摘要：為了快速高效地監(jiān)測(cè)和分析風(fēng)光動(dòng)能互補(bǔ)系統(tǒng)中的電能質(zhì)量，建立了電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)方案。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)評(píng)估子系統(tǒng)組成，運(yùn)用FFT提取系統(tǒng)中的電壓、電流波形中的基波和各次諧波信號(hào)，進(jìn)而計(jì)算頻率偏差、三相不平衡度、諧波、閃變與電壓波動(dòng)5項(xiàng)電能質(zhì)量指標(biāo)和功率參數(shù)。用少部分硬件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、處理、上傳等功能，成本大幅降低。

關(guān)鍵詞：風(fēng)光動(dòng)能互補(bǔ)系統(tǒng)；電能質(zhì)量；虛擬儀器；FTT

DOIDOI：10.11907/rjdk.151197

中圖分類號(hào)：TP302

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：16727800（2015）006004403

作者簡(jiǎn)介作者簡(jiǎn)介：逯玉蘭（1986—），女，甘肅武威人，碩士，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院助教，研究方向?yàn)殡娔苜|(zhì)量。

0 引言

風(fēng)能和太陽(yáng)能是最具代表性的新能源，風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)發(fā)電技術(shù)受到各國(guó)的高度重視。風(fēng)力發(fā)電具有瞬時(shí)間歇性變化的特點(diǎn)，光電則隨季節(jié)與天氣變化，資源的不確定性導(dǎo)致了發(fā)電與用電負(fù)荷的不平衡，因而必須用動(dòng)能作為第三種能源補(bǔ)償前兩種能源的不足。三種能源揚(yáng)各自之長(zhǎng)，補(bǔ)各自之短，相互配合，以發(fā)揮出最大效能。但是，這種發(fā)電系統(tǒng)存在一個(gè)核心問(wèn)題——電能質(zhì)量[1]。①目前大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)只能測(cè)量電壓有效值、電流有效值等基本參數(shù)[2]，而實(shí)際工作中需要電能質(zhì)量的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)獲得風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性和對(duì)電網(wǎng)的影響程度；②大部分風(fēng)機(jī)都不提供電壓、電流諧波、三相不平衡度、有功和無(wú)功的關(guān)系等數(shù)據(jù)分析功能[3]；③目前的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只能評(píng)價(jià)單項(xiàng)指標(biāo)，不能將所有指標(biāo)綜合起來(lái)進(jìn)行電能質(zhì)量評(píng)價(jià)[4]，因而也就不能全面準(zhǔn)確地反映出電網(wǎng)的電能質(zhì)量信息。

具有動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)記錄功能的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)系統(tǒng)可以解決上述問(wèn)題[5]。該系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行期間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、管理，并按照電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，綜合評(píng)價(jià)電能質(zhì)量，將所得到的數(shù)據(jù)直觀反映，為電網(wǎng)維護(hù)提供可靠的理論依據(jù)。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由3部分組成：數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)和電能質(zhì)量數(shù)據(jù)評(píng)估子系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)由硬件電路和虛擬儀器技術(shù)組成，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、分析計(jì)算并保存，還能完成數(shù)據(jù)查詢、對(duì)超標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警等功能，通過(guò)通信子系統(tǒng)將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)發(fā)送到電能質(zhì)量數(shù)據(jù)評(píng)估子系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中數(shù)據(jù)采集由硬件電路完成，其它功能用LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)。

工作流程如下：①將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓電流通過(guò)電壓電流互感器轉(zhuǎn)換為電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)能夠處理的小信號(hào)，并將電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)與電網(wǎng)隔離；②經(jīng)信號(hào)調(diào)理板完成對(duì)信號(hào)的獲取、濾波和隔離，經(jīng)過(guò)濾波后的模擬電流、電壓信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡完成信號(hào)采樣和A/D轉(zhuǎn)換，得到原始的采樣數(shù)據(jù)；③轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入下位機(jī)，用虛擬儀器完成數(shù)據(jù)的分析和處理。

1.1.1 數(shù)據(jù)保存

在數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)中應(yīng)保存以下數(shù)據(jù)：設(shè)備、頻率、采樣時(shí)間、基波幅值、閃變值、功率參數(shù)。

1.1.2 數(shù)據(jù)分析

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，并將分析結(jié)果用圖形表示。分析結(jié)果主要包括：

（1）統(tǒng)計(jì)報(bào)表。電流量/電壓量的最大值和最小值出現(xiàn)的時(shí)間、電壓合格率報(bào)表、頻率合格率報(bào)表、頻率的最大值和最小值及出現(xiàn)的時(shí)間、奇次諧波越限率、偶次諧波越限率報(bào)表/總諧波畸變?cè)较蘼省?/p>

（2） 曲線。繪制電壓、電流有效值曲線；電壓、電流最大值、最小值曲線；有功功率變化曲線；無(wú)功功率變化曲線；功率因數(shù)變化曲線；系統(tǒng)頻率曲線；三相不平衡度變化曲線；諧波電壓、電流含有率變化曲線；電壓波動(dòng)變化曲線。

1.1.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)采集的數(shù)據(jù)采用FFT提取電壓、電流波形中的基波和各次諧波分量的幅值，進(jìn)而完成電壓偏差、頻率偏差、三相不平衡度、閃變和電壓波動(dòng)5項(xiàng)電能質(zhì)量指標(biāo)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。

1.1.4 數(shù)據(jù)報(bào)警

對(duì)超限的指標(biāo)發(fā)出報(bào)警或提示。

1.1.5 數(shù)據(jù)查詢

對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。

1.2 通信子系統(tǒng)

采用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行通信子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸。

通信子系統(tǒng)一方面實(shí)時(shí)將下位機(jī)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳到電能質(zhì)量數(shù)據(jù)評(píng)估子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中；另一方面接收從電能質(zhì)量數(shù)據(jù)評(píng)估子系統(tǒng)發(fā)布的信息，并對(duì)下位機(jī)進(jìn)行設(shè)置。

1.3 數(shù)據(jù)評(píng)估子系統(tǒng)

電能質(zhì)量數(shù)據(jù)評(píng)估子系統(tǒng)利用模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量分析，將電能質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)綜合，以清晰反映供電質(zhì)量。具體步驟為：①確定隸屬度函數(shù)，求出各指標(biāo)的隸屬度；②根據(jù)綜合隸屬度函數(shù)求出系統(tǒng)某時(shí)刻的電能輸出綜合隸屬度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，將綜合隸屬度結(jié)果劃分為多個(gè)模糊集合樣本，確定歸類隸屬函數(shù)，如綜合隸屬度為0.9以上，此時(shí)供電設(shè)備電能輸出質(zhì)量為優(yōu)，0.8～0.9為良，0.6～0.7為一般，0.6以下為較差。

2 算法分析

2.1 三相不平衡度

三相平衡，是指系統(tǒng)中三相電壓幅值相等，并且相位互差1200。由于系統(tǒng)中存在很多不平衡因素，三相交流電力系統(tǒng)是不平衡的[6]。通常用不平衡度ε來(lái)表示三相電力系統(tǒng)的不平衡程度，電壓和電流不平衡度分別用εU和εI表示，計(jì)算公式如下：

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)系統(tǒng)方案進(jìn)行了探討。系統(tǒng)集數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能、綜合查詢功能于一體，提供精確的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，為安全生產(chǎn)提供了保障。采用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析、處理、上傳和存儲(chǔ)，極大地降低了成本，可以進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。

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責(zé)任編輯（責(zé)任編輯：杜能鋼）