網絡化電能質量監測系統在風電中的解決方案
電力系統存在著大量非線性、沖擊性和波動性負荷，比如大功率的變頻設備及拖動裝置、電氣化鐵路、電化產業的整流設備、感應加熱爐、電弧爐等，這些負荷造成了電網發生波形畸變(諧波)、電壓波動、閃變、三相不平衡、非對稱性，使得電網電能質量的嚴重降低。同時由于近年風電場建設提速，對于電能質量也帶來一定影響。計算機、微處理器控制的精密電子儀器在國民經濟企業中大量使用，對供電質量的敏感程度越來越高，所以對電能質量提出了更高的要求，從而使電能質量題目及其解決措施逐漸成為研究的熱門。近年來，隨著國民經濟的迅速發展，內蒙古地區風電場建設規模增加，用戶對于電能質量的要求也日益進步，所以開展電能質量的研究具有現實意義。測厚儀| 測速儀| 轉速表| 壓力表| 壓力計| 真空表| 硬度計| 探傷儀| 電子稱| 熱像儀| 頻閃儀| 測高儀| 測距儀| 金屬探測器| 
　　Nexus系列儀表不僅僅是一個全功能的電能質量監測和分析儀表，同時也是一個多功能的電力測控儀表、計費級電能表、數據日志記錄儀、故障錄波器，它可以提供被監測點的15000~20000個電參數，包括高精度參數(刷新速率1秒)和高速參數(刷新速率0.1秒)。 
　　因此Nexus儀表提供的數據可以用于風電場的出力變化分析，為風電的生產治理、負荷預告提供依據。 
　　隨著風電并網容量的不斷擴大，風電對電網的負面影響日益凸顯，用戶也可以根據Nexus儀表提供的參數，精確分析和評估風電并網運行對電網的影響，量化風電的可變性和變化規律，為采取應對措施和手段提供科學依據。目前第一個項目正在河北張家口國投康保牧場100MW風電場實施。 
　　要對電網的電能質量進行改善，首先要對電能質量做出精確的檢測和分析、丈量電網的電能質量水平、并分析和判定造成各種電能質量題目的原因，為電能質量的改善提供依據。本文提出了網絡化電能質量監測的策略，達到了實時數據采集和在線監測’>在線監測的功能。 
　　1電能質量監測方式 
　　目前，國內外對電能質量的監測方式大致分為三種：專門丈量、定期或不定期檢測以及在線監測，每一種檢測方法各有利弊。要根據現場實際情況、經濟承受能力、電網電能質量要求，選擇適宜的檢測方法。 
　　專門丈量，針對各種干擾負荷或補償設備，如電弧爐、換流設備、電容器組、濾波器等在接進電網前后，丈量這些設備對電網電能質量各項指標的影響，通過與國家相關標準對照，決定其是否可以投運。這種檢測需要有明確的對象，并且有檢測的場地以及必要的條件。 
　　定期或不定期檢測，針對普通電力干擾源，根據干擾的大小、危害程度和需要等采取定期或不定期檢測方式。定期檢測多用于電網電能質量的定期普查，主要目的是了解全網電能質量水平和干擾源的特性;不定期檢測是針對電力用戶的特殊電能質量題目進行檢測分析。 
　　在線監測，也稱為連續監測、全過程監測或日常監測等。針對大型干擾源，如煉鋼廠、電氣化鐵路等必須按照電能質量標準對電壓偏差、頻率偏差、諧波、電壓波動和閃變、三相不平衡等指標進行連續跟蹤監測。由于電網用戶日益增多，要求也越來越高，在線監測將是今后的發展方向。但是，在線檢測的本錢也會比較高。 
　　隨著網絡通訊技術和信息技術的迅速進步，為適應當代電力系統運行的需要，電能質量監測技術正朝著網絡化、信息化、標準化的方向發展。從2008年下半年開始，借助于與國際上著名的電能質量監測公司合作，在內蒙古地區進行了一系列的試驗，取得了很大的收獲。 
　　2監測點的確定 
　　丈量點的正確選擇直接關系到丈量的正確度和丈量效果。按照國家電能質量標準，為了把握電網內的電能質量水平，將監測點分為電網側和用戶側。 
　　在電網側，500kV、220kV、110kV和35kV變電站的主變和不同電壓等級母線，以及發電廠主變等處要設置監測點。特別要提出的是目前電氣化鐵路線路一般直接從220kV變電站引線，通過220kV/25kV降壓對電氣化網絡進行供電。由于電氣化鐵路對電網的影響比較大,所以在這些出線的地方也要設置丈量點。在用戶側，存在著各種各樣的負荷以及電力用戶，有諧波源負荷、有造成電壓閃變的負荷等;同樣存在對電能質量要求較高的大型企業用戶，應當選取向這些用戶和負荷供電的變電站和各級電壓母線作為監測點。由于國家規劃在內蒙古地區建設大型風電場基地，因而風電場的電能質量檢測也是重要的監測點。 
　　3 網絡化電能質量監測系統 

　　圖1 網絡化電能質量監測系統 

3.1 系統整體結構 
　　網絡化電能質量監控系統由廠站終端子系統，通訊網絡子系統和主站子系統組成。 
　　3.2 廠站終端子系統 
　　安裝于變電站或用戶的終端設備，其數目可根據實際需要的監測點來確定。廠站終端子系統主要由兩部分組成：采集裝置和微機系統。雙方通過485總線進行通訊和數據交換。 
　　采集裝置負責對監測點的三相電壓和電流進行采集，通過485總線將所采集的數據傳送到微機系統。它支持在線對采集速率，采集間隔，485總線等參數進行設置，也可以通過總線接受微機系統進行終端設置。同時具備紅外接口方便工作職員進行數據的人工查詢和核對，以及GPS天文時鐘同步功能。 
　　微機系統實際上是產業計算機終端，它支持與多條總線的通訊，定時對多條總線上的采集裝置進行數據讀取，并通過硬盤對數據進行存儲。微機系統配備相應的計算分析軟件對實時電壓和電流數據進行處理，通過各自的檢測算法能得到以下參數：電壓和電流諧波含量、總畸變率(THD);電壓跌落幅值、跳變相位和持續時間;三相電壓、電流基波的幅值和相角，以及正序、負序、零序分量的幅值、相角和不平衡度;電壓短時間閃變值，長時間閃變值;電壓偏差和頻率偏差。微機系統配置了撥號Modem和網卡，可以通過電力系統局域網或電話撥號網絡與主站子系統保持通訊。 
　　3.3 通訊網絡子系統 
　　很顯然，建立專用的電能質量監測網可能不現實，但是SCADA系統，電能量采集系統和負荷監控系統的網絡都已經建得相當完善，并且它們的網絡都具有一定的擴展性，從而電能質量監測設備可以整合到這些網絡中。 
　　主站子系統和廠站子系統采用局域網或電話撥號網絡相結合的方式進行通訊。在具備網絡接口的地區采用局域網通訊，進步了數據傳輸速度，更好的體現數據傳輸的實時性。而在只具備電話撥號網絡的地區可采用電話撥號方式通訊，并且預留網絡接口，便于升級。這樣的通訊子系統利用了目前電力系統通訊網絡中的兩種方式，并將這兩種方式進行有機結合，最大限度的利用了現有資源，減少了通訊設備投資。 
　　3.4 主站子系統 
　　電能質量監測主站子系統主要提供中心數據庫、監測數據的統計分析和存儲檢索、Web數據網絡頁面、系統報警和通告信息的發布、遠程系統維護治理和軟件升級、數據實時訪問等功能。主站子系統大體上由數據存儲服務器、數據處理服務器、前置服務器、Web服務器、網關服務器。主站系統以高性能的交換機為核心，利用Web服務器通過軟硬件防火墻、防毒墻與MIS系統連接，利用網關服務器通過軟硬件防火墻、防毒墻、路由器與DMS和EMS等系統連接，向終極用戶提供快速、高效的訪問手段，以及安全、可靠的網絡特性。 
　　前置服務器負責與廠站終端子系統進行通訊，保證數據傳送的完整性和及時性，并可以遠程登陸廠站終端，查詢廠站終端狀態,進行遠程參數的設置和修改。在前置服務器中裝有GPS天文時鐘系統，用于保持整個系統內廠站子系統和主站子系統的時鐘同步。前置服務器還具有通道報警功能，當主站子系統和廠站子系統通訊中斷或不能正常進行時，將會發出通道警報，以便工作職員及時了解通訊狀況。前置服務用具有權限治理功能，可以為不同的用戶分配不同的權限，以此來限定用戶的訪問權限。 
　　數據處理服務用具有強大的數據處理功能，負責整個電能質量系統所有數據的處理、統計以及相關報表和圖表等應用功能的天生、重組和擴展。具備數據報警功能，發現從廠站終端采集上來的數據指標超常時將會在報表、圖表中進行告警標注。負責接受來自Web服務器的請求，天生符合請求格式的數據格式，并將結果信息傳送到網關服務器，以便不同部分的工作職員通過WEB方式查看。 
　　數據庫服務器負責數據庫的治理、運行維護、數據備份、事故恢復以及數據優化等功能。保存所有從廠站終端傳送上來的數據和經過數據處理服務器處理后得出的結果數據，并對這些相應的數據進行同一治理和存儲。數據庫采用了自動備份的技術，系統配置了兩臺數據庫服務器，通過磁盤陣列實現雙機的冷熱備用，當主數據庫服務器出現故障或停用時，另一臺備用數據庫服務器立即投進使用，保證了系統數據處理的正常進行。當事故恢復時候、首先恢復數據庫備份文件，然后恢復數據日志記錄備份、這樣可以恢復故障前的數據記錄。同時，系統采用了SAN、NAS、DAS等技術，從而保證數據的完整性、安全性和一致性。 
　　Web服務器負責在Intranet/Internet范圍內提供Web服務，它分別與網關服務器、數據庫服務器建立連接，可從數據庫服務器直接獲取數據形成網頁或通過向數據處理服務器進行申請，獲取所要求天生的數據格式網頁。用戶可在任意地點、任意時間通過Web瀏覽器瀏覽網頁，訪問Web服務器發布的基于Web形式的數據查詢、數據分析、報表展示、曲線展示、報警信息、設備狀態、站點分布、國標查詢、記錄查詢等信息，能及時了解指定日期的電能質量狀況，并且可以隨時下載Word、Excel、文本及圖表等形式的報表統計資料。 
　　前置服務器接收各廠站終真個傳送上來的數據，均通過數據庫服務器、存儲網絡進行保存。數據處理服務器對這些數據進行過濾、擇優、統計、計算和分析。系統用戶在客戶瀏覽器中瀏覽網頁，以通過HTTP協議及ActiveX控件向WEB服務器發出各種查詢請求，WEB服務器分析客戶提交的HTTP請求，通過兩種方式來實現：一種方式是直接通過ADO接口從數據庫服務器獲取數據天生網頁;另一種方式是通過網關服務器的ISAPI接口規范與數據處理服務器發出數據請求，數據處理服務器根據WEB服務器的請求，通過ADO接口從數據庫服務器中獲取數據或存儲數據，按照WEB服務器的要求將所獲取的數據進行組織之后，再通過網關服務器送給WEB服務器。最后WEB服務器將兩種方式天生的網頁以HTML代碼形式傳遞給客戶端瀏覽器，用戶的所有數據治理和系統維護操縱可全部在瀏覽器中完成。 
4結束語 
　　電能質量監測是保證電力系統安全可靠和經濟優質運行的技術支撐，是保證低壓電網和電氣設備安全和可靠的重要手段。網絡化電能質量監測可以隨時隨地把握電網的運行狀況，這樣就能在供配電系統和用電設備運行失效之前，捕捉到其早期的故障信息，以便在毀滅性打擊之前，提醒人們對供、用電設備的運行狀態進行調整和預防檢驗。對于進步電力系統供電的安全性、可靠性和經濟性，保證用電設備的正常工作和工農業生產的持續高效，對于供、用電方都具有十分重要的意義。同時，電能質量監測系統具有故障錄波功能，能夠記錄下發生故障時刻的電網狀態，通過分析，就能判定出發生故障原因，這對于解決電力故障糾紛提供了可靠的技術支持，具有很高的經濟價值。我們在內蒙古數十個風電場都安裝了美國EIG公司生產的在線監測系統，對于風電廠的安全生產和電網的可靠運行提供有效的參考數據。