一种电能质量监测系统及方法与流程

1.本发明涉及电力设备监测技术领域，尤其涉及一种电能质量监测系统及方法。


背景技术：

2.随着社会经济的发展，电网的供电负荷也日益增大，为了电网的安全运行以及保障居民和工业用电需求，电能质量问题越来越受到社会的关注，严重的电能质量问题导致的事故时有发生，造成人力物力财力的损失，因此，对电能质量进行快速、准确、实时的安全监测是非常重要的。
3.目前对于电能质量的监测，主要通过工作人员携带电能检测设备前往供电源现场进行检测，根据检测结果来确定电能质量，而由于被测终端较多，部分被测终端分布在条件恶劣的地区，位置分布也比较复杂，实地检测浪费大量的人力物力，难以满足实际系统业务实时需求，直接影响电能质量监测系统的传输及时性，导致电能质量的监测效率低。


技术实现要素：

4.为解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种电能质量监测系统及方法，解决了现有技术中存在的电能质量监测效率较低的技术问题，达到了提高电能质量监测效率的技术效果。
5.第一方面，本公开提供了一种电能质量监测系统：
6.一种电能质量监测系统，包括：数据采集模块、数据传输模块、电能质量监测模块、告警模块和远程用户查询模块。
7.所述数据采集模块用于实时采集各监测节点的三相电压信号，并通过数据传输模块将采集的三相电压信号传输至电能质量监测模块；
8.所述电能质量监测模块包括数据分析模块和电能质量评估模块，所述数据分析模块用于分析各监测节点的三相电压信号，得到三相电压信号的电能质量指标；所述电能质量评估模块用于根据电能质量指标，确定各监测节点的电能质量等级；
9.所述远程用户查询模块用于查询电能质量监测模块中存储的各监测节点的电能质量指标和电能质量等级。
10.进一步的技术方案，所述电能质量指标包括：电压谐波幅值、三相不平衡度和暂降电压特征量。
11.进一步的技术方案，所述电能质量监测模块还包括传输检测模块，所述传输检测模块用于监测所述数据传输模块中传输的数据，若在规定时间内未成功传输，或在规定时间内传输数据存在缺失，生成数据告警信息，通过告警模块进行告警。
12.进一步的技术方案，数据分析模块分析各监测节点的三相电压信号得到电压谐波幅值，包括：
13.基于快速傅里叶变换对三相电压信号进行电压谐波分析，得到三相电压信号的实部电压幅值和虚部电压幅值；
14.根据实部电压幅值和虚部电压幅值计算得到电压谐波幅值。
15.进一步的技术方案，数据分析模块分析各监测节点的三相电压信号得到三相不平衡度，包括：
16.基于对称分量法确定三相电压信号的正序分量和负序分量；
17.根据正序分量和负序分量计算得到三相不平衡度。
18.进一步的技术方案，基于对称分量法确定三相电压信号的正序分量和负序分量，包括：
19.基于对称分量法分别确定三相电压信号每相的电压矢量，得到多个电压矢量；
20.根据多个电压矢量计算得到正序分量和负序分量。
21.进一步的技术方案，数据分析模块分析各监测节点的三相电压信号得到暂降电压特征量，包括：
22.基于电压dq坐标变换分析法对三相电压进行分析，得到d轴的第一电压分量和q轴的第二电压分量；
23.根据第一电压分量和第二电压分量计算得到暂降电压特征量。
24.进一步的技术方案，根据第一电压分量和第二电压分量计算得到暂降电压特征量，包括：
25.根据第一电压分量和第二电压分量确定三相电压每相的幅值变化量；
26.根据第一电压分量和第二电压分量确定三相电压每相的相位跳变。
27.进一步的技术方案，根据电能质量指标，确定各监测节点的电能质量等级，包括：
28.根据接收的电能质量指标与预存的标准电能质量指标范围进行对比，确定各监测节点的电能质量等级。
29.进一步的技术方案，当监测节点的电能质量指标中任一项指标超出预存的标准电能质量指标范围，则说明该监测节点存在故障，告警模块进行告警，电能质量监测模块调取该监测节点的电压数据，并将该数据发送至远程客户端。
30.第二方面，本公开提供了一种电能质量监测方法，包括：
31.步骤s01：实时采集各监测节点的三相电压信号；
32.步骤s02：分析各监测节点的三相电压信号，得到三相电压信号的电能质量指标；
33.步骤s03：根据电能质量指标，确定各监测节点的电能质量等级；
34.步骤s04：通过远程客户端查询各监测节点的电能质量指标和电能质量等级。
35.进一步的技术方案，所述电能质量指标包括：电压谐波幅值、三相不平衡度和暂降电压特征量。
36.进一步的技术方案，根据电能质量指标，确定各监测节点的电能质量等级，包括：
37.根据接收的电能质量指标与预存的标准电能质量指标范围进行对比，确定各监测节点的电能质量等级。
38.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并实现如上所述的一种电能质量监测系统。
39.一种计算机可读存储介质，其特征是：其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行如上所述的一种电能质量监测系统。
40.以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
41.本发明提出了一种电能质量监测系统及方法，通过实时采集各监测节点的三相电压信号，对该三相电压信号进行分析得到电能质量指标，进而确定各监测节点的电能质量等级，工作人员通过远程客户端查询各监测节点的电能质量信息，实现对电能质量的监测。
42.本发明提出了一种电能质量监测系统及方法，全程无需人工干预，解决了现有技术中存在的电能质量监测效率较低的技术问题，达到了提高电能质量监测效率的技术效果。
附图说明
43.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
44.图1为本发明实施例一所述电能质量监测系统的结构示意图；
45.图2为本发明实施例二所述电能质量监测方法的流程图。
具体实施方式
46.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
47.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
48.随着社会的不断发展，电力在各行各业中扮演着越来越重要的角色，但是随着电力应用范围的不断扩大，电力污染的现象也日益严重。电力污染的直接结果就是导致电能质量的降低，电能质量的降低对于供电方和用电方都会造成很大的伤害，例如影响用户对于交流电的使用品质，甚至破坏用电设备等。目前对于电能质量的监测主要通过工作人员携带电能检测设备前往供电源现场进行检测，根据检测结果来确定电能质量，人工实地检测浪费大量的人力物力，难以满足实际系统业务实时需求，直接影响电能质量监测系统的传输及时性，目前的电能质量的监测效率低。
49.为此，本技术实施例提供了一种电能质量监测系统及方法，通过实时采集各监测节点的三相电压信号，对该三相电压信号进行分析得到电能质量指标，进而确定各监测节点的电能质量等级，工作人员通过远程客户端查询各监测节点的电能质量信息，实现对电能质量的监测，避免人力物力的浪费，提高监测效率。
50.实施例一
51.本实施例提供了一种电能质量监测系统：
52.如图1所示，一种电能质量监测系统，包括：数据采集模块、数据传输模块、电能质量监测模块、告警模块和远程用户查询模块；
53.所述数据采集模块用于实时采集各监测节点的三相电压信号，并通过数据传输模块将采集的三相电压信号传输至电能质量监测模块；
54.所述电能质量监测模块包括数据分析模块和电能质量评估模块；
55.所述数据分析模块分析各监测节点的三相电压信号，得到三相电压信号的电能质量指标；
56.所述电能质量评估模块根据电能质量指标，确定各监测节点的电能质量等级；
57.所述远程用户查询模块用于查询电能质量监测模块中存储的各监测节点的电能质量指标和电能质量等级。
58.在本实施例中，数据采集模块可以是任一种电压信号采集设备，其安装在各监测节点处，采集各监测节点的电压信号，即三相电压信号，通过通信设备，例如gsm通信模块等将该三相电压信号发送至云端的电能质量监测模块，电能质量监测模块接收该三相电压信号，即可获取得到该三相电源的三相电压信号。需要指出的是，该三相电压信号包括a相电压信号、b相电压信号和c相电压信号。
59.所述系统还包括传输检测模块，在数据传输的过程中，传输检测模块监测数据采集模块传输至电能质量监测模块的数据，若在规定时间内未成功传输，如传输线路损坏等，或是在规定时间内传输成功但其传输数据存在缺失，即传输数据不全，则生成数据告警信息，通过告警模块进行告警。
60.数据分析模块分析各监测节点的三相电压信号，得到三相电压信号的电能质量指标，其中，电能质量指标包括电压谐波幅值、三相不平衡度和暂降电压特征量。
61.具体的，数据分析模块对三相电压信号进行分析的具体过程包括：
62.数据分析模块中预先存储有电压谐波分析模型，例如傅里叶模型、快速傅里叶模型等可以进行谐波分析的模型。数据分析模块接收得到三相电压信号后，将该三相电压信号输入至内部存储的电压谐波分析模型，该电压谐波分析模型对该三相电压信号进行波形分析，并提取出谐波。谐波是指供电系统中，周期性非正弦波中除了与基波频率相同的分量波之外，剩余的一系列频率大于基波频率的分量波统称为谐波。控制设备基于该电压谐波分析模型得到该谐波，并提取该谐波的幅值，即可得到上述的电压谐波幅值。
63.在本实施例中，数据分析模块基于快速傅里叶变换对三相电压信号进行电压谐波分析，得到三相电压信号的实部电压幅值和虚部电压幅值。
64.数据分析模块中预先存储有快速傅里叶变换算法，数据分析模块基于该快速傅里叶变换算法对该三相电压信号进行波形分析，并提取该三相电压信号中的所有谐波的实部电压和虚部电压，并进行存储。
65.数据分析模块得到该三相电压信号中的所有谐波的实部电压和虚部电压后，可以通过如下公式(1)计算得到第k次谐波的电压谐波幅值：
[0066][0067]
上式中，uk为第k次谐波的电压谐波幅值，为第k次谐波的实部电压，第k次谐波的虚部电压。
[0068]
同理，通过上式计算得到该三相电压信号中其他谐波的电压谐波幅值。
[0069]
本技术实施例基于快速傅里叶变换提取得到每种谐波的实部电压和虚部电压，然后通过简单的方根计算即可得到每种谐波的电压谐波幅值，计算简单，可以大大提高本技术实施例提供的电能质量评估方法的评估效率。同时，对于本技术实施例的计算简单，运算
量少，则对于控制设备的计算能力要求低，普通具有数据处理功能的设备即可满足，可以有效降低控制设备的成本。
[0070]
数据分析模块中预先存储有不平衡度分析模型，数据分析模块接收三相电压信号，然后将该三相电压信号输入至该不平衡度分析模型，通过该不平衡度分析模型计算该三相电压信号的不平衡度，并输出该三相电压的不平衡度，即可得到上述的三相电压信号的三相不平衡度。其中，该三相不平衡度用于表征三相电压信号的三相电压不平衡程度。
[0071]
首先，基于对称分量法确定三相电压信号的正序分量和负序分量。
[0072]
对于不对称的三相电压，其三相电压的基频分量是不对称的，控制设备内预先存储有对称分量算法，通过对称分量算法将获取得到的三相电压信号分解成三相对称的分量：一组是正序分量，用下标“1”表示，相序与原不对称正弦量的相序一致，即a-b-c的次序，各相位互差120度。一组是负序分量，用下标“2”表示，相序与原正弦量相反，即a-c-b，相位间也差120度。另一组是零序分量，用下标“0”表示，三相的相位相同。
[0073]
其次，根据正序分量和负序分量计算得到三相不平衡度。
[0074]
获取得到了三相电压信号的零序分量、正序分量和负序分量后，然后通过如下公式(2)计算得到该三相电压信号的三相不平衡度：
[0075][0076]
上式中，ε为三相不平衡度，u
′1为正序分量，u
′2为负序分量。
[0077]
本技术实施例基于对称分量法确定三相电压信号的正序分量和负序分量，然后根据正序分量和负序分量计算得到三相不平衡度，该对称分量法计算量小，且方法成熟，可以大大提高本技术实施例提供的电能质量评估方法的评估效率和评估稳定性。
[0078]
上述数基于对称分量法分别确定三相电压信号的正序分量和负序分量，包括：数据分析模块中存储有对称分量算法，基于该算法分析并提取得到三相电压中每相的电压矢量，得到多个电压矢量，也就是a相、b相、和c相的电压矢量；
[0079]
根据多个电压矢量计算得到正序分量和负序分量。
[0080]
计算得到三相电压信号的多个电压矢量后，通过如下公式(3)计算得到该三相电压信号的零序分量、正序分量和负序分量：
[0081][0082]
上式中，u
′0为零序分量，u
′1为正序分量，u
′2为负序分量，u
′a为a相电压矢量，u
′b为b相电压矢量，u
′c为c相电压矢量，α为旋转因子，其中，该旋转因子根据实际情况具体设定，本实施例不作任何限定。
[0083]
数据分析模块中预先存储有电压暂降分析模型，数据分析模块接收三相电压信号，然后将该三相电压信号输入至该电压暂降分析模型，通过该电压暂降分析模型分析该三相电压信号的电压暂降特性，即可得到上述的暂降电压特征量。其中，该暂降电压特征量用于表征三相电压信号在预设暂降条件下电压的变化程度。
[0084]
在本实施例中，首先，基于电压dq坐标变换分析法对三相电压进行分析，得到d轴
的第一电压分量和q轴的第二电压分量。
[0085]
电压暂降特征量是指在工频条件下电压有效值降低到0.1～0.9pu之间，持续时间为0.5周波至1min的短时电压变动特征值。暂降电压特征量包括但不限于两种：电压暂降和相位跳变，控制设备基于电压dq坐标变换分析法将该三相电压转换为dq坐标中的坐标点，并直接提取该坐标中d轴的第一电压分量和q轴的第二电压分量。
[0086]
其次，根据第一电压分量和第二电压分量计算得到暂降电压特征量。
[0087]
若暂降电压特征量包括电压暂降和相位跳变两种，则第一电压分量、第二电压分量、电压暂降和相位跳变之间的关系如下公式(4)和公式(5)：
[0088][0089][0090]
(4)式和(5)式中，u
dα
为d轴的第一电压分量，u
qα
为q轴的第二电压分量，u
sag
为电压暂降幅值，α为相位跳变角度。
[0091]
具体地，通过上述步骤提取得到了d轴的第一电压分量u
dα
和q轴的第二电压分量u
qα
，则：
[0092]
根据第一电压分量和第二电压分量确定三相电压每相的幅值变化量：
[0093][0094]
上式中，u
dα
为d轴的第一电压分量，u
qα
为q轴的第二电压分量，u
sag
为电压暂降幅值。
[0095]
数据分析模块根据第一电压分量和第二电压分量确定三相电压每相的相位跳变：
[0096][0097]
本技术实施例通过电压dq坐标变换分析法对三相电压信号进行分析，最后计算得到了电压暂降的特征量，例如电压暂降和相位跳变两种，电压dq坐标变换分析法方法成熟，计算简单，可以大大提高本技术实施例提供的电能质量评估方法的评估效率和评估稳定性。
[0098]
在处理各监测节点的三相电压信号，得到三相电压信号的电压谐波幅值、三相不平衡度和暂降电压特征量后，电能质量评估模块根据电能质量指标，确定各监测节点的电能质量等级。
[0099]
具体地，电能质量评估模块根据接收的电能质量指标与预存的标准电能质量指标范围进行对比，确定各监测节点的电能质量等级。
[0100]
所述预存的标准电能质量指标范围人为设置，根据电能质量国家标准制定，监测的电能质量指标越接近标准值，电能质量等级越高。
[0101]
当监测节点的电能质量指标中任一项指标超出预存的标准电能质量指标范围，则说明该监测节点存在故障，告警模块进行告警，电能质量监测模块调取该监测节点的电压数据，并将该数据发送至远程客户端。
[0102]
远程用户查询模块为工作人员提供远程查询的功能，工作人员通过远程客户端发出数据查询请求，云端服务器接收该请求后调取电能质量监测模块中存储的各监测节点实时电压信号、电能质量指标以及电能质量等级。
[0103]
本技术实施例提供的一种电能质量监测系统，通过实时采集各监测节点的三相电压信号，对该三相电压信号进行分析得到电能质量指标，进而确定各监测节点的电能质量等级，工作人员通过远程客户端查询各监测节点的电能质量信息，实现对电能质量的监测，避免人力物力的浪费，提高监测效率。
[0104]
实施例二
[0105]
本实施例提供了一种电能质量监测方法：
[0106]
如图2所示，一种电能质量监测方法，该方法基于上述系统得以实施。本实施例提供的电能质量监测方法方法，包括：
[0107]
步骤s01：实时采集各监测节点的三相电压信号；
[0108]
步骤s02：分析各监测节点的三相电压信号，得到三相电压信号的电能质量指标；
[0109]
步骤s03：根据电能质量指标，确定各监测节点的电能质量等级；
[0110]
步骤s04：通过远程客户端查询各监测节点的电能质量指标和电能质量等级。
[0111]
本实施例中，所述步骤s02中，电能质量指标包括电压谐波幅值、三相不平衡度和暂降电压特征量。
[0112]
所述步骤s02中，分析各监测节点的三相电压信号得到电压谐波幅值，包括：
[0113]
基于快速傅里叶变换对三相电压信号进行电压谐波分析，得到三相电压信号的实部电压幅值和虚部电压幅值；
[0114]
根据实部电压幅值和虚部电压幅值计算得到电压谐波幅值。
[0115]
所述步骤s02中，分析各监测节点的三相电压信号得到三相不平衡度，包括：
[0116]
基于对称分量法确定三相电压信号的正序分量和负序分量；
[0117]
根据正序分量和负序分量计算得到三相不平衡度。
[0118]
所述步骤s02中，分析各监测节点的三相电压信号得到暂降电压特征量，包括：
[0119]
基于电压dq坐标变换分析法对三相电压进行分析，得到d轴的第一电压分量和q轴的第二电压分量；
[0120]
根据第一电压分量和第二电压分量计算得到暂降电压特征量。
[0121]
所述步骤s03中，根据电能质量指标，确定各监测节点的电能质量等级，包括：
[0122]
根据接收的电能质量指标与预存的标准电能质量指标范围进行对比，确定各监测节点的电能质量等级。
[0123]
上述系统的具体工作过程采用实施例一中的方式实现，在此不再赘述。
[0124]
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
[0125]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0126]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。