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基于网络的分布式发电机组电能质量监测应用程序
S. Antila, K. Kivikko, P. Trygg, A. Mauml;kinen and P. Jauml;rventausta
坦佩雷理工大学，动力工程研究所
摘要：本文介绍了芬兰坦佩雷理工大学（TUT）研究项目开发的电能质量数据管理系统。该系统包括远程读取系统，为管理测量数据而开发的数据库，以及用于电能质量监测的基于Web的应用程序。该系统通过使用应用程序服务供应（ASP）模型实现。本文还介绍了该系统对分布式发电电能质量监测的适用性和案例研究。
1. 介绍
在现代信息社会中因为网络公用事业发展，客户和监管机构对电能质量的要求高，与电能质量相关的要求和期望变得越来越重要。许多工业和商业客户拥有对电源干扰敏感的设备。因此，了解所供电的质量更为重要。此外，与网络业务相关的法规模型、法律和指导方针为开发电能质量管理提供了要求。
电力不再是几十年前的奢侈品，但它已经成为我们日常生活的必需品和一部分。当工业和家庭中的计算机，可编程逻辑等数量迅速增加时，即使短暂的中断和电压骤降也可能是有害的。标准EN 50160给出了在正常工作条件下客户电源端子的电源电压的主要特性，包括三相电压的频率，幅度，波形和对称性。到目前为止，更大范围的连续电能质量监测还不是很常见，但情况正在迅速发生变化。
将分布式发电集成到配电网络中也满足了对电能质量监测的新需求，因为分布式发电机组通常连接到弱配电网络。在芬兰，这些单位（即风力发电厂）主要位于西海岸或拉普兰的丘陵地区，那里的风力环境最为有利。这些地区人口稀少，能源消耗低，配电网络薄弱，传输距离长。在这些条件下风速或风速的快速变化电源可能会产生显着的电压变化。这可能导致设备故障和客户的不适。这就是为什么应该在分布式发电机组监测电能质量以找到并防止可能出现的问题。
与普通应用相比，基于Web的应用具有许多优势，它们为电能质量监控提供了一种简便的方法。除了可用性和功能之外，基于Web的应用程序还为电力公用事业提供了使用应用程序服务供应（ASP）模型提供服务外包的可能性。电能质量监测是使用ASP模型实施外包服务的一个例子，其中服务提供商总共负责电力质量信息的供应链，并允许客户专注于核心业务并将技术解决方案留给提供商负责。
坦佩雷理工大学（TUT）正在开展电能质量数据管理和分布式发电集成到配电网络的的角度考虑电力质量问题，包括基本分析，测量，停电报告以及分布式发电问题。例如，在参考文献[1]中提出了更广泛的电能质量监测概念。分布式发电项目从规划和运营的角度研究分布式发电到配电网络的集成。该项目包括开发网络稳态和稳定性分析工具和方法，考虑配电网保护，电能质量和可靠性，以及调查分布式发电的连接费和转让费的依据。
这篇报告介绍了电能质量数据管理和基于网络的监控系统，适用于分布式发电的连续电能质量监测。所开发的系统包括电能质量仪表(质量卫士)、远程读取软件、数据库服务器和结构、数据显示和分析的Web应用程序、Web服务器和客户端(即Web浏览器)。系统除具备电能质量监测功能外，还可实现能耗和建筑自动化功能(即水、热消耗、状态信息、温度)。开发的基于Web的电能质量监测系统，还可以将同一厂家各配电机组的电能质量实测数据进行汇总。此外，还介绍了使Web和移动应用程序开发成为可能的新技术。
电能质量监测已经被研究了很久，并且在世界范围内也开发了应用。参考文献[3]描述了一种低成本的智能网络传感器，其设计和实现是为了通过802.3网络获取，处理和传输数据并构建动态HTML页面。参考文献[4]提出了一种基于网络的多通道电能质量监测系统，它由PQ仪表，数据传输和互联网显示组成。
电能质量数据管理监控系统的概念
电能质量监测是将原始测量数据收集，分析和解释为有用信息的过程。收集数据的过程通常通过在延长的时间段内连续测量电压和电流来进行。传统上手动执行分析和解释过程，但是信号处理和人工智能领域的最新进展使得设计和实现智能系统成为可能，以便以最少的人为干预自动分析和解释原始数据为有用信息。[6]本文提出的电能质量数据管理和监测系统包括电能质量计（质量保证），远程阅读软件，数据库服务器，Web应用，Web服务器和客户端（即Web浏览器）。系统开发的目的是说明和演示与电能质量有关的外包服务。图1说明了系统的系统架构。
Quality Guard是MX Electrix Oy的商业产品，该公司是芬兰能源和电能质量计制造商。Quality Guard是一种相当便宜的智能电能表，具有电能质量监测功能。使用GSM调制解调器远程读取Quality Guard。通过使用参考文献[7]中描述的稀疏采样方法来实现测量功能。标准EN 50160中描述的大多数电能质量可以使用Quality Guard进行测量。除此之外，还可以测量功率和电流的数据。
顾客
互联网
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基于Web的应用 |
网页浏览器 |
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程序 |
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质量保障 |
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质量保障 |
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传输数据库 |
PQDB |
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质量保障 |
调制解调器 |
传输数据库 |
SQL - 程序 |
电能质量数 |
网络服务器 |
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据库 |
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质量保障 |
应用服务提供商 |
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图1：基于Web的电能质量监测系统的系统架构
Quality Guard测量的数量是：
bull; 电压电平，电流，有功功率，总无功功率，基本的频率，无功功率，视在功率，直流偏移，电源电压的总谐波失真（THD）以及三相中的每一相的功率因数
bull; 两个方向的实际总功率
bull; 总电容和电感无功功率
bull; 总视在功率
bull; 供电电压的频率
bull; 负序和零序分量与正序分量之比
bull; 电压谐波（3，5，7，9，11，和13次）
bull; 总谐波电压最大值，直流偏移和功率因数的失真（THD）
Quality Guard记录时间戳，长度电压骤降和骤升的最小值/最大值和均方根值，以及中断的开始和结束时间。除此之外，能源消耗和楼宇自动化（即水和热量）的数量消费，州信息，和温度）可以Quality Guard一起提供。
记录密度可以设置为几秒，几分钟或几小时。一次最多可测量24个量，测量值存储在Quality Guard的存储器中。记录密度为10分钟和24个测量量，质量保护的存储器可以存储大约三天的数据。使用由Enersoft Oy开发的Transmit-system或EneaseOy开发的EQL Online应用程序，通过GSM调制解调器或仪表的串行端口进行Quality Guard的设置和远程读取。
传输系统是质量保卫的远程读取系统，包括读取应用程序，计时器应用程序和传输数据库。通过计时器应用程序，可以将远程读取设置为自动启动，例如每天一次。测量结果存储在Transmit数据库中，这是一个需要 MS SQL Server的关系数据库。每个测量值在发送数据库中生成一行，包括测量点名称，数量，记录密度，时间戳，测量值和配置文件，这意味着每天24 * 6 * 24 = 3456行在Transmit数据库中生成每个测量点的记录密度为10分钟和24个量。因此，在一个月的时间段内，十个测量点在Transmit数据库的一个表中产生超过1000000行。所以，传输数据库不适用于数据库应用程序。
由于上述传输数据库结构存在缺陷，有必要开发一个名为Power Quality Database（PQDB）的数据库，该数据库具有新的数据库结构。PQDB的结构适用于长时间数据保存和应用程序使用。每个测量点都有自己的表，其中每个具有相同时间戳的测量值存储在同一行中。结果，一天中存储的行数从3456减少到144，并且存储在一个表中的行数与测量点的数量无关。
电压骤降/骤升和中断的数据也存储在PQDB中。通过自动调用的MS SQL Server存储过程将测量值从传输数据库传输到PQDB。使用基于Web的应用程序分析和呈现存储在PQDB中的数据。使用Microsoft Vi sual Studio.NET应用程序开发工具和C＃编程语言执行应用程序，这些语言是新Microsoft .NET体系结构的一部分。Web应用程序的功能包括：
bull; 以图表和网格模式以图形方式显示测量数据。
bull; 以电网模式呈现电压骤降/骤升。
bull; 提供脉搏测量（例如水和热量消费）和能源消费计算从电能测量。Web应用程序的图形用户界面如图2所示。访问解决方案需要授权，并且通过登录解决方案得出授权的测量点。登录后，将显示包含测量点基本信息的主页面。
图2：用于显示电能质量数据的Web应用程序的图形用户界面
用户可以从用户界面右侧的日历中选择列表和时间段中的检查数量。可以从日历下方的下拉列表中指定时间段。选择后，用户可以在图表模式下检查所选电能质量测量的趋势，或在电网模式下检查指定的测量值。更改数量或日历选择时，可见图表和网格会自动更新。在图表和电网模式下都会显示电压骤降/骤升和中断。屏幕可打印，图表可以保存到用户的计算机上以供进一步研究。更改测量点结果显示主页面，将今天的日期更改为日历组件，并使用从所选测量点测量的数量更新数量列表。
3. Web应用程序的优点
先进互联网技术的发展对软件生产的趋势产生了影响。使用因特网技术在申请中发展获得以下好处：
bull; 公平性：用户无需购买任何昂贵的硬件设备或软件应用程序即可在全球范围内访问互联网。人们可以使用各种通讯媒体。例如，正常电话线，ISDN线路，电缆调制解调器等，用于远程检索信息或更新数据。
bull; 支持跨平台架构:In标准互联网浏览器环境使用HTML和TCP/IP协议，用户将有相同的外观和感觉的网页在不同的硬件平台上显示。因此，开发了图形用户界面一次和可以在Windows和UNIX平台。
bull; 支持开放系统架构:互联网应用遵循开放系统标准，如HTML, HTTP, TCP/IP, FTP，购买力平价和SQL。数据交换与系统扩张是用最少的努力完成的。应用程序和数据库接口是根据行业定义一致指导原则，例如，开放数据库连接(ODBC)
bull; 提供用户友好和一致的人机界面:在性能良好的Internet浏览器上工作，用户不需要学习复杂的命令或鼠标操作就可以浏览任何新开发的应用程序。因此，可以尽量减少培
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