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基于大数据存储的在线电能质量监测系统方案

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  • 发布时间:2016/8/18 17:17:21
  • 作者:量值溯源

  电网电能质量检测是检测电网谐波含量以及判断电网谐波污染程度的重要手段,准确的检测数据可以防止电网谐波对用电设备的损害。

  本方案的在线电能质量监测系统由电能质量检测仪、数字主机、配套软件及磁盘阵列存储服务器等部件组成,实现了电能质量的在线监测,并且基于磁盘阵列存储技术实现了大数据存储,为电能质量监测的数据集中以及电网的故障查询提供详细准确的数据。

电能质量概述

  近年来,随着我国电力实业的迅猛发展,电力系统的规模日益扩大,以往电能紧缺的问题已经逐步解决,与此同时,随着电力电子技术广泛应用和电弧炉等冲击负荷以及电力机车等拖动负荷的日益增多,虽然在技术和经济上带来了一系列方便和效益,但也使电网谐波的含量大量增加,电网的谐波污染日益严重,这会导致设备的寿命缩短、网损增大、电网发生谐振、通信受干扰等一系列重要问题。

  电弧炉等大功率冲击负荷除了会造成严重的谐波污染之外,还是电压波动和闪变的重要原因,电力机车等大功率的牵引负荷会造成三相不平衡。

  有关电能质量问题的研究已经引起了各国电力工作者的高度重视,国家技术监督局也相继颁布了涉及电能质量八个方面的国家标准:《电能质量 公用电网谐波》、《电能质量 电压波动和闪变》、《电能质量 三相电压不平衡度》、《电能质量 供电电压偏差》、《电能质量 电力系统频率偏差》、《电能质量 暂时过电压和瞬态过电压》、《电能质量 监测设备通用要求》、《电能质量 公用电网间谐波》。

电能质量监测简介

  要解决面临的电能质量问题,就离不开对电网电能质量参量的监测。就目前而言,电能质量监测分为非在线监测和在线监测两种方式。

  非在线监测采用便携式测试仪,不定期对所关注的某些点进行测试,采集相关数据并进行后续离线分析,这种方式投资小、灵活性高,但存在明显的局限性,如:实时性不强、监测指标少、缺乏决策判断的依据、工作量大、效率低等。

  随着电力行业系统运行管理的系统化、网络化、自动化和智能化,通讯网络和因特网技术的日益成熟,出现了三网合一的趋势,功能单一的电力系统测量仪表已经不再适应现代化电能管理的需要,因此急需一种通用性好、集测量与通讯等功能于一体的在线电能质量监测装置,这对保证电力系统运行的安全性、经济性和可靠性都具有重要的实际意义。

01在线电能质量监测系统

  湖南银河电气有限公司致力于在线电能质量监测的研究,研制出在线电能质量监测系统。该系统由电能质量检测仪、数字主机、配套软件及磁盘阵列存储服务器等部件组成,其组成原理图如下图1所示:

在线电能质量监测系统原理图

图1 在线电能质量监测系统原理图

  配置多台电能质量检测仪分布于各个监测点,电能质量检测仪之间、检测仪与数字主机之间通过高速光纤串行总线进行通讯连接。

  单台电能质量检测仪具备4个电压测量通道和3个电流测量通道,分别测量监测点的三相线电压(如下图1中Uab、Ubc、Uca)、相电流(Ia、Ib、Ic)以及零地电压(Un-pe)。电压和电流测量采用直接接触式测量方式,并配置专用的接线端口,保证接线的便捷性及安全性,产品直接串接于一次回路中。电能质量检测仪电压通道准确测量范围为5V~1200V,电流通道准确测量范围为0.5A~120A(也可通过外接电压/电流互感器的方式扩展测量范围),基波频率测量范围为DC,0.1Hz~1500Hz,电压电流测量精度为0.1%rd,每个测量通道的采样速率为10kSa/S,检测仪需要外部提供220VAC工作电源,功耗约为20W。

  数字主机为电能质量检测仪和上位机之间的通讯枢纽,其主要功能为向检测仪发送同步时钟、接收所有测试结果并进行简单的运算处理,并将结果上送至上位机进行后续处理。数字主机具备7对光纤接口,其中1对用于多台数字主机之间的同步级联,另外6对用于连接检测仪或扩展更多的测量通道,本系统中共占用数字主机的1对光纤接口。数字主机与检测仪之间通过高速串行光纤连接,与上位机之间通过以太网连接。

  配套软件根据数字主机上送的测试结果,按照如上所列各项国标要求,进行电压/频率偏差、谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡等参数的计算和结果显示,并具备趋势曲线、实时波形显示和曲线回放功能,另外还可加入结果判定(用户设置判定依据),出具试验报表及打印(用户需事先提供报表模板)。

  服务器和高速磁盘存储器主要用于数据的存储和记录,由于监测点数量多、监测时间长,需存储的数据量大,一般的存储器难以满足要求,因此采用服务器+磁盘阵列的方式作为该检测系统的数据存储,方便用户随时调用以往/实时数据及对大量测试结果进行归纳分析,总结规律。数据记录的时间长度取决于磁盘阵列容量的大小(磁盘大小/数量可配置)。

在线电能质量检测系统主要功能

01在线电能质量检测系统基本监测指标

  在线电能质量检测系统可以实现电网频率、三相基波电压/电流、电压/电流有效值、基波有功功率、总功率、无功功率、功率因数、相位、电压偏差、频率偏差、三相电压/电流不平衡度、电压/电流正负零序分量、谐波(0~99次),电压/电流的总谐波畸变率、各次谐波含有率、幅值、相位、实时波形、矢量图等的测量。

02 高级监测指标

  间谐波、电压波动、闪变、电压骤升、骤降、短时中断、暂时过电压、瞬态过电压等。

03设置功能

  可对基本参数进行设置、修改和查看,包含更新周期、测试线路图、测量模式、平均方式等,用户分级管理权限,密码保护等。

04数据记录

  可对监测的所有指标进行实时保存,并可由用户配置保存对象,所有数据存储于高速磁盘阵列中,并采取双备份存储机制,保证了数据存储的可靠性,方便用户随时调取与分析。

05通讯功能

  提供多种通讯接口方式,包含光纤、以太网、USB、RS232等,实现监测数据的实时传输或定时提取,基本不受地域限制,特别适用于远程通讯。

在线电能质量检测系统主要特点

01前端数字化技术与光纤传输

  电能质量检测仪采用前端数字化技术和光纤通讯,极大的保证了信号传输的稳定性及精度。前端数字化技术是指在测试前端,产品直接被测信号转换为数字信号,改变以往采用模拟量传输的方式,减少引入干扰的环节,极大的增强了系统的电磁兼容性能和测试精度。光纤传输具有损耗低、频带宽、抗干扰能力强、传输距离远等特点,具有其它传输载体无法比拟的优点,是远距离通信最理想的传输媒介。

02无缝量程转换

  电能质量检测仪的各个测量通道均配置8个无缝自动量程转换档位,并自动根据测试对象的大小选择最佳匹配量程,无需人工操作,保证标称范围内测量精度的一致性,无论大信号还是小信号,都能准确测量。“无缝”是指在档位切换过程中数据不丢失,保证高速率采样频率下,不丢失任何对用户有用的信息。

03扩展功能

  测量通道:可通过增加电能质量检测仪和级联数字主机的方式,扩展更多数量的监测点和测量通道,通讯连接只需连接一对光纤线缆,搭建简单;

  软件功能:银河电气软件研发团队可根据用户提出的详细的技术要求文档,编制相应的客户端软件,实现软件的后续功能扩展与升级。

04数据处理

  所有测试参数,全部依据国标规定的算法进行数据处理。

05数据记录及存储

  采用高速磁盘阵列作为主存储器,兼顾了存储的数据量及存储速度,为客户提供了珍贵的测量原始数据。

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