省级电能质量在线监测系统技术参考方案.docx
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省级电能质量在线监测系统技术参考方案.docx
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省级电能质量在线监测系统技术参考方案
级电能质量在线监测系统方案
[日期:
2008-09-12]
[字体:
大中小]
来自于深圳市力合华恺科技有限公司的网站
省级电能质量在线监测系统技术参考方案
应用领域:
省、市级电能质量在线监测系统(电力系统用户)
应用概述:
构建开放的、统一的省市级电能质量在线监测系统(规模一般数千个监测点)
主要配置:
1) Nexus1252在线式电能质量监测仪表
2) PDA1252便携式电能质量分析仪(在线式固定设备的有效补充)
3) Pqdif数据格式转换软件(针对用户要求的格式定制)
4) HMI组态软件(澳大利亚Citect内核),定制主站软件
AiReports电能质量人工智能分析报告软件
典型应用:
1) 山西省电力公司:
省级电能质量监测系统一期,表计+主站系统
上海浦东供电局(电能质量表+CommunicatorExt标准主站软件):
上海同步辐射光源站(国家重大科学工程)、上海南汇沪临金属站(军工项目)等
1绪论
1.1概述
近年来随着经济的蓬勃发展,电力网负荷急剧加大。
特别是冲击性、非线性负荷的大量应用,使得电网中发生的电压波形畸变、电压波动及闪变等问题日益严重,从而使得电网电能质量严重下降,并诱发各种电力系统事故,使电力系统面临日益严重的“污染”,对电力用户的正常用电也带来不良影响。
同时,电能质量的恶化也会给电网及用户带来巨大的经济损失。
电能质量是电力工业产品的重要指标,涉及发、供、用各方面的权益,优良的电能质量对保证电网和广大用户电气设备的安全经济运行,保障国民经济各行各业的正常生产和产品质量以及提高人民生活质量都具有重要意义。
随着电力走向市场,广大用户对电能质量提出了越来越高的要求,向每一个用户提供优质、稳定的电源是电力部门应尽的职责。
人们对电能质量问题的认识越来越深刻,也形成了众多国际、行业标准。
20世纪90年代以来,随着计算机技术和工业自动化水平的飞速发展,加之微电子与集成电路芯片生产等领域对电能质量的特殊需求及电力法制化建设的逐步完善,我国共颁布实施了7个电能质量指标的国家标准,其中也包括一些对过去的电能质量标准进行修订后重新颁布执行的新标准:
● 《电能质量公用电网谐波》 GB/T14549-93;
● 《电能质量电压波动和闪变》 GB12326-2000;
● 《电能质量三相电压允许不平衡度》 GB/T15543-95;
● 《电能质量供电电压允许偏差》 GB/T12325-90;
● 《电能质量电力系统频率允许偏差》 GB/T15945-95;
● 《暂时过电压和瞬态过电压》 GB/T18481-2001
● 《电能质量监测设备通用技术要求》 GB/T19862-2005
电力资源高效利用的一个重要内容是向电力用户提供可靠、优质的电能。
现代社会的可持续发展对提高供电可靠性,改善电能质量提出了越来越高的要求。
《中华人民共和国电力法》对供电企业和电力用户在电能质量方面己做出明确的规定,对违反规定必须承担相应的责任做了说明:
“供电企业应当保证供给用户的供电质量符合国家标准,对公用供电设施引起的供电质量问题,应当及时处理。
电力企业未保证供电质量,给用户造成损失的,应当依法承担赔偿责任。
用户用电不得危害供电、扰乱供电,对危害供电和扰乱供电的,供电企业有权制止。
情节严重或者拒绝改正的,可以中止供电”。
同时,对污染源的治理必须遵循“谁污染谁治理”的原则。
为了能够对电能质量实行长期、实时监测,从而达到对全网电能质量水平的全面把握,为电能质量的综合治理提供基础数据,在变电站和电厂内逐步装设电能质量在线监测装置显得十分必要。
尤其是电气化铁路的大规模建设,这必将给电网电能质量水平带来巨大影响,并且由于电铁机车沿铁路移动用电,其产生的危害性远比其他任何谐波源设备更为严重,更为广泛。
据不完全统计,自电气化铁路机车投运三十多年以来,因电铁谐波与负序电流已引发过多起大型发电机组跳闸,山西、河南、贵州等电网大面积停电或系统解列,电网产生局部谐振,发电机转子损坏,继电保护非正常频繁启动,用户电动机和电容器大量烧坏,小火电厂不能就近并网等一系列的危害,使社会、电力部门和用户蒙受了巨大的经济损失,为使电网避免受其害,应尽早尽快提出监测和治理对策。
此外,在对可能由电能质量问题引起的电网或设备故障的分析也需要实时电能质量数据的支持。
但目前国内外的电能质量在线监测装置品种繁多、良莠不齐、互不兼容,因此需要制定相应技术规范,以规范电网电能质量在线监测系统的建设。
省网电能质量在线监测系统的建设和功能完善,将逐步丰富对省网电能质量的认识,切实了解省网电能质量水平,为电能质量的综合治理打下坚实的基础。
随着我国加入WTO,电力市场的运作规则也将与国际惯例接轨,对供电电能质量的全面监测必将提到议事日程上。
因此,建立一个完善、高效的覆盖省级供电网的电能质量管理信息系统已势在必行。
1.2主要内容及关键技术
依据电能质量的国家标准,总结现有监测系统的开发和运行经验,利用多年的现场测试和改造经验,吸取国内外先进测试技术,采纳数字信号处理、现场总线以及网络通讯技术,根据我国电力系统的特点,研制开发出一套针对整个电网的统一的和开放式的电能质量在线监控和管理平台,建设省级电能质量在线监测系统三级体系,具有对整个电网电能质量原始数据的综合分析判断功能,拥有安装维护方便、配置灵活、数字化传输、网络化管理等特点。
电能质量在线监测系统的基本结构:
依靠安装在电力系统各电能质量监测点(变电站、发电厂)的电能质量在线监测装置采集、分析所在点的电能质量信息,通过一定的通讯手段,依据所需信息的不同,将信息分别上传至电业局监测子站和省公司监测主站。
上传至电业局监测子站和省公司监测主站的电能质量信息以数据库的形式存储,并根据管理的需要,以网络或其它的形式发布。
本文推荐了省级电能质量在线监测系统三级体系(变电站就地层、供电局监测子站和省公司监测主站)建设规范及技术标准,并依据该技术规范及标准,编制相关的软件,进行监测系统的改造与建设。
本系统基于国家颁布的有关电能质量的国家标准,特别是其中对测试设备的相关要求。
此外,还依据有关通讯规约、数据库标准、省网电能质量监督管理规定的要求推荐解决方案。
以往的在线检测系统均各自为政,具有很大的局限性,本系统解决了如何建立一个开放的统一的监控和管理平台,可以将多样的、具体的监测装置作为一个测量手段,建立一个分层、分级、分权限的网络化的电网电能质量监测系统。
a) 电能质量在线监测系统建设规范及监测终端入网技术标准的制定。
b) 电能质量在线监测系统数据信息的传送及数据交换的接口规范及规约制定(PQDIF规约),以便终端的接入。
c) 中心数据的管理及分析。
即其体系结构为:
系统采用三层结构,分别为变电站就地层、电业局监测子站和省公司(中试院)监测主站。
子站端服务器与变电站电能质量监测装置之间以以太网为主要通讯通道,以Modem为备用通讯通道。
子站端服务器和装置之间进行实时的、连续不间断的通讯。
主站端服务器和子站端服务器以以太网为通讯通道。
在子站端通讯故障的情况下,主站端还可以通过以太网或Modem直接与装置进行通讯,以保证主站端数据的完整性。
d) 电能质量在线监测系统三级体系的建设。
e) 一些有助于提高监测系统性能、扩大其功能的新技术、新产品的嵌入。
2国内外发展状况
2.1国内外研究综述
电能作为一种商品,它的质量也受到越来越多的关注,但电能质量与一般商品不同,有其特殊性:
第一、电能质量不完全取决于电力生产企业,甚至有的质量指标是由用户干扰所造成;第二、对于不同的供(或用)电点在不同的供(或用)电时刻,电能质量指标往往是不同的,电能质量在空间上和时间上均处于动态变化之中。
电能质量受到越来越多国内外人士的关注,相应的标准也在不断建立和完善,电能质量的监测和分析技术也都在积极探索和实践中。
监测方式分为非在线监测和在线监测两种,非在线监测采用便携式测试仪,不定期对所关注的某些点进行测试,测试大多还停留在逐点测试阶段,这样的测试工作量很大,所获得的数据不够完全和及时,不能够完全和及时地反映电网电能质量水平。
早在1993年至1995年,美国电力科学研究院(EPRI)做了一个课题,针对全美24种不同供电企业的277个监测点进行了数据收集和统计分析,研究系统性能如何监测、特殊的电能质量问题如何监测、为提高供电的服务质量如何监测等等,这个研究成果成为美国开展电能质量监测的指导方针。
随后,EPRI又针对不同的数据采集源研究制定电能质量数据交换格式PQDIF(POWERQUALITYDATAINFORMATIONFOMAT,见第五章介绍),该格式被IEEE采纳并将其作为标准来制定,目前,某些制造厂家已采用了这种PQDIF标准格式。
据介绍,近年来,基于WEB网络技术、采用PQDIF标准格式的在线监测系统有成功的应用实例(如应用于美国著名的电力公司TVA-TennesseeValleyAuthority的SignatureSystemTM)。
相比较而言,国外的监测设备以及电能质量管理技术要领先于国内。
我国自80年代中期开始,在全国范围内逐步开始了以谐波监督测试为主要内容的电能质量技术监督工作。
在工作的开始阶段,主要以进口的便携式谐波分析仪为基本测试手段。
80年代末90年代初开始,逐步出现了国产便携式谐波分析仪,但测试分析设备仍以进口设备为主。
随着谐波监督工作的深入开展,各级领导及相关技术人员对电能质量技术监督工作的重视程度逐步提高,对电能质量的认识进一步深化,逐步感觉常规性的现场监督测试所获得的信息量的不足,由此产生了对电能质量进行实时在线监测的需求。
近年来,国内很多电力生产和科研单位以及相关校院均在积极探索行之有效的在线监测方法,使电能质量的监测由原先的逐点测试向在线监测过渡,并且国内相关测试设备生产厂家于90年代末适时推出了电能质量在线监测的相关产品。
随着市场的扩大,涉及电能质量在线监测装置的厂家越来越多,但目前市场上还未有一套完整的电能质量在线监测网及其分析管理系统,没有形成统一的和开放的监控和管理平台,缺乏对整个电网电能质量原始数据的综合分析判断功能。
因此需要建立一个全省在线监测网,及一套全省电能质量在线监测管理系统,能够及时分析和反映电网的电能质量水平,找出电网中引起影响电能质量的原因,并及时采取相应的整改措施。
目前国内外的电能质量在线监测装置品种繁多、良莠不齐、互不兼容,造成各电业局在选择在线监测设备方面的盲目性。
此外,随着各电业局逐步建立各自的电能质量在线监测系统,系统的规范化与统一也就有了现实的需求。
2.2国内电力系统研究水平
到目前为止,国内已有部分省市根据各自的特点进行了电能质量在线监测系统建设的规范化工作,并依据规范进行电能质量在线监测系统的建设。
浙江省电力公司提出了“浙江省电能质量管理信息系统系统规划”及“浙江省电能质量监测网监测仪器接口应用程序设计规范”;安徽省电力公司提出了“安徽省电网电能质量在线监测装置和电能质量信息管理系统功能要求”及“安徽省电网电能质量在线监测系统技术规范”;上海电力公司提出了“上海电网电能质量监测终端技术规范”;云南省电力公司提出了“关于电能质量监测第三方子站接入实现的有关办法”;贵州省、江苏省、广东省电力公司等也提出了相应的规范,用以规范指导各自电网电能质量在线监测系统的建设。
在所定技术规范的指导下,各省也都相继建立了电能质量在线监测管理系统,都出台了各自的监测仪入网标准及数据转换规约。
但是他们对监测终端的管理都受制于相关的仪器制造厂家,即目前各地开发的电能质量在线监测管理系统大多利用厂家监测终端管理软件实现与现场终端装置的管理,其采集数据也必须通过厂家监测终端管理软件进行格式转换,并且在各监测管理站都必须安装厂家管理软件,对厂家依赖性较大。
按照这种方式,如果选用的厂家过多,势必造成一个站要有多个厂家前置机同时运行,既浪费资源,又不利于管理。
其主要数据获取方式如下图所示:
国内电能质量在线监测系统数据流图
采用以上方式建成的系统,由于在大系统下存在着多个功能完善的、不同开发商的、功能重复的、相互独立的小系统,势必造成系统资源和功能的冗余,给使用者、维护者和管理者带来巨大麻烦。
也许在初期这样的系统还能正常运转,但是随着接入点的增加和选择厂家的增多,这种弊端就会暴露出来,必然会影响到系统的兼容性、开放性、扩展性和可维护性。
3客户需求分析
3.1系统目标
以实用性、先进性、可靠性、兼容性和可扩充性为原则,拟在全省各级电网中逐步建立和完善电能质量在线监测系统,并在该网络系统上建立一套具有管理先进、技术超前的从省公司到各级基层电网之间的电能质量在线监测管理信息系统,它的整体结构示意图如下,具体内容包括:
1、将电能质量的在线监测与电能质量的技术监督有机的结合起来,结合专家系统,及时发现和消除电网中的薄弱环节,并给电力营销和生产运行提供管理依据,加强电网电能质量的管理与监控,进而使全省的电网电能质量的监测与管理能在统一的计算机网络程序中规范运转。
整个应用范围涵盖从省局到地(市)局、直管县(市)局和相关的变电所、用户等。
2、在电能质量在线分析数据的基础上,建立面向管理的综合信息查询系统。
同时建立全省范围内的电能质量报表自动报送和汇总系统,提高工作效率。
建立供电企业内部使用的查询系统,通过因特网查询各种数据和报表,了解电网的运行状况。
3、建立省网电能质量管理中心,向社会提供电网电能质量指标,客户可以随时查询某地区、某电压等级的电能质量指标、发展趋势指标等。
电能质量管理系统结构示意图
3.2系统总体要求
(1)建立一个统一的、开放的监测和管理系统平台,主站系统软件具有很强的独立性和兼容,其使用不依托于任何公司电能质量监测装置,而又与许多不同厂家的监测装置相兼容。
A、本系统建设必须遵循国家电网公司“SG186”工程要求,严格遵从省级公司制定的信息化规划,包括IT策略、应用系统架构、《省级电力有限公司信息化导则》、《省级电力信息分类与编码体系》、应用系统集成规范和信息化建设技术标准等;
B、选用Oracle数据库作为该系统数据平台,可以对任意选择的时间或区域范围内的的数据进行统计分析;
C、能够兼容支持目前市场上主流的在线监测终端装置,可以接收不同厂家及不同类型的仪器上传的测量数据;
D、能够将多种型号便携式测量仪的测量数据转换输入并存储到数据库中,并与在线监测装置的数据一起进行分析和统计;
E、不但有强大的分析和统计功能,还具有易于使用的报告编辑器。
通过报告编辑器,操作者可以非常简单的选择标准的报告类型模板对所选数据进行定点、定时和定量的报告自动制作。
如果报告模板中没有使用者需要的报告模板,用户可以使用报告定制模板建立并保存所需要的模板,并方便的生成不同需求者需要的电能质量报告;
F、不仅能对电能质量稳态数据进行高性能的处理,还具有对瞬态电能质量数据(电压骤升/跌落以及暂态电能质量)进行分析以及制作报告的强大功能;
H、通过对监测数据的分析,可及时准确定位系统的潜在故障源、污染源,分析出干扰源的特性、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;
I、在建立各监测点台帐的同时,建立污染源用户台帐,能够将二者进行关联分析,提高该管理系统的实用性及省网电能质量管理水平;
J、能够进行网络信息发布。
可以使用户通过网络浏览器程序,如NetscapeNevigator 或MicrosoftInternetExplorer查看数据库中的电能质量数据。
提供供非常易于使用的浏览器页面,使多个访问者可以通过局域网或Internet网在不同的工作站同时访问数据库。
访问者只能按被管理员所授予的权限对所允许的数据进行查询。
可以查看已下载的分类的电能质量数据。
该软件对数据安全性有密码保护,无论在Internet或公司Intrnnet(局域网)上使用时均具有安全性;
K、主站系统软件必须模块化开发,留有开放式接口,允许与其他系统交换数据,支持二次开发;
L、主站系统开发分两步进行:
一期主站管理系统应具备初步专家系统功能,建立终端接入适配层,直接从监测装置获取数据,不设市局分站,但在软件开发时应留有市局分站接口;二期将建设市局分站,将部分专家系统及终端接入适配层下放到市局分站,主站从市局分站抽取相关数据,完善主站专家系统。
(2)制定电能质量在线监测系统建设运行规范及监测终端接入技术标准
目前国内外的电能质量在线监测装置品种繁多、良莠不齐、互不兼容,根据主站系统的开发原则及在线监测装置的测试,制定《省级电能质量在线监测管理系统建设运行规范》及《省级电能质量在线监测终端接入标准》,以保证省级电网电能质量在线监测管理系统的正常运行。
3.3系统功能
1、数据采集功能
能够兼容目前市场上主流的在线监测终端装置,可以接收不同厂家及不同类型的仪器上传的测量数据,包括便携式测量装置的测量数据。
能够解决2.2节提出的目前国内已建系统存在的问题,允许任何厂家的在线终端无缝接入系统,接受系统管理和上传数据。
对于符合IEEE1159规定的PQDIF格式的监测终端以及现有的便携式测试仪和在线监测仪能够直接接入。
可以同时采集电网中几乎所有的电能质量参数。
包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、有功电度、无功电度、频率、谐波(电压、电流、功率,0-50次)、谐波总畸变率、谐波相位角、电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡度、正序分量、负序分量、零序分量、闪变以及骤升/骤降、瞬变、间谐波等。
可实现定时传输或召唤传输功能,可远方设置监测参数及其限值。
可灵活增加/减少电能质量相关测试指标、电能质量监测点。
可手工录入数据。
2、综合查询功能
构建省网电能质量监测数据库及污染源用户数据库,并在此基础上建立面向管理层的综合信息查询系统。
建立全省范围内的电能质量自动报送和汇总系统,提高工作效率。
通过因特网,向社会提供电能质量相关资讯,提高人们对电能质量的认识,建立企业形象。
向供电企业内部提供电能质量各种数据和报表,使有关人员了解电网的运行状况。
用户可以定制个性化的查询界面,各级电能质量管理人员可以很容易地进入与他们相关的监测点并用他们习惯的查看方式查看电能质量数据。
3、数据分析功能
近期目标:
建立监测网数据库以及基于国标的规则库,根据不同的电能质量指标进行相应的统计分析,每种分析结果可形成报表或图形,可打印。
包括对每个监测点(变电所或用户)不同电压等级,或者不同时段内电能质量指标进行统计分析、趋势分析;对不同区域、不同电压等级在不同时段内进行电能质量指标的区域分析、趋势分析;对同类性质的监测点在不同时段内进行比较分析、趋势分析等。
建立污染源用户库及基于各种管理法律、法规的制度库,能够针对不同的污染源用户提供相关法规依据,并能结合相关测试数据给用户分类及提供初步治理意见。
中期目标:
逐步建立知识库,形成初步的专家系统,输出电能质量评估报告;可给电力部门签订供用电协议时,提供电能质量方面的参考资料;可给状态检修系统提供相关运行数据,为运行设备的诊断和维修提供更全面的资讯。
远期目标:
完善专家系统,通过建立合适的神经网络模型,以及一些相应的学习样本集,不断的自我学习,充实知识库。
在知识库有了一定积累后,通过专家系统进行对象的全局分析,对电能质量可能造成的危害及其影响范围和影响程度,提出相应的策略,进而实现从电能质量发生危害而采取应急措施的被动模式,到预测电能质量危害而采取积极措施的主动模式的转变。
系统提供一个图形分析工具和报表分析工具,专门设计用来评估、分析和保存测量装置获得的测量数据。
实现算法的“即插即用”功能,内置了国标和一些国外标准,并能自定义标准。
具体功能表现在:
Ø 对数据库中任意时段的测量数据进行评估和分析;
Ø 分别对测量数据的最大值、最小值、平均值和95%概率值进行单独的分析和评估;
Ø 不仅能对电能质量稳态数据进行高性能的处理,还具有对瞬态电能质量数据(电压骤升/骤降以及暂态电能质量)进行分析;
Ø 能对不同参数进行同时分析,即可将电压、电流、谐波等不同类型的参数同时进行比较和分析,也可以将不同测量地点的相同或不相同的测量参数进行同时比较和分析。
这对查找谐波源、分析负荷性质、查找故障源以及分析某一期间内不同变电站的电力参数等都有极大的帮助。
Ø 允许用户对任意选取区域的数据进行统计对比分析。
在该图表分析工具完全满足对常规电能质量参数的分析,如,间谐波、谐波、骤升/骤降、瞬变、故障记录等。
其中:
图形分析工具能够允许自定义分析画面,对于图表、历史曲线等数据展示的定义都实现完全由用户自定义完成。
数据画面形式分为趋势图、表格和自定义的模板格式。
用此功能就可以直接打开和查看已定义好的数据表现,以进行调整格式和内容,并且可将刚才定义出的图形进行发布到WEB站点上供用户查看和分析借鉴。
报表分析工具提供了一个用户自定义报表功能,用户根据管理要求或经常关心的指标数据,对报表格式和报表数据可实现任意自定义。
用户可任意设置定时发布的时间点、自动周期发布的时间间隔和报表自动过期时间点。
对自定义的数据内容及格式可形成该类型报表的用户自定义模板。
系统内置了电能质量综合报表和电能质量超标统计报表的“日报”、“周报”、“月报”、“季报”、“年报”的标准模板,该模板可以对单台或多台测量装置定制输出报告,报表中提供了丰富的定制参数,包括:
相选择、基本参数选择、电压谐波、电流谐波、功率谐波、电能质量参数、负序参数。
电能质量超标统计报表只统计出超过设定评估标准的参数,没有超过评估标准的参数将不会被列出。
如果没有任何参数超过评估标准,报告中将显示在统计期间内没有参数超过评估标准。
报表的发布均通过局域网根据设定的时间点和时间周期定时发布到WEB站点上。
4、事件管理功能
系统具备了事件管理功能,事件是记录系统中的仪表在测量及通讯过程中所发生的所有事情,包括测量过程中发生的骤升/骤降、瞬变、故障记录、内外部触发以及通讯过程中的连接、时钟同步等等。
事件管理提供对事件列表的查看功能,列表可以显示一个、多个或系统全部的仪表事件。
事件以列表显示含有许多关于事件的信息,如时间、事件的种类、事件数据等等。
同样系统管理员可以把对一段时间内的相关事件列表发布到WEB站点上,供有权限的用户进行查看。
5、系统维护功能
要提供一个通用的、易操作的系统维护工具。
该维护工具能对系统各功能模块进行配置,能够维护系统的外挂接口。
另外,系统维护工具还包括权限管理功能。
权限管理通过引入用户登录信息和区域、角色信息,从程序功能和数据层面上实现分层次和多维度的权限管理机制。
通过对用户角色的管理完成程序功能上的权限划分,要保证数据在区域范围内的共享性和私密性。
这里用户角色及权限是由系统管理员具体分配的。
系统管理员在新建用户时,首先选择赋予用户的角色等级,程序自动根据选定的等级动态地列出备选权限。
由用户角色所划分的用户权限集合不是固定
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