李 瑤,徐 雁,肖 霞,王保帥
(強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華中科技大學(xué)),湖北 武漢 430074)
基于ZigBee的分布式能源諧波電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
李 瑤,徐 雁,肖 霞,王保帥
(強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華中科技大學(xué)),湖北 武漢 430074)
分布式能源發(fā)電及并入傳統(tǒng)電網(wǎng)的過(guò)程中,大量電力電子設(shè)備的應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生諧波,影響電力系統(tǒng)供能質(zhì)量,為此設(shè)計(jì)了一種諧波在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采用自行研制的基于羅氏線圈原理的諧波電流傳感器,結(jié)合A/D及快速傅里葉變換(fast Fourier transform,F(xiàn)FT)算法可準(zhǔn)確獲取各次諧波電流幅值,然后通過(guò)ZigBee無(wú)線組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)諧波電流的實(shí)時(shí)監(jiān)控與顯示。諧波電流采集模塊和ZigBee數(shù)據(jù)傳輸模塊試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可行性,與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)諧波電流的無(wú)線監(jiān)控與顯示,適于分布式能源發(fā)電系統(tǒng)等應(yīng)用場(chǎng)合。
ZigBee;諧波電流;組網(wǎng);電流傳感器;監(jiān)測(cè)
能源互聯(lián)網(wǎng)中,能量可在電能、化學(xué)能、熱能等多種形式間相互轉(zhuǎn)化,而能量流與信息流的實(shí)時(shí)流動(dòng)依賴(lài)于開(kāi)放式信息網(wǎng)絡(luò)。近幾年,隨著可再生能源的發(fā)展應(yīng)用,多種能源供應(yīng)已漸成現(xiàn)實(shí)。按照國(guó)家可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃,預(yù)計(jì)到2020年,我國(guó)可再生能源發(fā)電(含水電)并網(wǎng)容量可達(dá)到7.2億 kW,并網(wǎng)容量比重可達(dá)到36%,上網(wǎng)電量比重可達(dá)到27%[1]。
分布式新能源發(fā)電本身具有隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性,換流及并入電網(wǎng)的過(guò)程中依賴(lài)于大量的電力電子設(shè)備,產(chǎn)生復(fù)雜多變的諧波,影響傳統(tǒng)電網(wǎng)供能質(zhì)量及系統(tǒng)安全。利用開(kāi)放式信息網(wǎng)絡(luò)對(duì)分布式可再生能源系統(tǒng)進(jìn)行諧波電流監(jiān)測(cè),及時(shí)采取諧波治理措施,具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義[2-7]。
考慮分布式能源諧波電流監(jiān)測(cè)的要求[8],本文設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee技術(shù)的諧波電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)諧波電流的測(cè)量要求,自行研制了空心線圈作為諧波電流傳感器,通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換及基于三譜線插值快速傅里葉變換(fast fourier transform,F(xiàn)FT)的電力諧波分析算法獲取各次諧波電流幅值,最終通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至主站實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)分布式能源發(fā)電多點(diǎn)諧波電流的無(wú)線監(jiān)控與顯示,適于分布式能源發(fā)電系統(tǒng)等其他應(yīng)用場(chǎng)合,相對(duì)傳統(tǒng)電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢(shì)。
分布式能源發(fā)電系統(tǒng)多處于人煙稀少地帶,具有分散、多節(jié)點(diǎn)、占地面積大等特點(diǎn),諧波電流傳感器也因此分散分布,例如光伏發(fā)電場(chǎng),每10 kW的光伏發(fā)電功率占地約100 m2。本文擬設(shè)計(jì)可覆蓋20 MW光伏電站(占地面積0.2 km2),諧波電流不大于100 A,電流頻率范圍0.05~10 kHz的分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。因此,頻帶寬、體積小、成本低的諧波電流傳感器以及可接入節(jié)點(diǎn)多、距離合適、傳輸速率適中、布置簡(jiǎn)單的無(wú)線傳輸方式適用于本系統(tǒng)。
圖1 諧波電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of harmonic current monitoring system
電流傳感器作為信息流的起始點(diǎn),承擔(dān)著信息采集的任務(wù),是影響監(jiān)測(cè)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。按傳感原理不同,常用的電流傳感器可分為鐵芯線圈、空心線圈、霍爾電流傳感器以及光學(xué)電流傳感器。
在分布式測(cè)量中,空心線圈具有廣闊的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)鐵芯式電流互感器相比,能夠測(cè)量數(shù)Hz至數(shù)MHz的電流信號(hào),尤其是不含鐵芯,無(wú)鐵芯飽和現(xiàn)象,測(cè)量范圍寬,對(duì)于含有直流量的分布式諧波電流監(jiān)測(cè)極為有利;與霍爾電流傳感器及光學(xué)電流傳感器相比,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、維護(hù)較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),能夠適應(yīng)監(jiān)測(cè)環(huán)境變化,便于分布式系統(tǒng)中的大規(guī)?;褂谩?/p>
無(wú)線通信技術(shù)不但使得電子設(shè)備擺脫了通訊線纜的束縛,同時(shí)使得電子設(shè)備擁有了低能耗,組網(wǎng)靈活等特點(diǎn),當(dāng)前常用的無(wú)線通訊技術(shù)主要有:WiFi、藍(lán)牙、ZigBee、通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)(general packet radio service,GPRS)等。表1簡(jiǎn)要對(duì)比了4種無(wú)線通信技術(shù)的各項(xiàng)指標(biāo)。
表1 無(wú)線通信技術(shù)對(duì)比Table 1 Comparison of wireless communication technology
與WiFi和藍(lán)牙相比,ZigBee支持的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多,可接入節(jié)點(diǎn)容量大,組網(wǎng)靈活,每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的傳輸距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的80 m擴(kuò)展到數(shù)km,適于分布式發(fā)電中的多節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè);與GPRS相比,具有使用方便、不依賴(lài)于基站的特點(diǎn)。此外,ZigBee網(wǎng)絡(luò)還可與現(xiàn)有的其他通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信,具有雙向傳輸、靈活性高的特性,在各領(lǐng)域中逐步得到應(yīng)用[9-11]??紤]到實(shí)際監(jiān)測(cè)環(huán)境,選擇ZigBee技術(shù)作為本系統(tǒng)無(wú)線通信方式。
基于ZigBee技術(shù)的諧波電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)主要由諧波電流采集模塊、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和主站這3部分組成。對(duì)于本監(jiān)測(cè)系統(tǒng),最終目的是將各監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的諧波幅值上傳至主站,由主站對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的諧波量進(jìn)行監(jiān)視,并根據(jù)結(jié)果對(duì)諧波電流實(shí)施控制。
圖1中的ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的信息集中器,ZigBee終端節(jié)點(diǎn)分布于能源系統(tǒng)的發(fā)電端、變流部分及并網(wǎng)處等諧波監(jiān)測(cè)處,采集的電流數(shù)據(jù)經(jīng)信號(hào)處理、A/D轉(zhuǎn)換以及諧波計(jì)算后,發(fā)送至主站顯示;同時(shí),對(duì)于當(dāng)傳輸距離較大的節(jié)點(diǎn),在合適位置冗余安裝1組ZigBee路由器,可提高傳輸網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
空心線圈是1個(gè)均勻纏繞在非鐵磁性材料上的環(huán)形線圈,設(shè)i(t)為一次側(cè)被測(cè)電流。由電磁感應(yīng)原理,輸出電壓與一次電流存在微分關(guān)系,即
(1)
式中:總磁鏈ψ=NΦ=NBS,N為空心線圈的總匝數(shù),S為空心線圈橫截面積;M是空心線圈與載流導(dǎo)體之間的互感系數(shù),是僅與空心線圈結(jié)構(gòu)相關(guān)的常數(shù);μ0=4π·10-7H/m為真空磁導(dǎo)率。
通過(guò)對(duì)空心線圈輸出電壓信號(hào)進(jìn)行積分還原可得到一次側(cè)被測(cè)電流為
(2)
由式(1),空心線圈所交鏈的磁鏈僅與線圈所包圍區(qū)間流過(guò)的電流存在線性關(guān)系,與一次側(cè)無(wú)電接觸,頻帶寬,不存在磁飽和問(wèn)題。
作者自行設(shè)計(jì)制作了1個(gè)額定電流In=100 A,靈敏度為16 mV/A的0.5級(jí)空心線圈作為諧波電流傳感器,設(shè)計(jì)頻帶0.005~30 kHz。
使用低功耗型單片機(jī)MSP430F449及其自帶A/D對(duì)諧波電流傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行采集,電力系統(tǒng)中對(duì)諧波參數(shù)的檢測(cè)和分析大多采用FFT及其改進(jìn)算法,本文采用基于三譜線插值FFT 的電力諧波分析算法獲取各次諧波電流幅值[12],可滿足電力系統(tǒng)諧波測(cè)量誤差的要求。
結(jié)合諧波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)特點(diǎn),綜合考慮各項(xiàng)指標(biāo),本文選用增強(qiáng)型DTK-1605 ZigBee模塊作為無(wú)線組網(wǎng)設(shè)備,工作環(huán)境溫度-40~85 ℃,理論傳輸距離1 600 m。
ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要有星形,簇狀型和網(wǎng)狀型(Mesh)這3種組網(wǎng)方式,其中,Mesh型非常適用于點(diǎn)到點(diǎn)的遠(yuǎn)距離應(yīng)用,是1種可自由設(shè)計(jì)的拓?fù)洌哂休^強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)能力,本文設(shè)計(jì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示,其中,任一終端節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)距離不超過(guò)2個(gè)節(jié)點(diǎn)間的最大傳輸距離。
圖2 Mesh型組網(wǎng)方式Fig.2 Mesh networking
若假設(shè)x=200 m,y=300 m,當(dāng)接入節(jié)點(diǎn):N=4時(shí),S=0.09 km2;N=9時(shí),S=0.2 km2;N=18時(shí),S=0.4 km2;N=36時(shí),S=0.8 km2;……。
因此,設(shè)計(jì)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有覆蓋范圍大且可靈活擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn),當(dāng)某一路由器工作異常時(shí),終端節(jié)點(diǎn)可自動(dòng)尋找最優(yōu)路徑下的替代路由節(jié)點(diǎn);需要消除微弱傳輸信號(hào)和死區(qū)現(xiàn)象時(shí),可通過(guò)簡(jiǎn)單的增加路由器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn),傳輸網(wǎng)絡(luò)使用和維護(hù)簡(jiǎn)單方便。
設(shè)定協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的參數(shù)一致后,ZigBee模塊將自動(dòng)加入同一網(wǎng)絡(luò),每個(gè)從節(jié)點(diǎn)會(huì)生成固定的短地址。設(shè)定終端節(jié)點(diǎn)傳輸模式為基于透明傳輸?shù)目煽總鬏?08)時(shí)可進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)及信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)試。設(shè)定ZigBee各終端節(jié)點(diǎn)傳輸模式為透明傳輸(00)時(shí),節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài),等待協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送采集指令。主站通過(guò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)廣播發(fā)送含有指定終端節(jié)點(diǎn)短地址的指令,所有從節(jié)點(diǎn)將收到指令,若判斷為本機(jī)短地址,即開(kāi)始數(shù)據(jù)采集及諧波分析,并將諧波分析結(jié)果回傳至協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)及主站實(shí)時(shí)顯示。如圖3、4為ZigBee終端節(jié)點(diǎn)及協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)程序流程圖。路由節(jié)點(diǎn)上電后自動(dòng)接收轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),充當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^點(diǎn)。
主站中央處理器(central processing unit,CPU)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)廣播發(fā)送指定節(jié)點(diǎn)的采集指令,終端節(jié)點(diǎn)的諧波采集數(shù)據(jù)經(jīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)回傳至主站后,可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示各終端數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制。
為了驗(yàn)證電流傳感器性能以及無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕M(jìn)行了性能測(cè)試。
圖3 終端節(jié)點(diǎn)程序流程圖Fig.3 Program flow chart of terminal node
圖4 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)程序流程圖Fig.4 Program flow chart of coordinator node
3.1.1 工頻下的誤差測(cè)試
在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行諧波電流傳感器在工頻下的誤差測(cè)試[13]:由大電流發(fā)生器輸出頻率50 Hz,幅值變化為10%In~120%In的基波電流;一次側(cè)以額定電流100 A的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器為基準(zhǔn),其準(zhǔn)確度為0.05級(jí);被測(cè)線圈及標(biāo)準(zhǔn)互感器輸出接入準(zhǔn)確度0.5%的校驗(yàn)儀,得到測(cè)試結(jié)果如圖5。
圖5 工頻下的誤差測(cè)試Fig.5 Error test under power frequency
在測(cè)量范圍內(nèi),該諧波電流傳感器的比差變化在±0.5%以內(nèi),相差小于5′,兩者均滿足0.5級(jí)電流傳感器要求,且線性度好。
3.1.2 諧波下的誤差測(cè)試
在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行諧波電流傳感器在諧波下的誤差測(cè)試[14]:由頻率可調(diào)的諧波源輸出電流幅值為10 A,頻率變化50~650 Hz的單次諧波;一次側(cè)以Pearson101型寬頻電流傳感器為基準(zhǔn),其靈敏度為10 mV/A,頻帶4 MHz,測(cè)量范圍內(nèi)比值誤差小于±1%,相差小于1°;被測(cè)線圈及Pearson線圈輸出接入帶寬200 MHz、采樣率2 G/s的示波器,得到測(cè)試結(jié)果如圖6,其中虛線為0.5級(jí)電流傳感器諧波測(cè)量準(zhǔn)確度限值。
圖6 諧波下的誤差測(cè)試Fig.6 Error test under harmonic wave
由圖6,該諧波電流傳感器滿足0.5級(jí)電流傳感器各次諧波測(cè)量比差及相差要求。
3.1.3 頻帶實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)原理同諧波下的誤差測(cè)試,被測(cè)線圈及Pearson線圈輸出接入示波器,得到諧波電流傳感器的頻帶測(cè)試結(jié)果如圖7。
圖7 諧波電流傳感器的頻帶測(cè)試Fig.7 Frequency band test of harmonic current sensor
由圖7可知,該諧波電流傳感器的-3 dB帶寬為30 kHz左右,滿足本分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中電流頻率范圍0.05~10 kHz的設(shè)計(jì)要求。
為了對(duì)ZigBee通信模塊進(jìn)行調(diào)試及測(cè)試,硬件設(shè)備主要包括:
1) 4個(gè)ZigBee無(wú)線通信模塊。
2) PC機(jī)3臺(tái),波特率設(shè)置為38 400 bit/s。
3.2.1 組網(wǎng)測(cè)試
同時(shí)連接3個(gè)無(wú)線模塊并通過(guò)配置軟件設(shè)置參數(shù),將三者組網(wǎng)。進(jìn)行主節(jié)點(diǎn)對(duì)從節(jié)點(diǎn)廣播發(fā)送以及從對(duì)主點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)送實(shí)驗(yàn)。主節(jié)點(diǎn)廣播發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),2個(gè)從節(jié)點(diǎn)均收到數(shù)據(jù);其中一個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),僅主節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)。
3.2.2 無(wú)障礙傳輸測(cè)試
為測(cè)試實(shí)際環(huán)境中ZigBee模塊的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信距離,選擇無(wú)明顯障礙物的某操場(chǎng)(240 m×190 m),進(jìn)行節(jié)點(diǎn)通信距離測(cè)試,主節(jié)點(diǎn)連續(xù)發(fā)送1 000個(gè)數(shù)據(jù)包,從節(jié)點(diǎn)位于不同位置接收數(shù)據(jù),測(cè)試結(jié)果如表2。
表2 無(wú)障礙傳輸測(cè)試結(jié)果Table 2 Accessibility test results
通過(guò)以上測(cè)試結(jié)果表明,ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的速率可達(dá)250 kb/s,在較開(kāi)闊環(huán)境中能實(shí)時(shí)傳輸300 m范圍的數(shù)據(jù),接收延遲時(shí)間<0.5 s,接收誤差較小,通信成功率在98%及以上。
3.2.3 有障礙傳輸測(cè)試
DTK-1605 ZigBee模塊的在可視、開(kāi)闊、無(wú)干擾的環(huán)境下的最大理論傳輸距離為1 600 m。但是在實(shí)際環(huán)境中,節(jié)點(diǎn)之間存在外來(lái)電磁輻射等干擾,實(shí)際傳輸距離可能會(huì)受到較大影響。為模擬實(shí)際條件,主節(jié)點(diǎn)連續(xù)發(fā)送1 000個(gè)數(shù)據(jù)包,從節(jié)點(diǎn)擺放于存在墻面障礙的不同位置接收數(shù)據(jù),測(cè)試如圖8所示。
圖8 有障礙傳輸測(cè)試Fig.8 Obstacle transmission test
測(cè)試結(jié)果如表3。測(cè)試中發(fā)現(xiàn),在存在障礙的2點(diǎn)(如主節(jié)點(diǎn)及C點(diǎn))之間增加適當(dāng)?shù)穆酚晒?jié)點(diǎn)(A、B節(jié)點(diǎn))時(shí)通信成功率明顯提高。
表3 有障礙傳輸測(cè)試結(jié)果Table 3 Obstacle transmission test results
在障礙較多時(shí),在ZigBee信號(hào)不易全面覆蓋的范圍內(nèi),選擇最優(yōu)路徑安裝多個(gè)路由節(jié)點(diǎn),能解決ZigBee傳輸丟包、誤差大的問(wèn)題,達(dá)到增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)傳輸距離、信號(hào)強(qiáng)度及繞開(kāi)障礙物的目的,且增加的路由節(jié)點(diǎn)不會(huì)對(duì)整體系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳輸性造成影響。
(1) 基于空心線圈的諧波電流傳感器可滿足分布式能源系統(tǒng)諧波測(cè)量要求。
(2) 采用ZigBee的自組網(wǎng)無(wú)線傳輸,在節(jié)點(diǎn)間距離小于300 m的無(wú)障礙條件下,通信成功率可保證98%以上;存在少量障礙時(shí),成功率仍為94%以上;存在多個(gè)較難繞行的障礙時(shí),成功率較低。
(3) 通過(guò)選擇最優(yōu)路徑安裝路由節(jié)點(diǎn)可提高通信成功率,達(dá)到增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)傳輸距離、信號(hào)強(qiáng)度及繞開(kāi)障礙物的目的。
[1] 陳學(xué)婧. 清潔低碳能源將成“十三五”能源供應(yīng)增量主體[N]. 中國(guó)電力報(bào), 2017-01-06(001).
[2] 滕志軍, 王中寶, 李國(guó)強(qiáng), 等. 基于ZigBee的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)[J]. 電測(cè)與儀表, 2012, 49(2): 68-71.
TENG Zhijun, WANG Zhongbao, LI Guoqiang, et al. A power quality-data monitoring and analysis system based on ZigBee technology[J]. Electrical Measurement & Instrumentation, 2012, 49(2): 68-71.
[3] 謝秉鑫, 王宗, 范士林. 分布式電源對(duì)于配電網(wǎng)諧波特性的影響[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2012, 40(2): 116-119, 130.
XIE Bingxin, WANG Zong, FAN Shilin. Influence on harmonic characteristics of distributed network with distributed generations[J]. Power System Protection and Control, 2012, 40(2): 116-119, 130.
[4] 陳玉璽. 分布式電源諧波對(duì)配電網(wǎng)的影響研究[D]. 北京: 北京交通大學(xué), 2016.
CHEN Yuxi. Study on the influence of distributed power harmonic on distribution network[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2016.
[5] 李立浧, 張勇軍, 徐敏. 我國(guó)能源系統(tǒng)形態(tài)演變及分布式能源發(fā)展[J]. 分布式能源, 2017, 2(1): 1-9.
LI Licheng, ZHANG Yongjun, XU Min. Morphological evolution of energy system and development of distributed energy in China[J]. Distributed Energy, 2017, 2(1): 1-9.
[6] 劉宏, 袁海年, 汪國(guó)興. 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)電力鐵塔監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究[J]. 電測(cè)與儀表, 2012, 49(8): 51-54.
LIU Hong, YUAN Hainian, WANG Guoxing. Research on power tower monitoring system based on wireless sensor network[J]. Electrical Measurement & Instrumentation, 2012, 49(8): 51-54.
[7] 金紅光, 隋軍. 變革性能源利用技術(shù)——分布式能源系統(tǒng)[J]. 分布式能源, 2016, 1(1): 1-5.
JIN Hongguang, SUI Jun. Transformational technology innovation—distributed energy system[J]. Distributed Energy, 2016, 1(1): 1-5.
[8] 全國(guó)互感器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). GB/T 20840. 8—2007. 第 8 部分: 電子式電流互感器[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2007.
[9] 蒲泓全, 賈軍營(yíng), 張小嬌, 等. ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究綜述[J]. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用, 2013, 22(9): 6-11.
PU Hongquan, JIA Junying, ZHANg Xiaogiao, et al. A survey on zig bee network technology research[J]. Computer Systems & Applications, 2013, 22(9): 6-11.
[10] 陳莉. 基于ZigBee協(xié)議的環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)測(cè)量節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)[D]. 上海: 上海交通大學(xué), 2008.
CHEN Li. The node design of environment monitoring wireless sensor network based on ZigBee[D]. Shanghai: Shanghai Jiao Tong University, 2008.
[11] 周湶, 馬小敏, 陳偉根, 等. 基于Zigbee和零序電流增量法的配網(wǎng)單相接地故障定位方法[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2012, 40(9): 62-68.
ZHOU Xia, MA Xiaomin, CHEN Weigen, et al. A solution based on Zigbee and component of zero sequence current for online fault location of single-phase fault in distribution network[J]. Power System Protection and Control, 2012, 40(9): 62-68.
[12] 牛勝鎖, 梁志瑞, 張建華, 等. 基于三譜線插值FFT 的電力諧波分析算法[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2012, 32(16): 130-136.
NIU Shengsuo, LIANG Zhirui, ZHANG Jianhua, et al. An algorithm for electrical harmonic analysis based on triple-spectrum-line interpolation FFT[J]. Proceedings of the CSEE, 2012, 32(16): 130-136.
[13] 馬坦. 羅氏線圈傳感器及應(yīng)用研究[D]. 武漢: 華中科技大學(xué), 2015.
MA Tan. The research of rogowski coil and its applications[D]. Wuhan: Huazhong University of Science and Technology, 2015.
[14] 柴紅偉, 范冬冬, 李保明, 等. 羅氏線圈電子式電流互感器諧波測(cè)試方法研究[J]. 電工電氣, 2016(11): 47-50.
CHAI Hongwei, FAN Dongdong, LI Baoming, et al. Research on harmonic measurement method of rogowski coil electronic current transformer[J]. Electrotechnics Electric, 2016(11): 47-50.
DistributedEnergyHarmonicCurrentMonitoringSystemBasedonZigBee
LI Yao, XU Yan, XIAO Xia, WANG Baoshuai
(State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, Hubei Province, China)
In the process of distributed energy power generation and integration into the traditional power grid, a large number of applications of power electronic equipment will produce harmonics, affecting the power system power supply quality; therefore this paper designs a harmonic online monitoring system. The amplitude of each harmonic current can be obtained by combining the A/D and FFT (fast Fourier transform) algorithm with the self-developed harmonic current sensor based on Rogowski coil principle. Then, the real-time monitoring and display of multi-node harmonic current are realized through ZigBee wireless network. The test results of harmonic current acquisition module and ZigBee data transmission module verify the feasibility of the monitoring system. Compared with the traditional monitoring system, this system can achieve the wireless monitoring and display of multi-point harmonic current, which is suitable for distributed energy generation system and other applications.
ZigBee; harmonic current; networking; current sensor; monitoring
TK 01; TM 93
A
2096-2185(2017)06-0066-06
10.16513/j.cnki.10-1427/tk.2017.06.011
李 瑤
李 瑤(1993—),女,碩士研究生,從事諧波電流傳感器技術(shù)研究,342707210@qq.com;
徐 雁(1963—),女,博士,副教授,研究方向?yàn)殡娮邮交ジ衅骷靶滦蜏y(cè)量?jī)x器;
肖 霞(1976—),女,博士,副教授,研究方向?yàn)殡娮邮交ジ衅鳎?/p>
王保帥(1994—),男,碩士研究生,從事諧波電流算法研究。
2017-09-15
(編輯 蔣毅恒)