基于ACR電力質(zhì)量分析儀的電能質(zhì)量在線監(jiān)測方案
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)運行。在國家一些重要項目的建設(shè)中電網(wǎng)質(zhì)量的監(jiān)測顯得尤為重要，作為目前功能完整，體積較小的ACR230ELH電力質(zhì)量分析儀對電能質(zhì)量監(jiān)測、解決諧波產(chǎn)生的問題有著重要的指導(dǎo)作用，且用電企業(yè)有必要建立電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個配電電網(wǎng)電能質(zhì)量的實時監(jiān)控。
1 系統(tǒng)組成
電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)主要有現(xiàn)場監(jiān)測層，通訊傳輸層和數(shù)據(jù)管理層組成，系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1。組網(wǎng)方式有網(wǎng)線、光纖、無線三種模式。
圖1 電能質(zhì)量在線監(jiān)測拓?fù)鋱D
1.1現(xiàn)場監(jiān)測層
現(xiàn)場安裝各類電力質(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，主要功能見表1.1。
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型號 |
主要功能 |
開孔尺寸（mm） |
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ACR220ELH |
三相I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cosΦ；THDu、THDi、2-31次各次諧波分量；四象限電能、RS485/Modbus、LCD顯示 |
88X88 |
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ACR320ELH |
108X108 |
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ACR230ELH |
LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復(fù)費率電能統(tǒng)計；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、電話波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計算；電網(wǎng)電壓電流正、負(fù)、零序分量（含負(fù)序電流）測量；4DI+3DO（DO3做過壓、欠壓、過流、不平衡報警）；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議 |
88X88 |
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ACR330ELH |
108X108 |
1.2 通訊傳輸層
為了將監(jiān)測層設(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)采集終端通過串口與監(jiān)測層設(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)傳輸給無線通訊模塊。無線通訊模塊采用射頻技術(shù)，在現(xiàn)場組成無線局域網(wǎng)絡(luò)，將各點數(shù)據(jù)采集終端整理的數(shù)據(jù)收集并傳輸?shù)胶笈_服務(wù)器，也可用網(wǎng)線或光纖的方式傳輸數(shù)據(jù)。
a) 數(shù)據(jù)管理層
對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、解析及應(yīng)用的過程，包括服務(wù)器架設(shè)、各種軟件的應(yīng)用。
2.1 標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測系統(tǒng)具有CAD一次單線圖顯示中、低壓配電網(wǎng)絡(luò)的接線情況；龐大的系統(tǒng)具有多畫面切換及畫面導(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)主畫面。主畫面可直接顯示各回路的運行狀態(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)交互界面并實時刷新。監(jiān)測系統(tǒng)配電一次圖見圖2。
圖2 監(jiān)測系統(tǒng)配電一次圖
2.2 用戶管理
可對不同級別的用戶賦予不同權(quán)限，從而保證系統(tǒng)在運行過程中的安全性和可靠性。如對某重要回路的合/分閘操作，需操作員級用戶輸入操作口令，還需工程師級用戶輸入確認(rèn)口令后方可完成操作。
2.3 數(shù)據(jù)采集處理
通過Acrel-2000型電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)可實時和定時采集現(xiàn)場設(shè)備的各電參量及開關(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)、電話波形因子、電壓波峰系數(shù)、電能、溫度、開關(guān)位置、設(shè)備運行狀態(tài)等），將采集到的數(shù)據(jù)或直接顯示、或通過統(tǒng)計計算生成新的直觀的數(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），并對重要信息量進(jìn)行數(shù)據(jù)庫存儲。見圖3。
圖3 數(shù)據(jù)采集處理
2.4 趨勢曲線分析
系統(tǒng)提供了實時曲線和歷史趨勢兩種曲線分析界面，通過調(diào)用相關(guān)回路實時曲線界面分析該回路當(dāng)前的負(fù)荷運行狀況。如通過調(diào)用某配出回路的實時曲線可分析該回路的電氣設(shè)備所引起的信號波動情況。系統(tǒng)的歷史趨勢即系統(tǒng)對所有已存儲數(shù)據(jù)均可查看其歷史趨勢，方便工程人員對監(jiān)測的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行質(zhì)量分析。
2.5 報表管理
系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的電能報表格式并可根據(jù)用戶需求設(shè)計符合其需要的報表格式，系統(tǒng)可自動設(shè)計。可自動生成各種類型的實時運行報表、歷史報表、事件故障及告警記錄報表，操作記錄報表等，可以查詢和打印系統(tǒng)記錄的所有數(shù)據(jù)值，自動生成電能的日、月、季、年度報表，根據(jù)復(fù)費率的時段及費率的設(shè)定值生成電能的費率報表，查詢打印的起點、間隔等參數(shù)可自行設(shè)置；系統(tǒng)設(shè)計還可根據(jù)用戶需求量身定制滿足不同要求的報表輸出功能。
3 典型應(yīng)用
世博中心是上海世博會園區(qū)內(nèi)首座永久性場館，位于盧浦大橋東側(cè)世博園區(qū)B區(qū)濱江綠地內(nèi)，東西長約350米，南北寬約140米，總建筑面積約14萬平方米，現(xiàn)已建成并投入試運營。世博中心作為世博永久性場館中最重要的場館之一，在世博會期間，將承擔(dān)世博會運營指揮中心、慶典會議中心、新聞中心、論壇活動中心等功能。
上海安科瑞電氣股份有限公司的ACR230ELH電力質(zhì)量分析儀在該項目中一舉包攬了中心場館5個變電所的所有電力數(shù)顯示儀表。以世博中心地下5個變電所中的1#所舉例：這是一個0.4kV低壓配電站系統(tǒng)，由2個受電柜、2個應(yīng)急進(jìn)線柜、1個母聯(lián)柜、4個補(bǔ)償柜，155個饋出柜組成。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性用電設(shè)備，雖然降低了實際的功耗，以實現(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)備單個容量不大，但基數(shù)很大且散布于各處，電力部門又難以治理。假如這些設(shè)備的電流諧波含量過大，則會對世博中心場館電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。
ACR230ELH電力質(zhì)量分析儀在現(xiàn)場使用之后，用戶除了可以通過該表了解所有常規(guī)電參數(shù)之外，可以了解世博中心場館現(xiàn)場各種電力設(shè)備投運前、后相關(guān)系統(tǒng)的電力質(zhì)量水平及其變化對有關(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量，為大型公建的穩(wěn)定運行提供實時數(shù)據(jù)。
在該項目中主要用到了該產(chǎn)品的以下功能，常規(guī)電參數(shù)測量、復(fù)費率電能計量、電力質(zhì)量分析、分?jǐn)嚅_關(guān)的分合狀態(tài)指示以及485通訊組網(wǎng)。現(xiàn)場系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場設(shè)備層——網(wǎng)絡(luò)通訊層——站控管理層。也即是：先將現(xiàn)場智能設(shè)備接入就地的Modbus總線，再將Modbus總線通過串口設(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監(jiān)測系統(tǒng)軟件了解及掌握現(xiàn)場狀況，并進(jìn)行實時監(jiān)測。
3.1現(xiàn)場設(shè)備層采集所需實時監(jiān)測的電參量：
現(xiàn)場設(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)中心上傳存儲的參數(shù)。世博中心場管項目中，例如主進(jìn)線回路的三相電流、三相電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)及頻率；電容補(bǔ)償回路的功率因數(shù)、有功、無功功率；聯(lián)絡(luò)回路的三相電壓、電流；普通低壓出線回路的三相電流、功率；重要低壓出線回路的三相電流、有功、無功功率、電壓和電流的2－31次諧波、諧波畸變率（THDi、THDu）等電參量；
3.2網(wǎng)絡(luò)通訊層實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸：
在現(xiàn)場設(shè)備(如ACR230ELH)中采集到的電參量，通過以太網(wǎng)實現(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)。同時，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對現(xiàn)場設(shè)備的各種控制命令。
3.3站控管理層以最直觀方便的形式反映現(xiàn)場各個運行狀態(tài)：
站控管理層針對監(jiān)測系統(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。監(jiān)測系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面，對采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計算、分析與處理，以報表及圖文方式直觀地體現(xiàn)各種電參量信息及系統(tǒng)運行以來的具有參考價值的歷史數(shù)據(jù)，如諧波數(shù)據(jù)、棒圖及曲線，電力能耗的日、月、年報表，日志報表等等。
4 報價方案
4.1 數(shù)據(jù)管理層
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名稱 |
型號 |
單位 |
面價（元） |
|
監(jiān)控主機(jī) |
IPC610H/PIV2.8G/1G/120G/16*DVD
/KB+MS/D-Link530+外設(shè) |
臺 |
8500 |
|
顯示器 |
三星19寸液晶顯示器 |
臺 |
3000 |
|
三星22寸液晶顯示器 |
臺 |
3800 |
|
打印機(jī) |
HP LaserJet.1020 A4 |
臺 |
2500 |
|
EPSON-LQ1600KIIIH A3 |
臺 |
4000 |
|
UPS電源 |
山特C1KS |
臺 |
5000 |
|
山特C2KS |
臺 |
6500 |
|
通訊線纜 |
五類線 |
米 |
4.6 |
|
屏蔽雙絞線RVVP 2*1.0 |
米 |
5.6 |
|
光纖（多模） |
米 |
6.6 |
|
通訊機(jī)柜 |
1200*600*600 |
面 |
3000 |
|
2200*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)庫軟件 |
套 |
3萬 |
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4萬 |
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6萬 |
|
8萬 |
|
10萬以上 |
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雙機(jī)版 |
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套 |
|
|
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā) |
每+1用戶 |
套 |
3000 |
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Web發(fā)布 |
每+1用戶（總用戶≤5） |
套 |
5000 |
4.2.通訊傳輸層
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名稱 |
型號 |
單位 |
面價（元） |
遠(yuǎn)距離傳輸 |
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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 |
個 |
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 |
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通訊管理機(jī)ACRHMI |
臺 |
30000 |
人機(jī)界面 |
|
組網(wǎng)設(shè)備 |
網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)EDS-208 |
臺 |
3000 |
局域組網(wǎng) |
|
網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)EDS-408 |
臺 |
8500 |
4.3 電力質(zhì)量分析儀表
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應(yīng)用場合 |
電力質(zhì)量分析儀 |
型號 |
面價（元） |
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低壓重要回路 |
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ACR220ELH |
4280 |
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ACR320ELH |
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高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜 |
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ACR230ELH |
4860 |
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ACR330ELH |
5 結(jié)束語
隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)已成為電網(wǎng)用戶側(cè)配電系統(tǒng)建設(shè)的必然選擇，本文介紹的電力質(zhì)量分析儀，可以實現(xiàn)對電能質(zhì)量的在線監(jiān)測，實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，并生成各種電能質(zhì)量報表、分析曲線、圖形等，便于電能的分析、研究。該產(chǎn)品及系統(tǒng)在上海世博中心、奧運會臨時配電中心、蘇州金墅國際公寓等項目中運行，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
上海安科瑞電氣有限公司
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聯(lián)系人:張少明
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