安科瑞电能质量监测系统的设计及应用

摘 要：介绍了电能质量监测系统的构成和基本原理，分析探讨了该系统在供配电系统和工厂用电设备监测等方面的应用，其对电网的安全、稳定、经济运行具有重要意义。

关键词：电能质量；监测系统；供配电系统；应用

0.前言

电能质量是衡量电网供给用户端交流电能的品质标准。电能质量监测系统是对电力系统、工业用户等电能质量进行监测并自动记录的智能化数据监测系统。该系统对电网电压及电流波形进行实时监测、分析，并自动生成所需图形报表，相关技术人员即可以通过Web方式随时查询电网的实时电能质量数据和历史数据，对电能质量扰动做出科学的评估，为改善电能质量提供决策依据。

1.电能质量监测系统的构成和原理

电能质量监测系统由监测终端、主站及远程监测软件系统组成。

1.1电能质量监测终端

监测终端主要完成数据的处理、记录、存储以及与主站之间的通讯连接和数据传输，形成图形报表。监测终端还具有LCD图形显示、多参数综合测量、参数报警值设定、实时定点报警等功能。终端运行VRTX实时多任务操作系统，可以及时响应用户的请求，过电压数据采用中断方式记录，保证数据不丢失。

监测终端的硬件由TA/TV及AD信号预处理、DSP数据处理器、并行通讯ISA总线并行扩展、调制解调器、LCD显示器（VGA单色带背光）、网络适配器、电源等构成。电能质量监测终端的硬件构成框图见图1。

传感器将配电网参数的电能信号TA/TV转化为AD的输入信号，然后进行同步采样，转换后的采样数据通过同步串口传入DSP，进行数据处理。DSP数据处理器是监测终端的核心部件之一，它将采集的数据变换格式，采用成熟的FFT（快速傅立叶算法）计算分析处理各种数据。DSP将分析结果送到LCD以图形方式显示电压、电流基波及各次谐波的幅值、相角，电压、电流的矢量图，电压、电流波形，并通过串口将数据送到主站PC进行相应的处理。上位计算机对接收到的数据，通过管理软件对数据进行分类、储存、共享，运行和管理人员可随时查询，并可选取需要的数据进行报表输出和曲线打印分析。

1.2主站及远程监测软件

主站通过调制解调器或网络接受监测终端上传的数据主站为客户机—服务器方式，数据存放在服务器的数据库中，可以方便地调用与查询。主站接受监测终端上传的数据，进行统计分析，形成文件、报表及曲线，并可显示数据和图形(如频谱图、波形图、曲线图、向量图等)。它可以管理多台电能质量监测终端，对收集到的数据进行分析与处理，可以对某一时段或某一事件过程时段的电能质量进行分析、形成报表，自动形成日、月和年报表，自动找出谐波含有率超标的时段与线路，计算电压合格率与供电可靠性。远程监测软件主要完成数据的处理、计算、统计及图显，提供报警等信息。监测系统软件框图

2.电能质量监测与治理系统

2.1概述

电能质量分析与治理系统主要研究供配电系统中的无功补偿和谐波治理问题，适用于新建、改建、扩建和技改项目中工业与民用及公共建筑内电气设备的无功补偿、谐波及综合治理等，可根据不同行业类型和负载类型的电能质量问题提供合适的设计解决方案，以达到改善供电质量和确保电力系统安全经济运行的目的。

2.2典型行业

①商业/办公大楼/医疗/机场/体育馆：空调、电梯、LED屏幕、可控硅调光系统、音响系统；

②港口码头/造船/造纸/烟草/煤矿：变频器等；

③光伏/充电桩/化工/冶金：变频器、整流器等；

④学校/研究院：实验室、机房设备、数据；

⑤工厂：使用大型设备的生产线，高精度数控等；

⑥通信/金融/医疗/商业：UPS、开关电源等。

2.3系统架构

电能质量分析与治理系统由低压侧电能治理产品组成，主要产品有ANAPF有源电力滤波器、ANSVG静止无功发生器、ANSNP中线安防保护器、ANHPD谐波保护器、ANSVC低压无功功率补偿装置、ANSVG-G-A混合动态滤波补偿装置、ANSVG-S-A混合动态消谐补偿装置、ANSVG-S-G智慧型动态无功补偿装置等。

3.产品选型

3.1 谐波治理产品选型

3.2、无功补偿产品快速选型

4.产品功能

4.1 ANAPF有源电力滤波器

触摸屏

互感器

ANAPF系列有源电力滤波器并联在电网上，负载电流通过电流互感器采集到ANAPF的控制系统中，通过实时检测电路将负载电流中的谐波分量和基波无功分量分离出来，经控制系统快速运算，采用PWM控制IGBT的触发。通过由大容量IGBT管组成的三相变流器向系统注入补偿电流，该补偿电流与负荷电流中的谐波电流大小相等，方向相反，互相抵消，实现滤除谐波的功能，保证流入电网电流是正弦波。

4.2 ANSNP中线安防保护器

ANSNP中线安防保护器通过电流检测环节采集系统中性线上各次谐波电流，经控制器快速计算并提取各次谐波电流的含量，产生谐波电流指令，通过功率执行器件产生与谐波电流幅值相等方向相反的补偿电流，并注入中性线，从而消除中性线中过大的电流。

4.3 ANSVG静止无功发生器

ANSVG静止无功发生器是一种用于补偿无功以及不平衡的新型电力电子装置，它能对大小变化的无功以及负序进行快速和连续的补偿，其应用可克服LC补偿器等传统的无功补偿器响应速度慢、补偿效果不能控制、容易与电网发生并联谐振和投切震荡等缺点。

4.4 ANSVC低压无功功率补偿装置

（1）分立元件方案

ANSVC 低压无功功率补偿装置适用于频率 50Hz 电压 0.4kV 电网的无功功率自动补偿；它集无功补偿、电网监测于一体，不但可以通过投切电容器组来补偿电网中的无功损耗，提高功率因数，降低线损，从而提高电网的负载能力和供电质量；同时还能够实时监测电网的三相电压、电流、功率因数等电量参数。

（2）智能电容方案

AZC系列智能电力电容补偿装置是应用于0.4kV、50Hz低压配电中用于节省能源、降低线损、提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备。AZC由智能测控单元，投切开关，线路保护单元，低压电力电容器等构成，AZCL在AZC的基础上添加了电抗器，电抗率可选7%/14%，用于主要谐波为5次及以上/3次、5次及以上的电气环境。改变了传统无功补偿装置体积庞大和笨重的结构模式。具有补偿效果更好，体积更小，功耗更低，价格更廉，节约成本更多，使用更加灵活，维护更方便，使用寿命更长，可靠性更高等特点。

4.5 ANSVG-G-A混合动态滤波补偿装置

ANSVG-G-A混合动态滤波补偿装置在补偿无功的同时可兼治理系统的谐波，该设备以并联方式接入配电系统，实时监测系统的电流分量，通过控制计算及逻辑变化，计算出系统所需的无功分量及谐波分量，然后通过三相全桥换流电路实时产生系统所需要的无功与谐波电流注入到配电系统中，实现智能补偿，兼谐波治理。

4.6 ANSVG-S-A系列混合动态消谐补偿装置

ANSVG-S-A系列混合动态消谐补偿装置应用新技术，以SVC的经济性和APF滤波的性等特点为基础，将两者技术相结合，提高传统无功补偿技术，在降低成本的同时，实现谐波治理与无功补偿。

4.7 ANSVG-S-G智慧型动态无功补偿装置

ANSVG-S-G智慧型动态无功补偿装置是一种用于补偿无功，提高功率因数，实现补偿效果的新型电力电子装置；智能控制系统主动根据系统的线性动态需求，自动调节有源及无源模块的输出配比；ANSVG-S-G整机主要是由ANSVG-S-G模块、无源补偿电容器（TSC）、液晶显示器组成。

5.应用案例

5.1 概述

某工厂负载为空压机、注塑机一类的变频设备，是典型的谐波发生源，客户要求针对谐波电流进行治理，改造前/后实测数据如下：

治理前数据截图

治理后数据截图

5.2 测量前/后数据统计

5.3 测量前/后数据分析

从治理前后的测量数据电流波形对比图中，我们可以较为直观的看出谐波治理后的电流波形更加平滑，更加趋近于正弦波形。根据数据统计可知，谐波电流主要以5、7、11次为主，治理前的5、7、11次谐波电流均超出国标限值（5次62A、7次44A、11次28A），经过容量200A的ANAPF有源滤波器治理后均降到了限值以下，满足国标对于各次谐波电流值的要求；治理后谐波电流畸变率（以A相为例）由治理前的32.39%降到了10.42%；治理后谐波电压畸变率（以A相为例）由治理前的5.4%降到了2.97%，满足国标限值电压畸变率≤5%的要求，各项指标完全符合标准，谐波治理效果明显。

6.结束语

电能质量监测是保证电力系统安全可靠运行的技术支撑，是保证电网和电气设备安全和可靠的重要手段。建立实用、可靠的电能质量监测网络，为及时分析和反映电网的电能质量水平，找出电网中影响电能质量的原因，采取相应的措施，对电网的安全、稳定、经济运行具有重要意义。

审核编辑 黄宇