摘 要：介紹了電能質(zhì)量監測系統的構成和基本原理，分析探討了該系統在供配電系統和工廠(chǎng)用電設備監測等方面的應用，其對電網(wǎng)的安全、穩定、經(jīng)濟運行具有重要意義。

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；監測系統；供配電系統；應用

0前言

電能質(zhì)量是衡量電網(wǎng)供給用戶(hù)端交流電能的品質(zhì)標準。電能質(zhì)量監測系統是對電力系統、工業(yè)用戶(hù)等電能質(zhì)量進(jìn)行監測并自動(dòng)記錄的智能化數據監測系統。該系統對電網(wǎng)電壓及電流波形進(jìn)行實(shí)時(shí)監測、分析，并自動(dòng)生成所需圖形報表，相關(guān)技術(shù)人員即可以通過(guò)Web方式隨時(shí)查詢(xún)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)電能質(zhì)量數據和歷史數據，對電能質(zhì)量擾動(dòng)做出科學(xué)的評估，為改善電能質(zhì)量提供決策依據。

1電能質(zhì)量監測系統的構成和原理

電能質(zhì)量監測系統由監測終端、主站及遠程監測軟件系統組成。

1.1電能質(zhì)量監測終端

監測終端主要完成數據的處理、記錄、存儲以及與主站之間的通訊連接和數據傳輸，形成圖形報表。監測終端還具有LCD圖形顯示、多參數綜合測量、參數報警值設定、實(shí)時(shí)定點(diǎn)報警等功能。終端運行VRTX實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統，可以及時(shí)響應用戶(hù)的請求，過(guò)電壓數據采用中斷方式記錄，保證數據不丟失。

監測終端的硬件由TA/TV及AD信號預處理、DSP數據處理器、并行通訊ISA總線(xiàn)并行擴展、調制解調器、LCD顯示器（VGA單色帶背光）、網(wǎng)絡(luò )適配器、電源等構成。電能質(zhì)量監測終端的硬件構成框圖見(jiàn)圖1。

傳感器將配電網(wǎng)參數的電能信號TA/TV轉化為AD的輸入信號，然后進(jìn)行同步采樣，轉換后的采樣數據通過(guò)同步串口傳入DSP，進(jìn)行數據處理。DSP數據處理器是監測終端的核心部件之一，它將采集的數據變換格式，采用成熟的FFT（快速傅立葉算法）計算分析處理各種數據。DSP將分析結果送到LCD以圖形方式顯示電壓、電流基波及各次諧波的幅值、相角，電壓、電流的矢量圖，電壓、電流波形，并通過(guò)串口將數據送到主站PC進(jìn)行相應的處理。上位計算機對接收到的數據，通過(guò)管理軟件對數據進(jìn)行分類(lèi)、儲存、共享，運行和管理人員可隨時(shí)查詢(xún)，并可選取需要的數據進(jìn)行報表輸出和曲線(xiàn)打印分析。

1.2主站及遠程監測軟件

主站通過(guò)調制解調器或網(wǎng)絡(luò )接受監測終端上傳的數據主站為客戶(hù)機—服務(wù)器方式，數據存放在服務(wù)器的數據庫中，可以方便地調用與查詢(xún)。主站接受監測終端上傳的數據，進(jìn)行統計分析，形成文件、報表及曲線(xiàn)，并可顯示數據和圖形(如頻譜圖、波形圖、曲線(xiàn)圖、向量圖等)。它可以管理多臺電能質(zhì)量監測終端，對收集到的數據進(jìn)行分析與處理，可以對某一時(shí)段或某一事件過(guò)程時(shí)段的電能質(zhì)量進(jìn)行分析、形成報表，自動(dòng)形成日、月和年報表，自動(dòng)找出諧波含有率超標的時(shí)段與線(xiàn)路，計算電壓合格率與供電可靠性。遠程監測軟件主要完成數據的處理、計算、統計及圖顯，提供報警等信息。監測系統軟件框圖

見(jiàn)圖2。

2電能質(zhì)量監測系統的應用

從上世紀80年代起,我國電能質(zhì)量監測技術(shù)經(jīng)歷了20多年的發(fā)展歷程，已經(jīng)實(shí)現了由單一功能向多功能監測的發(fā)展。目前在電能質(zhì)量監測技術(shù)已在供配電系統和工廠(chǎng)用電設備監測有著(zhù)廣泛應用。

2.1供配電系統電能質(zhì)量監測

我國早在90年代開(kāi)始就陸續推出了關(guān)于電能質(zhì)量方面的一系列相關(guān)國家標準。在電子技術(shù)越來(lái)越發(fā)達的今天,現代電子設備對電能質(zhì)量更為敏感，現代電子設備的大量應用加重了電網(wǎng)電能質(zhì)量的污染，因此及時(shí)了解電能質(zhì)量的情況對對于供用電雙方都具有十分重要的意義。電能質(zhì)量監測系統對運行中的供配電系統進(jìn)行實(shí)時(shí)連續監測，可根據使用部門(mén)的要求進(jìn)行相關(guān)指標合格區域等參數的設定、統計出電網(wǎng)各指標的數據，自動(dòng)生成所需圖形報表，并進(jìn)行數據儲存。同時(shí)系統對設定的電能質(zhì)量指標值有越限報警功能，可輕松判斷指標超標與否，提醒人們對供、用電設備的運行狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行調整，確保電網(wǎng)的電能質(zhì)量符合國家有關(guān)標準。

2.2供配電系統及工業(yè)用電設備運行監測

電能質(zhì)量監測系統對供配電系統運行中電壓、電流全波形的實(shí)時(shí)監測，并實(shí)時(shí)分析電網(wǎng)中電壓、電流的諧波狀況，為運行和檢修人員提供可靠的電網(wǎng)運行相關(guān)參數，隨時(shí)隨地掌握電網(wǎng)的運行狀況，這樣就能在供配電系統和用電設備運行出現故障前，掌握到其早期的故障信息，及時(shí)做好預防檢修，提高電力系統供電的安全性、可靠性和經(jīng)濟性，保證用電設備的正常工作。電能質(zhì)量監測系統也可對工業(yè)用電設備運行進(jìn)行監測，特別是容量相對較大的非線(xiàn)性負載用戶(hù)設備。用戶(hù)可通過(guò)監測數據，掌握用電設備諧波情況，以制定合適的治理方案，提高用電質(zhì)量，同時(shí)提高設備使用壽命。同時(shí)用戶(hù)還可通過(guò)監測系統在線(xiàn)無(wú)功補償，提高功率因數，滿(mǎn)足供電企業(yè)考核指標，同時(shí)減少線(xiàn)路損耗，節約電能消耗；通過(guò)在線(xiàn)監測用戶(hù)可以及時(shí)清楚了解供電設備狀況，及早發(fā)現設備隱患和電能損耗定位，提高供電效率。

2.3供配電系統事故原因分析

電能質(zhì)量監測系統具有故障錄波功能，能夠記錄發(fā)生故障時(shí)刻的電網(wǎng)狀態(tài)，通過(guò)分析，為判斷故障的來(lái)源和分析、解決問(wèn)題提供了詳盡、可靠的數據和依據，這對于解決電力故障糾紛提供了可靠的技術(shù)支持。

2.4為供配電網(wǎng)技改提供依據

通過(guò)電能質(zhì)量在線(xiàn)監測系統，可以評判供配電網(wǎng)監測點(diǎn)哪些指標是主要的矛盾所在，其概率水平及時(shí)間分布規律如何，從而以合理的投資、較好的技術(shù)方案、適度余量的容量進(jìn)行解決。

2.5合理引導用戶(hù)錯峰用電提供依據

近年各地不同程度都出現電力缺口的情況。通過(guò)電能質(zhì)量在線(xiàn)監測系統，可以統計出本地區峰、平、谷用電負荷情況，據此電力管理部門(mén)可制定合理的錯峰用電方案，合理分布電能使用時(shí)間，削峰填谷，減少因為拉閘限電給企業(yè)帶來(lái)?yè)p失。

3電能質(zhì)量監測與治理系統

3.1概述

電能質(zhì)量分析與治理系統主要研究供配電系統中的無(wú)功補償和諧波治理問(wèn)題，適用于新建、改建、擴建和技改項目中工業(yè)與民用及公共建筑內電氣設備的無(wú)功補償、諧波及綜合治理等，可根據不同行業(yè)類(lèi)型和負載類(lèi)型的電能質(zhì)量問(wèn)題提供合適的設計解決方案，以達到改善供電質(zhì)量和確保電力系統安全經(jīng)濟運行的目的。

3.2典型行業(yè)

①商業(yè)中心/辦公大樓/醫療/機場(chǎng)/體育館：空調、電梯、LED屏幕、可控硅調光系統、音響系統；

②港口碼頭/造船/造紙/煙草/煤礦：變頻器等；

③光伏/充電樁/化工/冶金：變頻器、整流器等；

④學(xué)校/研究院：實(shí)驗室、機房設備、數據中心；

⑤工廠(chǎng)：使用大型設備的生產(chǎn)線(xiàn)，高精度數控中心等；

⑥通信/金融/醫療/商業(yè)中心：UPS、開(kāi)關(guān)電源等。

3.3系統架構

電能質(zhì)量分析與治理系統由低壓側電能治理產(chǎn)品組成，主要產(chǎn)品有ANAPF有源電力濾波器、ANSVG靜止無(wú)功發(fā)生器、ANSNP中線(xiàn)安防保護器、ANHPD諧波保護器、ANSVC低壓無(wú)功功率補償裝置、ANSVG-G-A混合動(dòng)態(tài)濾波補償裝置、ANSVG-S-A混合動(dòng)態(tài)消諧補償裝置、ANSVG-S-G智慧型動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置等。

4產(chǎn)品選型

4.1 諧波治理產(chǎn)品選型

4.2、無(wú)功補償產(chǎn)品快速選型

5產(chǎn)品功能

5.1 ANAPF有源電力濾波器

觸摸屏

互感器

ANAPF系列有源電力濾波器并聯(lián)在電網(wǎng)上，負載電流通過(guò)電流互感器采集到ANAPF的控制系統中，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測電路將負載電流中的諧波分量和基波無(wú)功分量分離出來(lái)，經(jīng)控制系統快速運算，采用PWM控制IGBT的觸發(fā)。通過(guò)由大容量IGBT管組成的三相變流器向系統注入補償電流，該補償電流與負荷電流中的諧波電流大小相等，方向相反，互相抵消，實(shí)現濾除諧波的功能，保證流入電網(wǎng)電流是正弦波。

5.2 ANSNP中線(xiàn)安防保護器

ANSNP中線(xiàn)安防保護器通過(guò)電流檢測環(huán)節采集系統中性線(xiàn)上各次諧波電流，經(jīng)控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過(guò)功率執行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入中性線(xiàn)，從而消除中性線(xiàn)中過(guò)大的電流。

5.3 ANSVG靜止無(wú)功發(fā)生器

ANSVG靜止無(wú)功發(fā)生器是一種用于補償無(wú)功以及不平衡的新型電力電子裝置，它能對大小變化的無(wú)功以及負序進(jìn)行快速和連續的補償，其應用可克服LC補償器等傳統的無(wú)功補償器響應速度慢、補償效果不能控制、容易與電網(wǎng)發(fā)生并聯(lián)諧振和投切震蕩等缺點(diǎn)。

5.4 ANSVC低壓無(wú)功功率補償裝置

（1）分立元件方案

ANSVC 低壓無(wú)功功率補償裝置適用于頻率 50Hz 電壓 0.4kV 電網(wǎng)的無(wú)功功率自動(dòng)補償；它集無(wú)功補償、電網(wǎng)監測于一體，不但可以通過(guò)投切電容器組來(lái)補償電網(wǎng)中的無(wú)功損耗，提高功率因數，降低線(xiàn)損，從而提高電網(wǎng)的負載能力和供電質(zhì)量；同時(shí)還能夠實(shí)時(shí)監測電網(wǎng)的三相電壓、電流、功率因數等電量參數。

（2）智能電容方案

AZC系列智能電力電容補償裝置是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線(xiàn)損、提高功率因數和電能質(zhì)量的新一代無(wú)功補償設備。AZC由智能測控單元，投切開(kāi)關(guān)，線(xiàn)路保護單元，低壓電力電容器等構成，AZCL在A(yíng)ZC的基礎上添加了電抗器，電抗率可選7%/14%，用于主要諧波為5次及以上/3次、5次及以上的電氣環(huán)境。改變了傳統無(wú)功補償裝置體積龐大和笨重的結構模式。具有補償效果更好，體積更小，功耗更低，價(jià)格更廉，節約成本更多，使用更加靈活，維護更方便，使用壽命更長(cháng)，可靠性更高等特點(diǎn)。

5.5 ANSVG-G-A混合動(dòng)態(tài)濾波補償裝置

ANSVG-G-A混合動(dòng)態(tài)濾波補償裝置在補償無(wú)功的同時(shí)可兼治理系統的諧波，該設備以并聯(lián)方式接入配電系統，實(shí)時(shí)監測系統的電流分量，通過(guò)控制計算及邏輯變化，計算出系統所需的無(wú)功分量及諧波分量，然后通過(guò)三相全橋換流電路實(shí)時(shí)產(chǎn)生系統所需要的無(wú)功與諧波電流注入到配電系統中，實(shí)現智能補償，兼諧波治理。

5.6 ANSVG-S-A系列混合動(dòng)態(tài)消諧補償裝置

ANSVG-S-A系列混合動(dòng)態(tài)消諧補償裝置應用新技術(shù)，以SVC的經(jīng)濟性和APF濾波的性等特點(diǎn)為基礎，將兩者技術(shù)相結合，提高傳統無(wú)功補償技術(shù)，在降低成本的同時(shí)，實(shí)現諧波治理與無(wú)功補償。

5.7 ANSVG-S-G智慧型動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置

ANSVG-S-G智慧型動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置是一種用于補償無(wú)功，提高功率因數，實(shí)現補償效果的新型電力電子裝置；智能控制系統主動(dòng)根據系統的線(xiàn)性動(dòng)態(tài)需求，自動(dòng)調節有源及無(wú)源模塊的輸出配比；ANSVG-S-G整機主要是由ANSVG-S-G模塊、無(wú)源補償電容器（TSC）、液晶顯示器組成。

6應用案例

6.1 概述

某工廠(chǎng)負載為空壓機、注塑機一類(lèi)的變頻設備，是典型的諧波發(fā)生源，客戶(hù)要求針對諧波電流進(jìn)行治理，改造前/后實(shí)測數據如下：

治理前數據截圖

治理后數據截圖

現場(chǎng)安裝圖

6.2 測量前/后數據統計

6.3 測量前/后數據分析

從治理前后的測量數據電流波形對比圖中，我們可以較為直觀(guān)的看出諧波治理后的電流波形更加平滑，更加趨近于正弦波形。根據數據統計可知，諧波電流主要以5、7、11次為主，治理前的5、7、11次諧波電流均超出國標限值（5次62A、7次44A、11次28A），經(jīng)過(guò)容量200A的ANAPF有源濾波器治理后均降到了限值以下，滿(mǎn)足國標對于各次諧波電流值的要求；治理后諧波電流畸變率（以A相為例）由治理前的32.39%降到了10.42%；治理后諧波電壓畸變率（以A相為例）由治理前的5.4%降到了2.97%，滿(mǎn)足國標限值電壓畸變率≤5%的要求，各項指標符合國家標準，諧波治理效果明顯。

7典型業(yè)績(jì)

8結束語(yǔ)

電能質(zhì)量監測是保證電力系統安全可靠運行的技術(shù)支撐，是保證電網(wǎng)和電氣設備安全和可靠的重要手段。建立實(shí)用、先進(jìn)、可靠的電能質(zhì)量監測網(wǎng)絡(luò )，為及時(shí)分析和反映電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平，找出電網(wǎng)中影響電能質(zhì)量的原因，采取相應的措施，對電網(wǎng)的安全、穩定、經(jīng)濟運行具有重要意義。

參考文獻：

[1] 陸建國.電能質(zhì)量監測系統及其應用

[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.