供电电源系统电能质量稳定性监测方法

马文瑜 1   王开青 2

摘要：随着分布式电源的快速发展和电力电子技术的不断成熟，供电电源系统发展趋势逐渐转变为智能化与小型化，由此导致的电能质量问题得到电力系统相关部门与社会大众的普遍关注。供电电源系统电能质量的稳定输出能够保障电网用户侧设备的正常运行，对人们的日常生活有着重要意义。供电电源系统电能质量稳定性问题主要分为谐波畸变问题与故障导致的暂态问题。为保障电力系统运行安全性与经济性，需要及时准确地监测供电电源系统电能质量的稳定性。

关键词：供电电源系统；电能质量；稳定性；监测方法；

引言

随着我国城市化水平的提高和工业的迅速进步，能源需求也在增加。但是，不可再生资源的数量有限，由于煤炭等能源生产的增加，许多危险物质流入空气，从而加剧了空气污染。分布式电源的新的低成本、清洁和更灵活的供电方法现在更为人们所接受。分布式电源电源连接器的位置和大小可以改变配电网节点的电压分布，了解分布式电源对配电系统的影响，优先考虑对配电系统的负面影响，使其可以避免。

1供电电源系统电能质量稳定性监控器设计

设计供电电源系统电能质量监控器有三大模块，分别是电能信息采集器、电能信息处理器和电能信息存储器，设计电能信息采集器位于监测器结构前端，其主要功能是采集供电电源系统电能质量信息，同时清除冗余信息。设计电能信息处理器位于监测器结构中部，其主要功能是处理电能信息采集器所采集的电能质量信息。设计电能信息存储器位于监测器结构底层，其主要功能为存储监测器所获取的相关信息，同时向相关管理人员展示所获取的相关信息。监测器配备特有的LED显示屏幕，可实时呈现监控信息，方便管理人员查阅。在电能信息采集器向电能信息处理器传输信息时，通过以太网和RS485电气特性标准进行连接，保证了快速传递和保密性。

2分布式供电电源对配电网运行的影响

2.1分布式电源对电力系统可靠性的影响

分布式电源采用配电装置，对系统的安全性和可靠性都有正面和负面影响。通过将DG作为电源连接到系统，可以部分消除电路超载和挤压现象，从而增加电力容量。分布式电源的正确布局和电压调节可以部分增加系统的电压。当系统访问DG时，电网的稳定性会受到严重影响。如果DG没有低压干扰，通常需要在停电时切断，因为DG在其连接的断电时不仅支持电压降，而且还会增加电压降。如果一个分布式电源出现故障，无法在规定的时间内关闭，非周期碰撞会导致备用电源无法正常工作，并损坏设备。如果无法在最短时间内恢复电源，可能会给用户带来更大的损失。

2.2谐波问题

和谐的另一个严重问题是分布式电网。分布式电源本身是谐波源的原因有两个。二是在分布式电源中使用大量电子设备，例如b .风力发电机制造商，它本身产生一定数量的谐波，但影响不大。

3供电电源检测方法

3.1获取电源负荷监测数据

电力测量自动化系统通常根据每天96个采样点频率，从电站侧和电力变压器末端收集相关负荷数据，为能源分析提供重要依据。当客户使用两个电源进行电源调整时，负载会以独特的方式叠加到新电源上。这种重叠完全是通过分析电力负荷数据得出的。为了更清楚地说明叠加效应，应避免在周末等特殊情况下分析不规则因素对载荷的影响，并选择最近5d中的载荷数据作为小轴分析的源。

3.2确定分辨层数

为了提取一个重要电力电缆客户的负荷特性，必须相应地确定小波差动层的数目，尽可能将信号的基底f0定位在最低频带的中心，从而限制基本频率分量对其他频带的影响。将采样率设置为fs，频带的细分级别数相等，p是分辨率级别数。f0是基本单元的频率，其中f0=5。小波测定是一个小的决定因素，其中采样速率过低可能会在发生故障时导致签名信号明显异常。采样速率过高会导致系统资源需求增加。结合样本特性和实际业务需求，本节中的采样率设置为480(全部5d)，采样分辨率级别数为p=5。

4电能质量稳定性分析

4.1智能采集终端研发

基于终端即插即用技术、终端雾状通信技术，本文研发了智能采集终端，具备多种通信方式，实现对多种通信协议间的相互转换，不同通信方式间的自由切换。研发的智能采集终端主要有智能插座、三相四线重合闸断路器、网机–物联网机等。1）智能插座。可在线监测用电设备的电压、电流、功率、频率、谐波、电弧等电气参数，支持过零通断。其中，电源模块进行系统供电，滤波采集模块主要采集用户和设备负荷电压、电流和频率等信息，并将其转化为低电压信号。数据分析模块是智能终端的核心，主要实现参数计算、数据通信、高级保护、发布指令等功能。通信模块基于互联网架构，支持LoRa、Wi-Fi、4G等多种通信方式，为智能采集终端与控制服务器提供通信信道。执行模块负责执行数据处理模块的控制指令，并反馈执行结果。

4.2三相四线重合闸断路器

通信规约采用标准Modbus-RTU方式，方便编程且具备ESD保护电路的RS-485通信接口，支持远程分闸/合闸控制、三相四线供电、外置电流互感器接入等。采用工业级芯片，具有完善的防雷抗干扰措施，耐压达DC2500V。可对三相电机驱动的大型设备电压、电流等电能质量数据及配电网电能质量数据进行采集与监测，可利用不同的通信方式进行通信。

4.3配电网分布式电源选址定容的要求

分布式电源的存在为设计人员提供了更多的配电规划选择和更高的要求。分布式电源越来越普及，使得能源安全预测中的功耗调整更加困难，增加了电力系统的不确定性。调度问题的动态特性复杂且与维数密切相关。由于分散式电源供应器种类繁多，因此在安装分散式电源供应器时，请务必了解最适合的电源供应器类型，以及如何正确部署这些电源供应器。

4.4继电器控制电路

继电器控制电路是一种电路，可实现主电源和辅助电源之间的无缝切换，可确定主电源的运行状态，通过光阻传输到辅助电源，控制继电器切换，并确保电源端的不间断供电。电路检测采用延时敏感形式，提高信号检测精度。

4.5配电网电能质量监测平台研发

在智能终端信息采集过程中运用终端深度覆盖技术实现盲区内电能终端信息的采集，通过大规模即插即用技术提高电能质量数据采集效率，基于雾状通信技术满足不同终端电能质量数据传输需求。监测平台主站可以通过主机或移动终端实现电能质量数据实时监测。可实现对配电网电能质量的在线监测，有效节省人力成本，提高电能质量感知效率和感知精确度。基于该平台，可实现对电能质量事件的精准溯源，提高配电网的电能质量感知能力。

结束语

大规模终端高效接入技术可以及时感知和采集新接入终端电能质量数据；终端通信深度覆盖技术可以提升电能质量数据采集的全面性；终端雾状通信技术根据终端运行状态对通信资源进行动态调整，对电能质量影响较大的在运行终端进行重点监测，提升终端电能质量数采集和传输效率。

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