電能質(zhì)量的在線監(jiān)測技術(shù)作為智能電網(wǎng)發(fā)展的一部分，它的實現(xiàn)必定為智能電網(wǎng)的推進(jìn)打下堅實的基礎(chǔ)。隨著我國電力市場的逐步建立，對電能質(zhì)量提出了越來越高的要求。電力用戶也要求高質(zhì)量的電能來保證其設(shè)備、儀器和系統(tǒng)的正常運行。

但是，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，一方面，由于電力電子設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，特別是各類沖擊負(fù)荷和非線性負(fù)荷容量的不斷擴(kuò)展，使得電網(wǎng)中電壓波形發(fā)生畸變，電壓波動、閃變和三相不平衡等問題時有發(fā)生，嚴(yán)重地影響了電能質(zhì)量;另一方面，由于人們越來越多地使用精密和復(fù)雜的電子設(shè)備，如計算機、通信設(shè)備以及各種過程控制系統(tǒng)來處理和管理工作過程和事務(wù)。這就要求高質(zhì)量和高可靠性的配電系統(tǒng)，以提供與之相適應(yīng)的電能。

而且，隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展以及電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，電力運行對電力調(diào)度自動化水平的要求和安全性的要求越來越高，電力調(diào)度需要各種功能更為齊全、操作更為簡便的各種電力檢測儀器儀表。但是，目前為止用于監(jiān)測電網(wǎng)用戶端電能質(zhì)量的儀器儀表并沒有普及使用，而且隨著電力工業(yè)的發(fā)展和電能質(zhì)量概念的逐步深化，電能質(zhì)量監(jiān)測發(fā)生了新的變化。

隨著電力行業(yè)的發(fā)展，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，供電公司要提高自身的競爭力，其中一個最重要的部分就是提供高質(zhì)量的電能。那么，提供高質(zhì)量電能意味著需要對整個電網(wǎng)進(jìn)行動態(tài)實時的監(jiān)測，這種監(jiān)測是分散的，是多點監(jiān)測的。

并且隨著因特網(wǎng)的發(fā)展，電力企業(yè)更加要求監(jiān)控具有多點成面的效果，能夠構(gòu)成全網(wǎng)的實時監(jiān)測與全網(wǎng)監(jiān)測信息的共享，在這個情況下，引進(jìn)了分布式的概念，從而使得電能質(zhì)量的監(jiān)測也具有分布式的效果，完全符合電力企業(yè)的要求。

1.推廣應(yīng)用及市場前景

近年來，國際上非常重視電網(wǎng)的智能化運行和控制，自美國提出2030年智能電網(wǎng)規(guī)劃后，掀起了智能電網(wǎng)的研究熱潮。2006年，美國IBM公司與全球電力研究機構(gòu)、電力企業(yè)合作開發(fā)了“智能電網(wǎng)”解決方案。電力公司可以通過使用傳感器、計量表、數(shù)字控件、分析工具來自動監(jiān)控電網(wǎng)、優(yōu)化電網(wǎng)性能、快速恢復(fù)供電，同時加強與消費者的互動 ，以便讓他們對電能的使用和管理更加了解。意大利埃奈爾能源公司與凱捷咨詢合作啟動了世界上最大的智能電表安裝項目大約2700萬用戶安裝了智能電表，這些電表具有雙向通信、高級計量和管理能力，并通過IP實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分層傳輸控制。

從發(fā)展規(guī)律來看，智能電網(wǎng)是電力系統(tǒng)發(fā)展到一定階段后必然形成的，體現(xiàn)如下：電力系統(tǒng)信息系統(tǒng)的耦合性增強;復(fù)雜大系統(tǒng)的理論框架和理論與電力系統(tǒng)運行控制的結(jié)合空間增大;輸配電領(lǐng)域與發(fā)電、用電側(cè)的互動性增強。

從研究特點上看：在信息捕捉和應(yīng)用上，要體現(xiàn)信息感知的敏銳性、信息篩選的精細(xì)化、信息預(yù)測的精確化。在智能理論和方法與電力系統(tǒng)技術(shù)的結(jié)合上要體現(xiàn)決策模型的高效化，優(yōu)化決策的全局化，控制決策的過程化和結(jié)果展示的可知化。

我國智能電網(wǎng)的中長期發(fā)展目標(biāo)和支持原則：

1）智能電網(wǎng)的自愈技術(shù)

包括數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控系統(tǒng)，精密的測量單元，故障的診斷技術(shù)。

2）智能電網(wǎng)互動技術(shù)

配電網(wǎng)的與用戶的電能雙向互動及交易，用電信息的實時查詢和用電實時管理平臺。

3）智能電網(wǎng)高質(zhì)量及其支撐技術(shù)

定制電力技術(shù)，電能質(zhì)量技術(shù)。

4）制冷電網(wǎng)兼容理論與方法

考慮分布式能源的系統(tǒng)規(guī)劃，考慮不確定因素的電網(wǎng)靈活規(guī)劃（如沒預(yù)料到的嚴(yán)重自然災(zāi)害）。

2.國內(nèi)外相關(guān)概況、水平和發(fā)展趨勢

美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家己進(jìn)行了多年的研究，獲得了大量的數(shù)據(jù)，并取得了重要的理論和應(yīng)用成果。我國對電能質(zhì)量的研究正處于起步階段，但也取得了較大的進(jìn)展。早期的電能質(zhì)量問題主要局限在頻率偏移和電壓偏移兩個方面。但是，二十世紀(jì)八十年代以來，隨著新興負(fù)荷的出現(xiàn)對電能質(zhì)量的要求更高，還需要設(shè)法解決諸如失去電壓、電壓跌落和開關(guān)暫態(tài)等多方面的電能質(zhì)量問題。

目前，國內(nèi)在電能質(zhì)量監(jiān)測方面的研究大多局限在諧波問題的研究。也提出和開發(fā)了一些監(jiān)測和改善電能質(zhì)量的電能質(zhì)量補償裝置，包括各種有源電力濾波器、動態(tài)無功補償裝置、電能質(zhì)量綜合補償裝置，以及動態(tài)電壓恢復(fù)器等，與國外的差距是非常明顯的。

①電能質(zhì)量監(jiān)測的基礎(chǔ)理論研究

電能質(zhì)量監(jiān)測的基礎(chǔ)理論研究，包括統(tǒng)一的畸變波形下電能質(zhì)量的含義，電能質(zhì)量的界定方法、評價體系的研究，各功率成份的定義及物理意義研究等。目前為適應(yīng)不同需要提出了許多功率成份的定義方法，在其數(shù)學(xué)表達(dá)式、物理意義及實施方面各有所長，但距離理論上和實際上的統(tǒng)一的并易于接受的表達(dá)式尚有一定的差距。

②測量方法及各種電能質(zhì)量檢測儀器和設(shè)備

各種電能質(zhì)量指標(biāo)均應(yīng)有合理的計算分析方法，特別是針對不同干擾源的預(yù)測計算方法及其誤差估計等，建立電能質(zhì)量指標(biāo)計算分析程序和數(shù)據(jù)庫，同時還應(yīng)建立起電能質(zhì)量控制裝置的系統(tǒng)仿真模型。

③積極采用數(shù)字化控制技術(shù)

隨著高速數(shù)字信號處理器為基礎(chǔ)的實時數(shù)字信號處理技術(shù)的迅速發(fā)展，并得到廣泛應(yīng)用，采用模擬量控制的電能質(zhì)量控制置正用數(shù)字量控制代替。這有如下優(yōu)點：可以程序控制，改變控制方法或算法不必改變控制電路;提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性和靈活性，系統(tǒng)不受溫度影響;可重復(fù)性好，易調(diào)試和批量生產(chǎn);易實現(xiàn)并聯(lián)運行和智能化控制。

3.其它情況

當(dāng)前小、微電網(wǎng)的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計解決方案層出不窮，以單片機、DSP、ARM、Nios II嵌入式處理器等為開發(fā)的系統(tǒng)均是較好的解決方案，之所以看中Nios II 軟核處理器作為我們的設(shè)計開發(fā)核心，關(guān)鍵有以下一些考慮：

首先，SOPC是Altera公司提出的一個靈活、高效的SOC解決方案。它將Nios II處理器、存儲器、I/O口等系統(tǒng)設(shè)計需要的功能模塊集成到一個FPGA上，構(gòu)件成一個可編程的片上系統(tǒng)。具有靈活的設(shè)計方式，提供了許多可用的IP核，可裁減、可擴(kuò)充、可升級的功能。同時其高速的性能為該系統(tǒng)的復(fù)雜參數(shù)計算提供了很大的便利。

其次，Nios II屬于軟核嵌入式開發(fā)，具有靈活性、高性能、低成本、生命周期長等特點，并提供了大量的開發(fā)技術(shù)文檔和實例，只要有能力，結(jié)合FPGA可以做出來任何想象的到的東西，其創(chuàng)造能力是強大的，這就是Nios II乃至其他所有軟核CPU的最大的意義所在。Nios II支持MicroC/OS-II、uClinux等多種實時操作系統(tǒng)，支持輕量級TCP/IP協(xié)議棧，支持*.zip的文件系統(tǒng)，Nios II處理器允許用戶增加自定義指令和自定義硬件加速單元，無縫移植自定義外設(shè)和接口邏輯，在性能提升的同時，方便了用戶的設(shè)計。

再次，Altera在FPGA上開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的研究一直走在前列，我們選擇Nios II來開發(fā)這個系統(tǒng)，正是看中了這點，而且軟核嵌入式的開發(fā)技術(shù)的發(fā)展正處于上升階段，盡早掌握這項技術(shù)，可以使我們開發(fā)人員盡早占領(lǐng)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的前沿陣地。

綜合上述的考量，設(shè)計面向用戶終端設(shè)計，可自行操作，具備聯(lián)網(wǎng)功能的分布式電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)是很有必要的。

作者簡介：高曉，講師，三峽電力職業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)自動化技術(shù)教研室主任，電廠設(shè)備運行與維護(hù)專業(yè)牽頭人。