【摘 要】：針對目前多功能電力監(jiān)控儀表的技術實現(xiàn)、功能組成和應用現(xiàn)狀，對其在配電網(wǎng)和智能電網(wǎng)框架下的應用前景進行了分析。
【關鍵詞】：多功能電力監(jiān)控儀表；智能電網(wǎng)
引言
隨著當代經(jīng)濟的快速發(fā)展，電能用戶日益增加，促使電能的質(zhì)量問題逐漸嚴重。為保障電網(wǎng)安全可靠運行，必須對電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，即在供配電系統(tǒng)中對電壓、電流、功率因數(shù)、諧波等電力參數(shù)進行實時并精確的測量，并將采集的數(shù)據(jù)信息傳輸給監(jiān)控站，進行數(shù)據(jù)分析且作出相應的決策。
目前，國際國內(nèi)已經(jīng)有一些生產(chǎn)廠家開發(fā)出了多功能的電力監(jiān)控儀表，應用于輸配電電網(wǎng)，如美國Shark 200/200T、國產(chǎn)多功能電力儀表、諧波表、PMW2000、美國Acuvim-X系列等。正是在這樣的背景下，對目前的多功能電力監(jiān)控儀表的應用進行了分析，主要是從功能的組合以及技術實現(xiàn)兩方面進行闡述。
1多功能實現(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量和電力參數(shù)的監(jiān)控兩個部分。在此基礎上，配置電能質(zhì)量監(jiān)測與分析、故障錄波、負荷工況監(jiān)測、變電站遙控等高級功能。
1.1電力系統(tǒng)參數(shù)測量
多功能測量，包括電壓、電流、功率、頻率、電能等。
儀表在接入較高壓系統(tǒng)時需要預留安全裕度，且在更高電壓等級應用時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和儀表在物理上沒有直接的連接，可保證儀表不會成為TA電路中的故障點。需量功能能夠用于計算有功功率、無功功率、視在功率和功率因數(shù)讀數(shù)，提供瞬時的電壓最大值和最小值，顯示儀表監(jiān)測到的最高驟升和最低驟降。對于其它參數(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變電站自動化應用
1.2.1變電站電壓監(jiān)測和記錄
傳統(tǒng)方式的電壓監(jiān)測和記錄一般依靠昂貴的表計或監(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。通過對變電站電壓監(jiān)測和記錄，可實現(xiàn)電壓可靠性分析，保證提供用戶合適的電壓；起動電壓穩(wěn)定裝置，減小系統(tǒng)需量。
1.2.2負荷工況監(jiān)測
多功能電力監(jiān)控儀表可以記錄變電站一段時間內(nèi)的各個參數(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間內(nèi)的電力系統(tǒng)工況，實現(xiàn)提供高精度的負荷數(shù)據(jù)；確定電能使用；提供基于時間的負荷工況，用于計劃評估；提供PF趨勢數(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)控儀表的高級輸出功能可以通過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容量，實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄功能，主要包括趨勢、系統(tǒng)事件、越限/報警和I/O變化記錄等。越限/報警記錄提供越限事件的幅值和持續(xù)時間，提供非正常工況記錄，便于進行故障診斷和問題分析。I/O變化記錄提供帶時標的輸入狀態(tài)變化和繼電器輸出。
1.4電能質(zhì)量監(jiān)測功能
電能質(zhì)量監(jiān)測主要實現(xiàn)波形顯示和諧波分析功能。波形顯示功能提供電壓、電流的實時波形，查看捕捉的波形，用作一個基本的示波器。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時也可以提供精確的諧波測量。
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)進行數(shù)據(jù)交換；擴展I/O口用于擴展儀表的通信功能，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。通過以太網(wǎng)接入功能，表計可以同時和多個不同的軟件通信，提供數(shù)據(jù)采集。
繼電器和高速脈沖輸入輸出實現(xiàn)設計可靠的控制功能，執(zhí)行負荷切斷和報警通知，為SCADA提供直接報警，檢測外部設備的狀態(tài)如發(fā)電機出口開關等。
獨立的光纖卡可實現(xiàn)點對點的通信和鏈式通信。
2諧波分析技術
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
算費時，所以采用FFT，減少計算量，可計算多達40次的
諧波。
x(t)的均方根值為：
對電網(wǎng)信號進行高次諧波分析時，離散傅里葉變換在時域和頻域周期化會造成鏡像效應和頻率泄露[7]。鏡像效應是頻譜的折疊引起的。如圖7所示，設抽樣頻率為fs，時間函數(shù)的上限頻率為fc，且fc>fs/2，若以fs對時間函數(shù)抽樣，則在fs－fc點和fc點之間就發(fā)生了頻譜重疊，產(chǎn)生頻率畸變。
抗混疊濾波器可采用無源RC抗混疊濾波器，也可采用運算放大器實現(xiàn)有源抗混疊低通濾波器。
3結(jié)論與展望
各種電力監(jiān)測儀表完全可以采用單計算機系統(tǒng)集成為單臺多功能監(jiān)控儀表。多功能監(jiān)控儀表不僅能實現(xiàn)小型化，而且可實現(xiàn)計量、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。對多種多功能儀表的功能和技術進行了分析，提出了當前多功能儀表需要配備的功能，并對高次諧波分析原理進行了分析。
智能電網(wǎng)主要由高級計量體系（AMI）、高級配電運行（ADO）、高級輸電運行（ATO）和高級資產(chǎn)管理（AAM）四大模塊構成。其中，高級計量體系是智能電網(wǎng)的基礎信息平臺，是電網(wǎng)智能化建設的第一步。因此，有必要開發(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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