电能质量监测系统中的数据处理技术

第36卷第2期四川大学学报(工程科学版)V ol.36N o.2 2004年3月JOURNA L OF SICH UAN UNIVERSITY(E NG INEERING SCIE NCE E DITION)M ar.2004文章编号:100923087(2004)022*******

电能质量监测系统中的数据处理技术

何金定,肖先勇3

(四川大学电气信息学院,四川成都610065)

摘　要:针对当前电能质量监测数据处理方法的不同,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国际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,在上位机中得到了清晰、明了的图形并能快速生成各类统计报表。通过这种数据处理方法,使整套电能质量监测系统达到工程实用的水平。

关键词:电能质量;监测系统;数据采样;数据处理

中图分类号:T M73文献标识码:A

Data Processing Method in Pow er Q uality Monitoring System

HE Jin2ding,XIAO Xian2yong

(School of E lectrical Eng.and In fo.,S ichuan Univ.,Chengdu610065,China)

Abstract:As currently there are various data processing methods in power quality m onitoring system,this paper put for2 ward a new data processing method based on data pre2processing,reas onable choice of time interval for analysis and gen2 erating daily statistical file.According to IEC international standard,it is effective to get clear and explicit graphs and quickly generate different statistical reports in controlling center by adopting the effective measuring time in collecting ap2 paratus and reading the data file of m onitoring spot in accordance with appointed format in m onitoring system.With this method of data processing,the whole m onitoring system of power quality can be effectively applied in practical project. K ey w ords:power quality;m onitoring system;data sam pling;data processing

随着社会的进步和发展,电能质量问题已经成为电力系统的重大课题。一方面,随着非线性负荷的不断增加,造成电能质量问题的各种因素不断增长,如电力电子技术的发展及其在工业和交通部门的广泛应用;另一方面,各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备不断普及,人们对电能质量及可靠性的要求越来越高[1,2]。

为了清楚了解系统中的电能质量问题,作者所在课题组使用Micros oft公司的VB6.0作为开发工具

收稿日期:2003205205

作者简介:何金定(19782),男,硕士生.研究方向:电力市场及电能质量控制.

　3通讯联系人成功地开发了一套电能质量监测系统,达到了能够监测电能质量各项指标运行情况的水平,并已投入实际电力系统运行。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　电能质量监测系统的构成

电能质量监测系统主要由电能质量监测的下位机(即监测仪)、上位机(即用户操作所用的计算机)以及应用软件系统组成。

1.1　下位机系统的构成

1)数据采集部分,包括数据的采样和计算;

2)数据处理,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)数据通信传输部分,包括下位机内部数据通信传输(主要是与DSP 通信)和与上位机之间的通信传输(主要是通过M ODE M 和网络通信)。1.2　上位机系统的构成

1)通信传输部分,与下位机间的数据通信与传

输;

2)接收电网各下位机的电能质量数据,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,主要是系统管理监测点数据文件。

图1为整个监测系统的软件构成

。

图1　电能质量监测系统的软件构成

Fig.1　Softw are architecture of pow er qu ality moni 2

toring system

2　下位机系统中的数据流程、数据预

处理及电能质量指标的计算方法

2.1　数据流程

从监测仪启动开始,就开始了对监测点数据的采样、分析、处理,然后生成监测点一天的采集数据文件。图2给出了监测仪在1小时内的数据流程。2.2　数据预处理

由于在现场实测信号中,不仅包含由基波及各次谐波叠加而成的合成信号,而且还包含噪声信号,噪声信号的存在会大大影响电能质量的测量精度,这样在谐波分析、信号频率的确定等方面会有很大的误差[3]。本文采用FFT (Fast F ourier Trans form ,快速傅立叶变换)原理[1]进行数据的实时处理。在实际应用中要得到准确的FFT 运算结果,必须满足Nyquist 采样定理的要求,防止频谱混叠的发生,而

且根据FFT 算法的要求,采样点应均匀分布在一个信号周期内,即应当实现严格的同步采样,否则就会引起信号的频谱泄漏,带来很大的测量误差,特别是对高频分量,计算出来的值就没有可信性。因此,需要对采样值进行数字信号预处理,以减少误差。图3给出了整个数据预处理流程

。

图2　电能质量监测仪1小时数据流程

Fig.2　Date flow of pow er qu ality monitoring app ara 2

tus every one

hour

图3　采样信号预处理流程

Fig.3　Pre 2processing flow of sampling signal

如图3所示,在整个过程中,采用了软件同步采样法。目前常用的同步采样方法主要分为硬件同步和软件同步两大类。硬件同步方法是一种预防式方法,主要采用锁相环电路来实现跟踪信号频率的变换,从而实时调整采样速率,实现同步采样,但是其硬件结构比较复杂,在测量较大的畸变波形时误差较大。软件同步方法是一种补偿式方法,主要采用准同步采样、加窗、加窗-插值等技术,来补偿和减

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