基于电能质量监测平台的高级数据分析功能开发及应用分析

陈英杰 刘磊 马跃

[摘    要]為进一步提升电能质量管理问题，通过具体工作的实际需求，对运用庞大电能质量数据进行高级分析运用的难点，文章以某电网电能质量监测系统为例，提出运用模糊综合评估法对监测区域整体电能质量展开量化评估，通过谐波源识别法，基于贡献率指标展开谐波源的判断，经过计算电压跌落时电压、电流与二者夹角展开跌落源判断。通过结果显示，其分析方式更加适用在当前电能质量监测系统当中，能够有效提高系统运用效率。

[关键词]电能质量监测平台;高级数据分析;功能开发;应用分析

[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）10–0–02

Development and Application Analysis of Advanced Data Analysis

Functions Based on Power Quality Monitoring Platform

Chen Ying-jie，Liu Lei，Ma Yue

[Abstract]In order to further improve the problem of power quality management， through the actual needs of specific tasks， the difficulty of using large power quality data for advanced analysis and application The overall power quality is evaluated quantitatively. Through the harmonic source identification method， the judgment of the harmonic source is carried out based on the contribution rate index， and the drop source judgment is carried out after calculating the voltage， current and the angle between the two when the voltage drops. The results show that its analysis method is more suitable for the current power quality monitoring system， which can effectively improve the efficiency of the system.

[Keywords]power quality monitoring platform; advanced data analysis; function development; application analysis

伴随社会经济的高速发展，电网荷载随之剧增，各种非线性、冲击性符合导致电能质量不断出现问题，为确保电网运行的稳定性与安全性，建设性能更加优化的电能质量监测系统已是目前主要课题。在该领域中，我国很多科研院所已有显著的研究，一些省电力企业也有成功的运用实力。基于当前运用状况而言，各种电能质量监测系统往往都可以有效做到基础电能质量数据储存、体现以及分析等性能，可是对于海量暂稳态监测数据高级分析运用中仍有不足之处，对于电网运行研究的指导有所限制，很难对故障分析、风险预估等方面施展重要作用。基于当前研究状况而言，即便在谐波源定位、电能质量评估等电能质量高级数据分析运用计算方法上具有明显进步，可依旧停止在仿真层面，考量基础数据各项需求，更多算法在具体监测系统的运用成效很难分析。对于此问题，文章综合某电网电能监测系统平台的构建，对其数据高级分析性能的相关需求、开发与应用展开分析，以期为相关监测系统构建与优化提供一定的参考。

1 电能质量检测系统与运用需求

为合理解决大规模接入电网对电能质量造成的影响，某电力企业建立以主站、分站与子站的三成结构开放式电能质量实时监测系统，做到对沿线供电变电站的电能质量实时性监测。按照国家电能质量监测标准，为实现基本功能，该系统要实时动态监测各主要负荷区域的电能质量参数，同时进行记录。某电网电能质量实时监测系统通过IEC61850标准展开建模，拓展具体运用，有利于在多个规格、多项设备上得到监测信息，有着一定的兼容性。在性能方面，系统可通过表格、曲线等形式或是组合的形式显示基础数据的分析结果，如有效值以及序分量曲线。并且可以根据用户设置格式形成包含月度报表、季度报表、年度报表等统计表。

另外，在具体工作当中出现问题，该系统还包含几个方面的高级运用需求。①由于其监测点较多，为降低工作负荷，便于管理工作人员能够直接掌握各个监测区域的相关情况，必须采用合理的分析方法对监测区域的电能质量参数进行综合评估，并且在地图中清晰体现。②考量到其电网属于非线性负荷，并且有着一定的波动性，必须有一种方式可以分时间段对谐波来源进行评估。③考量到电力负荷有着相应的冲击性，在短路容量低的条件下极易发现系统电压暂时下降等现象，并且系统本身电压也会对电网系统运行产生影响，所以此种状况出现时必须要有一种方式明确故障与干扰来源，进行有效分析。

因为电能质量监测终端有着较高的采样率，能够通过其生成SOE数据展开电能质量事件的有效分析，或监控电能质量监测终端运行状况。此种数据能够通过较小的储存空间涵盖更多高时间分辨率数据，是记录定时信息以及波形数据的有效补充。相关技术人员通过此项数据在监测系统当中的合理运用，同时提出运用此项数据展开电能质量故障问题分析的相关实例。在以IEC61850标准电能质量监测终端上，此种数据的每条军事涵盖多项数据的集合。此项数据能够通过以下几个部分的内容进行记录：①监测终端上电和掉电事件;②监测自身的异常和故障问题;③监测通讯失败或恢复正常记录;④电能质量稳态指标越限的有关内容。针对暂态事件信息与此项数据来讲，其和定时记录数据处理一样，需要在监测终端上储存相应的时间。

2 监测区域电能质量整體评估方法与应用

电能质量标准对于电压与频率偏差、谐波、三相电压、电压波动和闪变、暂时过电压与瞬间过电压等有明确限定，此种标准仅仅明确单个电能质量是否达标，无法全方位、系统化的体现电能质量，监测系统当中必须要有一项质变对于不同监测区域电能质量展开评估。可通过模糊综合评估法评估监测区域电能质量。

2.1 构建电能质量参数模糊值模型

针对频率与电压偏差标准，建立相应的隶属度指标。

2.2 生成模糊隶检测集合

测量隶属度集合（Q）={频率偏差统计隶属度（），电压偏差统计（），三相不平衡统计隶属度（），电压波动与闪变统计隶属度（），波形畸变统计隶属度（）}。

2.3 运用加权最小间距展开评估

指定五个级别评价标准分别是Q优质、Q良好、Q中等、Q达标以及Q不到标，测量隶属度集合和评价标准加权-范数距离，最小距离几何就是所属集合，由此得出评估结果。设优质值在0.9以上，0.8～0.9属于良好，0.7～0.8属于中等，0.6～0.7属于达标，0.6以下属于不达标，并且把电力企业关注的频率和电压偏差系数设为1.5，其他系数设为1，那么按照最小加权平均间距能够算出，D（Q，Q优质）=1.825、D（Q，Q良好）=1.725、D（Q，Q中等）=1.625、D（Q，Q达标）=1.825、D（Q，Q不达标）=2.025。明显Q中等间距最小，因此此时段电能质量标准为中等。在实际软件页面上运用不同色彩在地理图当中直接体现各个监测区域某个阶段的综合电能质量情况，对系统运行管理具有极大的便利性。

3 谐波源判断方法与应用

电力系统的谐波源具有一定的复杂性，不但可能源自系统传输，还可能由于负荷造成，特别是针对波动较强的负荷，所以运用数据计算单一识别谐波源并不具备有效性，通过贡献率展开评估更加合理。通过二元线性回归谐波源判断识别谐波源。

4 电压跌落源识别方法与应用

考量当前电能质量监测系统有着暂态录波特性，可以对事件展开记录，所以系统日常仅仅要掌握信息并不需上传全波的录波数据，能够有效减少系统上传数据的压力，并且主站软件经过查阅记录展对电压跌落源展开识别，分析事件或是SVC补偿设备开发和应用有着关键的参考价值，进而切实实现电能质量监测的目标。此次运用电压跌落测量电压、电流以及二者夹角判断跌落源，相较而言测量需求不高，只要对局部进行测量即可，操作便利，更适用在大规模的检测系统中。

设双电源供电系统等效模型电源是E1、E2，监测区域电流与电压是I、U，等效电阻是Z1Z2。如果因为过负荷或是短路在检测区域发生电压跌落，按照等效模型电阻R能够得出U=E1-IZ，在公式两侧都与I相乘，同时得出公式实部VIcosθ2=E1Icosθ1-I2R公式当中，θ2是监测点I和U的相角差，θ1是I和E1相角差，R是Z实部。通过此公式能够得出Vcosθ2=-IR+E1COSθ1能够看出，如果cosθ2>0，那么其跌落元在潮流正方向，这是|Vcosθ2|=Vcosθ2，通过上述公式能够得出|Vcosθ2|和I成反比关系，伴随I上升而降低。如果Vcosθ2<0，那么跌落源则相反，那么|Vcosθ2|=-Vcosθ2，然后代入公式|Vcosθ2|=RI-E1cosθ1，那么|Vcosθ2|和I成正比例关系，伴随I上升而上升。通过上述分析是基于假设在cosθ1不变的条件下进行推导计算得出，在具体状况下，cosθ1不可能为定值，可是因为在电压跌落问题中，正向电压跌落过程中，|cosθ1|和I呈反比关系，可是反向跌落过程中，恰恰相反，因此跌落源处在潮流正方向，|Vcosθ2|和I呈反比例关系，伴随I的上升而降低，跌落源处于反方向，|Vcosθ2|和I呈正比例关系，伴随I上升而上升的结果分析仍然成立。与此同时，针对单一电源供电和放射型电网，此种结果也是成立的。通过上述分析能够得出详细全面的判断，如果Vcosθ降低，I上升，那么电压跌落源方向就处于潮流的正方向位置;如果Vcosθ降低，I降低，那么电压跌落源方向就处于潮流反方向位置，当中V和I分别是指电压与电流数值。如果电能质量监测区域两端公共节点分别为A与B，功率朝向正方向为A至B，t1时刻搜集的电压参数就在220 V，电流参数则为10 A，电压和电流二者间的夹角是30°，通过干扰因素的影响之后，t2时刻搜集的电压参数值是100 V，电流参数则是20 A。通过相应的计算，干扰之前Vcosθ=220×cos30°=190，在干扰因素影响后Vcosθ=50，明显Vcosθ降低，I降低，所以电压跌落源处在潮流反向位置，也就是在A区域中。

5 结束语

总而言之，为适应新时代发展需求，智能电网不断的发展进步，强化电能质量监测系统的构建已是必然的发展，与此同时，必须要经过开发数据高级分析功能，进一步提升电能质量监测系统的运用成效。通过某电网电能质量监测系统，文章应用模糊综合评估方法对监测区域整体电能质量展开量化评估，通过二元线性回归谐波源判断法展开谐波源的辨识，经过计算电压跌落时刻电流、电压与二者间夹角对跌落源展开有效地识别，运用结果能够看出，此种方式可以运用在目前的监测系统得到相应的数据，展开更加精准的分析研究，能够为电能质量管理的深层次开展提供一定的技术参考。

参考文献

[1] 范瑞祥，肖红霞.基于电能质量监测平台的高级数据分析功能开发及应用[J].电气应用，2012（20）：72-76.

[2] 余晓鹏，李琼林，杜习周，等.基于IEC61850的电能质量监测终端数据分析及模型实现[J].电力系统自动化，2011，35（4）：56-60.

[3] 弭勇.电能质量在线监测与智能信息系统建设及应用研究[D].北京：华北电力大学，2014.

[4] 龙秋凤，林呈辉，徐玉韬，等.一种电能质量在线监测系统设计与应用[J].现代建筑电气，2018（8）：151-152.

[5] 黄朵，洪海涛，贺健伟.浅谈微电网电能质量在线监测系统设计[J].科技创新与应用，2017（31）：124-125.