特殊用户电能质量监测系统的数据处理技术
日期:2008-1-25摘要:针对特殊用户电能质量监测问题,提出了基于数据预处理、分析时间间隔的合理选择和生成日统计文件的数据处理方法。根据IEC国家标准在下位机中设定有效测量时间,然后在监测系统中按指定格式读取监测点采集数据文件,采用主从文件形式的数据管理和数据查询模式,通过组合式报表生成技术完成各类电能质量报表的打印。所提出技术已用在威远钢铁有限公司变电站电能质量监测。
关键词:电能质量;监测系统;数据采样;数据处理
Key words: power quality; monitoring system; data sampling; data processing
电能质量监测PQM(Power Quality Monitoring)是用户与电力部门共同的需要。有扰动负 荷的用户通过PQM来了解自己向电网排放的电力污染是否超过国家标准,所采用的控制手段是否 有效;有敏感负荷的用户需要PQM了解供电质量是否会损坏敏感设备或产品质量;电力部门通过PQM来监测扰动负荷的电力污染向电网的排放情况,从而保证电力系统的可靠运行、供电质量,同时,川威钢铁公司为了清楚了解本系统用电中的电能质量问题,满足电力部门对电能质量考核的需要,开发出一套电能质量监测系统,能够监测国家标准所规定的各项电能质量指标,并提供PQM数据管理功能。在开发该系统时,使用了Microsoft公司的VB6.0作为开发工具。VB6 .0作为可视化通用编程工具,一直以其可视化程度高、开发简单快捷而著称,可视化编程环境的“所见即所得”功能,使界面设计变得容易,从而让编程更加轻松。
1)数据采集部分:包括数据的采样和计算。
2)数据处理部分:计算处理各种电能质量指标数据,包括频率、电压不平衡度、电压波动与闪变、电压偏差、负序电流、谐波含有率等。3)通信传输部分:包括下位机内部数据传送(主要是与DSP通信)和与上位机之间的通信传输(主要是通过MODEM和以太网)。
1.2上位机组成上位机由PC机作数据操作平台。任何装有操作软件并备有MODEM的PC机都能胜任。主要功能如下:1)与下位机之间的数据通信与传送。2)接收各个监测点的下位机的电能质量数据,并进行分析统计,形成文件、报表及曲线,显示数据和图形(如频谱图、趋势图、曲线图、散点图、向量图等)。3)数据文件管理系统,系统管理各个监测点数据文件。1.3PQM的基本要求
表1列出了PQM的基本要求,首先要考虑6个国家标准对电能质量的要求。另外,对于敏感负荷和超敏感负荷的用户,可能需要监测电压骤升(降)等短时电能质量扰动问题。1) 幅值Uk、相角θk、谐波电压含有率HRUk及总谐波畸变率THDU的计算公式分别为:
在PQM中,有效值通常取3 s均方根值,并且一个工作日的95%概率值作为评估标准。
2) 电压波动、闪变的监测计算。
电压波动d的计算公式为:
式中:Umax,Umin为工频电压调幅波的相邻两个极值电压(均方根值)。电压闪变不仅与电压波动的大小有关,而且与波动的频率以及人的视感等有关。首先测出电压变动的幅值和频率,由此推算闪变的觉察单位S:
式中: d(f)是频率为f的电压变动。K(f)是视感度系数。R(f)是波形系数。
在确定不同时段的S值后,用统计的方法,计算短时闪变Pst:
式中: P0.1、P1、P3、P10、P50分别是10 min测量时间内0.1%、1%、3%、10%、50%时间的闪变值S。并且计算2 h的长时闪变值Plt:
3 )三相不平衡度的监测计算。三相不平衡度ε的监测以计算系统中的负序分量与正序分量的比值来计算。由式(1)对交流采样得到的数据进行数字处理得到各相基波电压Ua,Ub,Uc,然后根据对称分量法分别求出负序、正序基波电压,即可求得ε。文中提出主从文件的数据管理方式。通过目录检索数据库、核心数据查询、动态报表组合完成数据管理,具有灵活、简捷的特点。
3.1检索数据库下位机以小时为单位上传每分钟记录的标准二进制文件,放入上位机的指定数据区。上位机在处理标准二进制文件时产生相关的从属文件。标准二进制文件每小时字长19kB左右(通信传送压缩至1/3),含每分钟记录的所有电能质量指标。日从属文件是每日各电能质量指标的统计结果(最大值、95%、平均值),包括相应的基波运行参数,字长3 kB左右。同理可建立月从属文件、年从属文件。以日从属文件中的核心数据建立目录检索数据库,并以特征地址与各个数据文件链接起来。通过目录检索数据库的核心数据查询得到想要的数据,如同图书馆按目录查找书籍一样。如图3所示。
动态报表组合的特点主要体现在对所定义报表内容的快速生成。采用以下技术:
根据PQM数据统计的不同要求,系统自制统计报表;多行复杂表头的智能生成技术;利用报 告期的前期数据自动装填功能技术;数据源的迅速定位处理。
根据PQM数据统计的不同要求,系统动态报表组合为积木式报表结构。不同选择项(如测量位置、电压等级、指标分类、越限值等对应报表中的信息块,信息块是可以拼装的。通过简单的“流程式”向导组合选择项,从而组合成积木式报表。如图5所示(图中Si为第i个变电站的系统参数信息块,V为110 kV电压等级信息块,T为超限值数据块)。选择第i个变电站Si,对应电压等级110 kV,电能质量指标为电压偏差(PQ2)、电压变动(PQ3)与负序(PQ5),超标值L。则某日变电站Si的110 kV级所有监测点的电压偏差、电压变动与负序超标值都出现在统计报表中。图5积木式报表结构图
通过采用生成一个日统计文件方式,大大减少了上位机系统运行时的数据处理量,从而提高了系统的运行速度。PQM的实现,促进了公司动力处对电能质量问题的管理。
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