何金定1，肖先勇1，蔣文林2
(1.四川大學，四川成都610065；
2.攀枝花學院，四川攀枝花617000)
摘 要：在電能質量監測系統中，由于數據量很大，數據處理技術是決定監測系統性能的重要因素，對當前電能質量監測數據處理方法的不同，提出了基于數據預處理、分析時間間隔的合理選擇和生成日統計文件的數據處理方法。根據IEC國際標準在下位機中設定有效測量時間，然后在監測系統中按指定格式讀取監測點采集數據文件，在上位機中得到了清晰、明了的圖形并能快速生成各類統計報表。通過這種數據處理方法，使整套電能質量監測系統達到工程實用的水平。
關鍵詞：電能質量；監測系統；數據采樣；數據處理
Abstract: As currently there are various data processing methods in power qualit y monitoring system, this paper puts forward a new data processing method based o n data pre-processing, reasonable choice of time interval for analysis and gener ating daily statistical file. According to IEC international standard, it is eff ective to get clear and explicit graphs and quickly generate different statistic al reports in controlling center by adopting the effective measuring time in col lecting apparatus and reading the data file of monitoring spot in accordance wit h appointed format in monitoring system. With this method of data processing, th e whole monitoring system of power quality can beeffectivelied applied to practi cal project.
Key words: power quality； monitoring system； data sampling； d ata processing
隨著社會的進步和發展，電能質量問題已經成為當今電力學科領域內的重大課題。一方面，隨著非線性負荷的不斷增加，造成電能質量問題的各種因素不斷增長，如電力電子技術的發展及其在工業和交通部門以及用電設備上的廣泛應用，包括大功率整流裝置在電氣化 鐵道的應用等；另一方面，各種復雜的、精密的、對電能質量敏感的用電設備不斷普及，人們對電能質量及供電可靠性的要求越來越高。
為了清楚了解系統中的電能質量問題，作者所在課題組成功地開發了一套電能質量監測系統，達到了能夠監測電能質量各項指標運行情況的水平，并已投入實際電力系統運行。在開發該系統時，使用了Microsoft公司的VB6.0作為開發工具。VB6.0作為可視化通用編程工具，一直以其可視化程度高、開發簡單快捷而著稱，可視化編程環境的“所見即所得”功能，使界面設計變得容易，從而讓編程更加輕松。
1電能質量監測系統的構成
電能質量監測系統主要由電能質量監測的下位機（即監測儀）、上位機（即用戶操作所用的計算機）以及應用軟件系統組成。
1.1下位機系統的構成
1)數據采集部分，包括數據的采樣和計算。
2)數據處理，將采集的數據變換格式，并計算處理各種電能質量指標數據，包括頻率、電壓、電流、電壓不平衡度、電壓波動與閃變、電壓偏差、負序電流、諧波含有率等。
3)數據通信傳輸部分，包括下位機內部數據通信傳輸（主要是與DSP通信）和與上位機之間 的通信傳輸（主要是通過MODEM和網絡通信）。
1.2上位機系統的構成
1)通信傳輸部分，與下位機間的數據通信與傳輸。
2)采集電網各下位機的電能質量數據，進行分析統計，形成文件、報表及曲線，顯示數據和圖形（如頻譜圖、趨勢圖、曲線圖、散點圖、向量圖等）。
3)數據文件管理系統，主要是系統管理監測點數據文件。
圖1顯示了整個監測系統的軟件構成。
2下位機系統中的數據流程及數據預處理
2.1數據流程
從監測儀啟動開始，就開始了對監測點數據的采樣、分析、處理，然后生成監測點一天的采集數據文件，圖2給出了監測儀在一小時內的數據流程。
2.2數據預處理
由于在現場實測信號中，不僅包含由基波及各次諧波疊加而成的合成信號，而且還包含噪聲信號，噪聲信號的存在會大大影響電能質量的測量精度，這樣在諧波分析、信號頻率的確定等方面會有很大的誤差。考慮到下位機硬件DSP在FFT（FFT是一種基于對非周期信號的周期延拓后進行的變換）的方便性，采用FFT原理進行數據的實時處理。在實際應用中要得到準確的FFT運算結果，必須滿足Nyquist采樣定理的要求，防止頻譜混疊的發生，而且根據FFT算法的要求，采樣點應均勻分布在一個信號周期內，即應當實現嚴格的同步采樣，否則就會引起信號的頻譜泄漏，帶來很大的測量誤差，特別是對高頻分量，計算出來的值就沒有可信性。因此，需要對采樣值進行數字信號預處理，以減少誤差。圖3給出了整個數據預處理流程。
如圖3所示，在整個過程中，采用了軟件同步采樣法。目前常用的同步采樣方法主要分為硬件同步和軟件同步兩大類。硬件同步方法是一種預防式方法，主要采用鎖相環電路來實現跟蹤信號頻率的變換，從而實時調整采樣速率，實現同步采樣，但是其硬件結構比較復雜，可靠性不高，在測量較大的畸變波形時誤差較大。軟件同步方法是一種補償式方法，主要采用準同步采樣、加窗、加窗－插值等技術，來補償和減少誤差。當采樣數值經去噪處理后，通過一個45 Hz～55 Hz的窄帶濾波器，保證采樣數值過零點的唯一性，然后通過軟件同步求得采樣信號的周期值，以得到與工頻信號同步的采樣頻率，進而控制對原始數據的線性插值。最后，對插值所得數據進行FFT變換得到諧波的幅值和相位。
3趨勢圖分析時間間隔的選擇
電能質量監測系統，是根據中國頒布的電能質量五項國家標準，同時參考IEC 1000-4 -7國際標準以及發達國家電能質量的監測和管理經驗而設計、研發的，并同時具有網絡化管理的功能。該系統的應用對象主要是電力部門的各級配電網、變電所、電廠以及各種大中型企業、用電大戶，或對用電質量有特殊要求的用戶。它可以實現電能質量長期、不間斷的監測和分析。
建立監測點的目的是為了能夠真實反映系統在該點存在的電能質量問題，從監測儀中所獲得的采集文件中的各項數據越詳細越好。根據IEC國際標準，在下位機中的采集文件是按3 s時間間隔所采樣生成的，這個時間間隔在IEC中理解為有效測量時間。但是根據這個按 3 s所生成的數據文件進行圖形分析時，由于數據量較大（按一天24 h計算，每3 s生成一次采樣數據，那么對應于某一項指標，一天就有24×60×20=28800個數據），這樣所作出的趨勢圖等勢必會混成一團，不能清楚地反映整個趨勢變化。
根據一天的實測數據（取自100 MVA直流電弧爐用戶的母線150 kV），在表1中對比了幾種時 間間隔所得到的3次、5次和7次諧波電壓和諧波電流的最大值和95%概率大值。從表1中可以明顯地看見3 s、30 s以及1 min這三種時間間隔所獲得的諧波電壓和諧波電流的各項數據僅有微小差別，而2 min時間間隔則與3 s時間間隔所得的各項數據相差較大。
4監測點日統計文件的生成
如前所述，監測點采集數據文件是按IEC國際標準3 s采樣時間所生成的，此數據文件是用戶 每次使用監測系統都需要的，從而導致用戶每次使用時（如查看統計報表等）都要從這個較大的數據文件中讀取各項數據，這樣的直接后果是用戶使用時由于數據處理量過大而使系統運行速度太慢。
為了解決上述問題，采用了生成了一個日統計文件的處理方式。由于統計報表所需的是各項 電能質量指標的統計值，即各項指標的最大值、最小值、平均值、95%概率大值等，因此，根據監測點的采集數據文件計算出各項指標的統計值，然后生成一個日統計文件。
5結束語
電能質量問題日益倍受關注，電能質量監測的數據文件處理方法也是各種各樣的。系統提出 開放式電能質量監測系統中的數據處理方法，根據IEC國際標準設定監測儀中數據采樣時間，并給出下位機的一天數據流程圖及數據預處理流程，并為了在上位機中查看趨勢圖等圖形的時候，能夠看到形象、直觀的圖形，在監測軟件中對采集數據文件進行了處理，使監測軟件能夠在保證真實反映系統運行的電能質量問題的前提下，能夠確保其實用性。
通過采用生成一個日統計文件方式，大大減少了上位機系統運行時的數據處理量，從而提高 了系統的運行速度，最終達到實用的目的。文中的電能質量監測系統在四川省某電業局實際運行后，證明能夠真實地反映該電網電能質量真實情況，說明本系統具有實用價值。
參考文獻
［1］勵剛，尤海波，陳陳. 面向對象技術在電力系統中的應用［J］ . 微型計算機應用，1988.
［2］吳競昌. 供電系統諧波［M］. 北京：中國電力出版社.
