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1監(jiān)測系統(tǒng)硬件配置

基于無線通信的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示．該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由監(jiān)測終端和監(jiān)測主站兩部分組成，包括近距點監(jiān)測和遠距點監(jiān)測兩種類型監(jiān)測點．其中，近距離監(jiān)測點采用標準的RS485通訊電纜實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)和主站控制命令的傳輸；遠距監(jiān)測點采用無線通信模塊實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)和監(jiān)測主站控制命令的遠程傳輸管理．監(jiān)測終端采用多功能綜合電能質(zhì)量測試儀表，用于采集配電變壓器的各種電力參數(shù)．該電表可測量電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率、線路頻率、電能、諧波量等多種電量參數(shù)，且?guī)в蠷S485輸出，采用國際標準Modbus通訊協(xié)議．監(jiān)測點與智能電表間的硬件接線如圖2所示。為了實現(xiàn)系統(tǒng)遠距點的數(shù)據(jù)采集和傳輸功能，本文采用了SM5X系列工業(yè)級無線通信模塊，帶有RS485接口，可實時收發(fā)通信，傳輸距離大于6000m．通過SM5X系列無線通信模塊將所采集的數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)測主站．同時，也可以接收由監(jiān)測主站發(fā)送的控制命令，實現(xiàn)監(jiān)測范圍內(nèi)的無線數(shù)據(jù)傳輸．監(jiān)測主站的功能是根據(jù)國家標準對配電網(wǎng)供電質(zhì)量的要求，實時地將無線通信模塊發(fā)送來的各配變電監(jiān)測終端所采集的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、記錄、分析、計算與處理．同時，通過無線通信模塊將監(jiān)測主站的監(jiān)測命令發(fā)送給各配變電監(jiān)測終端，包括數(shù)據(jù)采集、遠程控制等．

2監(jiān)測系統(tǒng)軟件開發(fā)

2．1軟件設(shè)計在本系統(tǒng)中，每個監(jiān)測點可監(jiān)測的電能質(zhì)量參數(shù)有各相、線的電壓值、電流值、電壓諧波量、電流諧波量、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、累計有功電量、累計無功電量等．所有被監(jiān)測數(shù)據(jù)都需實時傳送給監(jiān)測主站計算機．系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計思路，采用RS485串口通訊模式，使用VB6．0高級面向?qū)ο笳Z言編寫，包括系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)采集顯示、數(shù)據(jù)記錄與分析、歷史數(shù)據(jù)查詢、報表打印和實時監(jiān)控報警等模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集、處理、分析（諧波診斷）、顯示、記錄和選擇打?。捎诒鞠到y(tǒng)主要面向于配電網(wǎng)電能質(zhì)量的監(jiān)測，可忽略瞬時、突變的諧波污染．因此，日均記錄數(shù)據(jù)量不大．故本文中數(shù)據(jù)的記錄、查詢、生成報表打印等都采用了較為簡便的方法，通過VB6．0調(diào)用MicrosoftExcel實現(xiàn)．監(jiān)測主站系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖如圖3所示．

2．2軟件實現(xiàn)多功能綜合電量測試電表采用Modbus通信協(xié)議進行通訊．該協(xié)議定義了兩種不同的傳輸模式：ASCII模式和遠程測控終端系統(tǒng)（RemoteTer－minalUnit，RTU）模式．電表支持RTU模式，該模式以十六進制形式傳送和接收數(shù)據(jù)，其發(fā)送、接收數(shù)據(jù)幀格式見表1．軟件編程采用觸發(fā)MSCommOnComm事件方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，其主流程圖如圖4所示．文中以某一電表對應(yīng)的軟件流程為例進行說明．系統(tǒng)啟動后，首先進行系統(tǒng)初始化．若初始化不成功，則發(fā)出報警信號；反之，則確認是否下達數(shù)據(jù)采集指令．在確認數(shù)據(jù)采集指令后，創(chuàng)建Excel并打開Excel工作簿，之后打開、激活Excel工作表．完成Excel工作表初始化后，由定時器定時發(fā)送數(shù)據(jù)采集請求．當串口接收緩存區(qū)中數(shù)據(jù)長度滿足要求時，串口發(fā)生中斷，系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集、處理、顯示和記錄；若條件不滿足，則表示未能采集到數(shù)據(jù)或設(shè)備通信故障，再次發(fā)送數(shù)據(jù)采集請求等待串口接收數(shù)據(jù)．若連續(xù)五次以上采集數(shù)據(jù)不成功，即（a＞5），則報警提示系統(tǒng)或設(shè)備通信故障。

3系統(tǒng)試驗與應(yīng)用實踐

本文設(shè)計的電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)在實驗樓內(nèi)進行試驗，驗證了它的可靠性．測試軟件子界面如圖5所示．試驗結(jié)果表明樓內(nèi)電壓諧波量平均值為2．3％，電流平均值為5％，最高達到7．9％．這是因為樓內(nèi)實驗室中加入了很多電力電子等儀器和設(shè)備，使得整棟樓內(nèi)的諧波偏高，但保持在標準值范圍內(nèi)．目前，該電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某大型煉銅廠．由于煉銅工業(yè)引入了大型的三相半波可控整流帶電解池負載，產(chǎn)生了大量高次諧波，惡化了電能質(zhì)量，對電力系統(tǒng)產(chǎn)生了不可忽視的影響．供電局要求加載無功補償裝置以減少諧波的影響，并提供可靠的實際電力運行數(shù)據(jù)作為有效證明．因此，本文提出了電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)．該煉銅廠有3個高低壓配電室共5組監(jiān)測點，如圖6所示．其中3組遠距監(jiān)測點，2組近距監(jiān)測點．電流傳感器CT和電壓傳感器PT的變比均依待測點電網(wǎng)參數(shù)選?。糠诌\行參數(shù)見表2．經(jīng)長時間的實踐運行，積累的歷史數(shù)據(jù)表明，該煉銅廠電壓諧波量達到18％左右，電流諧波竟高達60％左右．這是由于該煉鐵廠使用大功率整流裝置進行煉銅所致．截至目前，該系統(tǒng)尚未出現(xiàn)軟件和硬件方面的問題，說明本系統(tǒng)可以滿足長時間不死機、不軟件重啟等要求，具有高度穩(wěn)定性．

4結(jié)論

本文設(shè)計的無線傳輸電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，可對工業(yè)生產(chǎn)過程中的電能質(zhì)量進行有效的監(jiān)測與諧波診斷，并已成功應(yīng)用于煉銅工業(yè)領(lǐng)域，理論上可在6000m內(nèi)對電網(wǎng)運行中的相關(guān)數(shù)據(jù)進行可靠通信傳輸和數(shù)據(jù)采集，性能穩(wěn)定．隨著工業(yè)的發(fā)展，實時監(jiān)測電能質(zhì)量，及時掌握電能質(zhì)量狀況，才能更充分的掌握各種電能質(zhì)量指標超標造成的問題，及時分析供、用電設(shè)備中異常和事故，做到診斷正確、處理及時、并有防范措施．因此，該系統(tǒng)具備良好的推廣前景．

作者：任晶鼎王琪畢雪芹單位：西安工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院