劉建軍， 劉潤(rùn)梅， 朱穎杰

（1.河北北方學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075024）

“十一五”是國(guó)家電網(wǎng)公司建設(shè)“一強(qiáng)三優(yōu)”現(xiàn)代公司的關(guān)鍵時(shí)期，電網(wǎng)發(fā)展比以往任何時(shí)期都更加需要科學(xué)技術(shù)強(qiáng)有力的支撐。近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，大功率電力電子開關(guān)設(shè)備開始普及應(yīng)用，造成了現(xiàn)代電網(wǎng)中出現(xiàn)了大量的非線性、功率沖擊性和整流性負(fù)荷，這些負(fù)荷對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生了大量的諧波污染和供電干擾，導(dǎo)致電能質(zhì)量的急劇下滑，因此，如何有效地提高電能質(zhì)量成為了近年來(lái)電力系統(tǒng)中新熱點(diǎn)[1]。

現(xiàn)代化工業(yè)、軍事部門、通信、計(jì)算中心、金融、商業(yè)以及其它各行各業(yè)對(duì)供電可靠性和電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高，因此全面保證電能質(zhì)量，已成為電力系統(tǒng)迫切需要解決的課題之一。

電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)是評(píng)估電能質(zhì)量水平，發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問(wèn)題的主要手段，通過(guò)對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、記錄和分析，可以為改善電能質(zhì)量、制定有關(guān)電能質(zhì)量的治理措施提供必要的依據(jù)，這就使得研究電能質(zhì)理監(jiān)測(cè)技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[2-3]。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

1.1 系統(tǒng)功能

電能質(zhì)量問(wèn)題主要有四大類：（1）電壓與頻率偏差；（2）與諧波相關(guān)的電壓、電流、功率畸變；（3）三相電壓、電流不平衡；（4）短時(shí)、長(zhǎng)時(shí)閃變及電壓波動(dòng)[2]。為了對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行有效的監(jiān)控，就應(yīng)當(dāng)對(duì)電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的電流、電壓、頻率、功率、相位、跌落、上升、中斷、閃變、諧波等參數(shù)進(jìn)行及時(shí)的采集和分析，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè)和控制。

由以上分析可知，一個(gè)完整的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)三部分構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換和數(shù)字化，把電網(wǎng)上的高電壓、大電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成0～5 V的低壓信號(hào)；同時(shí)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳輸給微處理器及相關(guān)的數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)。它一般包括信號(hào)調(diào)理模塊（負(fù)責(zé)信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換、濾波和隔離）、A/D轉(zhuǎn)換模塊（負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)進(jìn)行無(wú)相差、不間斷采樣，進(jìn)而進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換）、頻率測(cè)量模塊（負(fù)責(zé)工頻信號(hào)頻率的測(cè)量）；數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)是電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，它的準(zhǔn)確性直接決定著整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與否。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

通信子系統(tǒng)是數(shù)據(jù)傳輸及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的主要方式。本系統(tǒng)中通信子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包含了兩大部分：（1）基于B/S結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程控制部分，主要的功能是利用INTERNET網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)各遠(yuǎn)端操作點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息的檢索和命令的配置；（2） 基于LabVIEW平臺(tái)上的DataSocket和TCP/IP協(xié)議的局域網(wǎng)通信方式，主要是負(fù)責(zé)各個(gè)站點(diǎn)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)是整個(gè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，主要的功能是接收數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)電氣運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。一個(gè)完善的數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)事件預(yù)測(cè)、故障辨識(shí)、干擾源識(shí)別和實(shí)時(shí)控制的功能，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)可以有效地提供各種分析報(bào)表和相關(guān)歷史數(shù)據(jù)。

1.2 系統(tǒng)的硬件組成

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)采用模塊化思想，整個(gè)系統(tǒng)由信號(hào)采集調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理（DSP）模塊、各種接口模塊及鎖相環(huán)電路組成。其中DSP芯片采用TI公司推出的16位高性能數(shù)字信號(hào)處理器TMS320VC5502，其總線采用哈佛結(jié)構(gòu)；A/D轉(zhuǎn)換器使用一片TI公司的ADS1178分別對(duì)三相電壓、三相電流、零線電壓和零線電流等信號(hào)同時(shí)采樣，提高了測(cè)量精度和一致性，減少了A/D轉(zhuǎn)換芯片硬件設(shè)置和軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。鎖相環(huán)電路的引入，可以消除頻率波動(dòng)帶來(lái)的誤差，保證電信號(hào)相位的同步。圖2為系統(tǒng)硬件整體框圖。

圖2 系統(tǒng)硬件整體框圖

2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 基于WEB的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)的介紹

隨著Internet技術(shù)的興起，B/S結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)成為數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的主要構(gòu)建方式。B/S結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)具有三層結(jié)構(gòu)，分別為表示層、功能層、數(shù)據(jù)層。表示層位于客戶端，主要的作用是將來(lái)自各WEB瀏覽器的服務(wù)請(qǐng)求傳送至WEB服務(wù)器，然后WEB服務(wù)器再把結(jié)果返回相應(yīng)客戶端；功能層位于WEB服務(wù)器，是應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連接運(yùn)算的事務(wù)處理中心；數(shù)據(jù)層位于內(nèi)層數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，主要功能是接受WEB服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操縱的請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、修改、更新等功能，把運(yùn)行結(jié)果提交給WEB服務(wù)器。圖3為B/S三層結(jié)構(gòu)邏輯圖。

由以上分析可知，基于WEB的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 B/S三層結(jié)構(gòu)邏輯圖

圖4 基于WEB的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.2 服務(wù)器軟件功能設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)了八個(gè)子功能，具體流程如圖5所示。

圖5 WEB服務(wù)器功能流程圖

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)功能設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)處于三層體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)層，主要用來(lái)存儲(chǔ)和管理通信單元上傳的各個(gè)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)儀上傳的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的配置信息，并對(duì)這些海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和統(tǒng)計(jì)分析，從而為系統(tǒng)中的WEB服務(wù)器、本地顯示控制等模塊提供數(shù)據(jù)檢索等數(shù)據(jù)支持，故數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了四個(gè)基本數(shù)據(jù)表，分別為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表、歷史數(shù)據(jù)表、輔助數(shù)據(jù)表和臨時(shí)數(shù)據(jù)表。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表主要用來(lái)存放每個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)刻各電氣設(shè)備的電壓、電流、功率、實(shí)時(shí)諧波電壓及電流值、實(shí)時(shí)電量值等參數(shù)值；歷史數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存放從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表中產(chǎn)生的各年、季、月、日的各參數(shù)的最大狀態(tài)值、最小狀態(tài)值、平均值等數(shù)據(jù)；輔助數(shù)據(jù)表用來(lái)存放與電力資產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)，如監(jiān)測(cè)儀信息表、各告警值信息設(shè)置表、配電信息表等；臨時(shí)表用來(lái)存儲(chǔ)和處理告警發(fā)生后的各種處理信息和數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)采用ORACLE作為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，開發(fā)語(yǔ)言采用ASP.NET來(lái)實(shí)現(xiàn)。ORACLE作為一個(gè)最早商品化的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，具有完善的數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，支持各種分布式功能，特別是支持INTERNETt應(yīng)用。而開發(fā)語(yǔ)言ASP.NET具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)操縱能力，被廣泛應(yīng)用于基于WEB的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件開發(fā)，是一種流行的數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)技術(shù)。

本系統(tǒng)的ASP.NET程序通過(guò)ADO.NET數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。ADO.NET提供了兩個(gè)核心組件：DataSet和.NET，DataSet是數(shù)據(jù)的存放地，它是各種數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中映射成的緩存，因此DataSet可以看成是一個(gè)數(shù)據(jù)容器。同時(shí)它在客戶端實(shí)現(xiàn)讀取、更新數(shù)據(jù)庫(kù)等過(guò)程中起到了中間部件的作用。而.NET是一組包括Connection，Command，DataAdapter，DataReader對(duì)象在內(nèi)的組件，提供了對(duì)數(shù)據(jù)操作和對(duì)數(shù)據(jù)快速、只進(jìn)、只讀訪問(wèn)的方法。

ASP.NET程序與ORACLE的連接代碼為：

3 結(jié)束語(yǔ)

本文建立了基于WEB模式的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)的基本模型，該系統(tǒng)以ASP.NET為平臺(tái)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，將電網(wǎng)中的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)連成整體，實(shí)現(xiàn)了電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)化。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)電能質(zhì)量指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)、分析和評(píng)估，并能夠?yàn)殡娋W(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題的治理和改善提供數(shù)據(jù)支持。電力部門通過(guò)此系統(tǒng)能夠及時(shí)、詳細(xì)、精確地掌握電力系統(tǒng)電網(wǎng)的電能質(zhì)量狀況，正確、合理地評(píng)估電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平。

[1]劉連光，于晗，肖湘寧.分布式電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2002，22（1）：46-48.

[2]王賓，潘貞存.基于網(wǎng)絡(luò)的用戶測(cè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)[J].繼電器，2004，32（1）：49-53.

[3]段成剛，歐陽(yáng)林，宋政湘.新型在線實(shí)時(shí)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004，28（2）：60-63.