摘要：严重超标的电能质量会给电网和电力用户带来巨大的经济损失。因此建设电能质量监测系统，对电网和重要负荷的电能质量状况进行实时监测，是改善电能质量环境，减少劣质电能造成损失的必要手段[1]。电能质量问题基本都是由配网侧用户产生，配网侧用户端也是电能质量数据的主要来源，配网侧用户具有分布区比较分散、通讯网络敷设难度大等特点。电能质量监测系统建设的核心目的是为电力用户提供优质的电能。基于此，本文主要对智能电网用户端电能质量监测与谐波治理进行分析探讨。
关键词：智能电网用户端；电能质量监测；谐波治理
1、前言
借助强大的电能质量监测系统，供电单位能够第一时间准确地掌握辖区电能质量指标如何变化、受电能质量干扰源影响的程度，记录电压暂降和闪变等现象，有助于电网和用户及早发现电能质量问题并解决，将事故隐患控制在萌芽阶段，保障电力需求侧的利益与电网的安全可靠运行。
2、智能电网终端系统实时监测研究
电能质量问题基本都是由配网侧用户产生，配网侧用户端也是电能质量数据的主要来源，配网侧用户具有分布区比较分散、通讯网络敷设难度大等特点。本文开发的电能质量监测系统是采用电能质量监测诊断软件系统和电能质量在线监测装置（配电站监测终端）为基础搭建的区域性配电网电能质量自动监测系统，主要具备包括如下功能：通讯功能：通讯方式灵活，采用有线方式的如以太网、现场总线、公用电话专线网等，采用无线方式的如GPRS、3G等通讯方式。
模块功能：由前置通讯服务系统（完成实时数据服务、历史数据服务等）、WEB发布系统（把监测数据进行共享发布到网内，提供报表生成、历史数据查询以及电能质量录波事件查询分析等）、数据运算系统（实现电能质量数据统计、计算、分析等功能）、数据转发模块（以标准PQDIF格式的数据文件进行转发共享服务等）部分组成。
2.1 系统总体结构
本系统采用典型的多级分布式结构体系，如图1所示，主要由如下几部分组成。
图1 电能质量监测系统总体结构图
（1）电能质量数据采集及计算处理：由安装在各监测点的电能质量在线监测录波装置（配电站监测终端）作为数据采集的终端，完成数据采集和数据分析功能。装置提供双通道RJ45以太网主通讯接口，备用1~2路RS485辅助通讯接口。
（2）数据通信层：前置服务数据集中采集器是由工业计算机为硬件架构，通过千兆数据交换层设备，与前端电能质量在线监测装置实现网络通讯。通信层支持以太网、485接口、计算机广域网等多种通讯方式。
（3）数据中心：采用Windows 2003 Server操作系统，数据库使用商用SQL Server 2005数据库，集中或分布存储采集装置通过前置服务数据集中采集器传送的数据。
（4）运算服务器：对数据库中心的数据进行计算、统计等。
（5）GIS数据信息库：存储地区电能质量监测点分布信息等。
（6）接口服务器：包括PQDIF等。
（7）应用服务器：主要包括稳态电能质量分析与综合评估、电压暂降事件分析与评估、重负荷接入电网电能质量监测评估、新能源与电动汽车电能质量监测与分析、电能质量扰动分类、评估、系统负荷建模技术、基于监测分析的电能质量综合治理辅助决策系统、谐波源查找和责任区分、谐波分布特性全景信息图、准实时平台接入变电站主接线图等。
（8）WEB服务器：把运算服务器的数据分析结果通过Internet或Intranet进行集中共享信息发布，用户可以在网络内任意节点处根据权限进行浏览。
2.2 系统逻辑结构
电能质量在线监测系统采用分层结构设计，具体区分为数据采集平台、中间件层平台、数据存储平台、系统支撑平台、系统发布平台，层与层之间采用标准或非自定义的接口规范，保证了整个系统的健壮性。电能质量监测系统逻辑结构图如图2所示。
图2 电能质量监测系统逻辑结构图
在系统中，中间件层和统一支撑平台两层的设计不仅保持了电能质量同行业技术的领先优势，也保证了系统未来易于扩展的优势。本系统的流程及功能模块设计，一方面设计了冗余网络通讯模式，充分保障数据通讯；另一方面，数据经过通讯的各个环节均采用两种或两种以上方式的存储，保证数据的安全；另外，在系统的健壮性上也很下功夫，目的是充分利用计算机资源，保障各个模块的正常运行和数据通讯，同时也考虑到出了故障的模块可以最大限度地降低其带来的影响，采用了一种叫重启故障模块机制，并采用标准接口描述。该设计方式保证了整个系统的健壮性、稳定性以及扩展性。
3、电网用户端谐波治理研究
3.1无源LC滤波器
无源滤波器大致分为以下几种。
（1）单调谐谐波滤波器：频带窄，滤波效果好，损耗小，调谐容易，是使用最多的一种类型。
（2）双调谐谐波滤波器：可代替两个单调谐谐波滤波器，只有一个电抗器（L1）承受全部冲击电压，但接线复杂，调谐困难，仅在超高压系统中使用。
（3）二阶高通谐波滤波器：通频带很宽，滤波效果好，但损耗比单调谐大，通常用于较高次谐波。
（4）三阶高通谐波滤波器：电容器利用率较高，基波损耗小，但滤波效果不如二阶高通谐波滤波器。
（5）“c”式高通谐波滤波器：性能处于二阶和三阶高通谐波滤波装置之间，Ｒ的基波损耗最小。
通常最常用的谐波滤波器为单调谐谐波滤波器和二阶高通谐波滤波器。使用无源滤波器，改变在特殊频率下电源的阻抗，适用于稳定、不改变的系统。其结构简单、成本低、技术相对成熟、容量大、运行维护方便，但同时也存在着诸多缺点和限制。
1）无源滤波器不能适应系统工况的变化，一旦安装就不能重置，不管是调谐频率还是滤波器尺寸都不能轻易改变。
2）系统频率变化或滤波器LC元件因老化、退化或受环境温度变化的影响而变化，都会引起滤波器失谐，导致滤波效率下降，甚至导致滤波器与系统之间发生谐振，并产生谐波放大现象。
3）滤波器的滤波效果受系统阻抗大小的影响，当系统容量增大或系统阻抗减小时，滤波效果下降。
3.2有源滤波器
有源滤波器是在无源滤波器的基础上发展起来的，它的滤波效果好。它主要由电力电子元件组成，利用可控的功率半导体器件组合向电网注入与原有谐波电流幅值相等、频率相同，但相位相反的补偿电流与电网中的谐波电流相抵消。有源滤波器具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波变化，即具有高度可控性和快速响应性。不受系统阻抗的影响，能消除与系统电网阻抗发生谐振的危险，还可抑制闪变，补偿无功。
3.3电源波形矫正滤波器
在电网用户端由于非线性负载的使用，不仅产生了高次谐波，同时也产生了高频率的高频高次谐波或称作超高次谐波。目前，国内外针对高次谐波对电网和用电设备带来的危害已有充分的认识，并有相应的公用电网谐波标准出台，而对高频高次谐波认识还没有达到足够的重视和相应的标准出台。众所周知，电力系统中“集肤效应”和频率有关，频率越高，“集肤效应”的影响越大，它在输电线上和变压器、电机等带来损耗，并引起发热会产生严重的后果，由于这种高频率谐波在电网中会产生传导和辐射干扰，使一些对电网质量要求比较高的高精度仪器设备不能正常工作。无源电源波形矫正滤波器能有效地滤除、抑制和吸收高频高次谐波（超高次谐波）、高频噪声、浪涌（雷电）、尖峰瞬变等干扰，使网电源变得清洁光滑，提高了电网质量，减少由于高频高次谐波引起的“集肤效应”和高频干扰噪声。
4、结语
由监测系统对电网进行测试，根据被测各谐波的频率和各谐波的电流大小特点及谐波源的性质来控制谐波治理装置，以最佳最有效的治理方法，通过电子开关进行自动切换，采取串联型或并联型、单独型或混合型的方式接入用户端电网进行谐波治理，监测治理系统不断地对电网的电参数进行测试和发出控制信号，直到电网中谐波含量低于监测控制系统中所设定的要求，从而保证电网的清洁和安全，保证用户端电网中各仪器设备安全可靠正常运行。
参考文献：
[1]叶云龙，常青.基于Web的电能质量监控系统的研究与设计[J].电源技术，2014，（02）
[2]甘颖.基于LabVIEW的电能质量监测系统[A]；第一届全国虚拟仪器设计大赛论文集[C].2011.
论文作者:孙乐
论文发表刊物:《电力设备》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/23
标签：谐波论文; 电能论文; 滤波器论文; 电网论文; 质量论文; 系统论文; 无源论文; 《电力设备》2019年第12期论文;