前言

1 绪论

1.1 数字化变电站的兴起与发展

1.2 电能质量监测的意义

1.3 合并单元的研究现状

1.4 电能质量监测装置的研究现状

1.4.1 固定式电能质量在线监测装置

1.4.2 便携式多功能电能质量分析仪

1.4.3 手持式谐波分析仪

1.5 全自动检测系统的研究现状

2 数字化变电站电能质量监测系统架构研究

2.1 概述

2.2 数字化变电站电能质量监测系统

2.2.1 系统架构

2.2.2 高采样频率电子式互感器

2.2.3 数据采集卡

2.2.4 合并单元

2，2.5 数字式电能质量在线监测装置

2.2.6 电能质量全自动检测系统

2.3 本章小结

3 数字式电能质量监测装置算法研究

3.1 概述

3.2 技术方案

3.3 基于双谱线插值的谐波检测算法

3.3.1 窗函数的选择

3.3.2 采样序列的预处理

3，3.3 加窗插值算法

3.4 基于牛顿插值同步化采样序列的谐波检测算法

3.4.1 低通IIR滤波器及基波周期计算方法

3.4.2 牛顿插值算法

3.5 仿真试验分析

3.6 本章小结

4 满足电能质量数据分析需求的110kV电子式互感器

4.1 功能需求

4.2 技术难点

4.2.1 高采样频率数据采集卡

4.2.2 激光供能方案

4.3 技术方案

4.3.1 硬件设计

4.3.2 软件设计

4.3.3 接口设计

4.4 本章小结

5 满足电能质量数据分析需求的10kV侧数据采集卡

5.1 功能需求

5.2 技术难点

5.3 技术方案

5.3.1 硬件设计

5.3.2 软件设计

5.3.3 接口设计

5.4 本章小结

6 满足电能质量分析需求的合并单元

6.1 功能需求

6.2 技术难点

6.2.1 合并单元同步采样方法

6.2.2 数据同步问题

6.2.3 海量数据传输问题

6.3 技术方案

6.3 ，1同步采样算法

6.3.2 整体框架

6.3.3 硬件设计

6.3.4 软件设计

6.3.5 接口设计

6.4 本章小结

7 数字式电能质量监测装置

7.1 功能需求

7.2 技术难点

7.2.1 软件算法

7.2.2 电路可靠性

7.2.3 CPU处理能力及存储

7.2.4 IEC61850-9-2规约解码

7.3 技术方案

7.3.1 频率跟踪及频谱分析方法

7.3.2 硬件设计

7.3.3 软件设计

7.4 本章小结

8 电能质量在线监测装置全自动检测系统

8.1 功能需求

8.1.1 应用场景

8.1.2 检测过程控制

8.2 技术方案

8.2.1 总体架构设计

8.2.2 系统软件功能设计

8.3 PQTS功能界面

8.4 本章小结

9 工程案例

9.1 项目背景

9.2 数字化变电站电能质量监测系统应用案例

9.3 电能质量监测装置全自动检测系统应用案例

参考文献2100433B

随着各国对能源安全、气候变化等问题关注度的不断升高，智能电网已经成为世界范围内的研究热点和关注重点。《数字化变电站电能质量监测系统设计与实践》重点介绍数字化变电站电能质量监测系统设计方面的最新研究成果与实践经验，旨在为数字化变电站的系统可靠性、经济性，维护简便提供一条新的思路与方法。

下面以典型电能质量监测改善系统-EPDS™【海亿达HIETECH】为例进行具体解说：

电能质量监测改善系统监测硬件

1）智能参数测量仪表与条件传感器；

2）能源监测仪表；

3）能源监测与管理控制仪表；

4）高级能源监测与分析管理装置；

5）非电能仪表

电能质量监测改善系统通讯装置与软件

1）总线通讯装置；

2）能源监测系统软件；

3）@全时动态能源管理系统；

4）过程能耗分析软件；

5）能耗模型库。

电能质量监测改善系统电能质量改善装置与系统

1）APF;

2) SVG;

3) SVC;

4) DVR.

电能质量监测电能质量监测系统整体架构方案研究

基于某种特定终端的架构方案研究在此类研究中，特定监测终端的实现往往是讨论的重点，而监测系统的架构往往以适应这类终端为前提。电能质量监测终端由于其在采样率、数据统计、传输格式等方面的特殊要求，一般无法利用现有终端实现。近期研究中，一类是针对嵌入式装置构建监测系统，另一类是基于虚拟仪器技术，利用工控机和上位机构建系统。

目前，国内已普遍建成区域电能质量监测系统以全面掌握区域各处的电能质量情况。  此类系统中，监测点数量多，建设周期长，所使用的监测终端也往往不仅局限于某种特定类型。因此，需要研究通用的监测系统架构方案。

电能质量监测通用架构方案

1)  基于 CORBA的架构方案。相关研究利用公共对象请求代理体系结构(Common Object Request Broker Architecture，CORBA)技术实现异构环境下中心控制站与各监测仪之间的远程访问和控制。CORBA技术一般用于在不同应用程序之间提供灵活的通信机制，将其用于监测数据传输时，终端实现难度、系统可维护性以及能否跨越防火墙传输等问题均需要进一步研究。

2)  基于 MAS的架构方案。多智能体系统(Multi-Agent System，MAS)是多个Agent组成的集合，  其中每个 Agent是一个物理的或抽象的实体。基于MAS的架构较符合电力系统分布式结构的特点，但仍有许多实际工程问题需要解决，例如：如何在不同类型监测终端中实现复杂的Agent程序、各Agent基于何标准通信协调等。

3)  基于调度系统模式的架构方案。此类架构方案一般由现场采集终端，通信网络、分层分级的远程监控中心以及客户端组成。考虑到我国电网的实际情况，此架构方案在构建区域监测系统时被普遍采用。目前，国内各省普遍采用三层式的监测系统架构。

考虑到管理方式、建设成本以及通信网络架构等实际情况，某些区域监测系统也有采用二层式结构方案，其与三层式结构的主要区别是不设置监测子站。意大利电能质量监测系统采用二层式架构；浙赣电气化铁路江西段的开放式监测系统暂时采用二层分布式结构，但预留了向三层结构过渡的数据交换接口；上海电能质量监测系统采用二层式架构，并在主站采用多个通信前置机分担通信压力。

从发展趋势上看，三层式结构可支持接入更多的监测点，具有较高的可扩展性，能满足监测数据海量化的需求。

4)  开放式监测系统架构方案。相关研究将开放式体系思想应用于监测系统中，通过系统的功能接口抽象和通信的标准化构建开放的统一平台，满足不同类型监测终端和系统的集成和交互的需要。

开放式架构兼容开放的优势可使监测系统平稳地向前发展，具有较长的生命周期。但目前研究大多仅是理论探讨，对具体实现的研究不多。

电能质量监测监测中心软件架构方案研究

在目前普遍采用的两层式或三层式架构中，监测中心系统是整个监测系统的核心，其需要实现与监测终端连接、监测数据解析与处理、海量监测数据管理、高层分析应用以及信息可视化发布等功能。目前，监控中心软件系统体系结构一般采用C/S模式或B/S模式，前者如土耳其国家电能质量监测系统等，后者如巴西国家电能质量监测系统等。开放的网络化结构是未来的发展趋势，B/S模式可以减轻系统维护与升级的成本，可作为监测系统中普通用户的主要使用形式。同时，监测系统中有些功能模块涉及到数据库的频繁操作，监督管理工作又需要高安全性和高可靠性，基于C/S模式较合适。因此，可以采用“数据管理C/S模式、信息发布B/S模式”的方案。

电能质量监测数据管理策略研究

由于最初监测点较少，数据量不大，因此，监测系统数据较多采用固定结构的数据表存储，局限性较大，存储容量有限。土耳其国家电能质量监测系统采用基于元数据模型的可扩展电能质量数据库架构，设计了详细的数据库结构概念模型，统计了各数据表的数据量，首次对电能质量领域的数据库设计进行了深入研究。

电能质量监测信息发布形式研究

早期监测系统通常只用数据结合简单图形或报表显示分析结果，表现能力较差。现有监测系统普遍将电能质量信息与电网或输电线路的地理分布信息相结合，以直观反映各地指标情况，并结合大屏幕进行展示。