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摘 要：针对特殊用户电能质量监测问题，提出了基于数据预处理、分析时间间隔的合理选择和生成日统计文件的数据处理方法。根据IEC国家标准在下位机中设定有效测量时间，然后在监测系统中按指定格式读取监测点采集数据文件，采用主从文件形式的数据管理和数据查询模式，通过组合式报表生成技术完成各类电能质量报表的打印。所提出技术已用在威远钢铁有限公司变电站电能质量监测。
关键词：电能质量；监测系统；数据采样；数据处理
Abstract: For the monitoring problem of power quality for particular customer, t his paper puts forward a new data processing method based on data pre-processing , reasonable choice of time interval for analysis and generating daily statistic al file. According to IEC international standard, it is effective to get clear a nd explicit graphs and quickly generate different statistical reports in monitor ing center by reading the data file of monitoring spot in accordance with appoin ted format in monitoring system, using the master-slave file management of PQM, dispatching list database querying and dynamic formwork-based reporting combinat ion. The technique presented has been used in PQM of substation of Weyuan Steel Limited Company.
Key words: power quality; monitoring system; data sampling; data processing
电能质量监测PQM（Power Quality Monitoring）是用户与电力部门共同的需要。有扰动负 荷的用户通过PQM来了解自己向电网排放的电力污染是否超过国家标准，所采用的控制手段是否 有效；有敏感负荷的用户需要PQM了解供电质量是否会损坏敏感设备或产品质量；电力部门通过PQM来监测扰动负荷的电力污染向电网的排放情况，从而保证电力系统的可靠运行、供电质量，同时，川威钢铁公司为了清楚了解本系统用电中的电能质量问题，满足电力部门对电能质量考核的需要，开发出一套电能质量监测系统，能够监测国家标准所规定的各项电能质量指标，并提供PQM数据管理功能。在开发该系统时，使用了Microsoft公司的VB6.0作为开发工具。VB6 .0作为可视化通用编程工具，一直以其可视化程度高、开发简单快捷而著称，可视化编程环境的“所见即所得”功能，使界面设计变得容易，从而让编程更加轻松。
1电能质量监测系统的构成
电能质量监测系统主要由电能质量监测的下位机（即监测仪）、上位机（即用户操作所用的计算机）以及应用软件系统组成。如图1所示。
1.1下位机组成
1）数据采集部分：包括数据的采样和计算。
2）数据处理部分：计算处理各种电能质量指标数据，包括频率、电压不平衡度、电压波动与闪变、电压偏差、负序电流、谐波含有率等。
3）通信传输部分：包括下位机内部数据传送（主要是与DSP通信）和与上位机之间的通信传输（主要是通过MODEM和以太网）。
1.2上位机组成
上位机由PC机作数据操作平台。任何装有操作软件并备有MODEM的PC机都能胜任。主要功能如下：
1）与下位机之间的数据通信与传送。
2）接收各个监测点的下位机的电能质量数据，并进行分析统计，形成文件、报表及曲线，显示数据和图形（如频谱图、趋势图、曲线图、散点图、向量图等）。
3）数据文件管理系统，系统管理各个监测点数据文件。
1.3PQM的基本要求
表1列出了PQM的基本要求，首先要考虑6个国家标准对电能质量的要求。另外，对于敏感负荷和超敏感负荷的用户，可能需要监测电压骤升（降）等短时电能质量扰动问题。
2下位机的数据处理及计算方法
2.1数据流程
从监测仪启动开始，就开始了对监测点数据的采样、分析、处理，然后生成监测点一天的采集数据文件，图2给出了监测仪在一小时内的数据流程。
2.2数据预处理
由于在现场实测信号中，不仅包含由基波及各次谐波叠加而成的合成信号，而且还包含噪声信号，噪声信号的存在会大大影响电能质量的测量精度，这样在谐波分析、信号频率的确定等方面会有很大的误差。采用FFT（Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换）原理进行数据的实时处理。在实际应用中要得到准确的FFT运算结果，必须满足Nyquist采样定理的要求，防止频谱混叠的发生，而且根据FFT算法的要求，采样点应均匀分布在一个信号周期内，即应当实现严格的同步采样，否则就会引起信号的频谱泄漏，带来很大的测量误差，特别是对高频分量，计算出来的值就没有可信性。因此，需要对采样值进行数字信号预处理，以减少误差。在整个过程中，采用了软件同步采样法。目前常用的同步采样方法主要分为硬件同步和软件同步两大类。硬件同步方法是一种预防式方法，主要采用锁相环电路来实现跟踪信号频率的变换，从而实时调整采样速率，实现同步采样，但是其硬件结构比较复杂，在测量较大的畸变波形时误差较大。软件同步方法是一种补偿式方法，主要采用准同步采样、加窗、加窗－插值等技术，来补偿和减少误差。当采样数值经去噪处理后，通过一个45 Hz～55 Hz的窄带滤波器，保证采样数值过零点的唯一性，然后通过软件同步求得采样信号的周期值，以得到与工频信号同步的采样频率，进而控制对原始数据的线性插值。最后，对插值所得数据进行FFT变换得到谐波的幅值和相位。
2.3各电能质量指标的计算方法
采样信号经FFT得到各次谐波分量的实部ur(k)、虚部ui(k)，然后通过公式计算各电气量（以电压为例）。
1) 幅值Uk、相角θk、谐波电压含有率HRUk及总谐波畸变率THDU的计算公式分别为：
在PQM中，有效值通常取3 s均方根值，并且一个工作日的95%概率值作为评估标准。
2) 电压波动、闪变的监测计算。
电压波动d的计算公式为：
式中：Umax，Umin为工频电压调幅波的相邻两个极值电压（均方根值）。
电压闪变不仅与电压波动的大小有关，而且与波动的频率以及人的视感等有关。首先测出电压变动的幅值和频率，由此推算闪变的觉察单位S:
式中: d（f）是频率为f的电压变动。K（f）是视感度系数。R（f）是波形系数。
在确定不同时段的S值后，用统计的方法，计算短时闪变Pst：
式中: P0.1、P1、P3、P10、P50分别是10 min测量时间内0.1%、1%、3%、10%、50%时间的闪变值S。
并且计算2 h的长时闪变值Plt：
3 )三相不平衡度的监测计算。
三相不平衡度ε的监测以计算系统中的负序分量与正序分量的比值来计算。由式（1）对交流采样得到的数据进行数字处理得到各相基波电压Ua，Ub，Uc，然后根据对称分量法分别求出负序、正序基波电压，即可求得ε。
3PQM的数据管理
PQM的数据管理、分析是整个电能质量管理系统的核心。简单的监测网可在上、下位机之间 通过MODEM建立点对点的联接。每台上位机备有应用软件，根据自己需要建立相应的数据系统。各上位机是相互独立的，上、下位机之间联系是内部公开的。但PQM涉及到庞大的上传数据的管理。以最简单的方法得到想要的数据资料，包括长时期的各种历史数据，是管理软件的任务。
文中提出主从文件的数据管理方式。通过目录检索数据库、核心数据查询、动态报表组合完成数据管理，具有灵活、简捷的特点。
3.1检索数据库
下位机以小时为单位上传每分钟记录的标准二进制文件，放入上位机的指定数据区。上位机在处理标准二进制文件时产生相关的从属文件。标准二进制文件每小时字长19kB左右（通信传送压缩至1/3），含每分钟记录的所有电能质量指标。日从属文件是每日各电能质量指标的统计结果（最大值、95%、平均值），包括相应的基波运行参数，字长3 kB左右。同理可建立月从属文件、年从属文件。以日从属文件中的核心数据建立目录检索数据库，并以特征地址与各个数据文件链接起来。通过目录检索数据库的核心数据查询得到想要的数据，如同图书馆按目录查找书籍一样。如图3所示。
3.2核心数据查询
成为核心数据的是日统计值，谐波只取电压总畸变率。检索方式为各项电能指标，如电压总畸变率、电压偏差、闪变、负序等作为数据文件的参数索引。选中某测试点一项电能指标后，第一层检索通过参数索引调用所有相关日从属文件中的该项指标值组成日统计值队列，用趋势图表示。根据想要的数据种类（日详细资料、监测点日报表、全网日报表），并选择相应日期，作为第二层数据文件的参数索引，对应资料即以图形、表格形式出现在面前。如图4所示。
统计队列提供了该项电能质量指标强弱的直观认识，以此为基础查看测量的详细数据资料目的明确、选择性强。
3.3动态报表组合
报表管理是PQM应具备的重要功能。它涉及基础数据的调用、数据输出和查询等各个方面。管理部门和用户对报表有不同要求。电力调度部门强调频率和电压偏差指标，供电营销部门关心谐波、负序和闪变是否超标，用户更关心电能质量扰动出现的时间段。并且需要通过报表来管理历史数据以及更新数据。因此提出动态组合报表的建议。
动态报表组合的特点主要体现在对所定义报表内容的快速生成。采用以下技术：
根据PQM数据统计的不同要求，系统自制统计报表；多行复杂表头的智能生成技术；利用报 告期的前期数据自动装填功能技术；数据源的迅速定位处理。
根据PQM数据统计的不同要求，系统动态报表组合为积木式报表结构。不同选择项（如测量位置、电压等级、指标分类、越限值等对应报表中的信息块，信息块是可以拼装的。通过简单的“流程式”向导组合选择项，从而组合成积木式报表。如图5所示（图中Si为第i个变电站的系统参数信息块，V为110 kV电压等级信息块，T为超限值数据块）。选择第i个变电站Si，对应电压等级110 kV，电能质量指标为电压偏差（PQ2）、电压变动（PQ3）与负序（PQ5），超标值L。则某日变电站Si的110 kV级所有监测点的电压偏差、电压变动与负序超标值都出现在统计报表中。图5积木式报表结构图
5结束语
本文提出的用于电能质量监测系统中的数据处理技术已在川威钢铁公司电能质量监测系统中 使用。根据IEC国际标准设定监测仪中数据采样时间，并给出下位机的一天数据流程图及数据预处理流程，并为了在上位机中查看趋势图等图形的时候，能够看到形象、直观的图形，在监测软件中对采集数据文件进行了处理，使监测软件在保证真实反映系统运行的电能质量问题的前提下，能够确保其实用性。通过对电网公共联接点以及轧钢生产线的长期监测，发现轧钢引起的电压波动较为严重，为此在轧钢所在的6kV母线安装SVC静止无功补偿装置，减小了电压波动问题。
通过采用生成一个日统计文件方式，大大减少了上位机系统运行时的数据处理量，从而提高了系统的运行速度。PQM的实现，促进了公司动力处对电能质量问题的管理。
参考文献
［1］吴竞昌. 供电系统谐波［M］. 北京：中国电力出版社.
［2］马文营, 张巍, 杨洪耕. 电能质量监测系统统计报表的设计与实现［J］. 继电器. 2002, 12: 48-50.
［3］ROBERT A. Power quality monitoring at the interface between transm ission and users［A］. IEEE ICHQP IX［C］. Orlando: IEEE/PES, 2000. 425-430.
［4］潘贞存，陈 青，王 慧等. 电能质量及其检测方法的研究. 山东电力技术，1997(5): 55～58.
［5］GOSBELL V J, MUTTIK P K. Power quality monitoring in Australasia［ A］. CIGRE2002［C］. Paris: CIGRE, 2002. 36-201.
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