【摘 要】：針對(duì)目前多功能電力監(jiān)控儀表的技術(shù)實(shí)現(xiàn)、功能組成和應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)其在配電網(wǎng)和智能電網(wǎng)框架下的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析。
【關(guān)鍵詞】：多功能電力監(jiān)控儀表；智能電網(wǎng)
引言
隨著當(dāng)代經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電能用戶日益增加，促使電能的質(zhì)量問(wèn)題逐漸嚴(yán)重。為保障電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行，必須對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，即在供配電系統(tǒng)中對(duì)電壓、電流、功率因數(shù)、諧波等電力參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)并精確的測(cè)量，并將采集的數(shù)據(jù)信息傳輸給監(jiān)控站，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析且作出相應(yīng)的決策。
目前，國(guó)際國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些生產(chǎn)廠家開(kāi)發(fā)出了多功能的電力監(jiān)控儀表，應(yīng)用于輸配電電網(wǎng)，如美國(guó)Shark 200/200T、國(guó)產(chǎn)多功能電力儀表、諧波表、PMW2000、美國(guó)Acuvim-X系列等。正是在這樣的背景下，對(duì)目前的多功能電力監(jiān)控儀表的應(yīng)用進(jìn)行了分析，主要是從功能的組合以及技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩方面進(jìn)行闡述。
1多功能實(shí)現(xiàn)
匯勒電氣生產(chǎn)的多功能電力監(jiān)控儀表的基本功能主要包括電能計(jì)量和電力參數(shù)的監(jiān)控兩個(gè)部分。在此基礎(chǔ)上，配置電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與分析、故障錄波、負(fù)荷工況監(jiān)測(cè)、變電站遙控等高級(jí)功能。
1.1電力系統(tǒng)參數(shù)測(cè)量
多功能測(cè)量，包括電壓、電流、功率、頻率、電能等。
儀表在接入較高壓系統(tǒng)時(shí)需要預(yù)留安全裕度，且在更高電壓等級(jí)應(yīng)用時(shí)最好采用電壓互感器。電流輸入可采用2種接線方式：TA貫穿和電流連片。TA貫穿表示TA直接貫穿儀表，TA和儀表在物理上沒(méi)有直接的連接，可保證儀表不會(huì)成為TA電路中的故障點(diǎn)。需量功能能夠用于計(jì)算有功功率、無(wú)功功率、視在功率和功率因數(shù)讀數(shù)，提供瞬時(shí)的電壓最大值和最小值，顯示儀表監(jiān)測(cè)到的最高驟升和最低驟降。對(duì)于其它參數(shù)也可以提供用戶選擇的平均周期內(nèi)的最大值和最小值。
1.2變電站自動(dòng)化應(yīng)用
1.2.1變電站電壓監(jiān)測(cè)和記錄
傳統(tǒng)方式的電壓監(jiān)測(cè)和記錄一般依靠昂貴的表計(jì)或監(jiān)控系統(tǒng)。B600Y-2010多功能電力監(jiān)控儀表可以安裝在電力系統(tǒng)的任何地方，是電網(wǎng)電壓信息采集的最低成本的解決方案。通過(guò)對(duì)變電站電壓監(jiān)測(cè)和記錄，可實(shí)現(xiàn)電壓可靠性分析，保證提供用戶合適的電壓；起動(dòng)電壓穩(wěn)定裝置，減小系統(tǒng)需量。
1.2.2負(fù)荷工況監(jiān)測(cè)
多功能電力監(jiān)控儀表可以記錄變電站一段時(shí)間內(nèi)的各個(gè)參數(shù)：電能使用、需量、電壓、電流和其它許多參數(shù)。這樣可以全面地分析一段時(shí)間內(nèi)的電力系統(tǒng)工況，實(shí)現(xiàn)提供高精度的負(fù)荷數(shù)據(jù)；確定電能使用；提供基于時(shí)間的負(fù)荷工況，用于計(jì)劃評(píng)估；提供PF趨勢(shì)數(shù)據(jù)（分布和不平衡情況），用于系統(tǒng)有效性分析。
1.2.3低成本變電站遙控
多功能電力監(jiān)控儀表的高級(jí)輸出功能可以通過(guò)多種不同的通信媒介獲取各種數(shù)據(jù)，例如RS-485、以太網(wǎng)和模擬量輸出等。
1.3數(shù)據(jù)記錄功能
多功能儀表需要具有足夠的存儲(chǔ)容量，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄功能，主要包括趨勢(shì)、系統(tǒng)事件、越限/報(bào)警和I/O變化記錄等。越限/報(bào)警記錄提供越限事件的幅值和持續(xù)時(shí)間，提供非正常工況記錄，便于進(jìn)行故障診斷和問(wèn)題分析。I/O變化記錄提供帶時(shí)標(biāo)的輸入狀態(tài)變化和繼電器輸出。
1.4電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)功能
電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)主要實(shí)現(xiàn)波形顯示和諧波分析功能。波形顯示功能提供電壓、電流的實(shí)時(shí)波形，查看捕捉的波形，用作一個(gè)基本的示波器。諧波算法采用精確的有源反混疊濾波器，甚至在很高的諧波等級(jí)時(shí)也可以提供精確的諧波測(cè)量。
1.5通信功能
多功能儀表提供串行口通信，用于和RTU或監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；擴(kuò)展I/O口用于擴(kuò)展儀表的通信功能，如100M以太網(wǎng)、4通道雙向0~1mA輸出、4通道4~20mA輸出、繼電器輸出、脈沖輸出、狀態(tài)輸入、數(shù)字輸入、光纖接口等。通過(guò)以太網(wǎng)接入功能，表計(jì)可以同時(shí)和多個(gè)不同的軟件通信，提供數(shù)據(jù)采集。
繼電器和高速脈沖輸入輸出實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)可靠的控制功能，執(zhí)行負(fù)荷切斷和報(bào)警通知，為SCADA提供直接報(bào)警，檢測(cè)外部設(shè)備的狀態(tài)如發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)等。
獨(dú)立的光纖卡可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信和鏈?zhǔn)酵ㄐ拧?
2諧波分析技術(shù)
式中，x(n)為x(t)的離散數(shù)據(jù)，而x(k)為譜成分。由于該計(jì)
算費(fèi)時(shí)，所以采用FFT，減少計(jì)算量，可計(jì)算多達(dá)40次的
諧波。
x(t)的均方根值為：
對(duì)電網(wǎng)信號(hào)進(jìn)行高次諧波分析時(shí)，離散傅里葉變換在時(shí)域和頻域周期化會(huì)造成鏡像效應(yīng)和頻率泄露[7]。鏡像效應(yīng)是頻譜的折疊引起的。如圖7所示，設(shè)抽樣頻率為fs，時(shí)間函數(shù)的上限頻率為fc，且fc>fs/2，若以fs對(duì)時(shí)間函數(shù)抽樣，則在fs－fc點(diǎn)和fc點(diǎn)之間就發(fā)生了頻譜重疊，產(chǎn)生頻率畸變。
抗混疊濾波器可采用無(wú)源RC抗混疊濾波器，也可采用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)有源抗混疊低通濾波器。
3結(jié)論與展望
各種電力監(jiān)測(cè)儀表完全可以采用單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成為單臺(tái)多功能監(jiān)控儀表。多功能監(jiān)控儀表不僅能實(shí)現(xiàn)小型化，而且可實(shí)現(xiàn)計(jì)量、諧波分析、數(shù)據(jù)記錄和故障記錄等多種功能，以及多種通信功能，以滿足各種需要。對(duì)多種多功能儀表的功能和技術(shù)進(jìn)行了分析，提出了當(dāng)前多功能儀表需要配備的功能，并對(duì)高次諧波分析原理進(jìn)行了分析。
智能電網(wǎng)主要由高級(jí)計(jì)量體系（AMI）、高級(jí)配電運(yùn)行（ADO）、高級(jí)輸電運(yùn)行（ATO）和高級(jí)資產(chǎn)管理（AAM）四大模塊構(gòu)成。其中，高級(jí)計(jì)量體系是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)信息平臺(tái)，是電網(wǎng)智能化建設(shè)的第一步。因此，有必要開(kāi)發(fā)統(tǒng)一功能及通信的新型多功能監(jiān)控儀表，滿足不斷發(fā)展的電力系統(tǒng)需求。
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