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摘 要 ：介绍了电能质量数据集成与分析系统的结构与实现.系统将分布在各监测站点的数据进行采集汇总,构建基于整个电网的电能质量数据中心,并在此基础上进行暂降分析、背景谐波分析和电能质量综合评估分析,建立电能质量知识库,输出电能质量评估报告,客观真实地对电网的电能质量进行评估.
关 键 词 ：电能质量；pqdif；暂降分析；背景谐波分析；综合评估
引 言
大量电子类高科技产品的应用以及人们生活水平的日益提高,对于电网的电能质量提出了越来越高的要求；而另一方面,大量应用电力电子技术的工业设备和家用电器致使电网的电能质量逐渐恶化,使得一些对电能质量要求严格的高科技产品无法使用,甚至使它们产生错误的指令和控制动作.这在国防和一些关键行业会产生巨大的影响和后果.为此,国家技术监督局相继颁布了涉及电能质量的国家标准.建立一套完善、高效、覆盖电网的电能质量数据采集与分析系统已势在必行.本文针对这一现象,介绍了基于NET平台的电能质量数据集成与分析系统的设计与实现.电能质量数据集成与分析系统可以从多角度、多层面对电网内电能质量进行客观科学的评估,在保证节能降耗和电网安全可靠、优质经济的运行方面能够发挥重要作用.
1.电能质量数据集成与分析系统体系结构
电能质量数据集成与分析系统由电能质量数据监测、电能质量数据采集转换、电能质量数据分析3个部分组成,采用分层方式实现对电网电能质量的分析和管理.
监测设备一般安装在现场,实现变电站电能质量的实时数据采集和数据存储；电能质量数据采集和转换模块负责数据读取转换工作,将采集的PQDIF格式数据解析后存储到SQL Server数据库中；电能质量数据分析模块由电能质量数据分析与计算部件、电能质量分析数据库、应用服务器以及Web服务器组成,负责电能质量综合指标的分析计算工作.通过分析数据,查出对系统电能质量影响较大的点、区域和电能质量污染严重的点,并对区域内电能质量的情况做出客观评估,最后生成电能质量分析报告.
2.数据采集与转换
从监测设备上读取的数据以PQDIF文件格式保存,为了后续的分析和计算,需要解析PQDIF文件,将数据保存到数据库中.
2.1 PQDIF结构介绍
PQDIF(Power Quality Data Interchange Format)是一种标准的电能质量数据交换格式,它的出现解决了不同的电能质量文件格式之间数据应该如何存储交换的问题.PQDIF文件分两层：物理层和逻辑层.物理层描述文件的物理结构,与实际存储的内容无关,通过唯一性标识符来区分文件的特定元素；逻辑层使用物理层定义好的结构,利用特定标记在文件中建立元素,分层分级描述所要记录的事件.
PQDIF的物理结构PQDIF文件由一系列具有链接关系的记录组成,每个记录都包含记录头和记录体两部分.记录的链接关系存储在记录头中.可以通过修改记录链接方便地改变记录结构,如插入新记录或删除旧记录,而不必重写整个文件.具体的数据是存放到记录体中的每个记录头都用一个全球唯一的标记符(GUID)来标识,它是全局变量.记录头还包括用标签(Tag)来标识的记录类型(容器记录、监测设置记录、数据源记录等)、记录头的大小、记录体的大小以及指向下一个记录的链接.
记录体是由一系列的元素所组成.共有3种类型的元素.
(1)标量(scalar)：代表一个特定物理类型的简单值.
(2)矢量(Vector)：代表一组相同类型的数值.
(3)集合(collection)：由标记和其他元素的相对链接组成的数组.一个集合可以链接到另外一个集合,所以可以创建分层结构.
PQDIF的逻辑结构逻辑记录被串在一个隐式的层次中,通过记录类型标签(tagRecordType)来辨识.PQDIF文件以一个容器标签(1agContainer)开始,它包含文件中所有的数据源(Data Source)记录.每个数据源记录(DataSouree)又包含监测仪设置记录(Monitor set-tingrecord)和观测记录(Observation record).可以定义新的标记来“扩展”记录.
2.2 PQIDIF解析
电能质量数据集成与分析系统采用C#高级编程语言在VisualStudio,Nec平台上开发,通过使用动态连接库PQDeom4.dll,实现了PQDIF文件的解析工作.
首先将PQDeom4.dll通过Regsvr32命令写入到注册表中,然后在C#的解决方案菜单下选择添加引用子菜单,在添加Com组件选项卡里找到要添加的Electrotek PQD4.1.0 Type Library,将其添加到所建立的C#解决方案中即可.
3.加窗傅立叶和小波变换在电能质量分析中的综合应用
近年来,随着普及应用大功率电力电子设备,电网中电压电流畸变越来越严重,而新型负载大多含微处理器,对电源扰动特别敏感,因此迫切需要提高电能质量,保证负载正常工作.统计表明,微机应用系统故障中1/3以上是由电源质量问题引起的.一个计算中心失去电源2s就可能破坏几十个小时的数据处理结果：自动化设备控制的连续精加工生产线,几分之一秒不正常供电就可能造成生产混乱和瘫痪.电能质量的优劣将直接影响整个系统的稳定性和可靠性.IBEE给出了电能质量的定义：电能质量是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统均适合于该设备正常工作.它主要包括两方面内容：一是已得到普遍关注的谐波畸变问题：二是电力系统发生故障及投切操作时所伴随的暂态现象,如电压骤降、冲击和断电等.对于谐波检测已有许多文献进行了深入研究,其中主要是基于快速傅立叶变换(FFT)及其改进算法,另外还有有源滤波、时间序列分析及神经网络等方法.而对于暂态现象,一般都使用各种小波变换(WT)进行分析,可完成FFT不能实现的对暂态问题的分析.
4.结束语
通过电能质量数据集成与分析系统,可对区域电网从不同侧面了解和预知电压和电流质量以及系统整体运行的质量状况,可对电能质量可能造成的危害、影响程度和影响范围做出判断,从而为电力公司对电能质量的治理提供科学的决策依据,并为解决相关的电能质量纠纷提供重要依据.建立电能质量数据集成与分析系统,可实现从多角度、多层面对电网内电能质量进行客观科学的评估,在保证节能降耗和电网安全可靠、优质经济运行方面发挥重要作用,对高科技企业进入本地投资具有较强吸收力.