摘 要：介紹了電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成和基本原理,，分析探討了該系統(tǒng)在供配電系統(tǒng)和工廠用電設(shè)備監(jiān)測等方面的應(yīng)用,，其對電網(wǎng)的安全,、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義,。

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量,；監(jiān)測系統(tǒng)；供配電系統(tǒng),；應(yīng)用

0前言

電能質(zhì)量是衡量電網(wǎng)供給用戶端交流電能的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),。電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)是對電力系統(tǒng)、工業(yè)用戶等電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測并自動(dòng)記錄的智能化數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng),。該系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓及電流波形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,、分析，并自動(dòng)生成所需圖形報(bào)表,，相關(guān)技術(shù)人員即可以通過Web方式隨時(shí)查詢電網(wǎng)的實(shí)時(shí)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù),，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(jù),。

1電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成和原理

電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測終端,、主站及遠(yuǎn)程監(jiān)測軟件系統(tǒng)組成。

1.1電能質(zhì)量監(jiān)測終端

監(jiān)測終端主要完成數(shù)據(jù)的處理,、記錄,、存儲以及與主站之間的通訊連接和數(shù)據(jù)傳輸，形成圖形報(bào)表,。監(jiān)測終端還具有LCD圖形顯示,、多參數(shù)綜合測量、參數(shù)報(bào)警值設(shè)定,、實(shí)時(shí)定點(diǎn)報(bào)警等功能,。終端運(yùn)行VRTX實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，可以及時(shí)響應(yīng)用戶的請求,，過電壓數(shù)據(jù)采用中斷方式記錄,，保證數(shù)據(jù)不丟失。

監(jiān)測終端的硬件由TA/TV及AD信號預(yù)處理,、DSP數(shù)據(jù)處理器、并行通訊ISA總線并行擴(kuò)展、調(diào)制解調(diào)器,、LCD顯示器（VGA單色帶背光）,、網(wǎng)絡(luò)適配器、電源等構(gòu)成,。電能質(zhì)量監(jiān)測終端的硬件構(gòu)成框圖見圖1,。

傳感器將配電網(wǎng)參數(shù)的電能信號TA/TV轉(zhuǎn)化為AD的輸入信號，然后進(jìn)行同步采樣,，轉(zhuǎn)換后的采樣數(shù)據(jù)通過同步串口傳入DSP,，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。DSP數(shù)據(jù)處理器是監(jiān)測終端的核心部件之一,，它將采集的數(shù)據(jù)變換格式,，采用成熟的FFT（快速傅立葉算法）計(jì)算分析處理各種數(shù)據(jù)。DSP將分析結(jié)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,，并通過串口將數(shù)據(jù)送到主站PC進(jìn)行相應(yīng)的處理,。上位計(jì)算機(jī)對接收到的數(shù)據(jù)，通過管理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類,、儲存,、共享,，運(yùn)行和管理人員可隨時(shí)查詢，并可選取需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)表輸出和曲線打印分析,。

1.2主站及遠(yuǎn)程監(jiān)測軟件

主站通過調(diào)制解調(diào)器或網(wǎng)絡(luò)接受監(jiān)測終端上傳的數(shù)據(jù)主站為客戶機(jī)—服務(wù)器方式,，數(shù)據(jù)存放在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，可以方便地調(diào)用與查詢,。主站接受監(jiān)測終端上傳的數(shù)據(jù),，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，形成文件,、報(bào)表及曲線,，并可顯示數(shù)據(jù)和圖形(如頻譜圖、波形圖,、曲線圖,、向量圖等)。它可以管理多臺電能質(zhì)量監(jiān)測終端,，對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理,，可以對某一時(shí)段或某一事件過程時(shí)段的電能質(zhì)量進(jìn)行分析、形成報(bào)表,，自動(dòng)形成日,、月和年報(bào)表，自動(dòng)找出諧波含有率超標(biāo)的時(shí)段與線路,，計(jì)算電壓合格率與供電可靠性,。遠(yuǎn)程監(jiān)測軟件主要完成數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算,、統(tǒng)計(jì)及圖顯,，提供報(bào)警等信息。監(jiān)測系統(tǒng)軟件框圖

見圖2,。

2電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

從上世紀(jì)80年代起,我國電能質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)經(jīng)歷了20多年的發(fā)展歷程,，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了由單一功能向多功能監(jiān)測的發(fā)展。目前在電能質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)已在供配電系統(tǒng)和工廠用電設(shè)備監(jiān)測有著廣泛應(yīng)用,。

2.1供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測

我國早在90年代開始就陸續(xù)推出了關(guān)于電能質(zhì)量方面的一系列相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn),。在電子技術(shù)越來越發(fā)達(dá)的今天,現(xiàn)代電子設(shè)備對電能質(zhì)量更為敏感，現(xiàn)代電子設(shè)備的大量應(yīng)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(jiān)測系統(tǒng)對運(yùn)行中的供配電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測，可根據(jù)使用部門的要求進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)合格區(qū)域等參數(shù)的設(shè)定,、統(tǒng)計(jì)出電網(wǎng)各指標(biāo)的數(shù)據(jù),，自動(dòng)生成所需圖形報(bào)表，并進(jìn)行數(shù)據(jù)儲存,。同時(shí)系統(tǒng)對設(shè)定的電能質(zhì)量指標(biāo)值有越限報(bào)警功能,，可輕松判斷指標(biāo)超標(biāo)與否,，提醒人們對供、用電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整,，確保電網(wǎng)的電能質(zhì)量符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),。

2.2供配電系統(tǒng)及工業(yè)用電設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測

電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)對供配電系統(tǒng)運(yùn)行中電壓、電流全波形的實(shí)時(shí)監(jiān)測,，并實(shí)時(shí)分析電網(wǎng)中電壓,、電流的諧波狀況,，為運(yùn)行和檢修人員提供可靠的電網(wǎng)運(yùn)行相關(guān)參數(shù),，隨時(shí)隨地掌握電網(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)行出現(xiàn)故障前,，掌握到其早期的故障信息,，及時(shí)做好預(yù)防檢修，提高電力系統(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。電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)也可對工業(yè)用電設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測,，特別是容量相對較大的非線性負(fù)載用戶設(shè)備,。用戶可通過監(jiān)測數(shù)據(jù)，掌握用電設(shè)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(shè)備使用壽命,。同時(shí)用戶還可通過監(jiān)測系統(tǒng)在線無功補(bǔ)償,，提高功率因數(shù)，滿足供電企業(yè)考核指標(biāo),，同時(shí)減少線路損耗,，節(jié)約電能消耗；通過在線監(jiān)測用戶可以及時(shí)清楚了解供電設(shè)備狀況,，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患和電能損耗定位,，提高供電效率。

2.3供配電系統(tǒng)事故原因分析

電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)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),，通過分析，為判斷故障的來源和分析,、解決問題提供了詳盡,、可靠的數(shù)據(jù)和依據(jù)，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(jù)

通過電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng),，可以評判供配電網(wǎng)監(jiān)測點(diǎn)哪些指標(biāo)是主要的矛盾所在,，其概率水平及時(shí)間分布規(guī)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(dǎo)用戶錯(cuò)峰用電提供依據(jù)

近年各地不同程度都出現(xiàn)電力缺口的情況,。通過電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng),，可以統(tǒng)計(jì)出本地區(qū)峰、平,、谷用電負(fù)荷情況,，據(jù)此電力管理部門可制定合理的錯(cuò)峰用電方案，合理分布電能使用時(shí)間,，削峰填谷,，減少因?yàn)槔l限電給企業(yè)帶來損失。

3電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)

3.1概述

電能質(zhì)量分析與治理系統(tǒng)主要研究供配電系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償和諧波治理問題,，適用于新建,、改建、擴(kuò)建和技改項(xiàng)目中工業(yè)與民用及公共建筑內(nèi)電氣設(shè)備的無功補(bǔ)償,、諧波及綜合治理等,，可根據(jù)不同行業(yè)類型和負(fù)載類型的電能質(zhì)量問題提供合適的設(shè)計(jì)解決方案，以達(dá)到改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的,。

3.2典型行業(yè)

①商業(yè)中心/辦公大樓/醫(yī)療/機(jī)場/體育館：空調(diào),、電梯、LED屏幕,、可控硅調(diào)光系統(tǒng),、音響系統(tǒng)；

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(yàn)室,、機(jī)房設(shè)備,、數(shù)據(jù)中心；

⑤工廠：使用大型設(shè)備的生產(chǎn)線,，高精度數(shù)控中心等,；

⑥通信/金融/醫(yī)療/商業(yè)中心：UPS、開關(guān)電源等,。

3.3系統(tǒng)架構(gòu)

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

4產(chǎn)品選型

4.1 諧波治理產(chǎn)品選型

4.2,、無功補(bǔ)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(fù)載電流通過電流互感器采集到ANAPF的控制系統(tǒng)中，通過實(shí)時(shí)檢測電路將負(fù)載電流中的諧波分量和基波無功分量分離出來,，經(jīng)控制系統(tǒng)快速運(yùn)算,，采用PWM控制IGBT的觸發(fā)。通過由大容量IGBT管組成的三相變流器向系統(tǒng)注入補(bǔ)償電流,，該補(bǔ)償電流與負(fù)荷電流中的諧波電流大小相等,，方向相反，互相抵消,，實(shí)現(xiàn)濾除諧波的功能,，保證流入電網(wǎng)電流是正弦波。

5.2 ANSNP中線安防保護(hù)器

ANSNP中線安防保護(hù)器通過電流檢測環(huán)節(jié)采集系統(tǒng)中性線上各次諧波電流,，經(jīng)控制器快速計(jì)算并提取各次諧波電流的含量,，產(chǎn)生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補(bǔ)償電流,，并注入中性線,，從而消除中性線中過大的電流。

5.3 ANSVG靜止無功發(fā)生器

ANSVG靜止無功發(fā)生器是一種用于補(bǔ)償無功以及不平衡的新型電力電子裝置,，它能對大小變化的無功以及負(fù)序進(jìn)行快速和連續(xù)的補(bǔ)償,，其應(yīng)用可克服LC補(bǔ)償器等傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償器響應(yīng)速度慢,、補(bǔ)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低壓無功功率補(bǔ)償裝置

（1）分立元件方案

ANSVC 低壓無功功率補(bǔ)償裝置適用于頻率 50Hz 電壓 0.4kV 電網(wǎng)的無功功率自動(dòng)補(bǔ)償,；它集無功補(bǔ)償、電網(wǎng)監(jiān)測于一體,，不但可以通過投切電容器組來補(bǔ)償電網(wǎng)中的無功損耗,，提高功率因數(shù)，降低線損,，從而提高電網(wǎng)的負(fù)載能力和供電質(zhì)量,；同時(shí)還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測電網(wǎng)的三相電壓、電流,、功率因數(shù)等電量參數(shù),。

（2）智能電容方案

AZC系列智能電力電容補(bǔ)償裝置是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源,、降低線損,、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備。AZC由智能測控單元,，投切開關(guān),，線路保護(hù)單元，低壓電力電容器等構(gòu)成,，AZCL在AZC的基礎(chǔ)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(tǒng)無功補(bǔ)償裝置體積龐大和笨重的結(jié)構(gòu)模式,。具有補(bǔ)償效果更好,，體積更小，功耗更低,，價(jià)格更廉,，節(jié)約成本更多，使用更加靈活,，維護(hù)更方便,，使用壽命更長，可靠性更高等特點(diǎn),。

5.5 ANSVG-G-A混合動(dòng)態(tài)濾波補(bǔ)償裝置

ANSVG-G-A混合動(dòng)態(tài)濾波補(bǔ)償裝置在補(bǔ)償無功的同時(shí)可兼治理系統(tǒng)的諧波,，該設(shè)備以并聯(lián)方式接入配電系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的電流分量,，通過控制計(jì)算及邏輯變化,，計(jì)算出系統(tǒng)所需的無功分量及諧波分量，然后通過三相全橋換流電路實(shí)時(shí)產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的無功與諧波電流注入到配電系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)智能補(bǔ)償,，兼諧波治理,。

5.6 ANSVG-S-A系列混合動(dòng)態(tài)消諧補(bǔ)償裝置

ANSVG-S-A系列混合動(dòng)態(tài)消諧補(bǔ)償裝置應(yīng)用新技術(shù)，以SVC的經(jīng)濟(jì)性和APF濾波的性等特點(diǎn)為基礎(chǔ),，將兩者技術(shù)相結(jié)合,，提高傳統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)，在降低成本的同時(shí),，實(shí)現(xiàn)諧波治理與無功補(bǔ)償,。

5.7 ANSVG-S-G智慧型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置

ANSVG-S-G智慧型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置是一種用于補(bǔ)償無功，提高功率因數(shù),，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償效果的新型電力電子裝置,；智能控制系統(tǒng)主動(dòng)根據(jù)系統(tǒng)的線性動(dòng)態(tài)需求，自動(dòng)調(diào)節(jié)有源及無源模塊的輸出配比,；ANSVG-S-G整機(jī)主要是由ANSVG-S-G模塊,、無源補(bǔ)償電容器（TSC）、液晶顯示器組成,。

6應(yīng)用案例

6.1 概述

某工廠負(fù)載為空壓機(jī),、注塑機(jī)一類的變頻設(shè)備，是典型的諧波發(fā)生源,，客戶要求針對諧波電流進(jìn)行治理,，改造前/后實(shí)測數(shù)據(jù)如下：

治理前數(shù)據(jù)截圖

治理后數(shù)據(jù)截圖

現(xiàn)場安裝圖

6.2 測量前/后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

6.3 測量前/后數(shù)據(jù)分析

從治理前后的測量數(shù)據(jù)電流波形對比圖中，我們可以較為直觀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(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(biāo)限值（5次62A、7次44A,、11次28A）,，經(jīng)過容量200A的ANAPF有源濾波器治理后均降到了限值以下，滿足國標(biāo)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%，滿足國標(biāo)限值電壓畸變率≤5%的要求,，各項(xiàng)指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn),，諧波治理效果明顯,。

7典型業(yè)績

8結(jié)束語

電能質(zhì)量監(jiān)測是保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的技術(shù)支撐，是保證電網(wǎng)和電氣設(shè)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(jiān)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(yīng)的措施,，對電網(wǎng)的安全,、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義,。

安科瑞侯文莉