EIG电能质量管理自动化系统DOC.doc

地铁电能管理系统
一、概述
地铁电能计量自动化与电能质量监测系统是一款为适应国内地铁运营管理部门需求而开发的综合型软件平台，主要由WODEN 电能计量计费管理子系统与WODEN电能质量管理子系统组成，负责完成电能量计量计费统计分析和电能质量监测、分析及管理的系统平台。系统作为一个电力运行的综合信息平台，在完成电能计量管理的基础上，同时可以使调度等部门迅速而准确地获得变电所内各种大型负荷设备运行的电能质量实时信息，完整地掌握整个系统的电能质量运行状况，及时发现和纠正输变电运行的薄弱环节，实现电能质量监测分析的综合自动化管理。
二、系统应用意义
由于电力系统中的各种非线性负荷越来越复杂，这种负荷所引起的危害越来越明显，尤其以谐波畸变对电网的危害最大。谐波污染对电网的影响主要表现在：（1）谐波对旋转设备和变压器的主要危害是引起附加损耗和发热增加,此外谐波还会引起旋转设备和变压器振动并发出噪声,长时间的振动会造成金属疲劳和机械损坏。（2）谐波对线路的主要危害是引起附加损耗。（3）谐波可引起系统的电感、电容发生谐振,使谐波放大。当谐波引起系统谐振时,谐波电压升高,谐波电流增大,引起继电保护及自动装置误动,损坏系统设备(如电力电容器、电缆、电动机等),引发系统事故,威胁电力系统的安全运行。（4）谐波可干扰通信设备,增加电力系统的功率损耗(如线损),使无功补偿设备不能正常运行等,给系统和用户带来危害。因此监测各类负荷的情况，记录分析企业供电系统内外界各种电力干扰和设备内部本身产生的电气干扰，以及具有破坏性的高次谐波、电压突升、骤降、尖峰信号、瞬变等电气污染现象，使企业内部能更有效的掌握供电系统内的电能质量动态，保障企业的利益，就显得尤为重要。随着我国经济的不断发展，完善的电能质量的需求也不断在提高，同时电能质量的问题对社会经济发展的影响日益明显。目前面临的监测及检测问题：谐波源分布无规律可寻，比较分散，难以做到有效监控；谐波产生的时间及方式无法准确掌握其动态；谐波的治理落实没有得到有效地监控。
WODEN电能质量管理系统平台采用高性能的在线式电能质量监测终端，长期连续的监测供电系统的主要线路，主要目的是动态监测用电系统各环节的电能使用状况，发现电能质量的变化规律，变被动应付为主动分析，为改善电能质量以及提高供电系统可靠性提供合理的依据；同时可以提升企业动态电能管理水平，保障安全生产，为企业带来长久的经济效益。
三、系统设计引用标准
l 《电能质量 供电电压允许偏差》 GB 12325-1990
l 《电能质量 公用电网谐波》 GB/T 14549-1993
l 《电能质量 三相电压允许不平衡度》 GB/T 15543-1995
l 《电能质量 电力系统频率允许偏差》 GB/T 15945-1995
l 《电能质量 电压波动和闪变》 GB 12326-2000
l 《电能质量 暂时过电压和瞬态过电压》 GB/T 18481-2001
四、系统功能简述及特点
4.1 电能管理系统的主要功能
n 数据采集和实时显示
直接采集多功能电能表的电能计量和电能质量数据，对于机械表，可以手工输入参与计量的统计和分析；可实时显示各条线路的关键电能数据。
n 综合查询
可根据站号、线路号、表号、日期、时间等关键数据，进行数据查询功能，实现对监测点各种统计报表和超标数据的综合查询。
n 丰富的统计报表输出
系统可自动生成各种计量数据的日报、月报、年报等，也可以实时动态生成分时分线电量统计报表；对于电能质量统计，按照国标要求统计电能质量参数的95% 概率大值、最大值、最小值等，生成电能质量综合报表。电能质量综合报表主要含有以下各种统计报表：
1) 电压偏差报表
2) 电压电流负序分量报表
3) 电压、电流各次谐波报表
4) 电压总谐波畸变率报表
5) 频率及三相不平衡度报表
6) 各相总功率报表
7) 功率因数报表
8) 电压闪变报表
n 电能质量事件捕捉和分析
在线式电能质量采集终端将在线路进入动态或暂态过程中，能捕捉电压骤升骤降等现象，启动对被监测参数的高分辨率波形数据记录，录波数据以文件形式按照事件的起始时间保存，通过通信网络，定时将寄存器中的监测数据下载保存于主站服务器数据库中，后台软件提供丰富的图形化数据分析功能。同时可依据用户需要开放相关数据接口，便于与其它分析系统的数据共享。
n 高级分析
系统平台可添加电能质量智能分析模块，模块主要采用AiReports®专家诊断分析软件。该软件运用了电能质量专家的知识储备，可以系统地分析和研究电能质量现象，并能够对其测量结果进行分别识别，从中找出引起电能质量问题的原因和提出针对性的解决方法。AiReports®为不正常事件提供全面的自动分析，利用此软件可以大大地减少工程人员的分析时间。
n WEB应用
整个主站系统软件基于B/S模式应用结构，对客户端机器和操作系统无特定要求，局域网内的其它主机只需任意操作系统自带的浏览器软件即可实现对数据的分析和处理。可查询的数据包括原始数据、派生数据、参数数据、基于国标统计分析生成的各种电能质量统计数据，显示方式包括表格和图形，用户可通过浏览器查阅或打印显示结果。
n 线路和设备管理
基于电网层次结构的电能质量系统档案管理，以树型结构管理电能质量监测仪器，可灵活构造电网层次结构。系统所有档案参数的维护符合电力用户的习惯，实现面向电力对象的参数维护和设备管理。
n 安全性管理
通过账号密码验证系统，对不同用户的操作权限作分组管理。根据不同的用户级别，用户拥有不同的使用权限，系统的每一步操作均核实用户权限，有效的防止了越级越权非法操作，确保系统相关数据的安全性和保密性。
每个用户的每一步操作都被系统记录在案，包括操作时间和用户IP地址，即便用户帐号被他人盗用，亦有案可查。
4.2 系统特点
n 电能质量参数监测，提供有效的电能质量分析依据
n 数据形式多样化：图形、表格等
n 系统兼容性好，具有多种通信规约
n 交互能力强，可与EMS、MIS或其它电量统计系统进行数据交换
n 完善的数据库结构设计，便于监测数据的长期统计分析
n 纯B/S模式应用结构，动态查询监测数据和生成报表，方便现代化管理
n 系统的可扩展性，软件的可升级性
n 友好的操作界面
4.3 电能质量监测参数
n 监测三相的电压、电流有效值
n 电压偏差
n 负序分量
n 各次谐波电压含有率、各次谐波电流含有率
n 各相有功功率、无功功率和视在功率
n 功率因数
n 电压总谐波畸变率、电流总谐波畸变率
n 三相不平衡度
n 频率偏差
n 瞬时闪变，短时闪变和长时闪变
监测参数在参考国标基础上进行设计，对于客户要求的非国标参数，可以结合客户的实际需求进行添加或更改。
五、电能管理系统结构
整个系统由中心主站、通信网络和电能采集终端构成。电能采集终端主要包含电能计量仪表和电能质量监测仪表，根据各个站的具体线路设计，可以在不同的监测点上安装相应的采集终端。电能管理系统可以实现对各种电压等级线路、配网线路、重点负荷设备的监测。系统结构示意如下图所示：

中心主站主要包括：电能管理服务器（数据库）和WEB服务器。主站系统可支持数据冗余功能。
电能监测网中数据采集终端可以通过无线传输与服务器间建立通信连接，对于变电站内的监测单元也可以采用RS－485方式与服务器连接，在具有光纤接入的站点，更可利用已有的以太网建立连接，利用现有的网络资源以节省投资。以上多种通信方式可以实现将各个监测点的数据传输到监测中心的数据库中。
六、电能质量监测终端
6．1 概述
Nexus系列电能质量固定式综合监测装置，按照最新的国家标准，对电能质量的五项指标进行监测、统计，可实时监测变电站或用户的谐波污染负序污染情况以及冲击性负荷造成的电压波动闪变情况，及时发现问题，积累电力污染原始资料和电能质量管理经验，以利于电能质量监督及治理工作的顺利进行，促进电网安全经济运行水平的提高。
监测装置对电能质量进行实时监测，并将数据存储在装置内部。在监测中心可通过通讯网络对装置进行远程设置和实时监视。监测中心软件还可以定时自动从装置下载所存储的数据，存放在数据库中。这样，系统中的所有计算机均可通过局域网对数据库中的数据进行分析和管理。不需要任何中间的传输设备，降低了系统的成本。
6．2 技术特点
1．采用先进的Accu-measure专利测量技术。专利技术的核心是多方程逼近算法，保证了电能测量精度达到实验室精度。
2. 双16位A/D转换器。
3. 双内部参考电位使精度达到1PPM
4. 具有温度补偿功能的自动校准(当外界温度变化超过5℃时，系统自动进行温度补偿)
5．采用局域网络技术与远程通信网络技术，具有网络接口、MODEM接口、RS232、RS485串行口，支持标准的TCP／IP协议，经光纤网络或MODEM拨号，实现数据远传，构成电能质量监测网，实现远程控制调用，网点的扩展不受限制。
6．3 主要测试参数
l 相电压、线电压、电流
l 有功功率、无功功率、视在功率
l 各相功率因数和总功率因素
l 相角
l 频率
l 谐波（0-127次）
l 三相电压不平衡度、三相电流不平衡度（包括正序、负序的电压、电流分量值）
l 电压波动、闪变（包括短闪变、长闪变）
6．4 主要功能
l 16位波形采样和故障记录（系统实现最高采样数为每周波采样512点）
l 测量到127次谐波
l 状态输入触发（表计在状态改变的时刻记录波形，状态改变和波形记录的时间分辨率为1毫秒）
l 暂态过程记录
l CBEMA记录曲线（表计具有独立的CBEMA记录用于电压事件的周期和幅值记录）
l 相量分析
l 间谐波分析
l EN50160闪变监测（电能质量管理系统根据EN 50160国际标准进行闪变数据全面分析）
l 先进的Web查看方式

l 电能计费特点：变压器损耗和线路损耗补偿；负载统计/多功能计量功能；分时计费功能 (TOU)；最大/最小值记录
6．5 主要技术指标：
l 电压偏差：0.2%
l 频率偏差：0.01Hz
l 三相不平衡度：电压不平衡度0.2%；电流不平衡度1％
l 谐波：按GB/T 14549-93规定分为B级
l 闪变：5％
七、系统组网构建分析
根据地铁内部线路的实际情况和管理，初步构建电能监测网络系统。指导思想是：在完成地铁线路电能计量自动化的基础上，结合供电局对企业用电电能质量指标的检查考核要求，对相应线路的电能质量参数进行长期连续的监测和统计。按照系统大小和复杂程度，我们将电能管理系统分为以下三种方案：
7.1基本配置方案
根据地铁内部电力线路的组网，我们将地铁用电层次分为以下几层：供电层、配电层、用电层（包含10KV系统和低压400V系统）。
对于电能管理基本配置系统，我们在供电局外电源进线处安装高性能的电能质量在线监测仪，即在供电层的公共连接点处安装电能质量在线监测仪，在配电层和用电层上的其他各种线路根据电量计量计费的要求安装多功能电子计量仪表。系统表计安装示意简图如下：

利用地铁变电所内已有的通信网络，变电所的电能仪表数据通过以太网方式与中心服务器建立连接。主站中心需要一台计算机作为数据服务器，一台计算机作为WEB服务器。系统架构示意图如下所示：

该配置构建的电能质量管理系统由于将电能质量终端安于公共连接点处，因此能满足供电局对地铁电力用户的监测，从预计来看，便于供电局掌握地铁电力用户的谐波水平与状况，了解地铁运行过程中谐波的变化特点。同时，系统后台的分析软件能够实时生成各个进线端的监测数据报表和谐波电压、电流、功率等变化的曲线图表，并结合国标作出超限和合格率判断，这为分清地铁用电系统是否对电力系统引入超标谐波等提供了可靠的数据，可帮助地铁管理部门对电能质量污染情况的判断和分析。
7.2 中级配置方案
对于电能管理中级配置系统，不仅要在供电局外电源进线处安装高性能的电能质量在线监测仪，即在供电层的公共连接点处安装电能质量在线监测仪，而且在用电层的牵引线路上也安装电能质量在线监测仪，在配电层和用电层上的其他各种线路根据电量计量计费的要求安装多功能电子计量仪表。系统表计安装示意如下：

该系统配置架构与基本配置一样，如上所述。
目前，该配置构建的电能质量管理系统在满足供电局对地铁电力用户的监测和评估的同时，能够进一步了解地铁用电内部最重要的牵引负荷的电能质量变化情况，而且监测系统依靠高速采样频率捕捉快速、瞬时干扰的脉冲波形，便于掌握系统牵引负荷的运行规律，发现一些潜在的故障。
7.3 高级配置方案
对于完整的电能管理配置系统，不仅要在供电局外电源进线处安装高性能的电能质量在线监测仪，即在供电层的公共连接点处安装电能质量在线监测仪，而且在用电层的各个重要负荷线路上也安装电能质量在线监测仪，对各种重要负荷工作用电状态进行监测，在配电层和用电层上的其他各种线路根据电量计量计费的要求安装多功能电子计量仪表。系统表计安装示意如下：

由于电能质量仪表较多，数据量相当大，为了满足系统大量数据能够即时采集和存储，我们将系统分层分布管理，在各个站增加一个工作站负责实时数据采集和后台处理，同时在中心采用多台专用服务器分布处理电能质量数据，通信要求有专用的通道，通过以太网方式将大量数据和事件信息上传至中心的各台专用服务器。主站中心需要4台服务器分别作为数据服务器、WEB服务器、趋势服务器和报警服务器。系统架构示意图如下所示：

完整的电能质量管理系统不仅能够监测公共连接点的电能质量状况，而且在谐波污染严重的局部供电网络进行长期的监测，统计分析各种重要负荷的用电状况，这便于管理部门了解系统内部各种运行负荷谐波源的分布和运行规律，发现各种不同谐波源负荷的动态变化特点，进一步探索不同谐波源负荷的谐波规律。这一切为地铁管理部门提供了大量的、不同运行工况下的现场有效数据，为用户加强对电能质量污染的分析、控制和治理提供了有效的技术支持。

高级配置推荐
（1）主站硬件配置：
DATA服务器:
推荐配置要求：
中央处理器（CPU）：Intel Pentium Xeon 2.8 GHz以上 配置2个以上的CPU。
内存（Memory）：2GB以上并可扩充。
硬盘（HDD）：120G以上高速硬盘或高速磁盘阵列。
网卡：1000 Ethernet。
其它服务器（Gateway、Map、Web）
推荐配置要求：
中央处理器（CPU）：Intel Pentium Xeon 2.4 GHz以上，可扩充到双cpu。
内存（Memory）：1GB以上并可扩充。
硬盘（HDD）：40G以上硬盘。
网卡：100 Ethernet。

b) 配置专用网络线 （建议用光纤通信）
(3)站终端：
a) 选择站点（变电站）对不同的电压等级回路进行监测。如：监测10kV及其出线的电能质量。根据回路的情况选择终端的数量。每个终端的价格 万。
b) 专用网络通信（建议采用光纤通信）
（4）其它
a) 4芯屏蔽线， 2x0.5 mm 每米 元 每个变电站 元
b) 光纤 （网络建设，可以使用变电站已经具备网络）
c)网线为超五类或六类
d) 中心站、主站数据库和分析软件费用： 万 （监测点扩展无需增加主站的费用投入）
e) 建设人工费用：估计每个站需要 万

高级配置无论是仪表的选择还是网络组件的选择区别巨大因此价格难以细化，所以按我们的仪表估计作了个报价
硬件和软件费用约573.92万元
通讯层费用约200万
电能质量仪表约626.89万
共计计：1400.81万
约到每个站：70万