电网品质在线监视产品的应用

王翠

摘 要 基于电能质量监测，越限告警等功能的需求，研发电网品质在线监视产品应用在继电保护行业。

关键词 在线监测；电能质量监测

中图分类号：TM764 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）02-0019-01

1 概述

本产品主要应用于电力、冶金、化工、电气化铁路等行业。是根据我国前期发布的《电能质量监测设备通用要求GB/T 19862-2005》以及电能质量五个国家标准，并参考了有关国际标准研制开发的高性能的电能质量监测设备。

1.1 装置特点

本装置采用的实时操作系统为RTOS，编程语言为C语言，功能可靠稳定，升级和维护更便利。模块化程序设计使保护功能配置灵活，可充分满足不同客户的个性化需求。采用高精度A/D，32位微处理器，采样频率6.4 kHz/s高速同步采样，面板LED指示灯可清晰表明装置正常与异常及动作时的各种状态。

1.2 装置的主要功能

装置功能主要包括电能质量监测、越限报警、网络通信、显示和设置、记录存储等功能。

1）监测功能。负序电流有效值、2-50次谐波电压含量、含有率、三相电压不平衡度、负序电压有效值、谐波电压总畸变率、3-50次谐波电流含量、含有率、谐波电流总畸变率、电压波动和闪变Pst和Plt。2-50次电流谐波的有效值、2-50次谐波电压有效值、电流正序、零序分量、有效值电压正序、零序分量有效值。

2）越限报警功能。电压偏差、频率偏差、谐波等越限报警功能。

3）显示和设置功能。本装置可以通过人机界面设置和修改装置参数和定值，实时显示电能质量监测数据及其他测量量，显示装置运行信息（谐波越限等），绘制各回路谐波含量棒图。

1.3 插件功能

交流插件B、C的交流电压、交流电流输入端子，依据子站地址的选择的不同，交流插件B可以是回路1、回路2，也可以是回路3、回路4的交流电压、交流电流输入端子，交流插件C也同样。交流插件上的电流变换器CT和电压变换器PT，用于将系统CT、PT的二次侧电流、电压信号转换成弱电信号，供A/D转换用，并起强弱电隔离作用。主板插件和主板插件为两个子站的CPU插件。每个主板插件以工业级32位单片机为核心，EPROM，RAM及外围接口芯片支持，构成一基本的单片机系统，完成交流数据采集、支持人机界面、GPS校时、电能质量数据计算及处理、数据传输、关键芯片的定时自检等多项任务。主板插件端子20为站地址选择端，接+24 V为一号子站，不接为二号子站。端子21为24 V-端。24 V可取自装置电源上的24 V。逻辑出口插件端子19、20为一对空接点输出，当装置发生故障时，该接点闭合。端子18～21为越限告警接点对外输出端子。端子10～11为失电告警接点输出端子。

2 测量原理

本装置采样频率为6.4 kHz/s，即每周波采样128点。

2.1 谐波测量

利用快速傅立叶变换（FFT）的基本原理计算每一回路各通道电压或电流基波及2～50次谐波的实部和虚部，进而计算出有效值和相位，并求出电压或电流谐波含量、含有率、总谐波畸变率。

1）电压基波及2～50次谐波有效值和相位U、θu：

式中，Ui—第i次谐波电压有效值；i—第i次谐波；URi—第i次谐波电压实部；UIi—第i次谐波电压虚部；θui—第i次谐波电压相位，N—每周波采样点数。

2）电流基波及2～50次谐波有效值和相位I、θi：

式中，Ii—第i次谐波电流有效值；i—第i次谐波；IRi—第i次谐波电流实部；IIi—第i次谐波电流虚部；θii—第i次谐波电流相位；N—每周波采样点数。

3）第h次谐波电压含有率HRUh：

式中，Uh—第h次谐波电压（方均根值）；U1—基波电压（方均根值）。

4）第h次谐波电流含有率HRIh：

式中，Ih—第h次谐波电流（方均根值）；I1—基波电流（方均根值）。

5）谐波电压含量UH：

6）谐波电流含量IH：

7）电压总谐波畸变率THDu：

8）电流总谐波畸变率THDi：

2.2 测量三相不平衡度

三相电力系统中三相不平衡的程度称为三相不平衡度。不平衡度的准确算法是对称分量法，用电流或电压负序分量与正序分量的百分数表示。

根据谐波分析所得的各回路三相基波电流、电压的幅值及相位，计算基波各序分量，然后计算各回路三相不平衡度ε。三相电流不平衡度εI和电压不平衡度εU分别表示为：

式中，I（1）—三相基波电流正序值；I（2）—三相基波电流负序值；U（1）—三相基波电压正序值；U（2）—三相基波电压负序值。

2.3 功率测量

有功、无功的测量有两表法和三表法两种测量方式。采用三表法测量，要求每一回路输入三相电压Ua，Ub，Uc，三相电流Ia，Ib，Ic；采用两表法测量，要求每一回路输入三相电压Ua，Ub，Uc，两相电流Ia，Ic。两种测量方式的计算公式如下：

1）有功功率P：

三表法：

两表法：

2）无功功率Q：

三表法：

两表法：

式中，Ua、Ia—A相电压、电流有效值；—Ua、Ia相角差；Ub、Ib—B相电压、电流有效值；—Ub、Ib相角差；Uc、Ic—C相电压、电流有效值；—Uab、Ia相角差；—Ucb、Ic相角差；—Uc、Ic相角差；Uab—AB线电压有效值；Ucb—CB线电压有效值。

参考文献

[1]张伯明，孙宏斌，邓佑满，等.面向地区电网的EMS高级应用软件（Advanced Application Software Package of EMS Developed for Sub-Transmission Power Network）[J].电力系统自动化，2000（3）：40-48.

[2]吴文传，张伯明，汤磊，王鹏.支持SCADA/PAS/DTS一体化的图形系统的研究与实现（The study and implementation of a graphic system supporting SCADA/PAS/DTS）[J].电力系统自动化，2001（5）：45-66.

[3]Jeffrey Richter.Windows 95 /Windows NT 3.5高级编程技术[M].清华大学出版社.endprint