专利名称：电能质量监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及计量监测系统，特别涉及一种电能质量监测系统。
背景技术：
电力系统一直非常重 视供电的电压偏差、频率偏差这二项电能质量指标，有一套比较完善的监测和管理体系，对可能产生的问题都有一些相应的解决方法，但还有另一些电能质量问题还没有引起足够的重视，比如谐波、骤升、骤降等等，引起这些电能质量问题的因素有多种多样，有自然界因素引起、有电网本身引起、有用电负荷引起的等等。一方面，一些电能质量问题的危害具有破坏性，例如雷电冲击、电容器和电缆线路投切时因谐波谐振而引起的过电压往往会造成电气设备的绝缘和机械损坏，从而影响电力系统正常运行；继电保护装置因谐波和负序干扰引起误动造成电网大面积停电从而造成巨大的经济损失和产生不良的社会影响；短时的供电中断或电压跌落可能导致生产混乱或工业冶炼产品的大量报废甚至危害人生安全，如某矿井曾发生因谐波电流过大造成井下电缆爆炸而引起人身伤亡事故；另一方面，某些电能质量问题主要影响电气设备的性能指标，例如，不正常的电压和频率偏差会引起异步电机负荷的转速和功率变化，导致传动机械的效率降低，使纺织、造纸等产品的质量受到影响；谐波电流在旋转电机、输电线路、变压器等输配电设备中流通，使这些设备产生附加损耗而过热，从而降低这些设备的寿命或容量；这方面的电能质量问题涉及的电气设备非常广泛，危害具有隐蔽性，不容易被人们所认识。随着计算机技术、信息技术、过程控制技术、微电子和电力电子技术、集成电路技术的发展和普遍应用， 有些电力用户对电能质量的要求越来越高，由于电能质量的问题造成的经济损失也越来越大，提高电能质量和供电可靠性，成为一个重要的经济问题，是电力生产及工业制造水平发展到一定程度的必然产物，并在当前开放型的经济体系中日益表现为一个突出问题。电网电能质量的实时动态监测，是电能质量综合治理的前提和基础。随着供电系统中增加了大量的非线性负载，如静止变压器，从低压小容量家用电器到高压大容量的工业交直流变换装置都有应用，由于静止变流器是以开关方式工作的，会引起电网电压、电流波形发生畸变，引起电网的谐波污染，冲击性、波动性负荷如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等运行中不仅会产生大量高次谐波，而且使得电压波动、闪变、三相不平衡度日趋严重， 这些对电网的不利影响不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，造成对电网的公害，另一方面，银行、精密电子器件制造业、电力机车、计算机网络和服务监控系统等是电能质量要求较高的场所，高精密的技术和装备对高质量电能的需求日益增加。但是，目前电能质量监测实时性不强，监测手段落后，造成数据时效性差，上级部门无法及时了解各地区各电压等级的电能质量水平，缺乏决策判断的依据，因而无法及时采取相应措施改善电能质量。确定造成电能质量低的成因，工作量大，需要花费很多的人力物力去收集数据，另一方面还要对收集的数据进行统计分析。效率低，从发现电能质量的问题到解决该问题，往往需要很长的时间。数据共享能力不足，人员之间缺乏经验交流，严重制约了人员素质的提高，阻碍了电能质量监测的进展。因此，改进监测手段，提高电能质量监测系统器的实时性，研制具有较强数据分析能力的电能质量监测系统，同时，研究和开发区域性电网的电能质量实时数据网络管理系统，建立统一的、开放的监控和管理平台，实现对电网电能质量五项指标的全天候监控具有重大的现实意义，适应改善电网的电能质量、安全和经济运行的迫切需求，是一个崭新课
题。

实用新型内容本实用新型的目的是克服上述缺陷，提供一种可以提高电能质量监测的实时性， 建立统一的、开放的监控和管理平台，提高对电网的监控和安全、经济运行水平的电能质量监测系统。为达到上述目的，本实用新型提供的电能质量监测系统，包括无线网络，还包括若干电能质量监测仪、集线器和/或调制解调器，以及若干客户查询终端和一数据分析、系统管理和维护平台，所述电能质量监测仪通过所述集线器和/或调制解调器与所述无线网络相连，所述客户查询终端以及数据分析、系统管理和维护平台分别与所述无线网络相连；所述电能质量监测仪包括电源单元，还包括模拟信号调理单元、同步采样A/D转换单元、处理器单元、网络通讯单元和控制输出单元，其中，所述模拟信号调理单元、同步采样A/D转换单元、处理器单元与所述网络通讯单元依次相连，所述处理器单元还与所述控制输出单元相连，所述模拟信号调理单元采集交流电压互感器的电压信号和电流互感器的电流信号， 并经所述同步采样A/D转换单元输送到所述处理器单元；所述处理器单元采用32位嵌入式处理器芯片，并将处理过的信息分别传送到所述网络通讯单元和控制输出单元。本实用新型电能质量监测系统，其中所述同步采样A/D转换单元与所述处理器单元之间连接有可编程逻辑控制器。本实用新型电能质量监测系统，其中所述控制输出单元的输出为继电器可控触
点ο本实用新型电能质量监测系统，其中所述网络通讯单元分别设置有RJ45网络接口和RS-232/RS-485通讯接口，所述处理器单元通过光耦单元与RS-232/RS-485通讯接口相连，所述网络通讯单元的输出包括电流及电压有效值，功率因数，电流及电压的正序、负序、零序分量，电流及电压的不平衡度，有功、无功、视在功率，有功、无功电度，电流及电压的谐波含量。本实用新型电能质量监测系统，其中所述处理器单元设置有程序存储器和数据存储器。本实用新型电能质量监测系统的优点和积极效果在于由于系统电能质量监测仪的处理器单元采用32位嵌入式处理器芯片和超大规模可编程逻辑控制器，具有大容量、逻辑编程功能强大等特点，在控制A/D采样的时序和对各采样点的数据存取中，采用数字滤波算法，保证了数据的实时性和精确度。在此基础上，实现了电网对电能质量五项指标(电压频率谐波三相不平衡，电压波动和闪变)的全天侯网络化监控后，增加了监测指标，解决了实时性不强的问题，通过对监测点进行跟踪测试，从而深入分析造成电能质量的成因，进一步提出改善电能质量的敏感点，使上级部门及时了解各地区各电压等级的电能质量水平，从而及时采取相应措施改善电能质量。同时，减少了工作量，在收集数据方面减少了大量的人力和物力，统计分析上实现了对数据进行海量分析，大提高了效率，从发现电能质量的问题到解决该问题，只需要很短的时间。由于系统分析和有效控制的要求得以实现，全面提升电力系统自动化管理水平， 加强公用电网电能质量的监督管理，保证了电网安全运行。系统监测数据可及时准确定位系统的潜在故障源，污染源，分析出源的特性，类型及分布规律，给出整改方案预防电力事故的发生，可从电能质量的视角验证电力网结构是否合理、设备参数设备是否合理，从电能质量的视角分析电力事故发生的原因，最终提高电网运行的安全可靠性。下面将结合实施例参照附图进行详细说明。

图1是本实用新型电能质量监测系统的结构方框图；图2是电能质量监测仪的结构方框图。
具体实施方式
参照图1，本实用新型电能质量监测系统，包括无线网络、若干电能质量监测仪、集线器和/或调制解调器，以及若干客户查询终端和一数据分析、系统管理和维护平台，电能质量监测仪通过集线器和/或调制解调器与无线网络相连，客户查询终端以及数据分析、 系统管理和维护平台分别与无线网络相连。本实用新型电能质量监测系统，配备多种通讯接口及相应协议，提供电能质量的在线监测较好的硬件基础。其中，参照图2，电能质量监测仪包括电源单元、模拟信号调理单元、同步采样A/D 转换单元、处理器单元、网络通讯单元和控制输出单元。其中，模拟信号调理单元、同步采样 A/D转换单元、处理器单元和网络通讯单元依次相连，处理器单元还与控制输出单元相连。 同步采样A/D转换单元与处理器单元之间连接有可编程逻辑控制器。模拟信号调理单元采集交流电压互感器的电压信号和电流互感器的电流信号，并经同步采样A/D转换单元输送到处理器单元。模拟信号调理单元处理多达6个标准的模拟输入量，每周期采样128次(可升级至256点)，模拟输入可组态。处理器单元采用32位嵌入式处理器芯片，并将处理过的信息分别传送到网络通讯单元和控制输出单元。处理器单元内植嵌入式实时操作系统，可通过超级终端直接下载程序，升级维护方便，可移植性好，系统可靠，保证了整个终端的稳定性。选用超大规模可编程逻辑控制器，具有大容量、逻辑编程功能强大等特点，在控制A/D采样的时序和对各采样点的数据存取中，采用数字滤波算法，保证了数据的实时性和精确度。 处理器单元设置有板载温度采集器件，可以监控模块温度，精度是0. 5度，测量范围是-40°C +85°C。 处理器单元设置有超大容量程序存储器和数据存储器、RJ45网络接口和RS-232/ RS-485通讯接口，处理器单元通过光耦单元与RS-232/RS-485通讯接口相连。网络通讯单元的输出包括电流及电压有效值(精度为0. 2% )，功率因数，电流及电压的正序、负序、零序分量，电流及电压的不平衡度，有功、无功、视在功率(精度为0.5%)，有功、无功电度，电流及电压的谐波含量(2 50次)输出，计量结果刷新速率为20ms。控制输出单元的输出为继电器可控触点。系统采用电能质量监测帮助用户定位、预测、防止和诊断电力系统的故障，可在线实时监测电网的负序和谐波、谐波总畸变率、电压电流不平衡度、闪变、电压偏差、电压变化频度、频率偏差、频率变化频度、有功功率、无功功率、无功电能等等电能质量指标，通过计算谐波功率，从而可以分析负序与谐波对电能计量的影响。具体包括(一 )数据采集和分析1、电流、电压，包括电压偏差、电压瞬时值、电流瞬时值2、电压波动，包括负荷波动、电压方均根值、电压变动特性、电压变动频度3、电流电压谐波，包括2_50次谐波分量值及图形、2-50次谐波含量、2_50次谐波含有率、总谐波畸变率、超标的谐波及其持续时间、按时段显示某次谐波分量值4、功率，包括有功功率、无功功率、视在功率、功率因数5、电能，包括有功电能、无功电能6、三相电压不平衡度，包括电压、电流正序分量、电压、电流负序分量、电压、电流零序分量、三相不平衡度7、频率偏差8、电压上凸、下凹和短时中断( 二 )图形分析1、电流、电压，包括电压偏差、电压瞬时值、电流瞬时值2、电压波动，包括负荷波动、电压方均根值、电压变动特性、电压变动频度3、电流电压谐波，包括2_50次谐波分量值及图形、2-50次谐波含量、2_50次谐波含有率、总谐波畸变率、超标的谐波及其持续时间_时间概率图、按时段显示某次谐波分量值、时间概率图4、功率，包括有功功率、无功功率、视在功率、功率因数5、三相电压不平衡度，包括电压、电流正序分量、电压、电流负序分量、电压、电流零序分量、三相不平衡度6、频率偏差7、电压上凸、下凹和短时中断(三)报告，包括电压下凹/短时中断报告、电压上凸报告、谐波分析报告、电能质量总览报告、功率分析报告(四)系统维护，包括用户管理、设备管理、时间段管理、谐波定制、电压波动标准维护、系统参数维护、谐波电压标准维护、谐波电流标准维护在本实用新型电能质量监测系统中，数据分析、系统管理和维护平台位于电能质量数据中心，是整个管理系统的核心，通过网络的应用服务器、WEB服务器和数据库服务器， 构成数据管理、分析及专家系统。客户查询终端由连接在网络上的终端计算机构成，通过TOB或应用程序来使用电能质量管理系统，是一个三层体系结构模型1.客户层(client tier)用户接口和用户请求的发出地，典型应用是网络浏览器和胖客户(如Java程序)。2.服务器层(server tier)
6[0048]典型应用是Web服务器和运行业务代码的应用程序服务器。3.数据层(data tier)典型应用是关系型数据库和其他后端(BACK-END)数据资源，如ORCAL等。在三层体系结构中，客户(请求信息)、程序(处理请求)和数据(被操作)被物理地隔离。三层结构是个更灵活的体系结构，它把显示逻辑从业务逻辑中分离出来，意味着业务代码是独立的，可以不关心怎样显示和在哪里显示。业务逻辑层现在处于中间层，不需要关心由哪种类型的客户来显示数据，也可以与后端系统保持相对独立性，有利于系统扩展。三层结构具有更好的移植性，可以跨不同类型的平台工作，允许用户请求在多个服务器间进行负载平衡。三层结构中安全性也更易于实现，因为应用程序已经同客户隔离。其应用程序服务器提供机制，用于增加和管理与关系型数据库的连接。一旦数据源被加入，组件可以对其作调用，发布SQL请求。应用程序服务器专门为基于大负荷高端处理的Web应用提供全新的运行环境，该环境能有很高的可靠性，健壮的程序逻辑处理能力，能轻松地为成千上万甚至上百万用户提供服务。本实用新型电能质量监测系统，在实现电网对电能质量五项指标(电压频率谐波三相不平衡，电压波动和闪变)的全天候网络化监控后，增加了监测指标，解决了实时性不强的问题，通过对监测点进行跟踪测试，从而深入分析造成电能质量的成因，进一步提出改善电能质量的敏感点，使上级部门及时了解各地区各电压等级的电能质量水平，从而及时采取相应措施改善电能质量。同时，减少了工作量，在收集数据方面减少了大量的人力和物力，统计分析上实现了对数据进行海量分析，大提高了效率，从发现电能质量的问题到解决该问题，只需要很短的时间。由于系统分析和有效控制的要求得以实现，全面提升电力系统自动化管理水平， 加强公用电网电能质量的监督管理，保证了电网安全运行。系统监测数据可及时准确定位系统的潜在故障源，污染源，分析出源的特性，类型及分布规律，给出整改方案预防电力事故的发生，可从电能质量的视角验证电力网结构是否合理、设备参数设备是否合理，从电能质量的视角分析电力事故发生的原因，最终提高电网运行的安全可靠性。上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计方案前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
权利要求1.一种电能质量监测系统，包括无线网络，其特征在于还包括若干电能质量监测仪、 集线器和/或调制解调器，以及若干客户查询终端和一数据分析、系统管理和维护平台，所述电能质量监测仪通过所述集线器和/或调制解调器与所述无线网络相连，所述客户查询终端以及数据分析、系统管理和维护平台分别与所述无线网络相连；所述电能质量监测仪包括模拟信号调理单元、同步采样A/D转换单元、处理器单元、网络通讯单元和控制输出单元，其中，所述模拟信号调理单元、同步采样A/D转换单元、处理器单元与所述网络通讯单元依次相连，所述处理器单元还与所述控制输出单元相连，所述模拟信号调理单元采集交流电压互感器的电压信号和电流互感器的电流信号，并经所述同步采样A/D转换单元输送到所述处理器单元；所述处理器单元采用32位嵌入式处理器芯片，并将处理过的信息分别传送到所述网络通讯单元和控制输出单元。
2.根据权利要求1所述的电能质量监测系统，其特征在于其中所述同步采样A/D转换单元与所述处理器单元之间连接有可编程逻辑控制器。
3.根据权利要求1或2所述的电能质量监测系统，其特征在于其中所述控制输出单元的输出为继电器可控触点。
4.根据权利要求3所述的电能质量监测系统，其特征在于其中所述网络通讯单元分别设置有RJ45网络接口和RS-232/RS-485通讯接口，所述处理器单元通过光耦单元与所述 RS-232/RS-485通讯接口相连，所述网络通讯单元的输出包括电流及电压有效值，功率因数，电流及电压的正序、负序、零序分量，电流及电压的不平衡度，有功、无功、视在功率，有功、无功电度，电流及电压的谐波含量。
5.根据权利要求4所述的电能质量监测系统，其特征在于其中所述处理器单元设置有程序存储器和数据存储器。
专利摘要本实用新型提供的电能质量监测系统，包括若干电能质量监测仪、集线器和/或调制解调器，以及若干客户查询终端和一数据分析、系统管理和维护平台，电能质量监测仪通过集线器和/或调制解调器与无线网络相连，客户查询终端以及数据分析、系统管理和维护平台分别与无线网络相连。其优点和积极效果在于由于系统电能质量监测仪的充分保证了数据的实时性和精确度，在此基础上，实现了电网对电能质量指标的全天候网络化跟踪测试和监控，从而可以深入分析造成电能质量差的成因，提出改善电能质量的敏感点，从而及时了解各地区各电压等级的电能质量水平，采取相应措施改善电能质量，也减少了大量的人力和物力，大大提高了效率。
文档编号G01R31/00GK201984120SQ20112000758
公开日2011年9月21日 申请日期2011年1月12日 优先权日2011年1月12日
发明者许新 申请人:烟台伊科电气技术有限公司