风电场电能质量监测系统的研究与应用

冯婉，张文娟，饶瑜

（长沙学院，湖南 长沙 410003）

风电场电能质量监测系统的研究与应用

冯婉，张文娟，饶瑜

（长沙学院，湖南 长沙 410003）

随着经济的发展，人们生活水平的提高，生活生产中对能源的需求量越来越大，因而造成资源的短缺，环境的污染，如何有效的利用风能、太阳能这些无污染的自然能源成为关注的焦点，因此人们逐渐加深对风电场电能质量检测系统的研究，希望提高风力发电的安全性与可靠性，为提供更加优质的电力服务。

风电场；电能质量；检测系统

0 引言

生态环境的恶化，使得人们更加注重对太阳能、风能等一些可再生资源的利用，逐渐加深对风电场电能质量检测系统的研究，以提高风力发电的质量与稳定性，改善供电质量，保证人们用电的安全与稳定，为人们提供更好的电力服务，提高人们的生活质量与水平。

1 风电场电能质量检测系统结构

目前我国所使用的风电场电能质量检测系统一般是基于CAN总线的检查系统[1]。所谓CAN总线是在20世纪80年代由德国研制出来的现场总线的一种，CAN总线实质上是一种远程网络通讯控制方式，使用这一方式进行远程网络控制可以降低控制成本，提高控制的可靠性与稳定性，而且能够提高用户系统的运行性能与灵活性。风电场所处的环境较为复杂而且每个站点的分布较为分散，站点间的距离也比较远，所以我国现阶段的风电场电能质量检测系统之间所使用的数据传输载体大部分是CAN总线[2]。目前风电场电能质量检测系统的结构主要分为四部分，分别是：数据采集、数据处理、数据传输以及用户接收。具体的风电场电能质量检测系统结构如图1所示：

图1 风电场电能质量检测系统结构

由图1可知，风电场电能质量检测结构中分为以下四个部分：

（1）数据采集。数据采集是风电场电能质量检测系统中的第一部分，这一部分是由风力机组、开关柜、箱式变等站点组成，主要用于数据信息的收集，获得风电场发电的全面信息，从而保证发电系统的正常运行。通过对多个站点的分组管理，将收集到的所有信号利用传感器输送到数据采集卡中，并且通过对计数通道以及数字信号的设计，实现数据信息的循环采集。

（2）数据处理。数据处理为风电场电能质量检测系统的第二部分，这一部分主要是对采集到的电能模拟信号以及风能数字信号进行换算和分析，但是由于数据信息过于庞大，所以进行换算的过程较为复杂，一般采用工控机进行数据的处理工作，这样可以有效的节约大量的人力、物力和财力，同时保证数据处理的效率与准确性，为用户提供更加精确、可靠的数据信息。

（3）数据传输。数据传输是在风电场电能质量检测系统中通过CAN总线建立一条可以进行数据通信的线路，从而保证上位机同工控机之间能够有效的进行数据与指令的信息交换。这一部分的功能主要体现在三方面：第一，利用各个站点之间的联系，将所有的信息统一传输到上位机中，然后再通过上位机建立一个检测系统，实现对电能质量的检测。第二，对各个站点的工作状态进行检查。第三，对处理过后的数据进行上传操作，主要有：频率、电压等基础数据的上传，闪变结果和波形数据的上传，上位机接收数据后分类上传等。

（4）用户接收。用户接收主要是通过对操作界面的建立，可以使用户实时对风电场的运行情况进行细致的观察，同时也可以实现显示图标、存储数据、打印数据以及下达指令给下位机等操作。

2 风电场电能质量检测系统应用

为了确保发电系统运行的稳定与安全，人们越来越重视对风电场电能质量检测系统的应用，目前我国风电场对电能质量检测系统的应用主要体现在以下几个方面。

（1）数据处理的方式。风电场电能质量检测系统所要进行处理的数据包括：风向的变化以及风速的大小、电压和电流的有效值、有用功和无用功、闪变的分析和电压波动的计算等，因此对检测数据的处理需要经历以下几个过程。第一，因为风电场的实际作业环境比较复杂，采集到的信号信息中常常受到噪音以及谐波成分的干扰，容易造成波形的畸变，会降低信号在谐波分析以及信号频率的测试结果的准确度。而且在如果波形受到噪音的干扰，容易在周期波形中存在较多的零点，从而影响周期内计算频率的准确性。第二，确定过零点。三个过零点组成一个周波，因此过零点的确定和会对频率的计算准确度造成影响。我们可以通过采样的方式建立坐标系，将相邻两点之间在X轴上的焦点看做为过零点，以此完成确定过零点的操作。第三，计算闪变。闪变指的是人的眼睛对电压波动的感觉，是人对灯照闪动而表现出来的反映。闪变的计算程序主要有：电压信号数据通过平放检测滤波器之后进行视觉度加权滤波器的处理，然后通过平方器和一阶低通滤波器，最后通过闪变系统的统计评定，完成闪变的计算。

（2）通讯协议的选择。通讯协议的选择是风电场电能质量检测系统的重要应用表现，因为在风电场的每个站点中都设有不同的编号，工控机的适配卡设置也有所不同，因此在进行数据传输时所使用的通讯协议也有所不同，而且上位机即电子计算机发出的命令不同，导致站点的工作方式也存在差异，因此为了达到良好的通信效果，保证数据信息通信的质量与速度，我们需要根据实际情况进行通信协议的选择。

（3）检测程序的编写。风电场电能质量检测系统中的检测程序一般是通过VB进行编写的，风电场电能质量检测系统中的检测程序通常分为主程序和工控机程序。主程序主要是用于对系统的监控、管理以及维护等，并且实现与计算机的交互，当风电场的电能检测过程中出现故障或电能质量出现问题时，主程序会出现红色警告，通知工作人员问题的出现，以便工作人员可以及时的发现问题并采取措施予以解决。工控机程序的功能主要是进行指令的采集、数据信息的处理等操作。工控机程序可以将所联接的各个站点的相关信息显示出来，并且自动采集运行状态下的工控机程序由上位机控制，发生故障时会及时警报告知管理人员。

3 结论

综上分析可知，风电场电能质量检测系统对我国发电系统运行的稳定性有着至关重要的影响，因此我们要完善电能质量检测系统，从而保证发电系统的正常运转，提供更加优质的电力服务。

[1]潘文霞，韩中林，刘刚，刘迅，苏正华.基于MATLAB与虚拟仪器对风电场电能质量监测系统[J].控制理论与应用，2008,02:331～335.

[2]王玲，徐柏榆，盛超，赵艳军，王昕，张涛，王新华，叶李花.高采样率数字化变电站电能质量监测系统研究与应用[J].电力系统保护与控制，2014,04:110～116.

T7P23

A

1671-0711（2016）10（上）-0076-02

长沙市科技计划项目k1509030-11资助。