隨著當代經(jīng)濟的快速發(fā)展，電能用戶日益增加，促使電能的質(zhì)量問題逐漸嚴重。為保障電網(wǎng)安全可靠運行，必須對電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，本文主要探討多功能電力測控儀表的應用。

　　《云南電力技術(shù)》是由云南電網(wǎng)公司與云南省電機工程學會主辦，云南電力試驗研究院承辦，國內(nèi)外公開發(fā)行，與國內(nèi)同類期刊進行交換的綜合性技術(shù)刊物，主要刊登省內(nèi)外電力生產(chǎn)、基建、科研、設計的先進經(jīng)驗和成果為主，輔以理論性探討，事故分析、反事故技術(shù)措施、科技信息等。本刊為國際標準大16K，精美印刷，雙月刊。

　　針對目前多功能電力監(jiān)控儀表的技術(shù)實現(xiàn)、功能組成和應用現(xiàn)狀，對其在配電網(wǎng)和智能電網(wǎng)框架下的應用前景進行了分析。即在供配電系統(tǒng)中對電壓、電流、功率因數(shù)、諧波等電力參數(shù)進行實時并精確的測量，并將采集的數(shù)據(jù)信息傳輸給監(jiān)控站，進行數(shù)據(jù)分析且作出相應的決策。

　　目前，國際國內(nèi)已經(jīng)有一些生產(chǎn)廠家開發(fā)出了多功能的電力監(jiān)控儀表，應用于輸配電電網(wǎng)[3-5]，如美國Shark 200/200T、國產(chǎn)MI4100、EX8系列、ZX60系列、PMW2000、美國Acuvim-X系列等。正是在這樣的背景下，對目前的多功能電力監(jiān)控儀表的應用進行了分析，主要是從功能的組合以及技術(shù)實現(xiàn)兩方面進行闡述。

　　1多功能實現(xiàn)

　　多功能電力監(jiān)控儀表的基本功能主要包括電能計量和電力參數(shù)的監(jiān)控兩個部分。在此基礎上，配置電能質(zhì)量監(jiān)測與分析、故障錄波、負荷工況監(jiān)測、變電站遙控等高級功能。

　　1.1電力系統(tǒng)參數(shù)測量

　　多功能測量，包括電壓、電流、功率、頻率、電能等。

　　儀表在接入較高壓系統(tǒng)時需要預留安全裕度，且在更高電壓等級應用時最好采用電壓互感器。電流輸入可采用2種接線方式：TA貫穿和電流連片。TA貫穿表示TA直接貫穿儀表，TA和儀表在物理上沒有直接的連接，可保證儀表不會成為TA電路中的故障點。需量功能能夠用于計算有功功率、無功功率、視在功率和功率因數(shù)讀數(shù)，提供瞬時的電壓最大值和最小值，顯示儀表監(jiān)測到的最高驟升和最低驟降。對于其它參數(shù)也可以提供用戶選擇的平均周期內(nèi)的最大值和最小值。

　　1.2變電站自動化應用

　　1.2.1變電站電壓監(jiān)測和記錄

　　傳統(tǒng)方式的電壓監(jiān)測和記錄一般依靠昂貴的表計或監(jiān)控系統(tǒng)。多功能電力監(jiān)控儀表可以安裝在電力系統(tǒng)的任何地方，是電網(wǎng)電壓信息采集的最低成本的解決方案。通過對變電站電壓監(jiān)測和記錄，可實現(xiàn)電壓可靠性分析，保證提供用戶合適的電壓;起動電壓穩(wěn)定裝置，減小系統(tǒng)需量。

　　1.2.2負荷工況監(jiān)測

　　多功能電力監(jiān)控儀表可以記錄變電站一段時間內(nèi)的各個參數(shù)：電能使用、需量、電壓、電流和其它許多參數(shù)。這樣可以全面地分析一段時間內(nèi)的電力系統(tǒng)工況，實現(xiàn)提供高精度的負荷數(shù)據(jù);確定電能使用;提供基于時間的負荷工況，用于計劃評估;提供PF趨勢數(shù)據(jù)(分布和不平衡情況)，用于系統(tǒng)有效性分析。

　　1.2.3低成本變電站遙控

　　多功能電力監(jiān)控儀表的高級輸出功能可以通過多種不同的通信媒介獲取各種數(shù)據(jù)，例如RS-485、以太網(wǎng)和模擬量輸出等，如圖1所示。

　　1.3數(shù)據(jù)記錄功能

　　多功能儀表需要具有足夠的存儲容量，實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄功能，主要包括趨勢、系統(tǒng)事件、越限/報警和I/O變化記錄等。越限/報警記錄提供越限事件的幅值和持續(xù)時間，提供非正常工況記錄，便于進行故障診斷和問題分析。I/O變化記錄提供帶時標的輸入狀態(tài)變化和繼電器輸出。

　　1.4電能質(zhì)量監(jiān)測功能

　　電能質(zhì)量監(jiān)測主要實現(xiàn)波形顯示和諧波分析功能。波形顯示功能提供電壓、電流的實時波形，查看捕捉的波形，用作一個基本的示波器。諧波算法采用精確的有源反混疊濾波器，甚至在很高的諧波等級時也可以提供精確的諧波測量。

　　1.5通信功能

　　多功能儀表提供串行口通信，用于和RTU或監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換;擴展I/O口用于擴展儀表的通信功能，如100M以太網(wǎng)、4通道雙向0~1mA輸出、4通道4~20mA輸出、繼電器輸出、脈沖輸出、狀態(tài)輸入、數(shù)字輸入、光纖接口等。通過以太網(wǎng)接入功能，表計可以同時和多個不同的軟件通信，提供數(shù)據(jù)采集，如圖2所示。

　　繼電器和高速脈沖輸入輸出實現(xiàn)設計可靠的控制功能，執(zhí)行負荷切斷和報警通知，為SCADA提供直接報警，檢測外部設備的狀態(tài)如發(fā)電機出口開關等，如圖4所示。

　　獨立的光纖卡可實現(xiàn)點對點的通信和鏈式通信，如圖5所示。

　　2諧波分析技術(shù)

　　式中，x(n)為x(t)的離散數(shù)據(jù)，而x(k)為譜成分。由于該計

　　算費時，所以采用FFT，減少計算量，可計算多達40次的

　　諧波。

　　x(t)的均方根值為：

　　對電網(wǎng)信號進行高次諧波分析時，離散傅里葉變換在時域和頻域周期化會造成鏡像效應和頻率泄露[7]。鏡像效應是頻譜的折疊引起的。如圖7所示，設抽樣頻率為fs，時間函數(shù)的上限頻率為fc，且fc>fs/2，若以fs對時間函數(shù)抽樣，則在fs-fc點和fc點之間就發(fā)生了頻譜重疊，產(chǎn)生頻率畸變。

　　抗混疊濾波器可采用無源RC抗混疊濾波器，也可采用運算放大器實現(xiàn)有源抗混疊低通濾波器。

　　3結(jié)論與展望

　　各種電力監(jiān)測儀表完全可以采用單計算機系統(tǒng)集成為單臺多功能監(jiān)控儀表。多功能監(jiān)控儀表不僅能實現(xiàn)小型化，而且可實現(xiàn)計量、諧波分析、數(shù)據(jù)記錄和故障記錄等多種功能，以及多種通信功能，以滿足各種需要。對多種多功能儀表的功能和技術(shù)進行了分析，提出了當前多功能儀表需要配備的功能，并對高次諧波分析原理進行了分析。

　　智能電網(wǎng)主要由高級計量體系(AMI)、高級配電運行(ADO)、高級輸電運行(ATO)和高級資產(chǎn)管理(AAM)四大模塊構(gòu)成。其中，高級計量體系是智能電網(wǎng)的基礎信息平臺，是電網(wǎng)智能化建設的第一步。因此，有必要開發(fā)統(tǒng)一功能及通信的新型多功能監(jiān)控儀表，滿足不斷發(fā)展的電力系統(tǒng)需求。