導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電能質(zhì)量分析儀，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

PS4000是由美國SUMMIT公司生產(chǎn)的一種電能質(zhì)量分析儀，它是為了滿足工程師進(jìn)一步了解電能質(zhì)量而設(shè)計(jì)的一種小型、簡單且功能強(qiáng)大的分析工具，可以用來分析或監(jiān)控輸入電能質(zhì)量。

PS4000不僅能夠測試電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、周期、諧波等電量值，而且能夠測試電壓或電流的浪涌、跌落、沖擊、電壓尖峰等瞬態(tài)量值，從而為用戶快速判定供電質(zhì)量的優(yōu)劣，或者為展示產(chǎn)品電源質(zhì)量提供一個(gè)依據(jù)。該儀器可以同時(shí)適用商用和工業(yè)用電源，是現(xiàn)代測試儀器中一款性能優(yōu)越，攜帶方便的電能質(zhì)量儀器。

1　PS4000的主要特點(diǎn)

新型PS4000電能分析儀具有以下優(yōu)異的測試功能：

可測試并捕捉浪涌、跌落、沖擊、尖峰信號；

可分析每一個(gè)通道從1次到63次諧波分量的電壓／電流幅值和相位?

可同時(shí)分析所有通道的電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、能量、通斷周期、能量高峰期、花費(fèi)等參數(shù)值?

能夠連續(xù)顯示每秒測量值?

具有完全的按鍵操作和菜單式界面?

可連續(xù)工作8～10個(gè)小時(shí)，使用充電器后可以持續(xù)使用。

    PS4000可以對三相電路中的三個(gè)電壓和四個(gè)電流同時(shí)進(jìn)行浪涌、跌落、尖峰、諧波、電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、周期等參數(shù)的分析和監(jiān)測，測試的數(shù)據(jù)可以上傳到計(jì)算機(jī)以圖形或表格的形式顯示。該儀器配有專業(yè)的分析控制軟件，可以對PS4000進(jìn)行遠(yuǎn)端監(jiān)控，特別適合于對電網(wǎng)質(zhì)量，大型供電設(shè)備，家用電器等電源質(zhì)量進(jìn)行分析，是電力專家所鐘愛的產(chǎn)品。SUMMIT公司的電能分析儀被世界很多國家的用戶使用，美國前電網(wǎng)編輯曾這樣描述：“我見過很多的分析儀，但是，這個(gè)產(chǎn)品給我留下了真正深刻的印象，PS3000已經(jīng)是一個(gè)很堅(jiān)固的小型器件，而新型的PS4000則提供了更專業(yè)的電能質(zhì)量分析功能?！迸c它配套使用的電壓、電流探頭能夠直接和1到15000V電壓以及10mA到6000A的電流相接。通過輸入調(diào)節(jié)比與PT和CT的結(jié)合，可提供更高、更大的電壓電流測試。除了在室內(nèi)監(jiān)控外，PS4000還可以安裝到Weather－resistant外掛箱上，以便能夠在室外進(jìn)行無人監(jiān)控。另外，PS4000的“連接檢查”特點(diǎn)更便于操作者正確連接電路，而且各種配套的附件不需要另外供電。

PS4000包含前一產(chǎn)品PS3000的全部測試功能，PS3000已經(jīng)使用了8年，產(chǎn)品遍布7大洲?？蛻魧owersight分析儀具有很高的評價(jià)，特別是在使用簡便、性能可靠、可提供及時(shí)有效的技術(shù)支持等方面。SUMMIT總載曾說：“從上一次我們?yōu)橐粔K因跌落而損壞的儀表檢修后，到現(xiàn)在已經(jīng)六年了，它依然完好，據(jù)我所知，我的表甚至還在南極考察站使用”。

2　PS4000測試瞬態(tài)量

實(shí)際上，絕大多數(shù)的客戶都特別關(guān)心PS4000的瞬態(tài)測試功能，而這也正是PS4000優(yōu)于PS3000和PS250之處，因此，筆者希望通過本文使更多的人能夠熟悉PS4000的功能，讓PS4000給電能分析帶來更多方便。

當(dāng)分析瞬態(tài)參數(shù)時(shí)，PS4000能夠隨時(shí)監(jiān)測每相浪涌、跌落、沖擊和電壓尖峰信號，并隨時(shí)記錄信號類型、發(fā)生時(shí)間、到達(dá)峰值、持續(xù)時(shí)間等，同時(shí)可捕捉并存儲(chǔ)最壞的一個(gè)信號，以及為以后的故障分析和判斷提供依據(jù)。

2．1 每相電壓／電流的浪涌和跌落值測試

在進(jìn)行電路的浪涌和跌落分析時(shí)，PS4000可提供以下三種記錄方式：

記錄浪涌／跌落事件；

記錄浪涌／跌落圖形；

記錄浪涌／跌落波形。

（1）記錄浪涌／跌落事件

    如果在信號監(jiān)測時(shí)間段里，浪涌出現(xiàn)一次，PS4000就認(rèn)為有一個(gè)浪涌事件發(fā)生，出現(xiàn)兩次，PS4000就認(rèn)為有兩個(gè)浪涌事件，以此類推……，當(dāng)有事件發(fā)生時(shí)，PS4000將記錄這一事件的發(fā)生日期、發(fā)生于哪個(gè)相線、屬于浪涌還是跌落信號、信號的幅度以及信號持續(xù)的時(shí)間等信息。

PS4000的顯示方式主要有兩種：第一種為列表顯示，每一行顯示一個(gè)事件，其顯示方式如圖1所示；第二種為圖形顯示，這種方式以時(shí)間為橫軸，在縱軸上顯示信號的幅度和持續(xù)時(shí)間，其顯示方式如圖2所示。

（2）記錄浪涌／跌落圖形

當(dāng)有浪涌或跌落事件發(fā)生時(shí)，PS4000將大致地給出浪涌或跌落信號的圖形。圖形從發(fā)生浪涌／跌落的前2個(gè)周期開始，持續(xù)10個(gè)周期，直到檢測到下一個(gè)1／2周期來臨再?zèng)]有浪涌／跌落發(fā)生且持續(xù)1秒的時(shí)間為止。圖形中將顯示浪涌／跌落發(fā)生的時(shí)間以及每半個(gè)周期的RMS值。參見圖3。由圖3可見，圖形的上半部將顯示關(guān)鍵的信息，如事件的發(fā)生時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、信號屬于三相中的哪一相、信號的幅度大小等。如果發(fā)生了電壓浪涌，那么和它同相的電流信號也會(huì)顯示在同一張圖中。

（3）記錄浪涌／跌落波形

浪涌／跌落波形是對浪涌／跌落事件的一個(gè)詳細(xì)描述，它們開始于事件發(fā)生前的兩個(gè)周期，持續(xù)10個(gè)周期，如果事件的持續(xù)時(shí)間超過10個(gè)周期，波形中將記錄最近的10個(gè)周期。如果監(jiān)測的時(shí)間段內(nèi)不是只有一個(gè)事件發(fā)生，PS4000將存儲(chǔ)最壞的浪涌／跌落波形。這種方式在顯示時(shí)，在波形的上方將顯示事件發(fā)生的時(shí)間、相線、信號幅度和信號持續(xù)時(shí)間等。如果發(fā)生的是電壓浪涌 ／跌落，那么同相線的電流信號也會(huì)顯示在同一張圖中。

2．2 監(jiān)測高速瞬態(tài)信號

高速電壓／電流瞬態(tài)信號的產(chǎn)生一般與被測線路本身無關(guān)，大都是由閃電、突然短路，開關(guān)撥動(dòng)等原因引起的，它們的幅值會(huì)在瞬間竄到很高，持續(xù)時(shí)間也相當(dāng)短，一旦這樣的信號超過了定義的觸發(fā)門限，PS4000將捕捉到這個(gè)信號。觸發(fā)門限分為 “絕對值門限”和“相對值門限”兩種。

當(dāng)設(shè)置為絕對值門限時(shí)（比如設(shè)到180V），那么，在監(jiān)測開始以后的任何時(shí)候，只要信號的幅值超過了＋180V或－180V，這個(gè)信號就會(huì)被捕捉并被記錄下來。如果設(shè)置為相對值門限，比如20V，PS4000將以正常情況下的波形作為參考，在這種情況下，當(dāng)實(shí)際波形幅度高于或低于同一點(diǎn)的正常波形幅度20V以上時(shí)，PS4000將捕捉記錄這個(gè)信號。

在進(jìn)行瞬態(tài)信號監(jiān)測時(shí)，PS4000可提供瞬態(tài)事件和瞬態(tài)波形兩種記錄方式。

    （1）瞬態(tài)事件

在這種記錄模式下，PS4000將記錄瞬態(tài)事件的發(fā)生時(shí)間、發(fā)生相線、峰值大小和持續(xù)時(shí)間。與浪涌／跌落測試的顯示方式一樣，瞬態(tài)監(jiān)測的顯示也包括表格顯示和圖形顯示兩種方式。

（2）瞬態(tài)波形

瞬態(tài)監(jiān)測時(shí)的瞬態(tài)波形可以詳細(xì)地記錄瞬態(tài)事件信息，它們將持續(xù)50ms，并在事件發(fā)生前的一個(gè)周期開始記錄，同時(shí)可在整個(gè)監(jiān)測時(shí)間里捕捉最壞的一個(gè)信號。

與浪涌／跌落測試波形相似，這種測試波形的上方也將顯示信號發(fā)生的時(shí)間，信號持續(xù)時(shí)間，信號幅度以及信號的相線等重要信息。圖4是一種瞬態(tài)波形示意圖。

篇2

關(guān)鍵詞：電能計(jì)量裝置；故障；分析方法；異常

1 計(jì)量裝置故障

1.1 表計(jì)故障

電能表是計(jì)量電能的核心部分，沒有電能表就沒法實(shí)現(xiàn)電量的計(jì)量和直接只管判讀。表計(jì)故障在各種故障現(xiàn)象中較為常見，表計(jì)故障原因繁多，并且導(dǎo)致故障的原因不同故障表現(xiàn)出來的現(xiàn)象也不同。電能表常見故障包括：屏幕故障、計(jì)度器故障、硬件故障、電池故障、存儲(chǔ)設(shè)備故障、通訊模塊故障、應(yīng)用程序出錯(cuò)，以及因電子元件老化或者損壞導(dǎo)致的故障等。

1.2 互感器故障

互感器是大容量用電客戶電能計(jì)量所必須使用的設(shè)備，它扮演整個(gè)計(jì)量二次回路電源的角色，沒有它便無法匹配到合適規(guī)格的電能表，以至于無法計(jì)量?；ジ衅鞯墓收显诟鞣N故障中出現(xiàn)比例相對較少，但是其故障原因卻呈顯出多樣性的特征。一般情況下，互感器比較容易發(fā)生的故障包括：電流互感器二次開路、互感器受到天氣影響局部放電現(xiàn)象、匝間短路、電壓互感器鐵磁諧振及串聯(lián)鐵磁諧振等。另外，由于磁場不均勻?qū)е碌漠惓，F(xiàn)象、鐵芯過飽和導(dǎo)致的異?，F(xiàn)象，以及因電壓互感器一次熔絲熔斷而感應(yīng)出的瞬間高壓引起互感器的內(nèi)部絕緣破壞等。相對來說，互感器的故障更為復(fù)雜和多樣，診斷和處理的程序也更為復(fù)雜。因此，對互感器故障的診斷和處理工作需要有一定的技術(shù)性要求。

1.3 接線盒故障

接線盒的存在是為了方便運(yùn)行中的表計(jì)故障后的更換以及周期校驗(yàn)。計(jì)量回路中任何設(shè)備、器件的故障都會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤計(jì)量，而接線盒故障更是占到所有故障的百分之四十左右。一般來說，接線盒故障的產(chǎn)生是由于接線盒內(nèi)部的接線端的螺絲發(fā)生松動(dòng)，或者短接片緊固螺絲松脫進(jìn)而導(dǎo)致接線盒的故障。另外，接線盒由于長時(shí)間運(yùn)用，使用壽命縮短，接線盒處于高粉塵、高濕度的環(huán)境等也是導(dǎo)致故障的重要原因。如果一次負(fù)荷長時(shí)間處于重負(fù)荷情況下工作時(shí)，互感器二次側(cè)的輸出電流也接近于額定輸出電流，這么大的電流長時(shí)間通過接線盒時(shí)，由于電線和螺絲的接觸點(diǎn)處接觸電阻較大，就會(huì)造成嚴(yán)重的發(fā)熱。這些熱量不能及時(shí)的散發(fā)出去就會(huì)導(dǎo)致接線盒的金屬部件和塑料材料受熱變形，進(jìn)而使得接頭逐漸松動(dòng)，在后續(xù)的使用過程中產(chǎn)生火花，導(dǎo)致接線盒發(fā)生故障。另外，由于接線盒的使用時(shí)間過長，接線盒長時(shí)間暴露在空氣中，其部分元件逐漸被氧化，導(dǎo)致基本形態(tài)發(fā)生變化，出現(xiàn)接觸不良等問題。最后，人為破壞也是導(dǎo)致接線盒故障的因素，由于工作人員在安裝過程中發(fā)生失誤，例如螺絲沒有被擰緊等，接線端子沒有真實(shí)、穩(wěn)固地連接，也會(huì)導(dǎo)致接線盒發(fā)生故障。

1.4 終端故障

終端的設(shè)置是為了提高我們的電網(wǎng)智能化，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化后臺抄表，減輕一線抄表員的工作壓力，同時(shí)可以方便我們隨時(shí)監(jiān)控用戶的用電情況方便我們發(fā)現(xiàn)異常情況。但是終端的電流回路是和電能表的電流回路串聯(lián)在一起的，因此終端的故障也可能會(huì)導(dǎo)致電能計(jì)量的故障，終端故障可能會(huì)造成我們對實(shí)際計(jì)量準(zhǔn)確性的誤判。終端容易發(fā)生的故障包括電源故障、通訊故障以及抄表故障等。終端故障的判定相對比較簡單，但想要卻確認(rèn)原因仍舊需要實(shí)地的判定和分析，其分析方法和診斷的準(zhǔn)確性高度依賴于工作人員的知識儲(chǔ)備和工作經(jīng)驗(yàn)，所以年輕的工作人員可能不能很好的解決終端故障問題。

2 電能計(jì)量裝置異常問題研究現(xiàn)狀

針對實(shí)際生產(chǎn)中所遇到的問題來開發(fā)出一種實(shí)用的接線分析系統(tǒng)就顯得很有必要，令人欣慰的是目前市面上出現(xiàn)了部分廠家開發(fā)的專用設(shè)備，可以幫助工作人員省時(shí)省力的快速解決部分問題。但電能量計(jì)異常量的診斷以及電量退補(bǔ)的運(yùn)算分析仍舊是以理論數(shù)據(jù)和研究較多，在設(shè)備和應(yīng)用程序上也仍舊處于仿真的階段，并且集中在以電能計(jì)量誤差和實(shí)際電量的計(jì)算以及電量的退補(bǔ)方面。僅有的專門針對電能計(jì)量異常接線的系統(tǒng)，也大多僅局限在供電體系內(nèi)幫助工作人員完成相關(guān)的運(yùn)算。真正能夠運(yùn)用于現(xiàn)場的實(shí)際分析和運(yùn)算的系統(tǒng)仍然極少。電能計(jì)量裝置異常問題的研究依然是漫長的過程，需要專業(yè)人員持續(xù)地投入。

3 計(jì)量裝置異常情況分析方法研究

計(jì)量裝置的異常雖然類型多樣，但最終的診斷和處理都會(huì)涉及到電流量和電壓量。凡是處于運(yùn)行狀態(tài)的計(jì)量裝置，一旦出現(xiàn)故障或異常就一定會(huì)通過電壓或電流反映出來。因此，我們此次算法的研究也是主要依據(jù)電流和電壓的信息進(jìn)行算法的設(shè)計(jì)，先對電壓電流信息進(jìn)行采集，然后通過編程的手段將分析法方法固化成優(yōu)化的解算程序，經(jīng)過CPU單元的高頻運(yùn)算就可以將計(jì)量裝置的故障和異常情況以圖形化的界面展現(xiàn)出來。

目前異常分析的技術(shù)主要有四個(gè)特征。一是收集用電客戶電能計(jì)量點(diǎn)及裝置的基本信息。二是依據(jù)實(shí)際要求，對檢測的時(shí)空范圍進(jìn)行適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)大或縮小變換并進(jìn)行全面分析。三是將數(shù)據(jù)分析的信息可進(jìn)行多層次的配置和累積，交叉引用和綜合評測。四是根據(jù)情況每個(gè)用戶的實(shí)際情況確定重要的閥值，建立關(guān)鍵的仿真分析系統(tǒng)。

3.1 規(guī)律性非連續(xù)算法

規(guī)律性非連續(xù)算法是指在設(shè)計(jì)的技術(shù)方案中，對計(jì)量表計(jì)的電壓向量、電流向量的變化等進(jìn)行分析。規(guī)律性是指在分析信息的過程中，依據(jù)數(shù)據(jù)的密集程度，將保存下來的且持續(xù)一段時(shí)間的不正常數(shù)據(jù)與恢復(fù)到正常狀態(tài)后的數(shù)據(jù)對比，判定出相應(yīng)結(jié)論，并將此結(jié)論保存下來。隨后，在運(yùn)行過程中再次出現(xiàn)這類不正?，F(xiàn)象，通過與已經(jīng)保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行相似性分析一般就可將這種情況確定為用電的異常。

在這種狀態(tài)持續(xù)的過程中，頻率和數(shù)據(jù)等會(huì)出現(xiàn)規(guī)律性的變化。而非連續(xù)性是指，相關(guān)的數(shù)據(jù)在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)或某個(gè)較短的時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)突然變化，與之前的規(guī)律性有明顯不同，并且這種狀態(tài)大多也能夠持續(xù)一段時(shí)間。非連續(xù)性算法的工作過程大致如下：首先獲取計(jì)量點(diǎn)曲線的數(shù)據(jù)；然后對曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和研究，發(fā)現(xiàn)其中的異常曲線同時(shí)將獲取的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中；最后，將計(jì)量點(diǎn)的異常數(shù)據(jù)圖形化輸出。

3.2 分類連續(xù)差值算法

分類連續(xù)差值算法包括兩個(gè)部分。第一是對電壓量值進(jìn)行研究的部分，對表計(jì)電壓信息進(jìn)行分類。通常是指依據(jù)不同的參考對象，對不同的數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行分析和研究。差值是指在確定電壓分類的情況下對電壓數(shù)值的判斷，當(dāng)實(shí)際采集到的數(shù)值與既定數(shù)值的差值超過規(guī)定的范圍時(shí)，認(rèn)為屬于異常現(xiàn)象。或者雖然獲取的信息值在電壓曲線上，但信息的異常連續(xù)點(diǎn)數(shù)超過了既定的閥值，也可將其判定為異?，F(xiàn)象。第二是技術(shù)方案的電流向量分析研究部分。當(dāng)采集到的電流數(shù)據(jù)在某個(gè)判定個(gè)條件下其電流的兩個(gè)最值超出了某個(gè)閥值范圍，甚至多個(gè)閥值范圍，則可判定為異?，F(xiàn)象。或者當(dāng)某些我們追蹤的電流數(shù)據(jù)雖然依然落在電流曲線上，但數(shù)據(jù)持續(xù)異常的點(diǎn)數(shù)超過閥值時(shí)，也將其判定為異常。另外，在非平衡電流的狀態(tài)下，想要準(zhǔn)確的判斷是否異常還需要借助用戶的生產(chǎn)性質(zhì)對及生產(chǎn)規(guī)律其進(jìn)行判定。

4 結(jié)束語

導(dǎo)致電能計(jì)量裝置接線出現(xiàn)異常的因素較多，出現(xiàn)的異常類型也比較多。但故障和異常的出現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)都有著重要的影響，甚至影響到人身安全和財(cái)產(chǎn)安全等。因此，對其診斷和分析方法進(jìn)行探討，強(qiáng)調(diào)其科學(xué)性和準(zhǔn)確性，促進(jìn)分析效率的提升，進(jìn)而獲得更為精準(zhǔn)的分析數(shù)據(jù)，以便于及時(shí)修復(fù)，保證電能計(jì)量裝置的正常使用。

參考文獻(xiàn)

[1]范潔，陳霄，周玉.基于用電信息采集系統(tǒng)的電能計(jì)量裝置異常智能分析方法研究[J].電測與儀表，2013，11：4-9.

篇3

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51377001）

作者簡介：張曉虎（1978-），男，山東萊蕪人，湖南大學(xué)博士研究生

通訊聯(lián)系人，Email：

摘要：針對目前國內(nèi)外并沒有大功率整流系統(tǒng)的各部件損耗及效率的實(shí)時(shí)監(jiān)測儀器或平臺的現(xiàn)狀，提出了一種基于光纖以太網(wǎng)通信的大功率整流系統(tǒng)能效測試新方法，并與傳統(tǒng)的能效測試方法的同步測量機(jī)理、能效分析方法進(jìn)行了綜合比較.給出了一種直流大電流間接反演算法，并通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的正確性和工程實(shí)用性.最后結(jié)合工程實(shí)踐，對能效測試新方法的具體實(shí)施過程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述.工程實(shí)例表明該能效測試方法可以有效實(shí)現(xiàn)工業(yè)整流系統(tǒng)各供電裝備與系統(tǒng)的效率核算，并為提高其裝備效率及系統(tǒng)節(jié)能提供必要的依據(jù).

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)節(jié)能；能效監(jiān)測；光纖以太網(wǎng)；多通道數(shù)據(jù)同步采集；直流大電流間接反演

中圖分類號：TM930.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

A New Method of Energy Efficiency Measurement and Engineering

Practice of Large Power Industrial Rectifier System

ZHANG Xiaohu1，2， LUO Longfu 1， LI Yong1， ZHOU Ke1

（1.College of Electrical and Information Engineering，Hunan Univ，Changsha，Hunan410082 ，China；

2. Dept of Electrical Engineering，Hunan Univ of Arts and Science， Changde，Hunan415000，China）

Abstract：Up to now there has been no special monitoring equipment or platform for the energy efficiency measurement of large power rectifier system. For this reason， a new method of energy efficiency measurement of large power rectifier system based on the fiber optic Ethernet communication was presented. In order to prove the advantages of the new method， this paper made a comprehensive and comparative study of the measuring principles， and the analytical method of energy efficiency. The method of indirect inversion of heavy direct current proves to be correct and can be well applied in practical projects through simulation and experiments. Finally， by combining with engineering practice， the specific implementation process of the new analytical method of energy efficiency was described. The project case indicates that the efficiency analytic method can correctly calculate the efficiency of the powersupply system of the industrial rectifier system， and can provide a proof of improving the efficiency of the equipments and saving the energy of the system.

Key words： energy saving； energy efficiency measurement； fiber optic ethernet； multichannel synchronous data acquisition； indirect inversion of heavy direct current

目前大功率整流機(jī)組在電化學(xué)、冶金及軌道交通等領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用，隨著社會(huì)對節(jié)能減排和清潔能源呼聲的日益高漲，這些高能耗領(lǐng)域的企業(yè)對整流機(jī)組的效率和電能質(zhì)量也更加關(guān)切，加上考慮到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，企業(yè)對整流機(jī)組及各部件的損耗及效率和電能質(zhì)量測試需求也日趨強(qiáng)烈[1-3].但是，目前國內(nèi)外并沒有大功率整流系統(tǒng)的各部件損耗實(shí)時(shí)監(jiān)測平臺.傳統(tǒng)的大功率整流系統(tǒng)能效測試方法通常采用多臺電能質(zhì)量分析儀對整流機(jī)組進(jìn)行一段時(shí)間的數(shù)據(jù)錄波，并通過復(fù)雜的人工計(jì)算獲得能效測試結(jié)果，因此該方法易產(chǎn)生人為誤差且不能實(shí)現(xiàn)大功率整流系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測與能效分析.本文針對以上問題，提出了一種基于光纖以太網(wǎng)通信的大功率工業(yè)整流系統(tǒng)能效測試新方法，并結(jié)合工程實(shí)例對能效測試方法的監(jiān)測原理及實(shí)施過程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述.結(jié)果表明該能效分析系統(tǒng)可以有效實(shí)現(xiàn)工業(yè)整流系統(tǒng)各供電裝備與系統(tǒng)的效率核算，實(shí)現(xiàn)整流變壓器及整流器的損耗與效率研究，從而為提高裝備效率及系統(tǒng)節(jié)能提供必要的依據(jù).

1大功率工業(yè)整流系統(tǒng)拓?fù)?/p>

新型12脈波整流系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由3部分構(gòu)成[4-6]：含有載調(diào)壓的新型整流變壓器及其配套全調(diào)諧感應(yīng)濾波裝置、三相全波晶閘管可控整流器、具有低電壓大電流特性的直流工業(yè)負(fù)荷.與常規(guī)整流系統(tǒng)相比，其添加了一個(gè)濾波繞組及其感應(yīng)濾波裝置，可在接近諧波源處進(jìn)行諧波抑制與無功功率補(bǔ)償，對于測量方案本身沒有本質(zhì)區(qū)別.閥側(cè)接線如圖2所示，采用同相逆并聯(lián)的閥側(cè)繞組在整流柜輸入處一分為二，通過12根銅排分別與4個(gè)整流橋相連接，每根母排流過全波電流.能效測試系統(tǒng)通過對交流網(wǎng)側(cè)、濾波側(cè)、低壓閥側(cè)及直流側(cè)4個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，計(jì)算整流系統(tǒng)各部件的損耗及效率.圖1中標(biāo)出了各測量點(diǎn)的位置，圖2中標(biāo)出了閥側(cè)采集終端的配置方案.

2算法分析

2.1直流大電流間接反演與計(jì)算新方法

在化工、冶金等行業(yè)中應(yīng)用的變流系統(tǒng)容量越來越大，其中直流電流也在不斷增大，直流大電流的準(zhǔn)確測量一直以來都是尚未有效解決的技術(shù)難題[7]；目前測量直流大電流采用最多的為霍爾互感器，工作原理是將電流信號轉(zhuǎn)化為磁場測量，進(jìn)而測量磁密或磁通、磁勢等方法來測量電流，但整流環(huán)境具有強(qiáng)腐蝕性和電磁干擾、諧波污染嚴(yán)重以及直流電流大等特點(diǎn)，其測量精度一般不能滿足要求[8-10].針對上述直流測量方案的缺陷，本文提出了一種基于閥側(cè)電流疊加反推算法的直流大電流間接反演與計(jì)算新方法，該方法已經(jīng)申請并獲得了國家發(fā)明專利“一種基于交流檢測的直流大電流間接測量的方法及裝置”（專利號：ZL201010578601.2）.該反推算法的原理可簡單描述如下：

忽略換相過程和直流側(cè)電流脈動(dòng)情況可推導(dǎo)交流側(cè)電流及其基波和各次諧波與直流電流的關(guān)系表達(dá)式如下：

ia=23πId（sin ωt-15sin 5ωt-17sin 7ωt+

111sin 11ωt+113sin 13ωt-…）=

23πIdsin ωt+23πId∑ω（-1）k1nsin nωt=

2I1sin ωt+∑ω（-1）k2Insin nωt.

I1=6πId，

In=6nπId. （n=6k±1，k=1，2，3，…） （1）

式（1）表征了換流器直流電流與交流電流的變換關(guān)系.以上的分析可體現(xiàn)兩方面的特征：①交流信號經(jīng)過換流器非線性調(diào)制后轉(zhuǎn)化為具有一定諧波頻率的直流電流；②直流信號及諧波信號勢必引起交流側(cè)產(chǎn)生基波及諧波電流.

忽略了換向過程、直流側(cè)脈動(dòng)及晶閘管阻容等條件，是為了減小換流器直流電流與交流電流的變換關(guān)系推導(dǎo)的復(fù)雜性，這肯定會(huì)在一定程度上影響其變換關(guān)系推導(dǎo)的準(zhǔn)確性；但該部分推導(dǎo)的主要目的只是為了表征交直流電流之間具有較為嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，為后面給出的基于閥側(cè)交流電流疊加反推直流電流算法的設(shè)想提供理論支持與依據(jù)，而并不作為交流反推直流的直接公式；本文將以此為理論分析基礎(chǔ)，來闡述直流大電流間接反演算法的原理.

反演算法的原理是通過高精度交流電流互感器和測量終端對閥側(cè)三相正半波多路電流信號進(jìn)行同步采樣處理，通過閥側(cè)正半波電流的疊加處理即可實(shí)現(xiàn)直流電流的反演與推算，圖3給出了交流電流到直流電流的反演示意圖.閥側(cè)疊加反演直流電流算法過程如下.

1）利用圖2所示測量終端同步采集閥側(cè)繞組接出的所有交流電流信號，形成n個(gè)具有s個(gè)采樣點(diǎn)的電流序列[i1[s]i2[s]…in[s]] （n為閥側(cè)繞組接出的電流信號個(gè)數(shù)，其數(shù)值與閥側(cè)繞組的接線方式有關(guān)；s為采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)），然后對in[s]數(shù)值進(jìn)行判斷，若in[s]0，則保持in[s]數(shù)值不變.

2）對步驟（1）重新獲得的電流序列in[s]進(jìn)行疊加計(jì)算，求得推算的直流電流序列id[s]：

id[s]=∑12n=1in[s]. （2）

2.2大功率工業(yè)整流系統(tǒng)能效分析算法

本節(jié)以圖2所示低壓閥側(cè)繞接線方式的12脈波整流系統(tǒng)為例來介紹能效分析算法.

2.2.1整流系統(tǒng)各測量點(diǎn)有功功率的計(jì)算

對于交流網(wǎng)側(cè)和濾波側(cè)，采用的是三相四線制測量方法，引入的電壓信號為相電壓，根據(jù)式（3）可得交流網(wǎng)側(cè)和濾波側(cè)有功功率PG和PF.US和IS分別為相電壓和電流采樣序列.

P=1M∑M-1S=0USIS. （3）

對于低壓閥側(cè)，采用的是三相三線制測量方法，引入的電壓信號為線電壓，需進(jìn)行線電壓到相電壓的轉(zhuǎn)換，根據(jù)式（4）可計(jì)算其4個(gè)橋的三相總有功功率PV1，PV2，PV3和PV4，則閥側(cè)總功率PV=PV1+PV2+PV3+PV4. U12S，U23S和U31S為線電壓采樣序列.

P1=1M∑M-1S=0（U12S-U31S3）I1S，

P2=1M∑M-1S=0（U23S-U12S3）I2S，

P3=1M∑M-1S=0（U31S-U23S3）I3S.（4）

本文采用2種方式計(jì)算直流側(cè)平均功率：一種方式為根據(jù)直流霍爾互感器實(shí)際測量的直流電流計(jì)算直流側(cè)平均功率Pd，kW；另一種方式為根據(jù)本文第2.1節(jié)給出的基于閥側(cè)交流電流疊加反推直流電流算法計(jì)算直流電流平均值來計(jì)算直流側(cè)平均功率Ptd，kW.兩種計(jì)算方式下最終獲得的能效分析結(jié)果將在本文第5.4節(jié)能效測試結(jié)果分析中給出.

2.2.2整流系統(tǒng)各部件損耗的計(jì)算

整流機(jī)組總損耗即系統(tǒng)總損耗，主要包括：變壓器損耗PT和整流器損耗PR，分別為：

PT=PG-（PV1+PV2+PV3+PV4）-PF，

PR=（PV1+PV2+PV3+PV4）-Ptd，

PZ=PT+PR.（5）

式中：PG為交流網(wǎng)側(cè)輸入有功功率；PF為濾波側(cè)有功功率；Ptd為直流側(cè)輸入有功功率；PZ為系統(tǒng)總損耗.

2.2.3整流系統(tǒng)各部件效率的計(jì)算

整流系統(tǒng)各部件效率主要包括：變壓器效率ηT，整流器效率ηR以及整流機(jī)組總效率η.計(jì)算表達(dá)式為：

ηT=PG-PTPG×100%，

ηR=Ptd（PV1+PV2+PV3+PV4）×100%；（6）

η=PG-PT-PRPG×100%. （7）

整流系統(tǒng)在實(shí)際工況下的運(yùn)行效率，可按照下式推算其額定效率：

ηt=11+（1η-1）UdIdnUdnItd. （8）

式中：ηt為整流系統(tǒng)在額定工況下的推算效率，%；η為整流系統(tǒng)在實(shí)際工況下的運(yùn)行效率，%；Ud為整流系統(tǒng)測定運(yùn)行效率時(shí)的實(shí)際輸出電壓，V；Itd為整流系統(tǒng)測定運(yùn)行效率時(shí)的實(shí)際輸出電流，kA；Udn為整流系統(tǒng)的額定輸出電壓，V；Idn為整流系統(tǒng)的額定輸出電流，kA.

能效分析平臺可以從數(shù)據(jù)庫中查詢?nèi)我粫r(shí)間段內(nèi)的網(wǎng)側(cè)輸入電能WG及直流側(cè)輸出電能Wd：

WG=∑ns=0PGsΔt，

Wd=∑ns=0PdsΔt.（9）

式中：PGs，Pds分別為數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的網(wǎng)側(cè)和直流側(cè)有功功率記錄，kW；Δt為相鄰兩個(gè)有功功率數(shù)據(jù)記錄存入數(shù)據(jù)庫的時(shí)間間隔.

任一時(shí)間段內(nèi)的系統(tǒng)電能效率ηq為：

ηq=WdWG×100%=∑ns=0PGs∑ns=0Pds×100%. （10）

3傳統(tǒng)能效測試方法

根據(jù)12脈波工程實(shí)際安裝及運(yùn)行情況，介紹一種基于電能質(zhì)量分析儀的工程現(xiàn)場能效測試方案，該方案能效測試系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示，采用6臺日本HIOKI公司的電能質(zhì)量分析儀（HIOKI3198）對交流網(wǎng)側(cè)、濾波側(cè)、低壓閥側(cè)及直流側(cè)4個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集.表1給出了現(xiàn)場測試配置表，包括測試儀器、互感器等.

其中，閥側(cè)繞組接線方式與圖2相同，圖2中閥側(cè)終端1～4為4臺電能質(zhì)量分析儀（HIOKI3198）.電能質(zhì)量分析儀（HIOKI3198）具備三相電壓及電流6個(gè)交流通道和1個(gè)直流通道，如圖4所示，直流側(cè)直流電壓及電流信號的采集分別由閥側(cè)的2臺電能質(zhì)量分析儀的直流通道完成.

1）同步數(shù)據(jù)采集方法.將6臺儀器對時(shí)后，設(shè)定所有儀器在同一時(shí)間采樣，定時(shí)事件觸發(fā)電能質(zhì)量分析儀同步錄波一段時(shí)間（分鐘、小時(shí)、天，可選）；電能質(zhì)量分析儀采樣的數(shù)據(jù)可以保存為CSV文件，供能效分析算法調(diào)用.

2）能效分析方法.將6臺電能質(zhì)量分析儀（HIOKI3198）同步采集的數(shù)據(jù)全部保存為CSV數(shù)據(jù)文件，然后將數(shù)據(jù)代入第2節(jié)能效分析算法中，計(jì)算大功率整流系統(tǒng)各部件損耗及效率.

4基于光纖以太網(wǎng)的能效測試新方法

圖5給出了基于光纖以太網(wǎng)通信的大功率工業(yè)整流系統(tǒng)能效測試系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖.系統(tǒng)采用3層B/S模型，分為終端設(shè)備層、光纖以太網(wǎng)通信層和主站監(jiān)測層3個(gè)部分.終端設(shè)備層分別在交流網(wǎng)側(cè)、低壓閥側(cè)、濾波側(cè)、直流側(cè)4個(gè)測量點(diǎn)安裝自主設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集終端，實(shí)現(xiàn)各個(gè)測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)同步采集及上傳；通信前置機(jī)實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備層與主站監(jiān)測層的數(shù)據(jù)交互，并將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法分析后存入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，供大功率工業(yè)整流系統(tǒng)能效分析平臺分析調(diào)用，Web服務(wù)器則完成數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與監(jiān)測計(jì)算機(jī)的交互.

4.1同步數(shù)據(jù)采集機(jī)理

如圖5所示，監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置網(wǎng)測采集終端為主采集終端，其他均為從采集終端，同步測量機(jī)理可簡單描述如下：首先通信前置機(jī)向主采集終端發(fā)送同步采集命令，主采集終端收到命令后向所有從采集終端發(fā)送同步脈沖（低脈沖），同步脈沖的下降沿觸發(fā)各采集終端外部中斷進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集；采樣固定周期數(shù)據(jù)后，采樣數(shù)據(jù)依次通過串口轉(zhuǎn)光纖電路、光纖轉(zhuǎn)串口電路以及串口轉(zhuǎn)TCP/IP轉(zhuǎn)換器（即光纖以太網(wǎng)通信線路），最后經(jīng)由以太網(wǎng)交換機(jī)上傳到通信前置機(jī)；通信前置機(jī)對采樣數(shù)據(jù)算法分析后存入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，供上位機(jī)能效分析平臺分析調(diào)用；接著通信前置機(jī)再次向主采集終端發(fā)送采集命令，重復(fù)以上過程.各采集終端利用光纖發(fā)射器HFBR1414和光纖接收器HFBR2412設(shè)計(jì)了串行口的TXD發(fā)送端和RXD接收端的TTL電平與光纖信號轉(zhuǎn)換電路以及光纖信號轉(zhuǎn)串口電路，無需購置市場上的串口轉(zhuǎn)光纖設(shè)備；既提高了采集終端的集成度，又減小了系統(tǒng)的硬件成本；且對于采集終端而言其通信使用的是串行口通信，而對于后臺PC機(jī)則使用的是TCP/IP通信，既減輕了采集終端的通信電路復(fù)雜度，又提高了與后臺PC機(jī)間的通信穩(wěn)定性.

4.2能效分析方法

基于光纖以太網(wǎng)通信的大功率工業(yè)整流系統(tǒng)能效分析方法的功能實(shí)現(xiàn)主要由通信前置機(jī)軟件和大功率整流系統(tǒng)能效分析平臺軟件實(shí)現(xiàn)，可簡單描述如下：

1）首先由通信前置機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對所有測量點(diǎn)同步采樣數(shù)據(jù)的能效分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫中.

2）然后進(jìn)入大功率整流系統(tǒng)能效分析平臺，選擇要監(jiān)測的整流機(jī)組，在能效分析平臺界面上實(shí)現(xiàn)該整流機(jī)組的能效測試結(jié)果的圖表顯示及分析.

4.3能效測試方法比較

1）同步采集方法比較.傳統(tǒng)方法：采用所有儀器對時(shí)后，定時(shí)觸發(fā)同步數(shù)據(jù)采集.由于無法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確對時(shí)，同步性能較差.

新方法：采用光纖同步觸發(fā)信號，觸發(fā)各采集終端外部中斷進(jìn)行同步采集，同步性能較好.

2）能效分析方法比較.傳統(tǒng)方法：所有儀器均產(chǎn)生CSV文件，需要對逐個(gè)文件進(jìn)行能效算法處理后，再綜合到一起才能獲得最終能效測試結(jié)果.整個(gè)過程處理復(fù)雜且均需人工操作，容易產(chǎn)生人為失誤且費(fèi)時(shí)費(fèi)力.更值得注意的是該方法只能實(shí)現(xiàn)某段時(shí)間的能效分析，不能實(shí)時(shí)在線監(jiān)測.

新方法：由通信前置機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)各測量點(diǎn)數(shù)據(jù)的同步采集及能效算法分析，并將計(jì)算結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫中，最后由大功率整流系統(tǒng)能效分析平臺調(diào)用圖表顯示分析.整個(gè)過程從數(shù)據(jù)采集到分析處理完全由監(jiān)測系統(tǒng)軟件自動(dòng)完成，并且監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)大功率整流系統(tǒng)的長期實(shí)時(shí)在線監(jiān)測.

5工程驗(yàn)證

某電解錳整流系統(tǒng)實(shí)際項(xiàng)目，其額定直流輸出600 V，17.5 kA.系統(tǒng)電氣接線如圖6所示，單機(jī)組為等效12脈波（Y和Δ繞組共鐵心），采用同相逆并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，閥側(cè)輸出4個(gè)聯(lián)結(jié)組，通過12根銅排分別與4個(gè)整流橋相連接，每套機(jī)組均配置了11次和13次單調(diào)諧濾波器，以作功補(bǔ)和濾波.圖6中標(biāo)出了3，4號整流機(jī)組能效分析系統(tǒng)測量點(diǎn).

5.1基于光纖以太網(wǎng)的能效測試系統(tǒng)施工方案

本文主要介紹低壓閥側(cè)及直流側(cè)施工過程，如圖7所示，在整流柜側(cè)面安放電氣屏蔽柜1個(gè)，內(nèi)裝閥側(cè)采集終端4臺，直流側(cè)采集終端1臺.

閥側(cè)信號引入.1）電壓：在閥側(cè)12個(gè)銅排上安裝金屬鉤直接引線將電壓信號接入采集柜接線端子排（銅排間線電壓引入終端調(diào)理電路）.2）電流：閥側(cè)銅排上套裝12個(gè)剛性開口羅氏線圈互感器，其積分器輸出信號接入采集柜接線端子排.

直流側(cè)信號引入.1）電壓：直接從直流銅排引線接入采集柜接線端子排.2）電流：直流銅排裝有直流霍爾互感器（變比為20 kA∶5 V），其積分器輸出接入采集柜接線端子排.

5.2新方法同步性能測試與分析

采樣通道間延時(shí)是衡量系統(tǒng)同步性能的重要指標(biāo)[11].通道間延時(shí)可通過以下公式計(jì)算：

Ti0=θi2πf0， 0≤θi

Tj0=θj2πf0， 0≤θj

式中：θi和θj分別為2個(gè)不同的采集通道i和j對應(yīng)的初始時(shí)刻Ti0和Tj0各自的初始相位.則兩個(gè)通道間的通道延時(shí)Tij為：

Tij=Ti0-Tj0=θi-θj2πf0.（12）

考慮不同通道數(shù)據(jù)計(jì)算的信號頻率差異，取頻率為兩者均值，則式（12）變?yōu)椋?/p>

Tij=Ti0-Tj0=θi-θjπfi0+πfj0. （13）

為了測試同步采集系統(tǒng)的同步性能，測試實(shí)驗(yàn)為所有采集板的三相電壓及電流通道引入相同的交流標(biāo)準(zhǔn)源信號進(jìn)行同步性能測試，表2給出了網(wǎng)側(cè)電壓及電流通道1與濾波側(cè)所有電壓及電流通道的同步性能測試結(jié)果，結(jié)果表明該同步采集方法完全符合能效分析系統(tǒng)的同步性能要求.

5.3直流大電流間接反演仿真驗(yàn)證

本文針對該電解錳整流系統(tǒng)建立了仿真模型.圖8給出了相應(yīng)的直流電流仿真波形及由閥側(cè)交流電流疊加推算的直流電流波形.由圖8可見，閥側(cè)電流的正半波進(jìn)行疊加推算出的直流電流波形與實(shí)際直流脈動(dòng)波形基本重合.

表3給出了本方法推算值與仿真值對比，由表3可見，直流電流推算值與仿真值十分接近，誤差為0.053%～0.086%.

為了保證閥測交流電流數(shù)據(jù)采集的精度，選擇了高精度剛性開口羅氏線圈互感器（型號：TLGK），其出廠在國家高電壓計(jì)量站進(jìn)行了校準(zhǔn)，其中出廠編號為1301022的互感器（校準(zhǔn)證書編號：201310083）校準(zhǔn)檢定結(jié)果如表4所示.

5.4能效測試結(jié)果分析

表5給出了3，4號整流機(jī)組的能效測量結(jié)果，從表5中可以看出：

1） 3號和4號整流機(jī)組的實(shí)測直流電流值與利用閥側(cè)交流電流疊加反推算法求得的直流電流大小差值分別為67.36 A和62.67 A，進(jìn)一步證明了閥側(cè)交流電流疊加反推算法的可靠性及準(zhǔn)確性，考慮到直流霍爾互感器的測量精度較低，實(shí)際測量值一般偏低，只能作為參考，這里主要以推算的直流電流計(jì)算的直流功率來計(jì)算整流系統(tǒng)各部件的損耗及效率；

2） 兩套機(jī)組的變壓器效率均在98%以上，實(shí)測整流器效率及推算整流器效率也均在99%以上，作為參考的實(shí)測整流機(jī)組總效率也在97%以上，根據(jù)推算直流電流算得的整流機(jī)組總效率更是在98%以上，有效地證明了該新型直流供電系統(tǒng)的高效性.

6結(jié)論

1）給出了大功率工業(yè)整流系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、能效測試內(nèi)容以及能效分析算法；

2）給出了一種基于閥側(cè)交流電流疊加反推直流電流的直流大電流間接反演與計(jì)算方法，并通過仿真驗(yàn)證了此方法的正確性；

3）介紹了基于電能質(zhì)量分析儀的傳統(tǒng)能效測試方法以及基于光纖以太網(wǎng)通信的能效測試新方法，并對2種能效測試方法進(jìn)行了綜合比較；

4）結(jié)合工程實(shí)踐，對基于光纖以太網(wǎng)的大功率工業(yè)整流系統(tǒng)能效測試新方法的監(jiān)測機(jī)理、整體設(shè)計(jì)方案以及具體施工方法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述.結(jié)果表明該能效測試新方法可以有效實(shí)現(xiàn)工業(yè)整流系統(tǒng)各供電裝備與系統(tǒng)的效率核算，實(shí)現(xiàn)整流變壓器及整流器的損耗與效率研究，從而為提高裝備效率及系統(tǒng)節(jié)能提供必要的依據(jù).

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篇4

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；檢測系統(tǒng)；實(shí)時(shí)監(jiān)控

中圖分類號：R363.1+24文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

0 引言

隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)逐步深入，電能質(zhì)量問題越來越受關(guān)注，電能質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用也更加廣泛，電能質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)模已經(jīng)逐步從變電站級、縣/市/地區(qū)級的中小型系統(tǒng)，發(fā)展到省級、網(wǎng)級的廣域分布式大型、超大型系統(tǒng)。電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋區(qū)域越來越廣泛，監(jiān)測對象越來越多，有必要對電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)做更深的了解，已達(dá)到更好的實(shí)時(shí)監(jiān)控效果。

1 產(chǎn)品特點(diǎn)

電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)HDGC3580具有GPRS無線傳輸功能和以太網(wǎng)遠(yuǎn)程傳輸功能，可隨時(shí)隨地得知各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并能通過遠(yuǎn)程控制技術(shù)，做到隨時(shí)對任意一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行修改設(shè)置和做特殊檢測。

可以在任何地方任何時(shí)間查看HDGC3580所記錄的數(shù)據(jù),并在上位機(jī)上進(jìn)行細(xì)致深入地分析。

如有異常電力事件發(fā)生,HDGC3580能夠以最快的速度進(jìn)行報(bào)警提示，并且通過原始資料，可以在電腦上很快查處出現(xiàn)問題的設(shè)備號和設(shè)備所在地。

公司不斷優(yōu)化監(jiān)控終端的程序，客戶可通過遠(yuǎn)程下載和安裝，輕松實(shí)現(xiàn)監(jiān)控終端程序的更新。內(nèi)置大容量Flash存儲(chǔ)盤，可保證記錄時(shí)間的長度和記錄數(shù)據(jù)的完整性。

2 產(chǎn)品功能

2.1 電能質(zhì)量參數(shù)監(jiān)測

可測量三相三線、三相四線的電壓、電流、頻率，并記錄其變化趨勢；

可測量三相四線電系統(tǒng)的三相有功功率、視在功率、無功功率、功率因數(shù)等，并記錄三相有功功率的變化趨勢。

可測量三相四線電系統(tǒng)的不平衡度，并記錄其變化趨勢。

可測量三相四線(三電壓、四電流)的1~25次諧波，及其總諧波失真。并記錄其中某一次諧波的變化趨勢。

可測量電壓波動(dòng)與閃變。

2.2 系統(tǒng)管理：

數(shù)據(jù)管理

基本測量數(shù)據(jù)：查看在基本測量功能中保存的結(jié)果數(shù)據(jù)。

諧波數(shù)據(jù)：查看在諧波測量功能中保存的結(jié)果數(shù)據(jù)。

功率數(shù)據(jù)：查看在功率測量功能中保存的結(jié)果數(shù)據(jù)。

三相不平衡數(shù)據(jù)：查看在三相不平衡測量功能中保存的結(jié)果數(shù)據(jù)。

錄波事件記錄：查看在事件錄波功能中保存的結(jié)果數(shù)據(jù)。

2.3 計(jì)量校正

零點(diǎn)校正：校正各個(gè)通道的零點(diǎn)。

傳感器設(shè)置：置電流傳感器。使用儀表前應(yīng)先將此處的傳感器類型設(shè)置成與實(shí)際使用的傳感器一致。

3 系統(tǒng)組成

3.1系統(tǒng)組成

電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)主要有現(xiàn)場監(jiān)測層，通訊傳輸層和數(shù)據(jù)管理層組成，組網(wǎng)方式有網(wǎng)線、光纖、無線三種模式。

3.1.1現(xiàn)場監(jiān)測層

現(xiàn)場安裝各類電能及電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備，要求具有通訊功能。可以選擇安科瑞的ACR330ELH、ACR320ELH、ACR230ELH、ACR220ELH等電力儀表，主要功能： LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、電話波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計(jì)算；電網(wǎng)電壓電流正、負(fù)、零序分量（含負(fù)序電流）測量；4DI+3DO，RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。

3.1.2 通訊傳輸層

為了將監(jiān)測層設(shè)備采集的數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器而負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通訊傳輸?shù)脑O(shè)備，主要有通訊管理機(jī)、串口服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等。數(shù)據(jù)采集終端通過串口與監(jiān)測層設(shè)備通訊，讀取其中數(shù)據(jù)，并進(jìn)行初步分析、整理，將數(shù)據(jù)保存在本地SD卡中，之后將數(shù)據(jù)傳輸給無線通訊模塊。無線通訊模塊采用射頻技術(shù)，在現(xiàn)場組成無線局域網(wǎng)絡(luò)，將各點(diǎn)數(shù)據(jù)采集終端整理的數(shù)據(jù)收集并傳輸?shù)胶笈_服務(wù)器，也可用網(wǎng)線或光纖的方式傳輸數(shù)據(jù)。

3.1.3 數(shù)據(jù)管理層

對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、解析及應(yīng)用的過程，包括服務(wù)器架設(shè)、各種軟件的應(yīng)用。

3.2 系統(tǒng)功能

3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測系統(tǒng)具有CAD一次單線圖顯示中、低壓配電網(wǎng)絡(luò)的接線情況；龐大的系統(tǒng)具有多畫面切換及畫面導(dǎo)航的功能；分散的配電系統(tǒng)具有空間地理平面的系統(tǒng)主畫面。主畫面可直接顯示各回路的運(yùn)行狀態(tài)，并具有回路帶電、非帶電及故障著色的功能。主要電參量直接顯示于人機(jī)交互界面并實(shí)時(shí)刷新。

3.2.2 用戶管理

可對不同級別的用戶賦予不同權(quán)限，從而保證系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的安全性和可靠性。如對某重要回路的合/分閘操作，需操作員級用戶輸入操作口令，還需工程師級用戶輸入確認(rèn)口令后方可完成操作。

3.2.3 數(shù)據(jù)采集處理

通過安科瑞Acrel-2000型電力監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)和定時(shí)采集現(xiàn)場設(shè)備的各電參量及開關(guān)量狀態(tài)（包括三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、諧波、不平衡度、電流K系數(shù)、電話波形因子、電壓波峰系數(shù)、電能、溫度、開關(guān)位置、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等），將采集到的數(shù)據(jù)或直接顯示、或通過統(tǒng)計(jì)計(jì)算生成新的直觀的數(shù)據(jù)信息再顯示（總系統(tǒng)功率、負(fù)荷最大值、功率因數(shù)上下限等），并對重要信息量進(jìn)行數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)。

3.2.4 趨勢曲線分析

系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢兩種曲線分析界面，通過調(diào)用相關(guān)回路實(shí)時(shí)曲線界面分析該回路當(dāng)前的負(fù)荷運(yùn)行狀況。如通過調(diào)用某配出回路的實(shí)時(shí)曲線可分析該回路的電氣設(shè)備所引起的信號波動(dòng)情況。系統(tǒng)的歷史趨勢即系統(tǒng)對所有已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)均可查看其歷史趨勢，方便工程人員對監(jiān)測的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行質(zhì)量分析。

3.2.5 報(bào)表管理

系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的電能報(bào)表格式并可根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)符合其需要的報(bào)表格式，系統(tǒng)可自動(dòng)設(shè)計(jì)?？勺詣?dòng)生成各種類型的實(shí)時(shí)運(yùn)行報(bào)表、歷史報(bào)表、事件故障及告警記錄報(bào)表，操作記錄報(bào)表等，可以查詢和打印系統(tǒng)記錄的所有數(shù)據(jù)值，自動(dòng)生成電能的日、月、季、年度報(bào)表，根據(jù)復(fù)費(fèi)率的時(shí)段及費(fèi)率的設(shè)定值生成電能的費(fèi)率報(bào)表，查詢打印的起點(diǎn)、間隔等參數(shù)可自行設(shè)置；系統(tǒng)設(shè)計(jì)還可根據(jù)用戶需求量身定制滿足不同要求的報(bào)表輸出功能。

4 結(jié)束語

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，電能質(zhì)量分析管理已成為電網(wǎng)用戶側(cè)配電系統(tǒng)建設(shè)的必然選擇，以上介紹的電力質(zhì)量分析儀，可以實(shí)現(xiàn)對電能的在線監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，并生成各種電能及電能質(zhì)量報(bào)表、分析曲線、圖形等，便于電能的分析、研究。

篇5

[關(guān)鍵詞] 虛擬儀器 軟測量 廣域應(yīng)用性 電力工程測試

1 概述

虛擬儀器(Visual Instructions)技術(shù)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是當(dāng)今計(jì)算機(jī)輔助測試(CAT)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)。它推動(dòng)著傳統(tǒng)儀器朝著智能化、模塊化、虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展

電子測試儀器發(fā)展至今，大體可分為四代：模擬儀器、數(shù)7化儀器、智能儀器和虛擬儀器。第一代是模擬儀器，如指針式萬用表、晶體管電壓表等。它們的基本結(jié)構(gòu)是電磁機(jī)械式的，借助指針來顯示最終結(jié)果。第二代是數(shù)字化儀器，這類儀器目前相當(dāng)普及，如數(shù)字電壓表、數(shù)字頻率計(jì)等。這類儀器將模擬信號的測量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號測量，并以數(shù)字方式輸出最終結(jié)果，適用于快速響應(yīng)和較高準(zhǔn)確度的測量。第三代是智能儀器，這類儀器內(nèi)置微處理器，既能進(jìn)行自動(dòng)測試又具有一定的數(shù)據(jù)處理，可取代部分腦力勞動(dòng)，習(xí)慣上稱為智能儀器。它的功能塊全部都是以硬件(或固化的軟件)的形式存在，無論是開發(fā)還是應(yīng)用，都缺乏靈活性。第四代就是虛擬儀器，它是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大變革，是將來儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展一個(gè)重要方向。虛擬儀器的概念，是美同國家儀器公司(National Instruments Corp.簡稱NI)于1986年提出的。虛擬儀器是由計(jì)算機(jī)硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過程通訊及圖形用戶界面的軟件組成的測控系統(tǒng)，是一種由計(jì)算機(jī)操縱的模塊化儀器系統(tǒng)。與傳統(tǒng)儀器一樣，虛擬儀器也由三大功能塊構(gòu)成：信號的采集與控制、信號的分析與處理、結(jié)果的表達(dá)與輸出。

總之，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)平臺(PC、Macintosh、Workstation等)與趨于模塊化的硬件結(jié)構(gòu)及豐富的軟件相結(jié)合，正在迅速地改變著傳統(tǒng)儀器儀表和測試系統(tǒng)的概念，從而提出了虛擬儀器的新概念，出現(xiàn)了“軟件就是儀器”、“測試設(shè)備的未來屬于軟件”的新思想。近年來，虛擬儀器技術(shù)在電子測量領(lǐng)域、過程控制領(lǐng)域以及人們生活中的其它許多領(lǐng)域被推廣應(yīng)用。

軟測量技術(shù)是依據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過程中過程變量間的關(guān)聯(lián)，通過一些能夠檢測的過程變量和相應(yīng)的數(shù)字模型，來計(jì)算、估計(jì)過程中難以用儀表檢測的另一些變量的技術(shù)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，采用虛擬儀器技術(shù)和軟測量技術(shù)相結(jié)合的方法，在一個(gè)統(tǒng)一的硬件平臺上，根據(jù)所運(yùn)行的應(yīng)用軟件，將該硬件平臺虛擬成能滿足現(xiàn)場需要的不同測試分析儀器，從而柔性地構(gòu)造出電力工業(yè)現(xiàn)場所需的各種特性測試分析儀器。

2 問題的提出

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在發(fā)電機(jī)組的各種控制過程中的廣泛應(yīng)用，對發(fā)電機(jī)組的各種電氣參數(shù)的測量提出了更高的要求，不僅要求測量信號全面、準(zhǔn)確、可靠、實(shí)時(shí)，并且要求能實(shí)時(shí)記錄控制過程中各種參數(shù)的變化軌跡，以獲得最佳的控制參數(shù)。但是目前在電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組特性試驗(yàn)、變壓器特性試驗(yàn)、勵(lì)磁系統(tǒng)特性試驗(yàn)、調(diào)速系統(tǒng)特性試驗(yàn)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器特性試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間絕緣狀態(tài)檢測、電能質(zhì)量分析等方面仍然主要采用傳統(tǒng)的由各類獨(dú)立儀器構(gòu)造的測試分析系統(tǒng)。目前進(jìn)行上述設(shè)備特性試驗(yàn)的手段和技術(shù)方法有兩種：(1)采用多種類的獨(dú)立電磁式表計(jì)(如電壓表、電流表、功率表、無功表、頻率計(jì)等)進(jìn)行測量，人工記錄測量數(shù)據(jù)，然后將記錄結(jié)果進(jìn)行人工繪圖并整理報(bào)告或用計(jì)算機(jī)繪圖整理報(bào)告。(2)采用專用數(shù)字式智能測試儀器進(jìn)行測量，自動(dòng)記錄測量數(shù)據(jù)，自動(dòng)進(jìn)行繪圖和報(bào)告整理。

采用第一種技術(shù)方案進(jìn)行上述設(shè)備特性試驗(yàn)分析存在的主要問題如下：

(1)進(jìn)行每項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)的測量表計(jì)種類很多、接線復(fù)雜、工作量大。

(2)由于是人工記錄各類表計(jì)的測量數(shù)據(jù)，所以需要多人同時(shí)工作，造成測量數(shù)據(jù)的一致性差，且人工讀數(shù)誤差很大，無法保證測量結(jié)果的精度要求。

(3)對測試記錄結(jié)果，無論是人工繪圖并整理報(bào)告還是將記錄數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行繪圖及報(bào)告整理，都將使測試結(jié)果分析費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工作效率低。

采用第二項(xiàng)技術(shù)方案進(jìn)行上述設(shè)備特性試驗(yàn)分析存在的主要問題則為：

(1)進(jìn)行每項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)采用不同的專用數(shù)字測試分析儀器。每一種專用儀器只針對特定的試驗(yàn)項(xiàng)目使用，造成用戶的儀器投資大，且儀器利用率不高。各專用儀器使用操作方法區(qū)別很大，造成使用操作復(fù)雜。

(2)由于普通數(shù)字測試分析儀器采用前置單片機(jī)先進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，試驗(yàn)過程結(jié)束后，再將由前置單片機(jī)記錄下來的數(shù)據(jù)傳送到后臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析和錄波曲波再現(xiàn)的系統(tǒng)構(gòu)成方案。所以這類數(shù)字測試分析儀器數(shù)據(jù)顯示和曲線還原無實(shí)時(shí)性，試驗(yàn)人員要等到試驗(yàn)結(jié)束后才能看到試驗(yàn)的過程曲線。同時(shí)，由于受前置單片機(jī)的硬件限制，這類數(shù)字測試分析儀器的數(shù)據(jù)記錄容量都不可能很大。

(3)這類專用數(shù)字測試分析儀器的功能擴(kuò)展不易，升級困難，無法很好地滿足現(xiàn)場使用中用戶提出的某些特殊要求。

本研究的目的是為從根本上解決上述問題，為廣大的電力系統(tǒng)用戶提供一種全開放、多功能、多用途的綜合電力虛擬測試分析儀器，改變目前在發(fā)電機(jī)組特性試驗(yàn)、變壓器特性試驗(yàn)、勵(lì)磁系統(tǒng)特性試驗(yàn)、調(diào)速系統(tǒng)特性試驗(yàn)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器特性試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間絕緣狀態(tài)檢測、電能質(zhì)量分析、變送器校驗(yàn)、同期裝置校驗(yàn)等方面仍然采用一機(jī)一用的技術(shù)現(xiàn)狀，通過一機(jī)多用的技術(shù)方法，減低用戶在測試分析儀器方面的投資成本，提高用戶測試分析儀器的利用率，提高電力系統(tǒng)發(fā)供電設(shè)備的故障檢測及實(shí)時(shí)電量測控領(lǐng)域的技術(shù)水平。

3　基本設(shè)計(jì)原理

在電力系統(tǒng)的生產(chǎn)過程中，需要對大量不同的電力生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程進(jìn)行各種測試分析工作。這些測試分析工作大致可分為四類，第一類是對多路試驗(yàn)信號進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)分析，以及圖形顯示和報(bào)告處理等。第二類是產(chǎn)生并輸出試驗(yàn)過程所需求的電氣信號，為試驗(yàn)設(shè)備提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的信號源。第三類是產(chǎn)生并輸出一種電氣信號作用于被測設(shè)備，在被測設(shè)備上測量另一些相關(guān)變量的信號，對輸出信號和測量信號進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和分析、圖形顯示、報(bào)告處理等。第四類是將計(jì)算機(jī)與外部被測設(shè)備共同構(gòu)成一個(gè)實(shí)時(shí)模擬數(shù)字混合仿真系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)對被測設(shè)備的控制對象進(jìn)行數(shù)字仿真，并對被測設(shè)備進(jìn)行特性指標(biāo)分析等。

構(gòu)造具有廣域適應(yīng)性的新型電力工程測試分析儀器，其基本的設(shè)計(jì)原理是，在理論上應(yīng)用軟測量技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)方法，在計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)上采用 標(biāo)準(zhǔn)通用模件和圖形化軟件編程平臺以及面向測量對象的軟件體系結(jié)構(gòu)。其特征是將公知的計(jì)算機(jī)硬件資源與設(shè)置的輸入接口、輸出接口、信號轉(zhuǎn)換、通訊接口、打印接口和人機(jī)接口模塊以及根據(jù)若干被測對象電量工作機(jī)理編制的應(yīng)用軟件包共同構(gòu)成一個(gè)由計(jì)算機(jī)操縱的模塊化儀器虛擬測試系統(tǒng)，通過運(yùn)行不同的應(yīng)用軟件包，在同一硬件支持下，完成不同被測電量的測試分析。

首先，按照有關(guān)的電力試驗(yàn)規(guī)范，根據(jù)被測對象其內(nèi)部各變量之間的相互關(guān)聯(lián)性，通過相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，對不易于用常規(guī)儀表或方法進(jìn)行測量的變量進(jìn)行估算，并且其估計(jì)值應(yīng)具有實(shí)際過程所允許的精度，設(shè)計(jì)能滿足不同的電力設(shè)備試驗(yàn)及測試要求的多個(gè)測試分析軟件組件。其次，采用基于PC機(jī)的直接由專用插入式數(shù)據(jù)采集(DAQ)和數(shù)據(jù)輸出板卡建立統(tǒng)一的硬件支持平臺的系統(tǒng)構(gòu)成方案，并深入到WIN－DOWS的內(nèi)核中編寫一系列的屬于系統(tǒng)級的虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(VXD)，可完成對操作系統(tǒng)的各項(xiàng)底層操作，以滿足本測試分析系統(tǒng)的各項(xiàng)測試分析功能軟件對數(shù)據(jù)采集、仿真計(jì)算、信號輸出的快速性和實(shí)時(shí)性的要求。最后，對每一項(xiàng)測試分析儀器功能均采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)(OOP)，使本測試分析系統(tǒng)具有各種符合實(shí)際操作習(xí)慣的3D圖形仿真儀器界面，并將這些組件在一個(gè)能提供多種支持和服務(wù)的測試分析系統(tǒng)管理軟件中集成為一個(gè)完整有機(jī)的軟件包，使其具有能根據(jù)不同用戶實(shí)際使用要求進(jìn)行多種操作設(shè)定的靈活性和柔軟性。

整套系統(tǒng)在一個(gè)統(tǒng)一的硬件支持平臺上運(yùn)行，將多項(xiàng)電力系統(tǒng)設(shè)備的測試分析儀器通過測試功能軟件進(jìn)行虛擬化，使該系統(tǒng)能最大限度地滿足現(xiàn)場用戶的實(shí)際需要，并且具有更高的性能價(jià)格比，進(jìn)而構(gòu)造出具有廣域適應(yīng)性的新型電力工程測試分析儀器。

4 研究現(xiàn)狀

根據(jù)前述構(gòu)造具有廣域適應(yīng)性的新型電力工程測試分析儀器的基本設(shè)計(jì)原理，我們開發(fā)設(shè)計(jì)了PVI多功能綜合電力虛擬測試分析儀。該測試分析儀經(jīng)過江蘇省計(jì)量測試技術(shù)研究所測試，表明各測量通道精度優(yōu)于±0.2％，達(dá)到了0.2級表計(jì)精度，并取得了國家版權(quán)局頒發(fā)的計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)證書和江蘇省信息產(chǎn)業(yè)廳頒發(fā)的計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品登記證書。該測試分析儀與傳統(tǒng)的智能型測試儀器相比，具有功能完善、應(yīng)用面廣、性能穩(wěn)定、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、延擴(kuò)性好、操作簡便、成本低廉等特點(diǎn)，能完成如發(fā)電機(jī)特性試驗(yàn)、勵(lì)磁系統(tǒng)特性試驗(yàn)、調(diào)速器特性試驗(yàn)、變壓器特性試驗(yàn)等十多種試驗(yàn)的測試分析任務(wù)，可廣泛應(yīng)用在電力工業(yè)現(xiàn)場，以及其他需要進(jìn)行高低壓電氣測試的場合。

PVI多功能綜合電力虛擬測試分析儀，已開始在電力工業(yè)現(xiàn)場投入使用。實(shí)際使用結(jié)果表明，該分析儀各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)已滿足設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場實(shí)際使用的需要，其主要功能及技術(shù)特點(diǎn)有：

(1)基于同一計(jì)算機(jī)硬件平臺的十大軟件功能模塊，用戶運(yùn)行不同的軟件模塊，可完成不同的電量測試與分析任務(wù)(發(fā)電機(jī)特性測試分析儀、變壓器特性測試分析儀、勵(lì)磁系統(tǒng)特性測試分析儀、低頻記憶示波器、信號校驗(yàn)儀、低頻邏輯分析儀)；

(2)基于Windows 9x/NT/2000操作平臺的全中文仿真儀表3D圖形界面，人機(jī)交互接口友好，直觀清晰操作簡易，無需培訓(xùn)即可上崗操作；

(3)軟件功能完備，具有實(shí)時(shí)采集、動(dòng)態(tài)顯示、記錄保存、追憶回放、邏輯分析、多種優(yōu)化算法、報(bào)告整理、輸出打印、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ埽?/p>

(4)連續(xù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)信息量大，每次試驗(yàn)最多16通道可連續(xù)記錄5min：

(5)可提供簡捷的軟件操作向?qū)izard；

(6)各通道具有動(dòng)態(tài)標(biāo)度變換與非線性補(bǔ)償功能；

(7)模擬量信號和數(shù)字量信號輸入／輸出通道均具有完善的隔離與保護(hù)措施：

(8)具有高精度、高可靠性，抗電磁干擾能力強(qiáng)。

PVI虛擬測試分析系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)示意如圖1、2)所示。

5 應(yīng)用前景

篇6

【關(guān)鍵詞】光伏電站；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；集成檢測系統(tǒng)

隨著對于新能源的開發(fā)和利用，并在國家相關(guān)政策的支持下我國的光伏電站行業(yè)的到了迅速的發(fā)展。至2013年我國光伏電站已達(dá)到了1716萬-千瓦的裝機(jī)總量。因?yàn)楣夥娬镜难b設(shè)適用與任何能夠取得光能的地方?jīng)Q定了光伏發(fā)電的隨機(jī)性和波動(dòng)性等特征。現(xiàn)在光伏電站實(shí)行并網(wǎng)運(yùn)行，這就給電網(wǎng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生了一定的影響，為保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行必須對光伏電站進(jìn)行檢測評估。經(jīng)過相關(guān)研究一些檢測系統(tǒng)被研發(fā)，本文將針對光伏電站特有的環(huán)境因素采用光伏電站集成檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。

一、集成檢測系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能

（一）集成檢測系統(tǒng)的特點(diǎn)。集成檢測系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，對現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，通過集成檢測系統(tǒng)的檢查實(shí)現(xiàn)對光伏電站系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)的采集。根據(jù)國家電網(wǎng)相關(guān)規(guī)定對光伏電站發(fā)電的電能質(zhì)量、發(fā)電功率、低壓穿越、防孤島以及并網(wǎng)后頻率的擾動(dòng)等進(jìn)行檢測。其結(jié)構(gòu)圖如下：

圖1 光伏電站現(xiàn)場檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

此系統(tǒng)主要體現(xiàn)如下特點(diǎn)：1、集成系統(tǒng)對檢測過程中檢測設(shè)備的控制，收集檢測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析。2、光伏發(fā)電信息實(shí)時(shí)性較強(qiáng)。因?yàn)楣夥l(fā)電受到自然環(huán)境因素的影響較大，且電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的參數(shù)變化迅速且頻繁，所以對于光伏發(fā)電實(shí)施信息的檢查至關(guān)重要。3、集成檢測系統(tǒng)檢測信息的可靠性。檢測過程中的信息采集和數(shù)據(jù)分析以及相應(yīng)的控制命令的準(zhǔn)確可靠直接影響著系統(tǒng)的正常運(yùn)作。3、整體化設(shè)計(jì)，此系統(tǒng)在檢測的過程中檢測和數(shù)據(jù)分析同時(shí)進(jìn)行，還能夠自動(dòng)生成分析報(bào)告。4、整體中又分由選擇性的模塊化設(shè)計(jì)，提高整個(gè)檢測系統(tǒng)的兼容性。

（二）光伏電站集成檢測系統(tǒng)的功能。集成檢測系統(tǒng)能夠?qū)ΜF(xiàn)場設(shè)備和環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，之后把采集的數(shù)據(jù)分析傳輸至總網(wǎng)的功能。此外，由于此系統(tǒng)具有模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)還能夠進(jìn)行選擇性項(xiàng)目測試，例如對于電能質(zhì)量，功率特性，低電壓穿越和孤島測試正色幾個(gè)項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際情況由選擇的進(jìn)行測控。同時(shí)還具備對檢測裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的功能。其系統(tǒng)功能圖如下：

圖2 集成檢測系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

二、集成檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的整體化結(jié)構(gòu)便于統(tǒng)一管理，節(jié)約資源，提升系統(tǒng)的整體性能，下圖為基礎(chǔ)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)圖：

圖3 檢測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

主工作臺主要是接收各個(gè)裝置檢測的數(shù)據(jù)，再根據(jù)這些儀器檢測到的的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整控制并發(fā)送控制指令。

（一）主工作臺的統(tǒng)一管理。把集成檢測系統(tǒng)的整個(gè)檢測過程中的各個(gè)監(jiān)控裝置的融匯到一個(gè)統(tǒng)一直觀的主界面，建立包含有各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)的各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)一平臺。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一采集，避免多出數(shù)據(jù)采集造成資源浪費(fèi)。項(xiàng)目測試系統(tǒng)的模塊化，可根據(jù)不同測試項(xiàng)目的要求進(jìn)行選擇性測試。

（二）集成檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)平臺。數(shù)據(jù)平臺的設(shè)計(jì)要具有對各測試裝置的數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)還要對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。數(shù)據(jù)平臺中的數(shù)據(jù)庫為集成檢測系統(tǒng)中的監(jiān)控功能提供數(shù)據(jù)，它對各檢測裝置的數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行管理和控制，實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的傳遞、交換和整體的數(shù)據(jù)共享。

（三）系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的增設(shè)功能。1、在集成檢測系統(tǒng)中加入模擬調(diào)度系統(tǒng)，此系統(tǒng)是為了模擬調(diào)度中心對電站的輸出功率要求，利用此系統(tǒng)能夠做到和調(diào)度系統(tǒng)同樣發(fā)送指令的功能。2、孤島測試自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。改變之前的手動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載的方式，在此系統(tǒng)中事先輸入指令，根據(jù)指令要其自行完成負(fù)載和輸送功率的匹配。

（四）對各項(xiàng)目的測試設(shè)計(jì)。項(xiàng)目測試采用模塊化，具有選擇性的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)容包含了光伏發(fā)電的質(zhì)量，低電壓穿越，傳輸功率的特性，防孤島檢測功能，頻率的波動(dòng)等。1、檢測電能的質(zhì)量時(shí)通過質(zhì)量分析儀采集電站的電能信息，并通過無線傳輸把采集到的數(shù)據(jù)信息傳送至集成檢測系統(tǒng)，在集成檢測系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。2、對于低壓穿越裝置的檢測，由集成檢測系統(tǒng)指令，模擬電網(wǎng)跌落的過程，在此過程中要及時(shí)采集相關(guān)的信息，通過整理分析之后評估光伏電站的低壓穿越能力。3、對電站功率特性的檢測，是利用模擬調(diào)度功能調(diào)節(jié)光伏電站的功率，氣象裝置利用無線電傳輸把相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到集成檢測系統(tǒng)，之后電站并網(wǎng)的功率信息通過功率分析儀把并網(wǎng)點(diǎn)功率信息傳至集成檢測系統(tǒng)，經(jīng)過GPS對時(shí)達(dá)到數(shù)據(jù)的同步共享。4、對于防孤島裝置的測試主要檢測電站防孤島的保護(hù)能力，是利用自動(dòng)加載負(fù)載功能對模擬RLC負(fù)載做出自動(dòng)調(diào)整，同時(shí)檢測出此過程的參數(shù)，來計(jì)算防孤島的保護(hù)時(shí)間的方式。5、頻率波動(dòng)。通過測控系統(tǒng)下達(dá)指令來控制頻率擾動(dòng)裝置，在模擬電網(wǎng)頻率保護(hù)的過程中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，整理和分析，對光伏電站頻率波動(dòng)的情況進(jìn)行評估。

（五）測試結(jié)果的處理設(shè)計(jì)。在測試完成后要進(jìn)行整理總結(jié)做出相關(guān)的測試報(bào)告，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)自動(dòng)生成報(bào)告程序。按照測試報(bào)告內(nèi)容的相關(guān)要求，仍采用模塊化設(shè)計(jì)，利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，自動(dòng)加載相應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)，形成較為完整的數(shù)據(jù)測試報(bào)告，之后打印備用。

（六）對集成檢測系統(tǒng)的功能進(jìn)行驗(yàn)證。對系統(tǒng)功能的驗(yàn)證，系統(tǒng)可根據(jù)要求對各檢測裝置下達(dá)指令，同時(shí)采集檢測過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，并作出整理分析最后出具相應(yīng)的報(bào)告。之后拿實(shí)際數(shù)據(jù)、集成系統(tǒng)檢測的數(shù)據(jù)和在舊方式下測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行核對?，F(xiàn)以低電壓穿越的數(shù)據(jù)值為例驗(yàn)證得出集成檢測系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)置運(yùn)行完好，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

三、結(jié)束語

對于光伏電站現(xiàn)場設(shè)備和環(huán)境的檢測是保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的有效措施，本文中的集成檢測系統(tǒng)通過各項(xiàng)設(shè)置的模塊化檢測和相關(guān)數(shù)據(jù)的采集以及其中一些設(shè)置的自動(dòng)調(diào)節(jié)到最后系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一化的管理，通過一體化的平臺對光伏電站的各項(xiàng)性能進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)。這樣集成檢測系統(tǒng)的運(yùn)用，提高了對光伏電站的檢測效率，節(jié)約一定的資源，更是促進(jìn)光伏電站的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李丹萍，葛強(qiáng)，談磊.基于DSP光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率跟蹤試驗(yàn)[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）. 2010（03）.

篇7

【關(guān)鍵詞】電梯；能耗；測量；模型

最新的研究資料顯示，建筑能耗約占全球總能耗的40%，而電梯的能耗占建筑總能耗的約3%至8%，可以說占據(jù)了為數(shù)不小的比例。且隨著建筑總量的持續(xù)增長，有急劇上揚(yáng)的趨勢。隨著電梯行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和我國節(jié)能減排政策的不斷落實(shí)，我國節(jié)能電梯產(chǎn)量占電梯總產(chǎn)量的比例不斷增大。為配合國家有關(guān)建筑物節(jié)能政策的實(shí)施，各地方政府紛紛出臺了相應(yīng)的政策，對老舊且能耗高的電梯進(jìn)行大修或改造計(jì)劃。需更換的電梯，通過更換或技術(shù)改造替換成節(jié)能電梯。由此可見，國家對電梯的節(jié)能非常的重視，不斷的降低電梯的能耗使用率，預(yù)計(jì)未來時(shí)間里電梯能效檢測的需求也將迅速增長。

1、電梯能耗分析

構(gòu)成電梯的能耗部分有：驅(qū)動(dòng)主機(jī)的能耗、曳引系統(tǒng)的能耗、門機(jī)系統(tǒng)的能耗、控制和顯示系統(tǒng)的能耗、電梯轎廂內(nèi)照明和通風(fēng)系統(tǒng)的能耗以及電梯內(nèi)其它電氣設(shè)備的能耗。電梯的能耗主要集中在曳引驅(qū)動(dòng)裝置上，占總能耗的70%以上，但是電梯的能耗與普通電動(dòng)機(jī)的能耗存在很大區(qū)別。電梯通常配有對重裝置，當(dāng)電梯上行的時(shí)候，電梯的能耗隨著載荷的增加而增加：當(dāng)電梯下行的時(shí)候，電梯的能耗隨著載荷的增加反而減小。電梯的能耗隨著行程的增加而變大。

對于具有能量回饋功能的電梯，在電梯輕載上行和重載下行的過程中，可以有效地將電容中儲(chǔ)存的直流電能輕易地轉(zhuǎn)換成交流電能并且及時(shí)輸送電網(wǎng)?？梢怨?jié)省15%～45%的耗電量，且速度越高、載重越大，省電的效果越好。對于特定電梯，具體工況下的能耗主要是由載荷、速度、行程和運(yùn)行次數(shù)等決定。如果隔層服務(wù)方式的電梯的可服務(wù)摟層的數(shù)量為n.那么行程種類的數(shù)量可以達(dá)到n（n-1）。同時(shí)，電梯的載荷也隨著乘客的數(shù)量而變化，乘客的數(shù)量也不確定。電梯能耗測量的難點(diǎn)在于電梯運(yùn)行過程的多樣性和載荷的隨機(jī)性

2、測量法

根據(jù)電梯在具體工況下的運(yùn)行特點(diǎn)將能耗分為啟動(dòng)能耗、勻速運(yùn)行能耗、制動(dòng)能耗，開關(guān)門能耗、待機(jī)能耗（不包括轎廂內(nèi)的能耗）和轎廂內(nèi)的能耗（照明、風(fēng)扇或空調(diào)、顯示裝置等）。對上述各部分能耗的測量的相加即為電梯的總能耗。

電梯啟動(dòng)能耗、勻速運(yùn)行能耗和制動(dòng)能耗主要與載菏、運(yùn)行方向、開始樓層和目標(biāo)樓層有關(guān)，是動(dòng)態(tài)的一個(gè)過程，是電梯能耗測量的難點(diǎn)。為了全面反映電梯的能耗情況，首先建立啟動(dòng)能耗、勻速運(yùn)行能耗、制動(dòng)能耗與載荷之間的相關(guān)聯(lián)系，簡化載荷的測量的次數(shù)。采用均分的原則，將測量的載荷選擇為：額定載荷的0%、25%、50%、75%和100%。之后建立啟動(dòng)能耗與開始樓層以及制動(dòng)能耗與目標(biāo)樓層的相關(guān)聯(lián)系、開始樓層和目標(biāo)樓層位置不同和載荷變化量的相關(guān)聯(lián)系.從而簡化測量行程的數(shù)量。

電梯開關(guān)門的能耗主要與開關(guān)門的時(shí)間長短和次數(shù)有關(guān)。電梯?？吭谀骋淮_定層站，手動(dòng)操作使電梯門機(jī)系完成至少5次開關(guān)門動(dòng)作，并記錄動(dòng)作的時(shí)間。為了清晰分辨開關(guān)門的動(dòng)作，相鄰2次開關(guān)門之間至少間隔8s。

對于某一測量電梯，其休眠狀態(tài)、待機(jī)功率和轎廂內(nèi)照明裝置和通風(fēng)系統(tǒng)的功率比較穩(wěn)定。使電梯?？吭谀硨诱?，記錄10Min左右的能耗數(shù)據(jù)，即電梯待機(jī)和體眠的能耗數(shù)據(jù)。由于電梯轎廂內(nèi)照明裝置和通風(fēng)系統(tǒng)是通過單獨(dú)的電路連接單相交流電源，所以這部分能耗可以進(jìn)行單獨(dú)數(shù)據(jù)測量。

此外，特定測量的電梯的電壓總諧波畸變率和電流總諧波畸變率主要與曳引裝置的負(fù)載大小有關(guān)，即與電梯的載荷情況有關(guān)。需要分別測量電梯在額定載荷的。0%、25%、50%、75%和100%下，全程上行、全程下行的電流和電壓的畸變情況。

現(xiàn)在也可利用新的電能質(zhì)量分析儀來進(jìn)行采集測量數(shù)據(jù)，方便實(shí)用，其儀器主要由現(xiàn)場測試儀器和數(shù)據(jù)處理軟件兩部分組成，測試儀主要有諧波、波形、功率和電能、告警、截屏、波形捕捉等工作模式，含有 4個(gè)電流、5個(gè)電壓接口，故可測量單相、兩相、三相三線、三相四線、三相五線的各相電流電壓、啟動(dòng)電流、功率、累計(jì)功能、諧波影響等，還可以測量回饋電能的電能質(zhì)量，如電 壓波動(dòng)、閃變、不平衡度、高達(dá)50次諧波等，模式形式的多樣性，有利于電梯能量回饋質(zhì)量與數(shù)量的測量。

3、模型法

當(dāng)測量具體一臺電梯設(shè)備的能耗時(shí)，轎廂按空載、輕載、半載、重載、滿載等工況運(yùn)行，分別測試轎廂運(yùn)送載荷重量、移動(dòng)的垂直距離、耗電量。測試所需要的時(shí)間比較長，測試的工作情況復(fù)雜。比如，對一臺 8層的垂直客梯，轎廂分別放0%、25%、50%、75%、100%的額定載荷，測量工況竟多達(dá)幾百種。所以，從中擇優(yōu)選取幾個(gè)簡單具有代表性的工況，測量其電梯能耗，可簡化測試程序。

基于動(dòng)態(tài)測量的電梯能耗模型的原理分析情況如下：

1）曳引和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能耗模型，可以從簡化測量的電梯動(dòng)態(tài)能耗數(shù)據(jù)中分析求取，簡化了電梯能耗測量的過程和時(shí)間。在進(jìn)行能耗仿真模擬時(shí)，根據(jù)曳引系統(tǒng)的各個(gè)輸出參數(shù)，確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能耗大小。

2）單次開關(guān)門能耗、待機(jī)能耗、空調(diào)照明通風(fēng)等能耗特性，根據(jù)電梯電路線路連接和工作狀況，從動(dòng)態(tài)能耗數(shù)據(jù)中分離，也可單獨(dú)測量。能耗仿真時(shí)，根據(jù)電梯所處任一狀態(tài)，可確定該部分能耗。這部分能耗和曳引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能耗一起構(gòu)成了電梯系統(tǒng)的總能耗。

3）電梯的運(yùn)行速度參數(shù)可以手動(dòng)設(shè)置，也可以采用理想電梯速度曲線。對實(shí)際測量的電梯，可以測量電梯某個(gè)行程的速度曲線。該曲線能大致反映出這臺電梯的速度控制情況。因而，采用該速度曲線進(jìn)行能耗仿真測試，其仿真結(jié)果可以與實(shí)際測量的結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證電梯能耗模型的準(zhǔn)確性，進(jìn)而也可進(jìn)一步修正曲線和模型。

4）在模型啟動(dòng)運(yùn)行前，先進(jìn)行電梯的初始狀態(tài)的設(shè)置，如提升高度，所停樓層、初始載荷等。然后，根據(jù)電梯速度曲線參數(shù)、樓層參數(shù)、客流分布及調(diào)度信息，計(jì)算電梯某一段時(shí)間內(nèi)的速度、加速度、所在高度等信息。這些數(shù)據(jù)用來判斷電梯的狀態(tài)，同時(shí)將它們參數(shù)調(diào)入曳引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的模型中，從而計(jì)算測量出曳引機(jī)所處的狀態(tài)。

4、結(jié)束語

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緒論

在配電系統(tǒng)中低壓設(shè)備眾多并且在設(shè)備運(yùn)行中常出現(xiàn)電壓質(zhì)量不合格、功率因數(shù)低、三相不平衡等情況。為了提高配電系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和供電質(zhì)量，對中低壓配電線路進(jìn)行檢測十分必要。查詢國內(nèi)外文獻(xiàn)，目前電力檢測儀器較多，譬如電能質(zhì)量分析儀等，但一般僅能測量單路，同時(shí)造價(jià)較高，附加功能也較多，但針對巡檢使用的專用便攜低壓出線電纜檢測及三相負(fù)荷記錄裝置則沒有。采用專門針對低壓負(fù)荷的檢測裝置，將大大減少巡視人員工作量，提高巡視技術(shù)效果，同時(shí)能為小區(qū)箱變及低壓分電箱開放負(fù)荷提供精確地?cái)?shù)據(jù)支撐，并可作為小區(qū)增容、改造的依據(jù)，針對性進(jìn)行調(diào)整負(fù)荷分配，將改變目前僅能通過用戶反映進(jìn)行檢查及調(diào)整的落后技術(shù)手段，對規(guī)范管理由于三相不平衡引起的低電壓問題具有重要實(shí)用意義。

1、低壓負(fù)荷的特點(diǎn)及負(fù)荷不平衡的影響

1.1、低壓負(fù)荷的特點(diǎn)

近年來，隨著人民生活水平的不斷提高，低壓負(fù)荷容量快速增長，但由于以往低壓負(fù)荷分配規(guī)劃主要依據(jù)運(yùn)行人員經(jīng)驗(yàn)而缺乏科學(xué)依據(jù)，導(dǎo)致低壓負(fù)荷缺乏監(jiān)管，且以往的管理模式不能真正的考核低壓負(fù)荷的真實(shí)情況，從而使現(xiàn)有的小區(qū)箱變低壓出線存在很多問題。低壓負(fù)荷的主要特點(diǎn)如下：

1）低壓負(fù)荷容量增長速度快且分布無規(guī)律；

2）低壓負(fù)荷監(jiān)管難度加大且監(jiān)管措施落后；

3）小區(qū)低壓出線三相不平衡超標(biāo)且無規(guī)律。

2、負(fù)荷不平衡的影響

三相負(fù)荷不平衡會(huì)對電網(wǎng)造成多方面的影響，如下所示：

1）對配電變壓器的影響

三相負(fù)荷不平衡將會(huì)增加配變變壓器的損耗：變壓器的損耗包括負(fù)荷損耗和空載損耗。

2）對高壓線路的影響

負(fù)荷不平衡會(huì)引起高壓線路開關(guān)頻繁跳閘，降低其使用壽命：由于電流過大造成的高壓線路過流故障占有非常大的比例。負(fù)荷不平衡會(huì)增加高壓線路的損耗。

2）對低壓線路和配電屏的影響

三相負(fù)荷不平衡會(huì)引起線路損耗的增加；三相負(fù)荷不平衡嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成燒毀開關(guān)設(shè)備、燒斷線路的嚴(yán)重后果。

3）對供電企業(yè)的影響

4）如果發(fā)生線路被燒毀、開關(guān)設(shè)備被燒壞、甚至變壓器也被毀壞，而這些設(shè)備的修復(fù)都需要一定時(shí)間，這必將增加停電時(shí)間，影響用戶的用電需求，給供電企業(yè)帶來嚴(yán)重影響，無法保證供電可靠性。另外，不平衡帶來的損耗也會(huì)使供電企業(yè)的效益下降。

3、負(fù)荷檢測終端的硬件設(shè)計(jì)

3.1、硬件總體結(jié)構(gòu)

該終端采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，模塊各自獨(dú)立。由于模塊化的設(shè)計(jì)不僅增強(qiáng)了各個(gè)部分的可重用性，也給后期的調(diào)試與更換工作帶來了很多方便。本終端由8路采集信號板，1個(gè)主控板，1個(gè)電源板和一個(gè)底層連接板構(gòu)成。信號版主要負(fù)責(zé)對單路信號的采集整理和傳輸。主控板主要負(fù)責(zé)收集8路信號板數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存。底層連接板負(fù)責(zé)主控板和信號采集板的連接。電源板負(fù)責(zé)對各個(gè)板上芯片及接口電路提供供電電源。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如 圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖所示：

3.2信號采集板設(shè)計(jì)

3.3、主控CPU板設(shè)計(jì)

4.2、ADE7758程序設(shè)計(jì)

5、結(jié)論

本文成功設(shè)計(jì)開發(fā)出了一種先進(jìn)的低壓負(fù)荷檢測終端，并通過實(shí)際掛網(wǎng)運(yùn)行，性能可靠、穩(wěn)定，可以有效地滿足電力行業(yè)對低壓負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)與管理，為實(shí)現(xiàn)小區(qū)有序用電和電力需求側(cè)管理的目標(biāo)提供數(shù)據(jù)支持，有較高的實(shí)用性和推廣價(jià)值。

總結(jié)本文的主要工作為以下幾點(diǎn)：

1、通過分析低壓負(fù)荷的特點(diǎn)，確定硬件采用的開發(fā)平臺和軟件開發(fā)環(huán)境，采用合理的PCB布局和簡潔、快速的軟件算法實(shí)現(xiàn)對負(fù)荷的智能數(shù)據(jù)采集終端。

2、完成了對負(fù)荷檢測終端的整體硬件電路圖的設(shè)計(jì)。包括主控電量采集模塊、數(shù)據(jù)整體模塊、電源模塊、通信模塊、復(fù)位與系統(tǒng)時(shí)鐘模塊、JATG接口及外部存儲(chǔ)擴(kuò)展等方面的設(shè)計(jì)，并研制成功原理樣機(jī)，測試結(jié)果表明達(dá)到的設(shè)計(jì)要求。

3、完成了對小區(qū)多路出線負(fù)荷檢測的同時(shí)測量。本裝置可同時(shí)測量8路出線，并由于采用模塊化設(shè)計(jì)，具有優(yōu)良的可擴(kuò)展性，理論上可以進(jìn)行256路出線的同時(shí)測量。

4、由于測量裝置要放置于電磁干擾環(huán)境惡劣的小區(qū)變電所變壓器旁，且裝置要同時(shí)測量多路出線，致使測量通道的傳輸線路較長等因素的影響，使得檢測裝置要具有非?？煽康目垢蓴_性，設(shè)計(jì)采用多重抗干擾措施，并通過EMC試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

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【關(guān)鍵詞】諧波消除；電能優(yōu)化；有源濾波；無源濾波

1 概述

隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，使用大功率半導(dǎo)體開關(guān)元件以及各類開關(guān)電源產(chǎn)品向電網(wǎng)中注入了大量的諧波電流，使供配電網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量普遍下降。目前，電能質(zhì)量優(yōu)化技術(shù)正在得到企業(yè)的認(rèn)可，電能質(zhì)量優(yōu)化也意味著節(jié)能，電能質(zhì)量優(yōu)化對企業(yè)與用戶來說最直接的收益就是節(jié)約電費(fèi)，提高經(jīng)濟(jì)效益，增加市場競爭力。

2諧波的定義

供電系統(tǒng)諧波的定義是對周期性非正弦電量進(jìn)行傅立葉級數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/f1）稱為諧波次數(shù)。

3諧波產(chǎn)生的原因

諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致，當(dāng)電流流經(jīng)非線性負(fù)載時(shí)，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。在電力的生產(chǎn)、傳輸、轉(zhuǎn)換和使用的各個(gè)環(huán)節(jié)中都會(huì)產(chǎn)生諧波。

我公司最典型的諧波源負(fù)載就是變頻器，在氨基酸生產(chǎn)部31和32分廠的動(dòng)力設(shè)備中含有大量大功率變頻器（31分廠有250KW變頻器2臺、160KW變頻器4臺、90KW變頻器1臺；32分廠有160KW變頻器5臺、132KW變頻器3臺、90KW變頻器2臺），變頻器工作過程中會(huì)產(chǎn)生大量5次、7次、11次等高次數(shù)諧波電流。這些高頻諧波電流同時(shí)又作為次級電流源被重新注入到電網(wǎng)。下圖是對公司氨基酸生產(chǎn)部32分廠實(shí)測的變頻器的波形，從中能夠看出正弦波電流波形畸變的程度：

諧波使電網(wǎng)中的電氣設(shè)備產(chǎn)生額外的損耗，即諧波功率。不僅降低了設(shè)備的效率，同時(shí)也影響設(shè)備的正常工作。隨著電力電子設(shè)備使用的不斷增加，同時(shí)這些設(shè)備產(chǎn)生的諧波又具有較大的振幅，所以目前它們是供電系統(tǒng)中的主要諧波源。

4諧波的危害

供電系統(tǒng)的諧波危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

4.1 對輸電線路的危害

諧波電流使輸電線路的附加損耗增加，在電網(wǎng)的損耗中，變壓器和輸電線路的損害占大部分，所以諧波能夠使電網(wǎng)的網(wǎng)損增大。

4.2對電力電容器的危害

含有電力諧波的電壓加在電容器兩端時(shí)，由于電容器對電力諧波阻抗很小，諧波電流疊加在電容器的基波上，使電容器電流變大，溫度升高，壽命縮短，引起電容器過負(fù)荷甚至爆炸，同時(shí)諧波還可能與電容器一起在電網(wǎng)中造成電力諧波諧振，使故障加劇。 下圖為實(shí)測32分廠電容器諧波含量：

4.3 對電力變壓器的危害

諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場強(qiáng)度，諧波電流的存在增加了銅損。同時(shí)由于以上兩方面的損耗增加，因此要減少變壓器的實(shí)際使用容量。

4.4 對電動(dòng)機(jī)的危害

諧波對異步電動(dòng)機(jī)的影響，主要是增加電動(dòng)機(jī)的附加損耗，降低效率，嚴(yán)重時(shí)使電動(dòng)機(jī)過熱。

4.5對弱電系統(tǒng)設(shè)備的干擾

對于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化等弱電設(shè)備，電力系統(tǒng)中的諧波通過電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)與傳導(dǎo)方式耦合到這些系統(tǒng)中，產(chǎn)生干擾。其中電感應(yīng)與靜電感應(yīng)的耦合強(qiáng)度與干擾頻率成正比，傳導(dǎo)則通過公共接地耦合，有大量不平衡電流流入接地極，從而干擾弱電系統(tǒng)。

4.6影響電力測量的準(zhǔn)確性

由于電力計(jì)量裝置都是按50HZ的標(biāo)準(zhǔn)正弦波設(shè)計(jì)的，當(dāng)供電電壓或負(fù)荷中有諧波成分時(shí)，會(huì)影響感應(yīng)式電能表的正常工作。5諧波治理國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14549―93 《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值：

6現(xiàn)場諧波測量數(shù)據(jù)及計(jì)算方法

6.1 諧波測量數(shù)據(jù)

采用FLUKE電能質(zhì)量分析儀對公司氨基酸生產(chǎn)部31分廠和32分廠的諧波量進(jìn)行了測量，測量結(jié)果如下：

31分廠：總電流1471A，總諧波電流畸變率21.8%，總諧波電流313A。五次諧波電流為249A；七次諧波電流為158A。

32分廠：總電流1216A，總諧波電流畸變率26.6%，總諧波電流310A。五次諧波電流為256A；七次諧波電流為165A；11次諧波電流為80A。

6.2 計(jì)算方法

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14549―93 《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》，0.38KV系統(tǒng)電壓總諧波畸變率不能大于5%。按照0.38KV系統(tǒng)，其基準(zhǔn)短路容量為10MVA，5次諧波允許注入諧波電流為62A，7次諧波允許注入諧波電流為44A，11次諧波允許注入諧波電流為28A。31、32分廠實(shí)測數(shù)據(jù)按照國家標(biāo)準(zhǔn)折算后應(yīng)為：

6.2.131分廠為2000KVA變壓器，按電網(wǎng)短路容量為500MVA計(jì)算，其變壓器低壓側(cè)出口短路電流為47KA，短路容量S==1.732*0.4*47=32MVA

則5次諧波允許注入電流Ih=32/10*62=198A；

7次諧波允許注入電流Ih=32/10*44=140A。

6.2.232分廠為2500KVA變壓器，按電網(wǎng)短路容量為500MVA計(jì)算，其變壓器低壓側(cè)出口短路電流為59KA，短路容量S==1.732*0.4*47=40MVA

則5次諧波允許注入電流Ih=40/10*62=248A；

7次諧波允許注入電流Ih=40/10*44=176A；

11次諧波允許注入電流Ih=40/10*28=112A。

經(jīng)過實(shí)測和以上分析計(jì)算，得出的結(jié)論如下：

1）31分廠和32分廠電壓諧波總畸變率在國家標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

2）31分廠5次諧波電流已經(jīng)高出國家標(biāo)準(zhǔn)249A-198A=51A,七次諧波電流高出國家標(biāo)準(zhǔn)158A-140A=18A。

3）32分廠5次諧波電流高出國家標(biāo)準(zhǔn)256A-248A=8A,七次諧波電流低于國家標(biāo)準(zhǔn)176A-165A=11A，十一次諧波電流低于國家標(biāo)準(zhǔn) 112A-80A=32A。

7諧波治理及解決方案

目前治理諧波方案有兩種：

7.1 采用有源濾波器方式

有源濾波器是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，它能對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償。

7.1.1有源濾波的基本工作原理：根據(jù)外部互感器實(shí)時(shí)采集電流信號，通過內(nèi)部檢測電路分離出其中的諧波部分，通過IGBT逆變出與系統(tǒng)中的諧波大小相等相位相反的補(bǔ)償電流，實(shí)現(xiàn)濾除諧波的功能，使其成為正弦波形。有源濾波除了濾除諧波外，同時(shí)還可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功功率。下圖為有源濾波器工作原理圖和主電路圖：

7.1.2 有源濾波器的特性

7.1.2.1優(yōu)異的動(dòng)態(tài)性能，相應(yīng)時(shí)間小于1ms；

7.1.2.2三相補(bǔ)償諧波電流，諧波次數(shù)可以高達(dá)50次；

7.1.2.3低的功率損耗(小于設(shè)備額定功率的3%)

7.1.2.4可選擇消除諧波模式或既消除諧波又進(jìn)行無功功率補(bǔ)償模式。

7.2采用無源濾波的方式

無源濾波主要由濾波電容器和電抗器組合成LC濾波裝置，主要包括調(diào)諧濾波器、高通濾波器等。

7.2.1無源濾波的原理

如圖5所示，使用電抗器與電容器串聯(lián)，組成一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路，把該電路并聯(lián)在電網(wǎng)中，即構(gòu)成一個(gè)最基本的無源濾波回路。

f――電流頻率（Hz）

L――電抗器的電感量（H）

C――電容器的電容量（F）

當(dāng)2πfL = 1/（2πfC）時(shí)，回路的阻抗最小，即串聯(lián)諧振。

此時(shí)，f = 1/（2π√LC ）（1-2）

f稱為諧振頻率，調(diào)整L、C的參數(shù)，使f等于要濾除的諧波的頻率，就可以使該次諧波電流大部分流過濾波回路，而不會(huì)影響電網(wǎng)中的其它設(shè)備。

7.2.2無功補(bǔ)償裝置

利用濾波電抗器（L）和濾波電容器（C）和濾波電阻器（R）組成調(diào)諧支路，給特征諧波形成公用電網(wǎng)之外的低阻抗通路，使流入公用電網(wǎng)的諧波滿足相應(yīng)要求。

根據(jù)31分廠和32分廠的諧波測量和計(jì)算的資料，針對每個(gè)分廠的諧波進(jìn)行治理，在31分廠需要配置五次、七次諧波無源濾波器和高通濾波器或一臺300A有源濾波器，32分廠需要配置五次、七次、十一次諧波無源濾波器和高通濾波器或一臺300A有源濾波器。具體配置方案采用總補(bǔ)償?shù)姆绞?，在配電變壓器低壓?cè)配置無源濾波裝置。

8結(jié)束語

諧波治理是綜合治理過程，是改善供電品質(zhì)的重要手段。GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量―公用電網(wǎng)諧波》對電網(wǎng)各級電壓諧波水平進(jìn)行了量化限制，對用戶注入公用電網(wǎng)的諧波電流也進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定，在主網(wǎng)、城網(wǎng)中，諧波治理有明確的規(guī)定和要求，而目前許多企業(yè)發(fā)展迅速，有關(guān)諧波的治理并未引起足夠的重視，認(rèn)識還有待提高。因此，在對諧波準(zhǔn)確測量的基礎(chǔ)上，提出適合的治理方案。這樣不僅能夠改善整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電力品質(zhì)，同時(shí)也能延長用戶設(shè)備使用壽命，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低電磁污染環(huán)境，減少能耗，提高電能利用率。

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篇10

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51077044）；湖南省自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目（12JJ2034）

作者簡介：張志文（1963-），男，湖南長沙人，湖南大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師

通訊聯(lián)系人，Email：

摘要：針對目前電氣化鐵道AT或直供系統(tǒng)中普遍存在的負(fù)序、諧波和功率因數(shù)低等電能質(zhì)量問題，提出了一種基于YN_接線平衡變壓器的電氣化鐵道電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng).該系統(tǒng)充分挖掘了YN_型牽引變壓器二次側(cè)可帶三相系統(tǒng)的潛能，在無需降壓變壓器的情況下，實(shí)現(xiàn)了三相全橋型有源功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和主牽引變壓器的融合.給出了該系統(tǒng)的構(gòu)成方式，分析了該系統(tǒng)補(bǔ)償負(fù)序、諧波和無功的基本原理，提出了電流檢測和控制方法.根據(jù)實(shí)際變電站參數(shù)和實(shí)測牽引負(fù)荷數(shù)據(jù)建立了該系統(tǒng)的仿真模型.仿真結(jié)果表明所提系統(tǒng)具有良好的負(fù)序、諧波和無功補(bǔ)償性能.

關(guān)鍵詞：負(fù)序；諧波；平衡變壓器；電氣化鐵道；電能質(zhì)量治理

中圖分類號：TM401 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

A Comprehensive Improvement System for Electric Railway

Power Quality Based on YN_ Balance Transformer

ZHANG Zhiwen，CHEN Mingfei， XU Jiazhu，HU Sijia，LI Zhiyu，YANG Dan

（College of Electrical and Information Engineering， Hunan Univ， Changsha， Hunan410082，China）

Abstract：A novel power quality conditioning system based on the YN_ balance transformer to improve the power quality， such as negative sequence， harmonic and lower power factor in electric railways with AT or direct power supply， was proposed. The system fully uses the potential of the traction transformer secondary side with threephase system， and it integrates the threephase fullbridge active power regulation system with the main transformer omitting stepdown transformer. The composition method of the system， the principle of the compensation of the negative sequence and harmonic and reactive power were described. The current detection and control methods were also proposed. According to the actual parameter and measured data in a substation， a system simulation model was built. The results indicate that the proposed system has excellent performance in the compensation of the negative sequence， harmonic and reactive power.

Key words：negative sequence； harmonic； balance transformer； electric railway； power quality improvement

鐵路運(yùn)輸是國民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，其快速發(fā)展將給經(jīng)濟(jì)的增長帶來強(qiáng)勁動(dòng)力和可靠保障.隨著電氣化鐵道的建設(shè)朝著重載貨運(yùn)和高速客運(yùn)方向發(fā)展，牽引機(jī)車的功率不斷增大，列車追蹤間隔進(jìn)一步減小，電氣化鐵道所引起的電能質(zhì)量問題發(fā)生了一些變化.對于韶山型機(jī)車和動(dòng)車組混跑的線路，其負(fù)序、諧波和功率因數(shù)低仍然是比較嚴(yán)重的問題，而對于高鐵專線，其主要問題是負(fù)序問題.這些問題給牽引供電系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展帶來挑戰(zhàn)，引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[1-3].

考慮到成本因素，牽引變電所高壓側(cè)三相進(jìn)線采用相序輪換技術(shù)是抑制負(fù)序最傳統(tǒng)的方法[4].但牽引網(wǎng)一旦建成相序無法再變更，缺乏靈活性是其主要缺點(diǎn).另一種方法是采用平衡變壓器.平衡變壓器是一種在電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)中廣泛使用的特種變壓器，它主要將三相制公共電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成兩相制牽引供電系統(tǒng)，能完全消除一次側(cè)的零序電流，并具有一定的負(fù)序抑制能力，但該能力受到牽引負(fù)荷波動(dòng)影響較大，負(fù)荷越不平衡其抑制負(fù)序的能力越差，故難以完全消除負(fù)序?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的影響.對于諧波和無功，則采用LC無源濾波器，兼做無功補(bǔ)償.

針對上述無源治理方法的缺點(diǎn)，多種有源治理方法彌補(bǔ)了無源治理方法的不足.在眾多有源治理方法中，鐵路功率調(diào)節(jié)器（railway power conditioner，RPC）[5-7]無疑是其中最成功的.它通過對兩相基波有功負(fù)荷進(jìn)行重新分配，并獨(dú)立補(bǔ)償各相的諧波和無功，能成功實(shí)現(xiàn)牽引變電站的負(fù)序、諧波和無功的綜合治理，并被部分牽引變電所采用、投入運(yùn)行[8-9].但該系統(tǒng)由于采用了背靠背單相全橋型逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其逆變器最高輸出電壓等于其直流側(cè)電壓，且共需8組功率器件，其直流電壓利用率有進(jìn)一步提高的空間，功率器件的數(shù)目也可進(jìn)一步減少.另一些背靠背結(jié)構(gòu)的有源和無源混合型鐵路功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)[10]也存在類似的問題.鑒于此，2004年，Sun等[11]提出了有源電能質(zhì)量補(bǔ)償器（active power quality compensator，APQC）系統(tǒng)，該系統(tǒng)成功將三相全橋型有源系統(tǒng)應(yīng)用在電氣化鐵道的電能質(zhì)量綜合治理中，減少了功率器件的使用，同時(shí)也提高了直流電壓的利用率，但是該系統(tǒng)需要一臺結(jié)構(gòu)復(fù)雜的SCOTT變壓器將主變和有源系統(tǒng)進(jìn)行匹配，這將大大增加系統(tǒng)的投資成本，同時(shí)也降低了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性.

為彌補(bǔ)上述各系統(tǒng)存在的不足，本文提出了一種基于YN_接線平衡變壓器[12]的電氣化鐵道負(fù)序和諧波綜合治理系統(tǒng). 該系統(tǒng)充分利用了YN_平衡變壓器三相變?nèi)嗟臐撃?由于從YN_二次側(cè)a，c，b三抽頭引出的電力系統(tǒng)三相對稱，故整個(gè)系統(tǒng)中三相全橋型有源系統(tǒng)可直接與主變進(jìn)行連接.與APQC相比，整個(gè)有源部分的電壓等級可以調(diào)節(jié).由于省掉了降壓耦合變壓器，其投資將有較大降低，可靠性也將得到提高.此外，由于YN_二次側(cè)兩相系統(tǒng)完全獨(dú)立，適用于電氣化鐵道的AT或直接供電方式.且兩相可以做不等容設(shè)計(jì)，對于兩相負(fù)載容量長期不同的牽引供電所來說，可以大大降低牽引變電站的運(yùn)營成本.

1系統(tǒng)構(gòu)成方式

基于YN_接線平衡變壓器的電氣化鐵道負(fù)序和諧波綜合治理系統(tǒng)如圖1所示.該系統(tǒng)由一臺YN_平衡變壓器和三相全橋有源功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，其中變壓器可作為牽引變電站的主牽引變壓器，既可以聯(lián)接鐵道的兩相負(fù)載，也可以用于牽引變電站內(nèi)部三相電源的供電.其中三相全橋有源功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為治理整個(gè)牽引變電站負(fù)序、諧波和無功的綜合治理裝置.主變壓器的三相負(fù)載端的電壓等級可以靈活進(jìn)行設(shè)置，既可以滿足三相負(fù)載端的要求，也可以達(dá)到降低有源系統(tǒng)部分電壓等級的要求，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)性和可靠性的平衡.

2系統(tǒng)補(bǔ)償原理

2.1YN_平衡變壓器基本結(jié)構(gòu)

YN_平衡變壓器是一種基于國內(nèi)外各種平衡變壓器而提出來的新型的平衡變壓器，此種變壓器的綜合材料利用率達(dá)到90.2%，既可以同時(shí)接兩相負(fù)載又可以同時(shí)接三相負(fù)載，兩相負(fù)載還可以做不等容量設(shè)計(jì)，在整個(gè)變壓器的設(shè)計(jì)中需要滿足如下繞組關(guān)系：

WA/Wa1=Wc/Wc1=K1，

WA/Wa2=Wc/Wc2=K2，

WB/Wb1=K2/2，

WA/Wa3=WB/Wb2=Wc/Wc3=K3.（1）

其中有3/K2+1/（3K3）=1/K1.

該型變壓器滿足繞組關(guān)系的同時(shí)要滿足低壓側(cè)三角形回路等值阻抗值相等.且兩相短路時(shí)，從高壓側(cè)觀測的三相等值阻抗值相等，即滿足：

Za3=Zc3=Zb2.（2）

2.2負(fù)序、諧波和無功補(bǔ)償原理

當(dāng)變壓器只接有兩相機(jī)車負(fù)載時(shí)，一次側(cè)電流和二次側(cè)電流之間的關(guān)系為：

利用基爾霍夫電流定律（KCL）和磁勢平衡原理可得電流關(guān)系式為：

若利用此變壓器作為牽引供電所變壓器，對于兩相負(fù)載側(cè)接入負(fù)載，三相負(fù)載側(cè)接入三相全橋功率調(diào)節(jié)裝置，利用疊加定理，得

對兩相負(fù)載側(cè)的電流可以分解為基波有功分量和諧波無功分量，可以表示為：

式中：αp，βp為基波有功分量；*α，*β分別為基波無功分量和諧波分量之和.相量圖如圖3所示.

則一次側(cè)電流中只含有基波的有功分量，一次側(cè)電流中的諧波和無功分量被完全消除.此時(shí)一次側(cè)電流滿足：

只需調(diào)節(jié)三相負(fù)載端電流的大小便可以消除一次側(cè)的負(fù)序、諧波和無功分量，從而達(dá)到治理電氣化鐵道負(fù)序和諧波問題.

3綜合控制系統(tǒng)

3.1檢測部分

對于兩相供電臂電壓相位相差90°的諧波、無功和負(fù)序電流的檢測方法，本文采用文獻(xiàn)[13-14]中的檢測方法.該方法可以在電壓波形畸變的情況下檢測到電流中的諧波、無功和負(fù)序電流的分量，并將直流側(cè)電容電壓的控制輸出疊加到檢測環(huán)節(jié)中.當(dāng)直流側(cè)電容電壓沒有穩(wěn)定時(shí)，整個(gè)有源系統(tǒng)工作于整流狀態(tài)，對電容進(jìn)行充電，當(dāng)直流側(cè)電壓穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)工作于逆變狀態(tài).其電流檢測原理如圖4所示.

α，β相負(fù)載電流的傅里葉分解表達(dá)式為：式中：Iαp，Iβp為基波的有功分量；Iαq，Iβq為基波的無功分量；∑ωk=2iαk，∑ωk=2iβ k為諧波分量.將式（13）中iα（t），iβ（t）分別乘以電壓相位的同步值sinωt，cosωt，再將iα（t）sinωt，iβ（t）cosωt相加，經(jīng)過低通濾波器之后可以得到α，β相基波電流的平均值：

G=（Iαp+Iβp）. （14）

再將G分別與sinωt，cosωt相乘，即可得到α，β相電流的理想平衡值.此理想值不含有諧波分量和無功分量，并且有效值大小相同，將實(shí)際電流值與理想電流值相減，便可以得到所需補(bǔ)償?shù)碾娏髦礽*α（t）和i*β（t）：

i*α=iα（t）-（Iαp+Iβp）sin ωt，

i*β=iβ（t）-（Iαp+Iβp）cos ωt.（15）

3.2控制部分

根據(jù)圖1給出的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并運(yùn)用基于瞬時(shí)無功功率的檢測方法來進(jìn)行諧波、負(fù)序和無功電流的檢測，并采取動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、魯棒性好的滯環(huán)控制進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的控制.控制框圖如圖5所示.

4仿真驗(yàn)證

結(jié)合某一實(shí)際采用YN_接線平衡變壓器的牽引供電站的系統(tǒng)參數(shù)，本文利用Matlab/simulink仿真軟件搭建了該系統(tǒng)的仿真模型.兩相負(fù)載側(cè)輸出電壓等級為27.5 kV，三相負(fù)載側(cè)輸出電壓等級為10 kV，負(fù)載選用一組實(shí)測的負(fù)載數(shù)據(jù)，實(shí)測所選用的測量儀器為日置3198電能質(zhì)量分析儀.

兩相負(fù)載分別選用重載機(jī)車和輕載機(jī)車，具體數(shù)據(jù)如表1所示.表2為系統(tǒng)仿真參數(shù).由表1可知，α相負(fù)載機(jī)車少，β相負(fù)載機(jī)車多，整個(gè)兩相負(fù)載功率相差大，主要用于模擬負(fù)序電流較為嚴(yán)重的工況.仿真模型在0.1 s時(shí)投入三相全橋功率調(diào)節(jié)器，并在0.6 s切除α相負(fù)載.以此來驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)在定負(fù)荷及負(fù)載波動(dòng)條件下系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能.

圖6為負(fù)載實(shí)測波形和仿真波形對比圖.圖6（a）的上圖為實(shí)測電壓波形，下圖為實(shí)測電流波形.圖6（b）和（c）分別為仿真的電壓和電流波形.由圖6可知，仿真波形與實(shí)測波形較為吻合.圖7為仿真波形對比圖.

圖7（a）給出了牽引變壓器一次側(cè)的電流波形，0.1 s前后的電流波形充分說明了，采用三相全橋功率調(diào)節(jié)器前后，三相負(fù)載電流基本對稱，一次電流畸變率由7.9%，3.0%，9.3%分別下降為2.0%，1.9%，1.9%.圖7（b）給出了系統(tǒng)采用三相全橋功率調(diào)節(jié)器前后的電流不平衡情況，不平衡度ε由0.63下降為0.01，結(jié)果表明電流不平衡度得到有效改善.圖7（c）給出了一次側(cè)三相的功率因數(shù)λ，一次側(cè)A，B，C三相的功率因數(shù)分別0.97，0.89，0.43提升接近為1.圖7（d）給出了系統(tǒng)運(yùn)行過程中直流側(cè)電壓的變化情況，結(jié)果說明該系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能.

5結(jié)論

本文針對基于YN_平衡變壓器的電氣化鐵道牽引變電站，提出了一種采用三相全橋功率調(diào)節(jié)器的電氣化鐵道電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)，分析了該系統(tǒng)的構(gòu)成及綜合補(bǔ)償原理，詳細(xì)分析了電流檢測及控制算法，并結(jié)合某牽引變電站實(shí)測負(fù)荷數(shù)據(jù)，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果表明該系統(tǒng)能有效抑制牽引變電站一次側(cè)的負(fù)序和諧波電流，提高其受電端功率因數(shù).

本系統(tǒng)充分挖掘了YN_平衡變壓器和三相全橋型功率調(diào)節(jié)器的潛能，利用YN_平衡變壓器二次側(cè)三相系統(tǒng)的對稱性實(shí)現(xiàn)了三相全橋型變流器與主牽引變壓器的結(jié)合，并成功對牽引變電站的負(fù)序、諧波和無功進(jìn)行了綜合治理.由于該系統(tǒng)的三相全橋功率調(diào)節(jié)器的端電壓可以在設(shè)計(jì)變壓器的時(shí)候調(diào)節(jié)，而主變的阻抗匹配條件又較我國廣泛使用的阻抗匹配平衡變壓器[15]匹配條件更加具有靈活性，且在獲得更高的直流側(cè)電壓功利用率的前提下，功率器件的數(shù)量也較少，因此，該系統(tǒng)在獲得相同治理效果的條件將更具成本優(yōu)勢，運(yùn)行可靠性高，是一種具有較高綜合性能的電氣化鐵道負(fù)序與諧波綜合治理系統(tǒng)，工程應(yīng)用前景廣闊.

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