馮婉，張文娟，饒瑜

（長(zhǎng)沙學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410003）

風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

馮婉，張文娟，饒瑜

（長(zhǎng)沙學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410003）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，生活生產(chǎn)中對(duì)能源的需求量越來(lái)越大，因而造成資源的短缺，環(huán)境的污染，如何有效的利用風(fēng)能、太陽(yáng)能這些無(wú)污染的自然能源成為關(guān)注的焦點(diǎn)，因此人們逐漸加深對(duì)風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的研究，希望提高風(fēng)力發(fā)電的安全性與可靠性，為提供更加優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。

風(fēng)電場(chǎng)；電能質(zhì)量；檢測(cè)系統(tǒng)

0 引言

生態(tài)環(huán)境的惡化，使得人們更加注重對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能等一些可再生資源的利用，逐漸加深對(duì)風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的研究，以提高風(fēng)力發(fā)電的質(zhì)量與穩(wěn)定性，改善供電質(zhì)量，保證人們用電的安全與穩(wěn)定，為人們提供更好的電力服務(wù)，提高人們的生活質(zhì)量與水平。

1 風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前我國(guó)所使用的風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)一般是基于CAN總線(xiàn)的檢查系統(tǒng)[1]。所謂CAN總線(xiàn)是在20世紀(jì)80年代由德國(guó)研制出來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的一種，CAN總線(xiàn)實(shí)質(zhì)上是一種遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式，使用這一方式進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制可以降低控制成本，提高控制的可靠性與穩(wěn)定性，而且能夠提高用戶(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行性能與靈活性。風(fēng)電場(chǎng)所處的環(huán)境較為復(fù)雜而且每個(gè)站點(diǎn)的分布較為分散，站點(diǎn)間的距離也比較遠(yuǎn)，所以我國(guó)現(xiàn)階段的風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)之間所使用的數(shù)據(jù)傳輸載體大部分是CAN總線(xiàn)[2]。目前風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要分為四部分，分別是：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸以及用戶(hù)接收。具體的風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由圖1可知，風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)結(jié)構(gòu)中分為以下四個(gè)部分：

（1）數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集是風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)中的第一部分，這一部分是由風(fēng)力機(jī)組、開(kāi)關(guān)柜、箱式變等站點(diǎn)組成，主要用于數(shù)據(jù)信息的收集，獲得風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電的全面信息，從而保證發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。通過(guò)對(duì)多個(gè)站點(diǎn)的分組管理，將收集到的所有信號(hào)利用傳感器輸送到數(shù)據(jù)采集卡中，并且通過(guò)對(duì)計(jì)數(shù)通道以及數(shù)字信號(hào)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的循環(huán)采集。

（2）數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理為風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的第二部分，這一部分主要是對(duì)采集到的電能模擬信號(hào)以及風(fēng)能數(shù)字信號(hào)進(jìn)行換算和分析，但是由于數(shù)據(jù)信息過(guò)于龐大，所以進(jìn)行換算的過(guò)程較為復(fù)雜，一般采用工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理工作，這樣可以有效的節(jié)約大量的人力、物力和財(cái)力，同時(shí)保證數(shù)據(jù)處理的效率與準(zhǔn)確性，為用戶(hù)提供更加精確、可靠的數(shù)據(jù)信息。

（3）數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸是在風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)中通過(guò)CAN總線(xiàn)建立一條可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的線(xiàn)路，從而保證上位機(jī)同工控機(jī)之間能夠有效的進(jìn)行數(shù)據(jù)與指令的信息交換。這一部分的功能主要體現(xiàn)在三方面：第一，利用各個(gè)站點(diǎn)之間的聯(lián)系，將所有的信息統(tǒng)一傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中，然后再通過(guò)上位機(jī)建立一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量的檢測(cè)。第二，對(duì)各個(gè)站點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行檢查。第三，對(duì)處理過(guò)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳操作，主要有：頻率、電壓等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的上傳，閃變結(jié)果和波形數(shù)據(jù)的上傳，上位機(jī)接收數(shù)據(jù)后分類(lèi)上傳等。

（4）用戶(hù)接收。用戶(hù)接收主要是通過(guò)對(duì)操作界面的建立，可以使用戶(hù)實(shí)時(shí)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行細(xì)致的觀察，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)顯示圖標(biāo)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、打印數(shù)據(jù)以及下達(dá)指令給下位機(jī)等操作。

2 風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

為了確保發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定與安全，人們?cè)絹?lái)越重視對(duì)風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，目前我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）數(shù)據(jù)處理的方式。風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)所要進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)包括：風(fēng)向的變化以及風(fēng)速的大小、電壓和電流的有效值、有用功和無(wú)用功、閃變的分析和電壓波動(dòng)的計(jì)算等，因此對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理需要經(jīng)歷以下幾個(gè)過(guò)程。第一，因?yàn)轱L(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際作業(yè)環(huán)境比較復(fù)雜，采集到的信號(hào)信息中常常受到噪音以及諧波成分的干擾，容易造成波形的畸變，會(huì)降低信號(hào)在諧波分析以及信號(hào)頻率的測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度。而且在如果波形受到噪音的干擾，容易在周期波形中存在較多的零點(diǎn)，從而影響周期內(nèi)計(jì)算頻率的準(zhǔn)確性。第二，確定過(guò)零點(diǎn)。三個(gè)過(guò)零點(diǎn)組成一個(gè)周波，因此過(guò)零點(diǎn)的確定和會(huì)對(duì)頻率的計(jì)算準(zhǔn)確度造成影響。我們可以通過(guò)采樣的方式建立坐標(biāo)系，將相鄰兩點(diǎn)之間在X軸上的焦點(diǎn)看做為過(guò)零點(diǎn)，以此完成確定過(guò)零點(diǎn)的操作。第三，計(jì)算閃變。閃變指的是人的眼睛對(duì)電壓波動(dòng)的感覺(jué)，是人對(duì)燈照閃動(dòng)而表現(xiàn)出來(lái)的反映。閃變的計(jì)算程序主要有：電壓信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)平放檢測(cè)濾波器之后進(jìn)行視覺(jué)度加權(quán)濾波器的處理，然后通過(guò)平方器和一階低通濾波器，最后通過(guò)閃變系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)評(píng)定，完成閃變的計(jì)算。

（2）通訊協(xié)議的選擇。通訊協(xié)議的選擇是風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的重要應(yīng)用表現(xiàn)，因?yàn)樵陲L(fēng)電場(chǎng)的每個(gè)站點(diǎn)中都設(shè)有不同的編號(hào)，工控機(jī)的適配卡設(shè)置也有所不同，因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)所使用的通訊協(xié)議也有所不同，而且上位機(jī)即電子計(jì)算機(jī)發(fā)出的命令不同，導(dǎo)致站點(diǎn)的工作方式也存在差異，因此為了達(dá)到良好的通信效果，保證數(shù)據(jù)信息通信的質(zhì)量與速度，我們需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行通信協(xié)議的選擇。

（3）檢測(cè)程序的編寫(xiě)。風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)中的檢測(cè)程序一般是通過(guò)VB進(jìn)行編寫(xiě)的，風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)中的檢測(cè)程序通常分為主程序和工控機(jī)程序。主程序主要是用于對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控、管理以及維護(hù)等，并且實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的交互，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)的電能檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)故障或電能質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，主程序會(huì)出現(xiàn)紅色警告，通知工作人員問(wèn)題的出現(xiàn)，以便工作人員可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取措施予以解決。工控機(jī)程序的功能主要是進(jìn)行指令的采集、數(shù)據(jù)信息的處理等操作。工控機(jī)程序可以將所聯(lián)接的各個(gè)站點(diǎn)的相關(guān)信息顯示出來(lái)，并且自動(dòng)采集運(yùn)行狀態(tài)下的工控機(jī)程序由上位機(jī)控制，發(fā)生故障時(shí)會(huì)及時(shí)警報(bào)告知管理人員。

3 結(jié)論

綜上分析可知，風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)我國(guó)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的影響，因此我們要完善電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，從而保證發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提供更加優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。

[1]潘文霞，韓中林，劉剛，劉迅，蘇正華.基于MATLAB與虛擬儀器對(duì)風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].控制理論與應(yīng)用，2008,02:331～335.

[2]王玲，徐柏榆，盛超，趙艷軍，王昕，張濤，王新華，葉李花.高采樣率數(shù)字化變電站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014,04:110～116.

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A

1671-0711（2016）10（上）-0076-02

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