1、基于A(yíng)CR電力質(zhì)量分析儀的電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方案徐霜上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 0 概述隨著電力電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展，供電系統(tǒng)中增加了大量的非線(xiàn)性負(fù)荷，從低壓小容量的家用電器到大容量的工業(yè)交流變換器的廣泛應(yīng)用，引起了電網(wǎng)電壓、電流波形的畸變，威脅到電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在國(guó)家一些重要項(xiàng)目的建設(shè)中電網(wǎng)質(zhì)量的監(jiān)測(cè)顯得尤為重要，作為目前功能完整，體積較小的ACR230ELH電力質(zhì)量分析儀對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、解決諧波產(chǎn)生的問(wèn)題有著重要的指導(dǎo)作用，且用電企業(yè)有必要建立電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)配電電網(wǎng)電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控。1 系統(tǒng)組成電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)層，通訊傳輸層和數(shù)據(jù)管理

2、層組成，系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。組網(wǎng)方式有網(wǎng)線(xiàn)、光纖、無(wú)線(xiàn)三種模式。圖1 電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)拓?fù)鋱D1.1現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)層現(xiàn)場(chǎng)安裝各類(lèi)電力質(zhì)量分析儀，要求具有通訊功能。主要產(chǎn)品有ACR330ELH、ACR320ELH、ACR230ELH、ACR220ELH等電力儀表，主要功能見(jiàn)表1.1。型號(hào)主要功能開(kāi)孔尺寸（mm）ACR220ELH三相I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos；THDu、THDi、2-31次各次諧波分量；四象限電能、RS485/Modbus、LCD顯示88X88ACR320ELH108X108ACR230ELHLCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電

3、能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、電話(huà)波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計(jì)算；電網(wǎng)電壓電流正、負(fù)、零序分量（含負(fù)序電流）測(cè)量；4DI+3DO（DO3做過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、不平衡報(bào)警）；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議88X88ACR330ELH108X1081.2 通訊傳輸層為了將監(jiān)測(cè)層設(shè)備采集的數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器而負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通訊傳輸?shù)脑O(shè)備，主要有通訊管理機(jī)、串口服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等。數(shù)據(jù)采集終端通過(guò)串口與監(jiān)測(cè)層設(shè)備通訊，讀取其中數(shù)據(jù)，并進(jìn)行初步分析、整理，將數(shù)據(jù)保存在本地SD卡中，之后將數(shù)據(jù)傳輸給無(wú)線(xiàn)通訊模塊。無(wú)線(xiàn)通訊模塊采用射頻技術(shù)，在現(xiàn)

4、場(chǎng)組成無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)，將各點(diǎn)數(shù)據(jù)采集終端整理的數(shù)據(jù)收集并傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器，也可用網(wǎng)線(xiàn)或光纖的方式傳輸數(shù)據(jù)。a) 數(shù)據(jù)管理層對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、解析及應(yīng)用的過(guò)程，包括服務(wù)器架設(shè)、各種軟件的應(yīng)用。2 系統(tǒng)功能2.1 標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有CAD一次單線(xiàn)圖顯示中、低壓配電網(wǎng)絡(luò)的接線(xiàn)情況；龐大的系統(tǒng)具有多畫(huà)面切換及畫(huà)面導(dǎo)航的功能；分散的配電系統(tǒng)具有空間地理平面的系統(tǒng)主畫(huà)面。主畫(huà)面可直接顯示各回路的運(yùn)行狀態(tài)，并具有回路帶電、非帶電及故障著色的功能。主要電參量直接顯示于人機(jī)交互界面并實(shí)時(shí)刷新。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配電一次圖見(jiàn)圖2。圖2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配電一次圖2.2 用戶(hù)管理可對(duì)不同級(jí)別的用戶(hù)賦予不同權(quán)限，從而保證系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程

5、中的安全性和可靠性。如對(duì)某重要回路的合/分閘操作，需操作員級(jí)用戶(hù)輸入操作口令，還需工程師級(jí)用戶(hù)輸入確認(rèn)口令后方可完成操作。2.3 數(shù)據(jù)采集處理通過(guò)Acrel-2000型電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)和定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各電參量及開(kāi)關(guān)量狀態(tài)（包括三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、諧波、不平衡度、電流K系數(shù)、電話(huà)波形因子、電壓波峰系數(shù)、電能、溫度、開(kāi)關(guān)位置、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等），將采集到的數(shù)據(jù)或直接顯示、或通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算生成新的直觀(guān)的數(shù)據(jù)信息再顯示（總系統(tǒng)功率、負(fù)荷最大值、功率因數(shù)上下限等），并對(duì)重要信息量進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)。見(jiàn)圖3。圖3 數(shù)據(jù)采集處理2.4 趨勢(shì)曲線(xiàn)分析系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)曲線(xiàn)和歷史趨勢(shì)兩種曲線(xiàn)

6、分析界面，通過(guò)調(diào)用相關(guān)回路實(shí)時(shí)曲線(xiàn)界面分析該回路當(dāng)前的負(fù)荷運(yùn)行狀況。如通過(guò)調(diào)用某配出回路的實(shí)時(shí)曲線(xiàn)可分析該回路的電氣設(shè)備所引起的信號(hào)波動(dòng)情況。系統(tǒng)的歷史趨勢(shì)即系統(tǒng)對(duì)所有已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)均可查看其歷史趨勢(shì)，方便工程人員對(duì)監(jiān)測(cè)的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行質(zhì)量分析。2.5 報(bào)表管理系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的電能報(bào)表格式并可根據(jù)用戶(hù)需求設(shè)計(jì)符合其需要的報(bào)表格式，系統(tǒng)可自動(dòng)設(shè)計(jì)?？勺詣?dòng)生成各種類(lèi)型的實(shí)時(shí)運(yùn)行報(bào)表、歷史報(bào)表、事件故障及告警記錄報(bào)表，操作記錄報(bào)表等，可以查詢(xún)和打印系統(tǒng)記錄的所有數(shù)據(jù)值，自動(dòng)生成電能的日、月、季、年度報(bào)表，根據(jù)復(fù)費(fèi)率的時(shí)段及費(fèi)率的設(shè)定值生成電能的費(fèi)率報(bào)表，查詢(xún)打印的起點(diǎn)、間隔等參數(shù)可自行設(shè)置；系統(tǒng)設(shè)計(jì)還可根據(jù)

7、用戶(hù)需求量身定制滿(mǎn)足不同要求的報(bào)表輸出功能。3 典型應(yīng)用世博中心是上海世博會(huì)園區(qū)內(nèi)首座永久性場(chǎng)館，位于盧浦大橋東側(cè)世博園區(qū)B區(qū)濱江綠地內(nèi)，東西長(zhǎng)約350米，南北寬約140米，總建筑面積約14萬(wàn)平方米，現(xiàn)已建成并投入試運(yùn)營(yíng)。世博中心作為世博永久性場(chǎng)館中最重要的場(chǎng)館之一，在世博會(huì)期間，將承擔(dān)世博會(huì)運(yùn)營(yíng)指揮中心、慶典會(huì)議中心、新聞中心、論壇活動(dòng)中心等功能。上海安科瑞電氣股份有限公司的ACR230ELH電力質(zhì)量分析儀在該項(xiàng)目中一舉包攬了中心場(chǎng)館5個(gè)變電所的所有電力數(shù)顯示儀表。以世博中心地下5個(gè)變電所中的1#所舉例：這是一個(gè)0.4kV低壓配電站系統(tǒng)，由2個(gè)受電柜、2個(gè)應(yīng)急進(jìn)線(xiàn)柜、1個(gè)母聯(lián)柜、4個(gè)補(bǔ)償柜，

8、155個(gè)饋出柜組成。饋出柜負(fù)載具體可分為：展覽用電、照明用電、空調(diào)風(fēng)機(jī)用電、動(dòng)力用電和消防用電。配電系統(tǒng)中采用了LED等節(jié)能光源、大功率變頻中央空調(diào)、展覽用電等大量非線(xiàn)性用電設(shè)備，雖然降低了實(shí)際的功耗，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)，但是這些設(shè)備都是電力系統(tǒng)諧波的主要來(lái)源；這些設(shè)備即使供給它們理想的正弦波電壓，取用的電流也是非線(xiàn)性的，即有諧波電流存在。這些設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流注入電力系統(tǒng)中，使系統(tǒng)各處電壓產(chǎn)生諧波分量。這些設(shè)備單個(gè)容量不大，但基數(shù)很大且散布于各處，電力部門(mén)又難以治理。假如這些設(shè)備的電流諧波含量過(guò)大，則會(huì)對(duì)世博中心場(chǎng)館電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。ACR230ELH電力質(zhì)量分析儀在現(xiàn)場(chǎng)使用之后，用戶(hù)除了

9、可以通過(guò)該表了解所有常規(guī)電參數(shù)之外，可以了解世博中心場(chǎng)館現(xiàn)場(chǎng)各種電力設(shè)備投運(yùn)前、后相關(guān)系統(tǒng)的電力質(zhì)量水平及其變化對(duì)有關(guān)設(shè)備的影響，方便電力質(zhì)量故障診斷和異常的原因測(cè)量，為大型公建的穩(wěn)定運(yùn)行提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在該項(xiàng)目中主要用到了該產(chǎn)品的以下功能，常規(guī)電參數(shù)測(cè)量、復(fù)費(fèi)率電能計(jì)量、電力質(zhì)量分析、分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)的分合狀態(tài)指示以及485通訊組網(wǎng)。現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)通訊層站控管理層。也即是：先將現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備接入就地的Modbus總線(xiàn)，再將Modbus總線(xiàn)通過(guò)串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器轉(zhuǎn)換成TCP/IP以太網(wǎng)與監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，最終由方便管理人員通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件了解及掌握現(xiàn)場(chǎng)狀況，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。3.1現(xiàn)場(chǎng)

10、設(shè)備層采集所需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的電參量：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要是由智能儀表組成(此項(xiàng)目中主要為ACR230ELH電力質(zhì)量分析儀)，向數(shù)據(jù)中心上傳存儲(chǔ)的參數(shù)。世博中心場(chǎng)管項(xiàng)目中，例如主進(jìn)線(xiàn)回路的三相電流、三相電壓、有功/無(wú)功功率、功率因數(shù)及頻率；電容補(bǔ)償回路的功率因數(shù)、有功、無(wú)功功率；聯(lián)絡(luò)回路的三相電壓、電流；普通低壓出線(xiàn)回路的三相電流、功率；重要低壓出線(xiàn)回路的三相電流、有功、無(wú)功功率、電壓和電流的231次諧波、諧波畸變率（THDi、THDu）等電參量；3.2網(wǎng)絡(luò)通訊層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸：在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(如ACR230ELH)中采集到的電參量，通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息的交換和共享，并將數(shù)據(jù)提供給總變監(jiān)控系統(tǒng)

11、。同時(shí)，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種控制命令。3.3站控管理層以最直觀(guān)方便的形式反映現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)：站控管理層針對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的最上層部門(mén)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面，對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)數(shù)據(jù)信息計(jì)算、分析與處理，以報(bào)表及圖文方式直觀(guān)地體現(xiàn)各種電參量信息及系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)的具有參考價(jià)值的歷史數(shù)據(jù)，如諧波數(shù)據(jù)、棒圖及曲線(xiàn)，電力能耗的日、月、年報(bào)表，日志報(bào)表等等。4 報(bào)價(jià)方案4.1 數(shù)據(jù)管理層名稱(chēng)型號(hào)單位面價(jià)（元）監(jiān)控主機(jī)IPC610H/PIV2.8G/1G/120G/16*DVD/KB+MS/D-Link530+外設(shè)臺(tái)8500顯示器三星19寸液晶顯示器臺(tái)30

12、00三星22寸液晶顯示器臺(tái)3800打印機(jī)HP LaserJet.1020 A4臺(tái)2500EPSON-LQ1600KIIIH A3臺(tái)4000UPS電源山特C1KS臺(tái)5000山特C2KS臺(tái)6500通訊線(xiàn)纜五類(lèi)線(xiàn)米4.6屏蔽雙絞線(xiàn)RVVP 2*1.0米5.6光纖（多模）米6.6通訊機(jī)柜1200*600*600面30002200*600*600面5000監(jiān)控軟件Acrel-2000電力監(jiān)控組態(tài)軟件V6.0系統(tǒng)組態(tài)軟件圖形組態(tài)軟件電能管理軟件數(shù)據(jù)庫(kù)軟件套3萬(wàn)4萬(wàn)6萬(wàn)8萬(wàn)10萬(wàn)以上雙機(jī)版套數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)每+1用戶(hù)套3000Web發(fā)布每+1用戶(hù)（總用戶(hù)5）套50004.2.通訊傳輸層名稱(chēng)型號(hào)單位面價(jià)（元）遠(yuǎn)距離傳

13、輸光電轉(zhuǎn)換HTB-1000只750終端盒只60尾纖面50耦合器面50熔接點(diǎn)個(gè)50通訊轉(zhuǎn)換拓展卡ACRNET-PIC/4塊3000擴(kuò)展卡串口服務(wù)器ACRNET-PORT(2口)只3000串口服務(wù)器串口服務(wù)器ACRNET-PORT(4口)只5500通訊前置機(jī)ACRNET-UC02(2口)只4000通訊前置機(jī)通訊前置機(jī)ACRNET-UC04(4口)只6000通訊前置機(jī)ACRNET-UC08(8口)只11500通訊管理機(jī)ACRHMI臺(tái)30000人機(jī)界面組網(wǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)EDS-208臺(tái)3000局域組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)EDS-408臺(tái)85004.3 電力質(zhì)量分析儀表應(yīng)用場(chǎng)合電力質(zhì)量分析儀單位型號(hào)面價(jià)（元）低壓重要回路臺(tái)ACR220ELH4280ACR320ELH高壓重要回路或低壓進(jìn)