广东汇源通集团有限公司 佛山 528000
【摘 要】本文针对目前电能质量监测系统的不足，提出将计量自动化等生产系统部分监测数据用于电能质量问题分析的设想，从而对电能质量监测系统进行有效补充。通过明确电能质量监测对数据的要求,结合佛山电网各生产系统应用情况，分析了调度自动化、计量自动化等生产系统用于电能质量监测的可行性，并提出了各生产系统和电能质量监测系统数据共享的短期方案和长期方案。
【关键词】电能质量；可行性分析；计量自动化；电压监测系统；调度自动化；数据共享
1、前言
掌握地区电网与重要负荷的电能质量状况是电能质量监测系统要达到的基本目的。通过完善的电能质量监测系统，供电企业能够及时准确地掌握电网电能质量指标及其变化、电能质量干扰源对电网的影响，了解电网运行过程中的电压暂降等暂态现象，从而帮助供电企业和电力用户及时发现和解决电能质量问题，消除可能的事故隐患，保障电力用户的利益与电网的安全稳定运行。
电能质量监测系统中的终端具有采样频率高、测量精确、运算速度快等特点，对其相关数据的分析，可为电能质量的监督、管理和控制提供依据和技术支持。本文将对计量自动化、电压监测等生产系统相关监测数据用于电能质量监测系统的可行性进行分析，并探讨相应的数据共享方式。
2、可行性分析
2.1 计量自动化系统
计量自动化系统监测终端自动采集相关电能质量监测信号，对其进行处理后将结果上传至后台管理系统，由后台管理系统对数据进行统计与综合分析，给出电压、谐波等相关电能质量指标。
佛山电网所用负控、配变监测终端厂家众多，但其在有关电能质量方面的基本功能以及数据采集形式却有相似之处，均具有电压偏差监测及电压合格率统计的功能，电压测量采样准确度可达到0.5级；具有谐波监测（负控终端为可选功能）功能：可计算各相电压、电流总谐波畸变率，各相电压、电流2~19次谐波含有率；默认的数据上传间隔为15分钟，并可通过主站设置数据间隔，最短可为1分钟。由于采集频率的限制，与电能质量监测终端相比，负控、配变监测终端谐波监测的次数较低，但对于一般用户而言，负控、配变的谐波监测数据可用于相关问题的分析。
2.2 电压监测系统
电压监测系统分为监测终端和后台管理系统两大部分。电压监测终端自动采集电压信号并对其进行处理，通过短信、以太网、GPRS或CDMA等多种传输形式将处理结果上传至后台管理系统，由后台管理系统对数据进行统计与综合分析，给出电压偏差、电压合格率等相关电能质量数据。
电压监测仪作为电压监测的专用测量仪器，其误差不超过0.5%（B级），每分钟上传一个数据可以满足国标对电压监测的要求，因此，电压监测仪的电压偏差、电压合格率的统计数据可以用于电能质量监测。
2.3 调度自动化系统
调度自动化的远程终端一般安装在发电厂和变电站，这些远程终端采集的数据，包含大量的电气量信息和非电气量信息，不同的终端，其采集原理和准确度不同。若要对数据做进一步的电能质量分析，首先要从调度数据库中找出电气量信息，然后确定这些电气量信息的准确度是否满足电能质量分析的要求。
调度自动化系统中输电网及高压配电网的网络拓扑、变电站图形、设备参数等可视化分析图形与数据可用于电能质量辅助分析中，例如在谐波源定位当中所用到的谐波状态估计技术。谐波状态估计技术根据有限的谐波测量数据来估计整个电网谐波分布，只有通过了解开关的开合状态，通过具体的系统网络拓扑分析，才能明确谐波源的具体位置，从而达到对整个系统进行谐波监测和谐波管理的目的。同理，电压暂降源的定位也可与网络拓扑及可视化分析图形相结合，以方便故障定位。
2.4 综合自动化系统
对于电压偏差，我国国家标准以及DL/T500—2009中规定电压偏差监测每1min保存一点历史数据，而综合自动化每5min保存一点历史数据不符合国家标准规定的要求，其电压监测结果不适合用于电能质量问题的分析。
综合自动化系统也提供了谐波分析功能，但其主要目的是为继电保护装置动作整定值提供依据，减小谐波对继电保护装置的影响，每周波的采样点较少，不能进行高次谐波分析，谐波分析精度也有限。
3 数据共享方式
由以上分析可知，电压监测系统以及计量自动化系统的部分监测数据可以用于电能质量相关指标的分析。然而，计量自动化、电压监测系统和电能质量监测系统属不同的监测系统，系统与系统之间的数据并没有融合在一起，其数据分布在不同的数据库中。为了实现各系统间的数据共享，规范监测网络数据交换格式是非常必要的。
3.1 共享方式方案比较
计量自动化等生产系统数据用于电能质量监测的数据共享方式可考虑以下方式：
1) 将其他生产用测量系统的产生的XML数据通过电能质量数据模型定义的电能质量XML规范进行重新描述，转化为电能质量 XML文件，能够被电能质量解析软件解析，电能质量监测设备产生的PQDIF格式数据就能与之实现数据共享。
2) 遵照IEC 61850定义建立电能质量监测设备的信息模型和通信服务模型，规范变电站不同IED的数据与通信标准，实现不同设备之间的数据共享。
基于XML的数据共享方案，可以实现电能质量监测系统将计量系统化系统、电压监测系统的数据用于电能质量分析。此方案需要对电能质量数据建模，面对佛山电网的异构厂商系统而言，重复的建模会导致大量的开发费用。
通过IEC 61850实现设备间的数据共享方案，由于佛山电网变电站自动化系统并没有完全规约到IEC 61850标准上，通过使用IEC 61850规约转化器将不符合标准的电能质量PQDIF格式通过MSS映射为符合IEC61970标准的电能质量数据模型，这种大量使用规约转化器作为中间设备的方式需要投入大量的财力、物力短期内不易实现，且也不能从根本上解决数据共享问题。
3.2 近期方案
将当前电力系统中的所有系统都改造为IEC 61970标准的模型，可以实现这些系统之间的无缝通信。但是，一方面IEC 61970的部分标准还在制定中，另一方面大面积改造目前的电压监测系统、计量自动化系统，无论是经济上还是现实可行性上都不是短期内可以实现的。所以，近期内可以在不改变目前各系统的结构的前提条件下通过Web Service框架的方式实现数据共享。
Web Service框架构建的电能质量监测系统利用计量自动化系统中的电压监测数据和谐波分析数据的共享方案如图1所示。由于Web Service具有良好的封装性、松散的耦合性，电能质量监测系统只需要为计量自动化系统的综合数据库创建一个Web Service，然后利用WSDL（Web Service Description Language），它定义了一套基于XML的语法，用来将Web Service描述为能够进行信息交换的服务访问点的集合）向计量自动化系统的Web服务器注册，当电能质量监测系统需要共享计量自动化系统的数据的时候，计量自动化系统的Web服务器就将数据发送给电能质量监测系统的采集服务器，采集服务器通过SOAP协议获取数据。
4 结论
为了实现更全面的电能质量监测和投资收益的最大化，本文分析了利用电力系统运行中其他生产系统的数据进行电能质量评估的可能性。
1)计量自动化系统：其电压监测的数据以及具备谐波分析功能的负控、配变监测终端谐波分析的数据可用于电能质量监测系统中。
2)电压监测系统：电压监测及电压合格率的统计功能可应用于电能质量监测系统中。并且可以考虑将具备谐波分析功能的电压监测仪其谐波电压的数据用于电能质量监测。
3)调度自动化系统中输电网及高压配电网的网络拓扑、变电站图形、设备参数等可视化分析图形与数据可用于电能质量辅助分析中。
4)综合自动化系统中的相关监测数据不适合用于电能质量分析。
计量自动化等生产系统的相关监测信息是电能质量监测系统的有效补充。对于可用于电能质量监测的系统，结合佛山电网的实际需求，短期内可以使用基于Web Service技术方案以减少投资，加快电能质量监测的覆盖范围，满足佛山电网目前需求。
参考文献
《GB/T 15543-2008电能质量 三相电压不平衡》
《GB/T 14549-93电能质量 公用电网谐波》
【作者简介】程细南 (1980 )，男，主要从事电气自动化和配网建设与管理工作；18820850818，123145276@qq.com
论文作者:程细南
论文发表刊物:《低碳地产》2016年13期
论文发表时间:2016/11/14
标签：电能论文; 数据论文; 电压论文; 谐波论文; 质量论文; 监测系统论文; 自动化系统论文; 《低碳地产》2016年13期论文;