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1、上海交通大学 硕士学位论文 基于Web技术的电能质量监测和分析系统 姓名：孙毅斌 申请学位级别：硕士 专业：电力系统及其自动化 指导教师：程浩忠 20050201 上海交通大学硕士学位论文 I 基于 W e b技术的电能质量监测和分析系统 摘 要 本文建立了基于 W e b技术三层体系结构的电能质量监测和分析系 统分为用户端应用层和服务器端三部分三部分相互独立通过 网络联系起来, 可以完成电能质量的数据采样传输处理分析的全 过程本系统基于 W i n d o w s 2 0 0 0 S e r v e r及以上平台以多种编程语 言开发使用 M i c r o s o f t S Q L S e
2、 r v e r 数据库管理系统建立数据库来组 织和调用数据相对传统的数据文件优化了数据的组织和管理文 中论述了主要电能质量分析算法包括傅立叶变换F F T 和谐波潮流 计算 本文侧重于系统开发的原理性描述 开发过程中采用了 A c t i v e X 组件开发动态链接库D L L 等技术系统平台用 D e l p h i 语言开发 包括数据库查询界面各计算模块调用界面主要计算模块为 C + + 实 现包括 F F T 分析谐波潮流计算相关性分析计算等 在上海市电力公司市区供电实际应用证明了该文理论和方法的正 确性和有效性 关键词电能质量监测系统, W e b 技术三层体系客户端/ 服务器 端
3、浏览器/ 服务器 上海交通大学硕士学位论文 II P O W E R Q U A L I T Y M O N I T O R I N G A N D A N A L Y S I S S Y S T E M B A S E D O N W E B T E C H N O L O G Y ABSTRACT Power quality monitoring and analysis system is developed base on Web technology three tier system. The whole system is divided into three parts: Cl
4、ient, Application and Server, which are connected each other by the network. Data sampling, transporting, analyzing and computing of power quality are implemented. This system is based on Windows 2000 Server or upper platform. It is programmed with multi-programming language and it saves its data an
5、d managing results in the database designed by Microsoft SQL Server, which also manages power data in a secure and efficient way. Frequently used algorithms in power analyzing are discussed, including FFT and harmonic flow computing. The dissertation is focused on the principles and procedures of th
6、e algorithm, complexities and adaptive structures are ignored due to their proved efficiency. Related software skills are presented, e.g. ActiveX components and Dll developing. The system platform is implemented in Delphi, including those for database querying and calling interface of Dlls. Computin
7、g modules are implemented in C+, e.g. FFT and harmonic flow computing and related analysis computing. Its effective and correction are proved in urban power supply company, shanghai electric company. Key words: power quality, monitoring system, Web technology, three tier architecture, Client/ Server
8、, Brower/Server 上海交通大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1.1 电能质量监测和分析系统实现的背景和意义 在理想的交流供电系统中三相交流电压是平衡的电压和电流的波形呈 正弦波无畸变状态然而在实际情况下电能在输送过程中会受到各种用电负 荷的影响, 到达用户的电能会偏离正弦波形而发生畸变 电能质量可用电网谐波电压波动和闪变三相不平衡度等指标来表示电 能的质量不仅取决于发电输电和供电系统本身伴随着现代工业化的迅速发 展接入公用电网的半导体换流器和非线性负荷也会明显地干扰或降低配电网 中的电能质量 电能质量的下降会给电力系统和用电设备带来严重的危害 比如 在电力系统电力电子电机电气供
9、用电等专业中以及所有涉及电力电子应 用的工业部门中都把谐波干扰及其分析处理作为重要技术课题 1 此外高压 直流输电系统变频器可控整流器电弧炉电动机车居民高档家用电器等 的应用使电网中的谐波污染三相电压的不对称性以及电压波动和闪变日趋严 重 2 同时由于上述负荷的存在使得电力系统中的供电电压即便是正弦波形 其电流波形也将偏离正弦波形而发生畸变 当非正弦波形的电流在供电系统中传 输时 将迫使沿途电压下降 其电压波形也将受其影响而产生不同程度的畸变 3 目前电力负荷的种类越来越多特别是非线性冲击性负荷在容量上数量上 日益增大 使公用电网中的各种干扰成分不断增加 或引起电网的电压发生畸变 或引起电压波
10、动以及三相不平衡甚至引起系统频率波动等造成电能质量日益 恶化 4 - 5 电能质量问题归纳起来主要包括以下几个方面 6 - 9 1 电压波动和闪变2 谐波3 电压三相不平衡4 电压的骤升和下降 现在由于电力市场化改革的推行电能作为商品在电力市场运行机制下不 同的发电公司包括电能生产者在发电侧实行竞争 电力公司与发电分离独立经营 管理为发电公司和用户提供转送电服务用户侧也可以作为独立实体参加价格 控制促使电能质量工作也面临着如何为用户提供优质安全电力的难题 1 0 - 1 5 针对这种情况国家技术监督局陆续颁布了电能质量的系列标准于 1 9 9 3 上海交通大学硕士学位论文 2 年发布了国家标准
11、电能质量 公用电网谐波( G B / T 1 4 5 4 9 - 1 9 9 3 ) 1 9 9 5年发 布电能质量 三相电压允许不平衡度G B / T 1 5 5 4 3 - 1 9 9 52 0 0 0年发布电 能质量 电压波动和闪变G B / T 1 2 3 2 6 - 2 0 0 01 9 9 8 年国家又制订了电力法 电能质量监督已列入电力系统九大监督项目之一2 0 0 1 年 1 1 月中电联在上海组 织召开了电能质量专题研讨会 对全国各地代表反映的非线性负荷引起的电能质 量污染现状高度重视 电能质量引起的电力事故在国内外都屡见不鲜1 9 8 9 年 3 月由于加拿大 魁北克系统中
12、地磁感应电流导致系统主变饱和并产生大量谐波 造成 S V C 电容器 组过载S V C 保护动作系统电压失稳进而导致整个魁北克系统崩溃1 9 9 1 年在意大利阿尔俾斯山地区发生两次类似电力事故一次是一个 2 M W 直流驱 动的双缆滑雪缆道工程的验收测试时引起电网瘫痪原因是当地 2 0 K V 电网容 量相对较小谐波电流引起 1 8 % 的电压畸变在美国中西部电网也曾有过负载 为谐波含量较高的调速系统虽没有超过额定容量仍引起主变失败的报道 在国内除神朔电气化铁道引起附近电厂停机外八十年代湖北黄石的大冶 钢厂在生产过程中引起附近电厂机组剧烈震动 甘肃白银供电局所属 1 1 0 K V 变电 站
13、供电气化铁道运行中 由于产生 1 1 次谐振 引起 1 1 0 K V 母线电压畸变 4 % 左右 1 1 次谐波电压含量达 2 . 2 % 1 6 1 9 9 9 年上海市电力试验研究所对浦西地区电网谐 波电压普测发现了市南供电公司 1 1 0 k V 安亭变电站存在谐波超标的问题 同时根 据上海宝钢安大电能质量有限公司上海大众联合发展车身配件厂电能测试报 告安亭变电站 1 0 K V 二段母线中安 1 3 车身出线 3 次5 次电流已超过中华 人民共和国国家标准 G B / T 1 4 5 4 9 - 9 3 电能质量 公用电网谐波的规定, 并影 响到用户的正常生产 1.2 国内外电能质量
14、监测系统的研究现状 1.2.1 电能质量监测系统概述 衡量电能质量的指标有 1 ) 供电频率允许偏差 2 ) 供电电压允许偏差 上海交通大学硕士学位论文 3 3 ) 供电电压允许波动和闪变 4 ) 供电三相电压允许不平衡度 5 ) 电网谐波允许限位 6 ) 暂时过电压和瞬时过电压 电能质量指标虽然只有 6 个监测量 但是具体需要计算的量却很多 如电压 有效值 U 电流有效值 I 系统频率 f 三相有功功率 P 三相无功功率 Q 三相 视在功率 S 一般称之为基本量除此以外还有电流电压的各次谐波分量 及总谐波畸变率 T H D 各次谐波含有率反映闪变的长时间闪变值 Pl t( l o n g t
15、 e r m s e v e r i t y ) 短时间闪变值 Ps t( s h o r t t e r m s e v e r i t y ) 三相不平衡率等等 5 7 以谐波测量为例其监测仪器的开发和研制大致经历了三个阶段第一阶段上 世纪 5 0 年代谐波成分的分析主要依靠实测波形的傅立叶计算既利用信号波 形的录波图 人工手动等间隔地量取数值 然后采用人工计算地方法进行谐波分 析计算计算过程十分费时费力精度很低分析谐波次数不高第二阶段 5 0 年代到 8 0 年代这一时期选频测量技术获得了广泛地应用和普及相应研制了 一系列选频式谐波测量仪器测量方式式利用失真度式地仪器测量谐波总畸变 率外
16、差选频式逐项测量各次谐波分量带通滤波式逐次选取各次谐波分量这 类谐波分析仪器仪表虽然较早期地人工分析方法有了很大的提高 但测试地结果 只能给出谐波地幅值不能测出相位测试调节也较麻烦第三阶段是 8 0 年代 至今 由于集成电路和微处理器及计算机地迅速发展 已生成了一系列基于快速 傅立叶变换地谐波分析频谱分析仪被测信号经采用/ 保持A / D转换计算机 傅立叶输出结果测试操作简单方便计算结果快速准确可同时进行多路信号 的测量现在采用微处理器构成的数字式仪器已被广泛使用 1 7 - 2 2 核心由 D S P ( D i g i t a l s i g n a l p r o c e e d i n g ) 所构成一般都可以和计算机相连构成 P C + D S P主从式结构 2 3 具有显示存储通讯人机对话等功能这种电能质 量的监测手段和管理模式存在明显的局限性 1 实时性差监测周期长监测点分散无法及时了解电网电能质量水平 2 监测指标少由于监测装置的局限性同一台仪器无法同时监测多项电能质 量指标 3
