一、電能質(zhì)量的概述

近年來，隨著我國電力事業(yè)的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模日益擴(kuò)大，以往電能緊缺的問題已經(jīng)逐步解決，但與此同時(shí)，有關(guān)電能質(zhì)量的問題卻日益緊迫地?cái)[在了我們的面前。電能質(zhì)量的問題成為了現(xiàn)在電力行業(yè)面臨的為緊迫的課題。

隨著電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用和電弧爐等沖擊負(fù)荷以及電力機(jī)車等拖動(dòng)負(fù)荷的日益增多，對(duì)于電力行業(yè)來說，要保持滿足用戶要求的電能質(zhì)量變得越來越困難。電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上帶來了一系列方便和效益的同時(shí)，也使電網(wǎng)諧波的含量大量增加。電網(wǎng)諧波污染的日益嚴(yán)重，導(dǎo)致了電氣設(shè)備的壽命縮短，網(wǎng)損加大，增加了電網(wǎng)發(fā)生諧振的可能性，使繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置不能正常動(dòng)作或操作，導(dǎo)致儀表指示和電度計(jì)量不準(zhǔn)以及計(jì)算機(jī)和通信受干擾等一系列重要問題。電弧爐等大功率沖擊負(fù)荷除了會(huì)造成嚴(yán)重的諧波污染之外，還是電壓波動(dòng)和閃變的重要原因。電力機(jī)車等大功率的牽引負(fù)荷會(huì)造成三相不平衡。

有關(guān)電能質(zhì)量問題的研究已經(jīng)引起了各國電力工作者的高度重視。我國開始對(duì)電能質(zhì)量的研究的時(shí)間不長，但也取得了一定的進(jìn)展，正在向國際標(biāo)準(zhǔn)靠攏。國家技術(shù)監(jiān)督局相繼頒布了涉及電能質(zhì)量八個(gè)方面的國家標(biāo)準(zhǔn)：

《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》 GB/T14549－1993；

《電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變》 GB/T 12326－2008；

《電能質(zhì)量三相電壓不平衡度》 GB/T15543－2008；

《電能質(zhì)量供電電壓偏差》 GB/T12325－2008；

《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差》 GB/T15945－2008；

《電能質(zhì)量暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓》 GB/T18481－2001；

《電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備通用要求》 GB/T 19862－2016；

《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波》 GB/T24337－2009。

要解決面臨的電能質(zhì)量問題，就離不開對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量參量的監(jiān)測(cè)。電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)分為非在線監(jiān)測(cè)和在線監(jiān)測(cè)兩種方式，非在線監(jiān)測(cè)采用便攜式測(cè)試儀，不定期對(duì)所關(guān)注的某些點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，這種方式投資小、較靈活，但存在明顯的局限性，如：實(shí)時(shí)性不強(qiáng)、監(jiān)測(cè)指標(biāo)少、缺乏決策判斷的依據(jù)、工作量大、效率低等。

當(dāng)人們認(rèn)識(shí)到了這一點(diǎn)后，開始試行在線監(jiān)測(cè)方式，當(dāng)然，由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，也使在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)成為可能。

在1993年至1995年間，美國電力研究院EPRI（The Electric Power Research Institute）針對(duì)全美24種不同供電企業(yè)的277個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計(jì)分析，研究系統(tǒng)性能如何監(jiān)測(cè)、特殊的電能質(zhì)量問題如何監(jiān)測(cè)、為提高供電的服務(wù)質(zhì)量如何監(jiān)測(cè)等等，這個(gè)研究成果成為美國開展電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的指導(dǎo)方針。隨后，EPRI又針對(duì)不同的數(shù)據(jù)采集源研究制定電能質(zhì)量數(shù)據(jù)交換格式PQDIF（POWER QUALITY DATA INTERCHANGE FOMAT），該格式被IEEE采納并將其作為標(biāo)準(zhǔn)來制定，目前，某些制造廠家已采用了這種PQDIF標(biāo)準(zhǔn)格式。

相比較而言，國外的監(jiān)測(cè)設(shè)備以及電能質(zhì)量管理技術(shù)要國內(nèi)之前。隨著電力行業(yè)系統(tǒng)運(yùn)行管理的系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化和智能化，通訊網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)技術(shù)的日益成熟發(fā)展和普及，出現(xiàn)了三網(wǎng)合一的趨勢(shì)。功能單一的電力系統(tǒng)測(cè)量儀表已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代化電能管理的需要。因此開發(fā)一種新型的、通用性好、應(yīng)用范圍廣的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，集測(cè)量和通訊等功能于一體，能有效的進(jìn)行電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，對(duì)于保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性都具有重要的意義。

二、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的特點(diǎn)

我公司研制的KF-F335電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，ARM加DSP數(shù)據(jù)采集板模式， DSP具有極強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力用來完成數(shù)據(jù)的采集與傳輸，核心硬件處于國內(nèi)水平。

ARM用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、顯示、存儲(chǔ)、按鍵、通訊。采用LINUX嵌入式操作系統(tǒng)作為軟件平臺(tái)，全部軟件采用C++ 高級(jí)語言編程，保證了系統(tǒng)的高可靠性和高移植性。

DSP數(shù)據(jù)采集部分采用同步采樣的16位高速A/D轉(zhuǎn)換器，采集精度高，實(shí)測(cè)精度達(dá)到電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)國家標(biāo)準(zhǔn)A級(jí)的要求；

大容量的存儲(chǔ)空間，滿足電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求，可保存3個(gè)月以上的歷史數(shù)據(jù)掉電不丟失。

采用了硬件鎖相環(huán)技術(shù)，頻率自動(dòng)跟蹤，防止了在電力系統(tǒng)頻率變化時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的影響，防止了頻率“泄漏”。

強(qiáng)大的通訊接口，裝置配置了工業(yè)以太網(wǎng)，通訊速率高達(dá)100Mbps，還配置有RS485、USB通訊接口，可選擇多種通訊方式與遠(yuǎn)方管理中心交互數(shù)據(jù)；

核心硬件采用四層印刷電路板（PCB）工藝和SMT工藝，硬件可靠性和電磁兼容能力達(dá)到國內(nèi)水平，達(dá)到了國標(biāo)對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的EMC的要求。

在監(jiān)測(cè)功能方面，裝置除具有常規(guī)的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)外，還對(duì)電能質(zhì)量的暫態(tài)擾動(dòng)，主要是電壓的驟升、驟降進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。