劉建軍， 劉潤梅， 朱穎杰

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

“十一五”是國家電網公司建設“一強三優(yōu)”現(xiàn)代公司的關鍵時期，電網發(fā)展比以往任何時期都更加需要科學技術強有力的支撐。近年來，隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，大功率電力電子開關設備開始普及應用，造成了現(xiàn)代電網中出現(xiàn)了大量的非線性、功率沖擊性和整流性負荷，這些負荷對電力系統(tǒng)產生了大量的諧波污染和供電干擾，導致電能質量的急劇下滑，因此，如何有效地提高電能質量成為了近年來電力系統(tǒng)中新熱點[1]。

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

電能質量監(jiān)測是評估電能質量水平，發(fā)現(xiàn)電能質量問題的主要手段，通過對電能質量進行實時監(jiān)測、記錄和分析，可以為改善電能質量、制定有關電能質量的治理措施提供必要的依據(jù)，這就使得研究電能質理監(jiān)測技術具有十分重要的現(xiàn)實意義[2-3]。

1 系統(tǒng)結構簡介

1.1 系統(tǒng)功能

電能質量問題主要有四大類：（1）電壓與頻率偏差；（2）與諧波相關的電壓、電流、功率畸變；（3）三相電壓、電流不平衡；（4）短時、長時閃變及電壓波動[2]。為了對以上問題進行有效的監(jiān)控，就應當對電力系統(tǒng)的各個環(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)進行及時的采集和分析，同時還要實現(xiàn)遠程的監(jiān)測和控制。

由以上分析可知，一個完整的電能質量在線監(jiān)測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)監(jiān)測子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)三部分構成。系統(tǒng)結構如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)電網信號的轉換和數(shù)字化，把電網上的高電壓、大電流信號轉換成0～5 V的低壓信號；同時把模擬信號轉換為數(shù)字信號，傳輸給微處理器及相關的數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)。它一般包括信號調理模塊（負責信號電平的轉換、濾波和隔離）、A/D轉換模塊（負責對信號進行無相差、不間斷采樣，進而進行模數(shù)轉換）、頻率測量模塊（負責工頻信號頻率的測量）；數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)是電能質量實時監(jiān)測系統(tǒng)的第一個環(huán)節(jié)，它的準確性直接決定著整個監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)與否。

圖1 系統(tǒng)結構圖

通信子系統(tǒng)是數(shù)據(jù)傳輸及實現(xiàn)遠程控制的主要方式。本系統(tǒng)中通信子系統(tǒng)的設計包含了兩大部分：（1）基于B/S結構的遠程控制部分，主要的功能是利用INTERNET網絡來實現(xiàn)各遠端操作點對數(shù)據(jù)庫服務器的數(shù)據(jù)進行信息的檢索和命令的配置；（2） 基于LabVIEW平臺上的DataSocket和TCP/IP協(xié)議的局域網通信方式，主要是負責各個站點電能質量在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實時、準確地上傳到數(shù)據(jù)庫服務器的實時數(shù)據(jù)庫中。

數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)是整個電能質量監(jiān)測系統(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)，并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，根據(jù)分析結果對電氣運行狀態(tài)進行控制。一個完善的數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)應能夠實現(xiàn)事件預測、故障辨識、干擾源識別和實時控制的功能，同時還應當可以有效地提供各種分析報表和相關歷史數(shù)據(jù)。

1.2 系統(tǒng)的硬件組成

本系統(tǒng)的硬件設計采用模塊化思想，整個系統(tǒng)由信號采集調理模塊、A/D轉換模塊、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)字信號處理器TMS320VC5502，其總線采用哈佛結構；A/D轉換器使用一片TI公司的ADS1178分別對三相電壓、三相電流、零線電壓和零線電流等信號同時采樣，提高了測量精度和一致性，減少了A/D轉換芯片硬件設置和軟件設計的復雜度。鎖相環(huán)電路的引入，可以消除頻率波動帶來的誤差，保證電信號相位的同步。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)軟件的設計與實現(xiàn)

2.1 基于WEB的數(shù)據(jù)庫訪問技術的介紹

隨著Internet技術的興起，B/S結構的數(shù)據(jù)庫成為數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的主要構建方式。B/S結構的數(shù)據(jù)庫具有三層結構，分別為表示層、功能層、數(shù)據(jù)層。表示層位于客戶端，主要的作用是將來自各WEB瀏覽器的服務請求傳送至WEB服務器，然后WEB服務器再把結果返回相應客戶端；功能層位于WEB服務器，是應用程序和數(shù)據(jù)庫進行連接運算的事務處理中心；數(shù)據(jù)層位于內層數(shù)據(jù)庫服務器，主要功能是接受WEB服務器對數(shù)據(jù)庫操縱的請求，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫查詢、修改、更新等功能，把運行結果提交給WEB服務器。圖3為B/S三層結構邏輯圖。

由以上分析可知，基于WEB的網絡結構如圖4所示。

圖3 B/S三層結構邏輯圖

圖4 基于WEB的網絡結構圖

2.2 服務器軟件功能設計

軟件設計了八個子功能，具體流程如圖5所示。

圖5 WEB服務器功能流程圖

2.3 數(shù)據(jù)庫功能設計

數(shù)據(jù)庫處于三層體系結構的數(shù)據(jù)層，主要用來存儲和管理通信單元上傳的各個站點監(jiān)測儀上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)和各監(jiān)測點的配置信息，并對這些海量數(shù)據(jù)進行分類和統(tǒng)計分析，從而為系統(tǒng)中的WEB服務器、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)庫的設計是整個系統(tǒng)的基礎。

本系統(tǒng)設計了四個基本數(shù)據(jù)表，分別為實時數(shù)據(jù)表、歷史數(shù)據(jù)表、輔助數(shù)據(jù)表和臨時數(shù)據(jù)表。實時數(shù)據(jù)表主要用來存放每個監(jiān)測時刻各電氣設備的電壓、電流、功率、實時諧波電壓及電流值、實時電量值等參數(shù)值；歷史數(shù)據(jù)庫用來存放從實時數(shù)據(jù)表中產生的各年、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)表用來存放與電力資產相關的數(shù)據(jù)，如監(jiān)測儀信息表、各告警值信息設置表、配電信息表等；臨時表用來存儲和處理告警發(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)庫管理系統(tǒng)，開發(fā)語言采用ASP.NET來實現(xiàn)。ORACLE作為一個最早商品化的關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，具有完善的數(shù)據(jù)庫管理功能，支持各種分布式功能，特別是支持INTERNETt應用。而開發(fā)語言ASP.NET具有強大的數(shù)據(jù)庫操縱能力，被廣泛應用于基于WEB的數(shù)據(jù)庫軟件開發(fā)，是一種流行的數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術。

本系統(tǒng)的ASP.NET程序通過ADO.NET數(shù)據(jù)庫訪問技術來實現(xiàn)。ADO.NET提供了兩個核心組件：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)在計算機內存中映射成的緩存，因此DataSet可以看成是一個數(shù)據(jù)容器。同時它在客戶端實現(xiàn)讀取、更新數(shù)據(jù)庫等過程中起到了中間部件的作用。而.NET是一組包括Connection，Command，DataAdapter，DataReader對象在內的組件，提供了對數(shù)據(jù)操作和對數(shù)據(jù)快速、只進、只讀訪問的方法。

ASP.NET程序與ORACLE的連接代碼為：

3 結束語

本文建立了基于WEB模式的電能質量在線監(jiān)測與分析系統(tǒng)的基本模型，該系統(tǒng)以ASP.NET為平臺，結合數(shù)據(jù)庫技術、微計算機技術和網絡通信技術，將電網中的各監(jiān)測點連成整體，實現(xiàn)了電能質量監(jiān)測的網絡化。該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)區(qū)域電網電能質量指標的統(tǒng)計、分析和評估，并能夠為電網電能質量問題的治理和改善提供數(shù)據(jù)支持。電力部門通過此系統(tǒng)能夠及時、詳細、精確地掌握電力系統(tǒng)電網的電能質量狀況，正確、合理地評估電網的電能質量水平。

[1]劉連光，于晗，肖湘寧.分布式電能質量在線監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電力自動化設備，2002，22（1）：46-48.

[2]王賓，潘貞存.基于網絡的用戶測電能質量監(jiān)測儀設計[J].繼電器，2004，32（1）：49-53.

[3]段成剛，歐陽林，宋政湘.新型在線實時電能質量監(jiān)測設備的設計[J].電網技術，2004，28（2）：60-63.