網(wǎng)絡(luò)化電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在風(fēng)電中的解決方案

網(wǎng)絡(luò)化電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在風(fēng)電中的解決方案
電力系統(tǒng)存在著大量非線性、沖擊性和波動(dòng)性負(fù)荷，比如大功率的變頻設(shè)備及拖動(dòng)裝置、電氣化鐵路、電化產(chǎn)業(yè)的整流設(shè)備、感應(yīng)加熱爐、電弧爐等，這些負(fù)荷造成了電網(wǎng)發(fā)生波形畸變(諧波)、電壓波動(dòng)、閃變、三相不平衡、非對(duì)稱(chēng)性，使得電網(wǎng)電能質(zhì)量的嚴(yán)重降低。同時(shí)由于近年風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)提速，對(duì)于電能質(zhì)量也帶來(lái)一定影響。計(jì)算機(jī)、微處理器控制的精密電子儀器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)企業(yè)中大量使用，對(duì)供電質(zhì)量的敏感程度越來(lái)越高，所以對(duì)電能質(zhì)量提出了更高的要求，從而使電能質(zhì)量題目及其解決措施逐漸成為研究的熱門(mén)。近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)規(guī)模增加，用戶(hù)對(duì)于電能質(zhì)量的要求也日益進(jìn)步，所以開(kāi)展電能質(zhì)量的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。測(cè)厚儀| 測(cè)速儀| 轉(zhuǎn)速表| 壓力表| 壓力計(jì)| 真空表| 硬度計(jì)| 探傷儀| 電子稱(chēng)| 熱像儀| 頻閃儀| 測(cè)高儀| 測(cè)距儀| 金屬探測(cè)器| 
　　Nexus系列儀表不僅僅是一個(gè)全功能的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和分析儀表，同時(shí)也是一個(gè)多功能的電力測(cè)控儀表、計(jì)費(fèi)級(jí)電能表、數(shù)據(jù)日志記錄儀、故障錄波器，它可以提供被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的15000~20000個(gè)電參數(shù)，包括高精度參數(shù)(刷新速率1秒)和高速參數(shù)(刷新速率0.1秒)。 
　　因此Nexus儀表提供的數(shù)據(jù)可以用于風(fēng)電場(chǎng)的出力變化分析，為風(fēng)電的生產(chǎn)治理、負(fù)荷預(yù)告提供依據(jù)。 
　　隨著風(fēng)電并網(wǎng)容量的不斷擴(kuò)大，風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)的負(fù)面影響日益凸顯，用戶(hù)也可以根據(jù)Nexus儀表提供的參數(shù)，精確分析和評(píng)估風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)的影響，量化風(fēng)電的可變性和變化規(guī)律，為采取應(yīng)對(duì)措施和手段提供科學(xué)依據(jù)。目前第一個(gè)項(xiàng)目正在河北張家口國(guó)投康保牧場(chǎng)100MW風(fēng)電場(chǎng)實(shí)施。 
　　要對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行改善，首先要對(duì)電能質(zhì)量做出精確的檢測(cè)和分析、丈量電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平、并分析和判定造成各種電能質(zhì)量題目的原因，為電能質(zhì)量的改善提供依據(jù)。本文提出了網(wǎng)絡(luò)化電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的策略，達(dá)到了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和在線監(jiān)測(cè)’>在線監(jiān)測(cè)的功能。 
　　1電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)方式 
　　目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)方式大致分為三種：專(zhuān)門(mén)丈量、定期或不定期檢測(cè)以及在線監(jiān)測(cè)，每一種檢測(cè)方法各有利弊。要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、經(jīng)濟(jì)承受能力、電網(wǎng)電能質(zhì)量要求，選擇適宜的檢測(cè)方法。 
　　專(zhuān)門(mén)丈量，針對(duì)各種干擾負(fù)荷或補(bǔ)償設(shè)備，如電弧爐、換流設(shè)備、電容器組、濾波器等在接進(jìn)電網(wǎng)前后，丈量這些設(shè)備對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)的影響，通過(guò)與國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照，決定其是否可以投運(yùn)。這種檢測(cè)需要有明確的對(duì)象，并且有檢測(cè)的場(chǎng)地以及必要的條件。 
　　定期或不定期檢測(cè)，針對(duì)普通電力干擾源，根據(jù)干擾的大小、危害程度和需要等采取定期或不定期檢測(cè)方式。定期檢測(cè)多用于電網(wǎng)電能質(zhì)量的定期普查，主要目的是了解全網(wǎng)電能質(zhì)量水平和干擾源的特性;不定期檢測(cè)是針對(duì)電力用戶(hù)的特殊電能質(zhì)量題目進(jìn)行檢測(cè)分析。 
　　在線監(jiān)測(cè)，也稱(chēng)為連續(xù)監(jiān)測(cè)、全過(guò)程監(jiān)測(cè)或日常監(jiān)測(cè)等。針對(duì)大型干擾源，如煉鋼廠、電氣化鐵路等必須按照電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電壓偏差、頻率偏差、諧波、電壓波動(dòng)和閃變、三相不平衡等指標(biāo)進(jìn)行連續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)。由于電網(wǎng)用戶(hù)日益增多，要求也越來(lái)越高，在線監(jiān)測(cè)將是今后的發(fā)展方向。但是，在線檢測(cè)的本錢(qián)也會(huì)比較高。 
　　隨著網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和信息技術(shù)的迅速進(jìn)步，為適應(yīng)當(dāng)代電力系統(tǒng)運(yùn)行的需要，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)正朝著網(wǎng)絡(luò)化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。從2008年下半年開(kāi)始，借助于與國(guó)際上著名的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)公司合作，在內(nèi)蒙古地區(qū)進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)，取得了很大的收獲。 
　　2監(jiān)測(cè)點(diǎn)的確定 
　　丈量點(diǎn)的正確選擇直接關(guān)系到丈量的正確度和丈量效果。按照國(guó)家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，為了把握電網(wǎng)內(nèi)的電能質(zhì)量水平，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)分為電網(wǎng)側(cè)和用戶(hù)側(cè)。 
　　在電網(wǎng)側(cè)，500kV、220kV、110kV和35kV變電站的主變和不同電壓等級(jí)母線，以及發(fā)電廠主變等處要設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。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(guò)220kV/25kV降壓對(duì)電氣化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行供電。由于電氣化鐵路對(duì)電網(wǎng)的影響比較大,所以在這些出線的地方也要設(shè)置丈量點(diǎn)。在用戶(hù)側(cè)，存在著各種各樣的負(fù)荷以及電力用戶(hù)，有諧波源負(fù)荷、有造成電壓閃變的負(fù)荷等;同樣存在對(duì)電能質(zhì)量要求較高的大型企業(yè)用戶(hù)，應(yīng)當(dāng)選取向這些用戶(hù)和負(fù)荷供電的變電站和各級(jí)電壓母線作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)。由于國(guó)家規(guī)劃在內(nèi)蒙古地區(qū)建設(shè)大型風(fēng)電場(chǎng)基地，因而風(fēng)電場(chǎng)的電能質(zhì)量檢測(cè)也是重要的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。 
　　3 網(wǎng)絡(luò)化電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 

　　圖1 網(wǎng)絡(luò)化電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 

3.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 
　　網(wǎng)絡(luò)化電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)由廠站終端子系統(tǒng)，通訊網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)和主站子系統(tǒng)組成。 
　　3.2 廠站終端子系統(tǒng) 
　　安裝于變電站或用戶(hù)的終端設(shè)備，其數(shù)目可根據(jù)實(shí)際需要的監(jiān)測(cè)點(diǎn)來(lái)確定。廠站終端子系統(tǒng)主要由兩部分組成：采集裝置和微機(jī)系統(tǒng)。雙方通過(guò)485總線進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)交換。 
　　采集裝置負(fù)責(zé)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三相電壓和電流進(jìn)行采集，通過(guò)485總線將所采集的數(shù)據(jù)傳送到微機(jī)系統(tǒng)。它支持在線對(duì)采集速率，采集間隔，485總線等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，也可以通過(guò)總線接受微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行終端設(shè)置。同時(shí)具備紅外接口方便工作職員進(jìn)行數(shù)據(jù)的人工查詢(xún)和核對(duì)，以及GPS天文時(shí)鐘同步功能。 
　　微機(jī)系統(tǒng)實(shí)際上是產(chǎn)業(yè)計(jì)算機(jī)終端，它支持與多條總線的通訊，定時(shí)對(duì)多條總線上的采集裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，并通過(guò)硬盤(pán)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。微機(jī)系統(tǒng)配備相應(yīng)的計(jì)算分析軟件對(duì)實(shí)時(shí)電壓和電流數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)各自的檢測(cè)算法能得到以下參數(shù)：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(xù)時(shí)間;三相電壓、電流基波的幅值和相角，以及正序、負(fù)序、零序分量的幅值、相角和不平衡度;電壓短時(shí)間閃變值，長(zhǎng)時(shí)間閃變值;電壓偏差和頻率偏差。微機(jī)系統(tǒng)配置了撥號(hào)Modem和網(wǎng)卡，可以通過(guò)電力系統(tǒng)局域網(wǎng)或電話撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)與主站子系統(tǒng)保持通訊。 
　　3.3 通訊網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) 
　　很顯然，建立專(zhuān)用的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)可能不現(xiàn)實(shí)，但是SCADA系統(tǒng)，電能量采集系統(tǒng)和負(fù)荷監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)都已經(jīng)建得相當(dāng)完善，并且它們的網(wǎng)絡(luò)都具有一定的擴(kuò)展性，從而電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備可以整合到這些網(wǎng)絡(luò)中。 
　　主站子系統(tǒng)和廠站子系統(tǒng)采用局域網(wǎng)或電話撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式進(jìn)行通訊。在具備網(wǎng)絡(luò)接口的地區(qū)采用局域網(wǎng)通訊，進(jìn)步了數(shù)據(jù)傳輸速度，更好的體現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。而在只具備電話撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)的地區(qū)可采用電話撥號(hào)方式通訊，并且預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口，便于升級(jí)。這樣的通訊子系統(tǒng)利用了目前電力系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)中的兩種方式，并將這兩種方式進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，最大限度的利用了現(xiàn)有資源，減少了通訊設(shè)備投資。 
　　3.4 主站子系統(tǒng) 
　　電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)主站子系統(tǒng)主要提供中心數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和存儲(chǔ)檢索、Web數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)頁(yè)面、系統(tǒng)報(bào)警和通告信息的發(fā)布、遠(yuǎn)程系統(tǒng)維護(hù)治理和軟件升級(jí)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)訪問(wèn)等功能。主站子系統(tǒng)大體上由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、前置服務(wù)器、Web服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)服務(wù)器。主站系統(tǒng)以高性能的交換機(jī)為核心，利用Web服務(wù)器通過(guò)軟硬件防火墻、防毒墻與MIS系統(tǒng)連接，利用網(wǎng)關(guān)服務(wù)器通過(guò)軟硬件防火墻、防毒墻、路由器與DMS和EMS等系統(tǒng)連接，向終極用戶(hù)提供快速、高效的訪問(wèn)手段，以及安全、可靠的網(wǎng)絡(luò)特性。 
　　前置服務(wù)器負(fù)責(zé)與廠站終端子系統(tǒng)進(jìn)行通訊，保證數(shù)據(jù)傳送的完整性和及時(shí)性，并可以遠(yuǎn)程登陸廠站終端，查詢(xún)廠站終端狀態(tài),進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)的設(shè)置和修改。在前置服務(wù)器中裝有GPS天文時(shí)鐘系統(tǒng)，用于保持整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)廠站子系統(tǒng)和主站子系統(tǒng)的時(shí)鐘同步。前置服務(wù)器還具有通道報(bào)警功能，當(dāng)主站子系統(tǒng)和廠站子系統(tǒng)通訊中斷或不能正常進(jìn)行時(shí)，將會(huì)發(fā)出通道警報(bào)，以便工作職員及時(shí)了解通訊狀況。前置服務(wù)用具有權(quán)限治理功能，可以為不同的用戶(hù)分配不同的權(quán)限，以此來(lái)限定用戶(hù)的訪問(wèn)權(quán)限。 
　　數(shù)據(jù)處理服務(wù)用具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，負(fù)責(zé)整個(gè)電能質(zhì)量系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的處理、統(tǒng)計(jì)以及相關(guān)報(bào)表和圖表等應(yīng)用功能的天生、重組和擴(kuò)展。具備數(shù)據(jù)報(bào)警功能，發(fā)現(xiàn)從廠站終端采集上來(lái)的數(shù)據(jù)指標(biāo)超常時(shí)將會(huì)在報(bào)表、圖表中進(jìn)行告警標(biāo)注。負(fù)責(zé)接受來(lái)自Web服務(wù)器的請(qǐng)求，天生符合請(qǐng)求格式的數(shù)據(jù)格式，并將結(jié)果信息傳送到網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，以便不同部分的工作職員通過(guò)WEB方式查看。 
　　數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)的治理、運(yùn)行維護(hù)、數(shù)據(jù)備份、事故恢復(fù)以及數(shù)據(jù)優(yōu)化等功能。保存所有從廠站終端傳送上來(lái)的數(shù)據(jù)和經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器處理后得出的結(jié)果數(shù)據(jù)，并對(duì)這些相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行同一治理和存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)庫(kù)采用了自動(dòng)備份的技術(shù)，系統(tǒng)配置了兩臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，通過(guò)磁盤(pán)陣列實(shí)現(xiàn)雙機(jī)的冷熱備用，當(dāng)主數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器出現(xiàn)故障或停用時(shí)，另一臺(tái)備用數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器立即投進(jìn)使用，保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的正常進(jìn)行。當(dāng)事故恢復(fù)時(shí)候、首先恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)備份文件，然后恢復(fù)數(shù)據(jù)日志記錄備份、這樣可以恢復(fù)故障前的數(shù)據(jù)記錄。同時(shí)，系統(tǒng)采用了SAN、NAS、DAS等技術(shù)，從而保證數(shù)據(jù)的完整性、安全性和一致性。 
　　Web服務(wù)器負(fù)責(zé)在Intranet/Internet范圍內(nèi)提供Web服務(wù)，它分別與網(wǎng)關(guān)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器建立連接，可從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器直接獲取數(shù)據(jù)形成網(wǎng)頁(yè)或通過(guò)向數(shù)據(jù)處理服務(wù)器進(jìn)行申請(qǐng)，獲取所要求天生的數(shù)據(jù)格式網(wǎng)頁(yè)。用戶(hù)可在任意地點(diǎn)、任意時(shí)間通過(guò)Web瀏覽器瀏覽網(wǎng)頁(yè)，訪問(wèn)Web服務(wù)器發(fā)布的基于Web形式的數(shù)據(jù)查詢(xún)、數(shù)據(jù)分析、報(bào)表展示、曲線展示、報(bào)警信息、設(shè)備狀態(tài)、站點(diǎn)分布、國(guó)標(biāo)查詢(xún)、記錄查詢(xún)等信息，能及時(shí)了解指定日期的電能質(zhì)量狀況，并且可以隨時(shí)下載Word、Excel、文本及圖表等形式的報(bào)表統(tǒng)計(jì)資料。 
　　前置服務(wù)器接收各廠站終真?zhèn)�傳送上來(lái)的數(shù)據(jù)，均通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保存。數(shù)據(jù)處理服務(wù)器對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、擇優(yōu)、統(tǒng)計(jì)、計(jì)算和分析。系統(tǒng)用戶(hù)在客戶(hù)瀏覽器中瀏覽網(wǎng)頁(yè)，以通過(guò)HTTP協(xié)議及ActiveX控件向WEB服務(wù)器發(fā)出各種查詢(xún)請(qǐng)求，WEB服務(wù)器分析客戶(hù)提交的HTTP請(qǐng)求，通過(guò)兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種方式是直接通過(guò)ADO接口從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)天生網(wǎng)頁(yè);另一種方式是通過(guò)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的ISAPI接口規(guī)范與數(shù)據(jù)處理服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器根據(jù)WEB服務(wù)器的請(qǐng)求，通過(guò)ADO接口從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中獲取數(shù)據(jù)或存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，按照WEB服務(wù)器的要求將所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行組織之后，再通過(guò)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器送給WEB服務(wù)器。最后WEB服務(wù)器將兩種方式天生的網(wǎng)頁(yè)以HTML代碼形式傳遞給客戶(hù)端瀏覽器，用戶(hù)的所有數(shù)據(jù)治理和系統(tǒng)維護(hù)操縱可全部在瀏覽器中完成。 
4結(jié)束語(yǔ) 
　　電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)是保證電力系統(tǒng)安全可靠和經(jīng)濟(jì)優(yōu)質(zhì)運(yùn)行的技術(shù)支撐，是保證低壓電網(wǎng)和電氣設(shè)備安全和可靠的重要手段。網(wǎng)絡(luò)化電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)可以隨時(shí)隨地把握電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，這樣就能在供配電系統(tǒng)和用電設(shè)備運(yùn)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(duì)供、用電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整和預(yù)防檢驗(yàn)。對(duì)于進(jìn)步電力系統(tǒng)供電的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，保證用電設(shè)備的正常工作和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)高效，對(duì)于供、用電方都具有十分重要的意義。同時(shí)，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有故障錄波功能，能夠記錄下發(fā)生故障時(shí)刻的電網(wǎng)狀態(tài)，通過(guò)分析，就能判定出發(fā)生故障原因，這對(duì)于解決電力故障糾紛提供了可靠的技術(shù)支持，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。我們?cè)趦?nèi)蒙古數(shù)十個(gè)風(fēng)電場(chǎng)都安裝了美國(guó)EIG公司生產(chǎn)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于風(fēng)電廠的安全生產(chǎn)和電網(wǎng)的可靠運(yùn)行提供有效的參考數(shù)據(jù)。