件录波功能中保存的结果数据。

2.3 计量校正

零点校正：校正各个通道的零点。

传感器设置：置电流传感器。使用仪表前应先将此处的传感器类型设置成与实际使用的传感器一致。

3 系统组成

3.1系统组成

电能质量在线监测系统主要有现场监测层，通讯传输层和数据管理层组成，组网方式有网线、光纤、无线三种模式。

3.1.1现场监测层

现场安装各类电能及电能质量监测设备，要求具有通讯功能。可以选择安科瑞的ACR330ELH、ACR320ELH、ACR230ELH、ACR220ELH等电力仪表，主要功能： LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO，RS485通讯接口、Modbus协议。

3.1.2 通讯传输层

为了将监测层设备采集的数据传送到服务器而负责数据通讯传输的设备，主要有通讯管理机、串口服务器、网络交换机等。数据采集终端通过串口与监测层设备通讯，读取其中数据，并进行初步分析、整理，将数据保存在本地SD卡中，之后将数据传输给无线通讯模块。无线通讯模块采用射频技术，在现场组成无线局域网络，将各点数据采集终端整理的数据收集并传输到后台服务器，也可用网线或光纤的方式传输数据。

3.1.3 数据管理层

对采集数据进行存储、解析及应用的过程，包括服务器架设、各种软件的应用。

3.2 系统功能

3.2.1 标准的监测系统具有CAD一次单线图显示中、低压配电网络的接线情况；庞大的系统具有多画面切换及画面导航的功能；分散的配电系统具有空间地理平面的系统主画面。主画面可直接显示各回路的运行状态，并具有回路带电、非带电及故障着色的功能。主要电参量直接显示于人机交互界面并实时刷新。

3.2.2 用户管理

可对不同级别的用户赋予不同权限，从而保证系统在运行过程中的安全性和可靠性。如对某重要回路的合/分闸操作，需操作员级用户输入操作口令，还需工程师级用户输入确认口令后方可完成操作。

3.2.3 数据采集处理

通过安科瑞Acrel-2000型电力监控系统可实时和定时采集现场设备的各电参量及开关量状态（包括三相电压、电流、功率、功率因数、频率、谐波、不平衡度、电流K系数、电话波形因子、电压波峰系数、电能、温度、开关位置、设备运行状态等），将采集到的数据或直接显示、或通过统计计算生成新的直观的数据信息再显示（总系统功率、负荷最大值、功率因数上下限等），并对重要信息量进行数据库存储。

3.2.4 趋势曲线分析

系统提供了实时曲线和历史趋势两种曲线分析界面，通过调用相关回路实时曲线界面分析该回路当前的负荷运行状况。如通过调用某配出回路的实时曲线可分析该回路的电气设备所引起的信号波动情况。系统的历史趋势即系统对所有已存储数据均可查看其历史趋势，方便工程人员对监测的配电网络进行质量分析。

3.2.5 报表管理

系统具有标准的电能报表格式并可根据用户需求设计符合其需要的报表格式，系统可自动设计。可自动生成各种类型的实时运行报表、历史报表、事件故障及告警记录报表，操作记录报表等，可以查询和打印系统记录的所有数据值，自动生成电能的日、月、季、年度报表，根据复费率的时段及费率的设定值生成电能的费率报表，查询打印的起点、间隔等参数可自行设置；系统设计还可根据用户需求量身定制满足不同要求的报表输出功能。

4 结束语

随着社会经济的发展及电力的广泛应用，电能质量分析管理已成为电网用户侧配电系统建设的必然选择，以上介绍的电力质量分析仪，可以实现对电能的在线监测，实现对采集数据的分析、处理，并生成各种电能及电能质量报表、分析曲线、图形等，便于电能的分析、研究。

电能质量分析范文第5篇

关键词：电能质量；在线监测；.Net

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)09-2036-03

Design and Development of Power Quality Online Monitoring and Analysis System

LUO De-hua,LU Da

(School of Information Science and Technology, Xiamen University, Xiamen 361005, China)

Abstract: Introduces various indicators of power quality and the background and current situation of power quality monitoring, proposed a design method on power quality monitoring and analysis system. C # and SQL Server 2005 is used for data extraction, decoding and storage from power quality monitoring equipment, achieved functions of power quality assessment, report generation and so on.

Key words: power quality; online monitoring; .Net

随着科学技术的发展和工业规模的扩大，一方面，人们越来越多地选择性能好、效率高但对电能特性变化敏感的高科技设备，电力用户对电能质量的要求不断提高。另一方面，供电系统中增加了大量的非线性负载，这些负载和其它许多新型的电气设备在其运行时会向电力系统注入各种电磁干扰，严重影响着电力系统的安全和稳定。因此，必须对电能质量的进行监测和分析，只有快速准确地检测出电力系统中的电能质量问题，并对其进行有效的分析，确定问题产生的原因和范围，才能对其进行有效的控制和治理[2]。

根据我国电力部门的迫切需要，我们研发了基于FPGA的电能质量监测仪，并开发了配套的电能质量监测与分析管理软件。该文主要阐述整个电能质量监测系统的结构及分析评估软件的详细设计与实现。

1系统设计

1.1系统整体设计

本项目目的是建立一个电能质量监测与分析系统，使得电能质量监管部门能够实时、连续地得到电网内相应测点完整、可靠的电能质量数据。本电能质量在线分析系统由监测终端（下位机）、数据库和分析管理软件（上位机）三部分组成。

电能质量监测终端接到相应测量点上，利用终端的高速计算能力完成电能质量原始数据的高速采集和实时的数据处理分析，计算得到电能质量各指标值，并保存到存储设备中，供上位机随时查询。

数据库采用SQL Server 2005，它提供数据访问的接口，分析管理软件（上位机）可以通过接口完成电能质量数据的存取。

分析管理软件实现了对测量点电能质量数据的综合分析管理。一方面，通过网络向监测终端发送各种控制消息；另一方面，通过网络将监测终端中保存的电能质量指标参数，存储到数据库中。然后以图形、数据表等多种形式对电能质量指标进行分析评估，并能根据国标和用户的管理需求生成电能质量报表。

此系统的目标就是建立起一套完整的集电能质量高速采集、计算、存储、分析及评估的系统，提供测量点的电能质量的全面信息。该文完成的内容是该项目中电能质量分析管理软件的设计与实现。

1.2各模块设计

1.2.1实时显示模块

在与监测终端相连的情况下，提供各路电压及电流波形的实时显示，与示波器功能相似。同时，还实时显示各路电压及电流的有效值。

1.2.2控制模块

在与监测终端相连的情况下，通过各种命令可以实现对监测终端的控制，包括开始采集数据，停止采集数据，将已保存在监测 终端中的数据同步到数据库中，供需要时分析。另外，由于监测终端不具备断电后保存时间的功能，因此，在发送开始采集数据的命令的同时将系统时间发送至监测终端，完成监测终端的对时。

1.2.3图形评估模块

图形评估主要对测得的相关指标进行图形分析评估，这是系统最重要的功能之一。主要涉及的指标有：电压、电流、频率、功率、三相电压不平衡度、谐波等。用户通过设置查询的时间段及相应的参数指标，系统以图形（包括曲线图、描点图、柱状图、锯齿图等）、列表等形式直观快速地显示查询结果，是用户了解及掌握电能质量相关信息的主要途径之一。

1.2.4报表生成模块

生成报表是本系统的另一个重要功能。软件能够生成所设定好时间范围内各测量指标超标情况的统计信息，包括最大值、最小值、平均值、总测量次数、超标次数、超标次数所占比例等。主要涉及的指标有：电压、频率、三相不平衡度、谐波等，所使用的国家标准由用户输入并保存在系统中。

1.2.5设置模块

主要包括国标设置和测点设置两部分。其中，国标设置主要包括供电电压偏差、电力系统频率允许偏差、三相电压允许不平衡度、公用电网谐波等标准的设置，默认情况按现行国家标准执行。测点设置方面主要是设置测点的额定电压、基准短路容量等基本信息。

1.3实现

随着互联网技术的飞速发展，软件的体系结构主要有以下两种：客户机/服务器（C/S）模式和浏览器/服务器（B/S）模式。C/S模式将应用一分为二，服务器负责数据管理，客户机完成与用户的交互，有较高的安全性，同时具有强大的数据操作和数据处理能力。另一方面，也使得客户端程序设计较为复杂，升级代价较高。B/S模式则是利用不断成熟的浏览器技术，结合浏览器的各种脚本语言，实现了原来需要复杂客户端软件才能实现的强大功能，其最大的优点是运行和维护简单方便，但是在浏览器上对大量数据进行深层次的分析、汇总等处理能力较弱[3]。

考虑到本系统需要对大量的电能质量数据进行分析处理，并且需要有较好的交互性，并综合分析C/S模式和B/S模式的优缺点后，决定采用C/S模式进行设计，通过.Net平台开发实现。在设计过程中采用MVC模式，把整个系统分为三个基本部分：模型（Model）、视图（View）和控制器（Controller）。MVC模式的目的是实现一种动态的程式设计，使后续对程序的修改和扩展简化，并且使程序某一部分的重复利用成为可能。除此之外，此模式通过对复杂度的简化，使程序结构更加直观。软件系统通过对自身基本部份分离的同时也赋予了各个基本部分应有的功能。采用MVC模式一方面使用程序结构直观，便于设计；另一方面，由于C/S模式和B/S模式只在表现形式（视图）方面有较大的区别，因此，采用MVC模式设计后，如果有需要，能够较容易地将C/S模式转换为B/S模式以方便系统的运行和维护。

数据模型（Model）用于封装与应用程序的业务逻辑相关的数据以及对数据的处理方法。“模型”有对数据直接访问的权力，例如对数据库的访问。模型不依赖视图和控制器，也就是说，模型不关心它会被如何显示或是如何作。在实现时，主要通过ADO. NET技术来实现对存储在数据库中的电能质量数据进行高效的访问。

视图（View）是指界面设计人员进行图形界面设计。在本软件中，通过友好的界面实现用户与程序的交互，并将查询分析结果以图表的形式呈现给用户。在图形评估模块中，通过.NET中的GDI+技术绘制相应的图形，并提供图形的缩放、导出、打印等功能，图1为电能质量分析评估界面图。在报表生成模块中，通过.NET的水晶报表控件来生成各指标的统计报表，使用户对电能质量情况有较好的把握。

图1电能质量分析评估界面

控制器（Controller）起到不同层面间的组织作用，用于控制应用程序的流程。它处理事件并作出响应。“事件”包括用户的行为和数据模型上的改变。控制器通过数据模型的相关接口获取数据，并对数据进行整理、分析、计算、统计后提供给视图，展示给用户。

图2是系统开发的三层结构图

2结束语

该文着重描述了电能质量监测系统的整体设计及分析管理软件在.NET平台上的实现，具有电压及电流的实时显示、电能质量各指标的图形分析评估以及报表的生成等多种功能。经过测试，系统运行良好，具有运行稳定、界面友好等特点，对全面了解测点的电能质量有极大的帮助。当然，对于电能质量监测，仍有许多工作要做。随着测量数据的积累，如何保证系统稳定快速地运行及对数据进行更深入地挖掘及智能化地管理应当成为今后研究工作的重点，对提高电网的运行效率也有积极的意义。

参考文献：

[1]全国电压电流等级和频率标准技术委员会.电压电流频率和电能质量国家标准应用手册[S].北京:中国电力出版社,2001.

[2]何韬.小波变换在电能质量检测分析中的应用研究[D].合肥:安徽大学,2007.

[3]杨敬伟,薛玉倩,刘振鹏.基于C/S与B/S混合模式的软件体系结构[J].河北大学学报:自然科学版,2006(3).