（信号与信息处理专业论文）电网电能质量可视化系统的设计与开发.pdf

武汉理【人学硕士学位论文 摘要 随着电能质量相关问题的重要性日益突出，电能质量监测问题成为当前各 级电网企事业关注的核心问题。本文针对电能质量的特点，利用虚拟现实技术， 开发并设计了电网电能质量可视化系统。电能质量主要有电压偏差、频率偏差、 电压三相不平衡、谐波间谐波和电压波动闪变等指标，它们通常由各类数据、 图表组成，无法直接直观地用于对实时问题的分析和处理。因此，开发电网电 能质量可视化系统成为电力行业非常迫切的课题。 本论文依托电力部门的实际开发项目，设计并开发了一个集监测、分析和 管理电能质量的电网电能质量可视化系统。论文的主要研究内容如下： ( 1 ) 在分析电网电能质量指标和国内外发展研究现状的基础上，进行了电能 质量可视化软件的总体设计。系统设计为三个大区块，即：系统配置区，地理 信息显示区和电能质量数据三维化图表显示区。系统的特色为：结合地理信息 进行可视化系统开发；将系统的功能模块化，分别为地图显示模块、三维图表 模块、暂态事件模块、稳态指标模块、基础设施模块、故障监控模块、系统配 置模块和系统集成模块。 ( 2 ) 进行了电网电能质量可视化系统的用户接口、数据库接口和内部模块接 口设计，着重于地理信息数据、电能质量数据与可视化系统的接口函数设计= 用户接口设计的功能有查询范围设定、g i s 地理信息显示、数据分析和显示以及 系统运行状态监控。外部接设计内容包括p q v i e w 数据库接口，p q v i e w 接口依 赖项，p q v i e w d l l 接口函数，m y p q d a t a b a s e 数据库接口。内部接口是按照系统 功能模块之间由于要求进行数据交互而设计的接口。 ( 3 ) 实现了一个电网电能质量可视化系统。系统把电能质量数据和地理信息 结合起来，将处理后的电能质量数据以二维或者三维化的方式显示在系统图表 区。系统运行时，着重在实现监测终端详细信息显示，多指标合格率显示，暂 态事件三维统计图显示，稳态趋势图显示，2 5 0 次谐波电压含有率显示和2 5 0 次电流含有量显示。 关键词：电能质量，可视化，模块，接口 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ei m p o r t a n c eo fp o w e rq u a l i t y - r e l a t e di s s u e sh a v eb e c o m ei n c r e a s i n g l y p r o m i n e n t ，p o w e rq u a l i t ym o n i t o r i n gi n t ot h ec u r r e n tp o w e rg r i de n t e r p r i s e sa n d i n s t i t u t i o n sa ta l ll e v e l sb e c o m et h ec o r ei s s u e so fc o n c e m i nt h i sp a p e r , a c c o r d i n gt o t h ec h a r a c t e r i s t i c so fp o w e rq u a l i t y , t h eu s eo fv i r t u a lr e a l i t yt e c h n o l o g y , p e o p l e d e v e l o pa n dd e s i g nv i s u a l i z a t i o ns y s t e mp o w e rq u a l i t y t h e r ea r ef i v eb a s i cp o w e r q u a l i t yi n d i c a t o r s ，n a m e l y ：v o l t a g ed e v i a t i o n ，f r e q u e n c yd e v i a t i o n ，v o l t a g eu n b a l a n c e ， h a r m o n i ci n t e r - h a r m o n i c s ，a n dv o l t a g ef l u c t u a t i o nf l i c k e r t h e s ef i v eb a s i ci n d i c a t o r s a r eo fv a r i o u st y p e so fd a t a ，g r a p h i cr e p r e s e n t a t i o no ft h e m p o w e rq u a l i t yd a t aa r e d i s o r d e r , c a n n o te s t a b l i s hr e l e v a n tc o n t a c t s ，a n dd e l a y i n gt h ei s s u eo fr e a l - t i m e a n a l y s i sa n dp r o c e s s i n g c o n s e q u e n t l y , i ti sav e r y p r e s s i n gt a s k t od e v e l o pa n d d e s i g nt h ep o w e rq u a l i t yv i s u a l i z a t i o ns y s t e mi nt h ee l e c t r i c i t yg r i d i nt h i sp a p e r , r e l y i n go nt h ea c t u a ld e v e l o p m e n tp r o j e c t si nt h ee l e c t r i c i t ys e c t o r , w ed e s i g na n dd e v e l o pt h ep o w e rq u a l i t yv i s u a l i z a t i o ns y s t e mi nt h ee l e c t r i c i t yg r i d , f o rm o n i t o r i n g ，a n a l y s i sa n dm a n a g e m e n to fp o w e rq u a l i t y m a j o rr e s e a r c ho ft h e p a p e r a sf o l l o w s ： ( 1 ) b a s e do nt h ea n a l y s i so fp o w e rq u a l i t yi n d i c a t o r s a n dt h es t a t u so f d e v e l o p m e n tr e s e a r c ha th o m ea n da b r o a d ，w ed e s i g nt h es y s t e ma r c h i t e c t u r eo ft h e p o w e rq u a l i t yv i s u a l i z a t i o ns y s t e m s y s t e mi sd e s i g n e df o rt h r e el a r g eb l o c k s ，n a m e l y ： s y s t e mc o n f i g u r a t i o na r e a ，g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nd i s p l a ya r e aa n dp o w e rq u a l i t y d a t ao nt h r e e - d i m e n s i o n a ld i s p l a yo ft h ec h a r t s y s t e mi sc h a r a c t e r i z e da sf o l l o w s ： d e v e l o pv i s u a l i z a t i o ns y s t e mc o m b i n ew i t hg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) ； m o d u l a r i z et h ef u n c t i o no ft h es y s t e m ，m o d u l e sa r em a pd i s p l a ym o d u l e ， t h r e e - d i m e n s i o n a lg r a p h i c sm o d u l e ，t r a n s i e n te v e n tm o d u l e ，s t e a d y - s t a t ei n d i c a t o r m o d u l e ，i n f r a s t r u c t u r em o d u l e s ，f a u l tm o n i t o r i n gm o d u l e ，t h es y s t e mc o n f i g u r a t i o n m o d u l ea n ds y s t e mi n t e g r a t i o nm o d u l e ( 2 ) d e s i g nt h ep o w e rq u a l i t y v i s u a l i z a t i o ns y s t e mu s e ri n t e r f a c e ，d a t a b a s e i n t e r f a c e ，a n d i n t e r n a lm o d u l ei n t e r f a c e ，l a y e m p h a s i su p o nt h ed e s i g no ft h e g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nd a t ai n t e r f a c e ，p o w e rq u a l i t yd a t ai n t e r f a c ea n dv i s u a l i z a t i o n s y s t e mi n t e r f a c ef u n c t i o n u s e ri n t e r f a c ef u n c t i o n si n c l u d et h es e t t i n gt h es c o p eo f i i 武汉理工人学硕士学位论文 q u e r i e s ，g i sg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nd i s p l a y , d a t aa n a l y s i sa n dd i s p l a y , a sw e l la s s y s t e mo p e r m i o ns t a t u sm o n i t o r i n g t h ec o n t e n to fe x t e r n a ld e s i g ni n c l u d e sp q v i e w d a t a b a s ei n t e r f a c e ，p q v i e wi n t e r f a c ed e p e n d e n c i e s ，p q v i e w d l li n t e r f a c ef u n c t i o n s a n dm y p q d a t a b a s ed a t a b a s ei n t e r f a c e i na c c o r d a n c e w i t ht h es y s t e mf u n c t i o n m o d u l e sw h i c hh a v et h er e q u i r e m e n t so ft h ed a t ai n t e r a c t i o n ，t h ei n t e r n a li n t e r f a c ei s i n d i s p e n s a b l e ( 3 ) i m p l e m e n t st h ep o w e rq u a l i t yv i s u a l i z a t i o ns y s t e m c o m b i n et h ep o w e r q u a l i t yd a t aw i t ht h eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n ，p o s t - p r o c e s s i n gp o w e rq u a l i t yd a t aa r e d i s p l a y e di nt h es y s t e mc h a r ta r e ai nt w o - d i m e n s i o n a lo rt h r e e - d i m e n s i o n a l - o r i e n t e d w a y i ti sf o c u so nd i s p l a y i n gt h em o n i t o r i n gt e r m i n a ld e t a i l s ，m u l t i - t a r g e tp a s sr a t e ， t r a n s i e n te v e n t st h r e e d i m e n s i o n a ls t a t i s t i c a lg r a p h ，t h eg r a p ho f s t e a d y - s t a t ei n d i c a t o r t r e n d s ，t h er a t eo fh a r m o n i cv o l t a g ec o n t a i n e do f2 - 5 0t i m e sa n dt h ea m o u n to f h a r m o n i cc u r r e n t so f2 5 0t i m e s k e y w o r d ：p o w e rq u a l i t y , v i s u a l i z a t i o n ，m o d u l e s ，i n t e r f a c e i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 聿垃日期： 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位 论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录 本学位论文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ： 导师( 签名) ：可砷。日期如7 i z 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究的目的及意义 电能是一种经济实用、清洁方便，并且容易传输、控制和转换的能量形式， 也是一种由电力部门向电力用户提供的一种特殊产品。与其他商品一样，电能 也要讲求质量。在一个理想的交流电力系统中，电能是以一恒定的工业频率 ( 5 0 h z 或6 0 h z ) 和正弦的波形，按规定的电压水平向用户供电。由于系统各部( 发 电机、变压器、线路等) 参数并不是理想线性或对称的，加上调控手段的不完 善、负荷性质各异且其变化的随机性以及运行操作、各种故障等原因，这种理 想状态在实际当中并不存在，因此产生了电能质量的概念。电能质量是指供电 装置在正常工作情况下不中断和干扰用户使用电力的物理特性，其特殊性在于 它是由多方面共同保证的。在三相交流电力系统中各相电压的电流应该是幅值 相等，相位差1 2 0 0 的对称状态。所以，电能质量一般用频率，电压波形和三相电 压、电流的不对称来衡量1 2 j 。 近年来，配电网中整流器、变频调速装置、电弧炉、电气化铁路以及各种 电力电子设备不断增加。这些负荷的非线性、冲击性和不平衡的用电特性，对 供电质量造成严重污染。比如宝钢的2 0 5 0 热轧厂就是一个典型案例，其大型轧 钢机的启停、变频调速系统等都对供电质量造成污染，导致设备无法正常运行， 造成停产事故【3 j 。另一方面，现代工业、商业及居民用户的用电设备对电能质量 更加敏感，对供电质量提出了更高的要求。目前，谐波、电磁干扰、功率因数 降低已并列为电力系统的三大公害。电能质量问题主要由终端负荷侧引起。例 如冲击性无功负载会使电网电压产生剧烈波动，降低供电质量。随着电力电子 技术的发展，它既给现代工业带来节能和能量变换积极的一面，同时电力电子 装置在各行各业的广泛应用又对电能质量带来了新的更加严重的损害，已成为 电网的主要谐波污染源【4 】。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气 设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。 谐波还会引起电力系统局部发生并联谐振或串联谐振，使谐波含量被放大，致 使电容器等设备烧毁。因而消除供配电系统中的高次谐波问题对改善电能质量 和确保电力系统安全、稳定、经济运行有着非常积极的意义【5 】。 武汉理丁大学硕士学位论文 电能质量与一般产品质量不同，对于不同的供( 或用) 电点在不同的供( 或 用) 电时刻，电能质量指标往往是不同，也就是说，电能质量在空间上和时间 上均处于动态变化之中，说明电能质量指标宜用概率统计结果来衡量，并且需 指明监测点，同时也说明为了更好了解电能质量状况，应采取长时间监测的方 法，即：对电能质量情况的监测应该形成体系【6 j 。 目前，各级电网经营企业都已经重视电能质量问题，希望通过加强对电网 电能质量的实时在线监测，能够及时分析和反映电网的电能质量水平，以便尽 快找出电网中影响电能质量的原因，并采取相应的整改措施，提高电能质量和 供电可靠性。在这样的环境下，探讨电能质量领域的相关理论及其监测控制技 术，使其可视化，分析我国电能质量监测和控制的发展趋势，具有很强的现实 意y , y l 。 1 2 国内外研究现状及发展方向 为了能系统地了解、熟悉和研究电能质量问题，并能在工作中对电能质量 反映的问题或测量结果进行分析和判断，从而找出引起电能质量问题的根本原 因和采取相应的措施，将电能质量现象进行科学、合理的分类是非常必要的【8 】。 国际电工委员会i e c 从电磁兼容及相互干扰的角度，将电能质量现象进行 了分类： ( 1 ) 传导型低频现象：谐波，间谐波；信号系统( 电力线载波) ；电压 波动；电压凹陷( 骤降) 和间断；电压不对称；工频偏差；感应低频电 压；交流电网中的直流分量； ( 2 ) 辐射型低频现象：工频电磁场； ( 3 ) 传导型高频现象：感应连续波电压或电流；单方向瞬变；振荡性 瞬变； ( 4 ) 辐射型低频现象：磁场；电场；电磁场；连续波；瞬变； ( 5 ) 静电放电现象( e s d ) ； ( 6 ) 核电磁脉冲( n e m p ) 【9 】。 国际电气电子工程师协会i e e e 根据电压扰动的频谱特性、持续时间、幅值 变化等方面，对电能质量现象进行了分类。鉴于这两个基础性的分类，世界主 要电力大国也都制定了相应的电能质量指标及其标准【l o 】。 改革开放以前，我国工业水平比较落后，制造业工艺比较粗糙，高、精、 2 武汉理工大学硕七学位论文 尖方面的先进制造业更是缺乏，因而，谐波引起的影响与危害并不明显，而电 能质量问题更提不到议事日程。人们普遍认为，只要能保证电网频率的正常以 及保证供电电压在一定范围内，就等于保证了电网的电能质量。另外从我国的 电力系统供求关系来看，8 0 年代之前处于计划和短缺经济时期，有没有电供用 户使用是主要问题，自然“电能质量”问题就无从谈起【1 1 j 。 随着国民经济的发展，科学技术的进步和生产过程的高度自动化，电网中 各种非线性负荷不断增长；各种复杂的、精密的，对电能质量敏感的用电设备 越来越多。随着计算机技术的日益普及，大量基于计算机系统的控制设备和电 子装置不仅对供电电能质量异常敏感，同时也加剧了电能质量的进一步恶化【l 2 1 。 我国从2 0 世纪9 0 年代初到2 0 0 1 年，国家技术监督局先后组织制定并颁布了 6 项电能质量国家标准：g b l 2 3 2 5 - - 1 9 9 0 供电电压允许偏差；g b t 1 4 5 4 9 - - 1 9 9 3 公用电网谐波；g b t 1 5 5 4 3 1 9 9 5 三相电压允许不平衡度； g b t 1 5 9 4 5 1 9 9 5 电力系统频率允许偏差；g b l 2 3 2 6 _ _ 2 0 0 0 电压波动和闪 变；g b t 1 8 4 8 1 2 0 0 1 暂时过电压和瞬态过电压1 1 3 j 。这些标准是我国公用 电网正常运行应满足的条件，给电能质量治理工作提供了参考与依据。从我国 现有的6 项电能质量标准是逐年颁布的，有一个过程，也是随着问题的不断出现， 得到不断地完善。电能质量与国家的经济、生活密切相关，一项新指标的出台 一定要根据现有的实际问题，尽量考虑各方面的因烈1 4 j 。 从2 0 0 6 年起，我国国内电能质量监测开始大规模组网，最早的省份在2 0 0 4 年底便开始了此项工作。当时主干网络及监测终端均采用进口设备，但由于设 备昂贵，后期系统功能扩充所需费用很大，并且由于代码不公开，给二次软件 开发带来困难，系统没能在全国范围广泛推广，但其提出的基于三级分布式( 即 b s 模式) 的电能质量监测系统的理念得到全国电力用户认可i l 引。 随后一些省份提出了具有统一规范的电能质量网络系统方案，其最终目的 就是要使各厂家的设备在统一的网络平台中按统一的数据规约传输数据、统一 分析，在此方案中提出了基于p q d i f 的数据存储、转化格式，使得电能质量的数 据管理又进一步优化。接着全国许多地区提出了组建三级分布式电能质量网络 系统的要求，各省网络系统的组建使得国内各厂家的监测装置在同一网络平台 集中管理成为可能i l 州。 从2 0 世纪6 0 年代开始出现第一代电能质量测试仪至今，电能质量监测历经 几十年的发展，已经从被动的、分散式的、针对特定电能质量问题的监测方式 转变为主动的、永久持续的、反映系统性能的监测方式。 武汉理下大学硕十学位论文 各省监测网一般是以省电力公司或电科院作为电能质量监督管理中心，搭 建全省的网络平台，各供电分公司分别组建子网络，同时数据能够通过局域网 向省电能质量监督管理中心转发，电力监管中心也可通过访问各子站数据服务 器查看各监测点的原始数据。对于重点性的监测站点，如电气化铁路典型牵引 站、超大型谐波源用户、机场、军事基地等敏感性负荷也可由电力监管中心直 接管理【1 7 1 。 目前电能质量监测设备的发展趋势倾向于采用永久性的固定设备对现场数 据进行在线监测，对于固定电能质量监测设备而言，需要综合考虑成本和性能 进行专门的研制。基于微处理器的智能化电能质量在线监测设备采用嵌入式系 统和数字信号处理技术在设计上具有在线监测、智能化、网络化、实时性好和 成本低的特点。基于双c p u 的嵌入式系统将嵌入式d s p 处理器和嵌入式微控制器 相结合，通过2 个c p u 扩充系统资源，共同分担系统负荷，同时d s p 作为高速处 理器件也利于保证系统的实时性。这种双c p u 系统结构$ 1 j d s p 的高速处理能力对 于保证系统实现在线监测、智能化、网络化等强大功能而又不牺牲实时性起到 了关键作用。它具有在线监测、精度高、升级潜力大、实时性好、体积小、成 本低的特点，既适用于现场的测量分析，也适用于长期的在线监测( 博j 。 目前，国内基本没有功能强大、适用范围广的电网电能质量可视化系统， 这就给监测和管理电网电能质量带来了很大麻烦。在这个现实上，如实准确的 把各个地方、各个环节的电网电能质量相关数据直观清晰地反映出来是非常必 要的，具有很大的研究空间和实用性。 1 3 主要研究内容和章节安排 本文在广泛收集和查阅相关资料的基础上，针对电网电能质量可视化系统， 利用虚拟现实技术，研究了电网电能监测系统可视化部分的架构和各功能模块 之间的接口设计，实现一个电网电能可视化系统。该可视化系统要求能将我国 某大型城市的电能质量数据以可视化的方式展示在电能质量监控中心，在实现 电能质量监测的功能的同时还需要考虑到显示效果。 本文共分为四章，具体内容如下： 第1 章概述电网电能质量，以及相关背景和意义，回顾了电能质量监测的 发展历史研究现状，分析了当前电能质量监测技术中存在的问题和将电能质量 可视化的应用前景。 4 武汉理- 1 二大学硕士学位论文 第2 章详细阐述了电能质量可视化系统的总体设计，包括：需求规定( g i s 地理信息显示，暂态事件数据显示，多指标合格率显示，各指标趋势图显示， 2 5 0 次谐波电压含有率分析，2 5 0 次谐波电流含量分析，监测终端详细信息显 示，系统运行状态监控) ，运行环境，开发环境，基本设计概念和处理流程，系 统结构，功能需求与系统模块的关系，外部依赖。 第3 章叙述了该电能质量可视化系统的接口设计，包括：用户接口( 常用 功能，查询范围设定，g i s 地理信息地图区，数据分析区功能，数据分析区，系 统运行状态监控区) ，外部接口( p q v i e w 数据库，p q v i e w 接口依赖项，p q v i e w d l l 接口函数，m y p q d a t a b a s e 数据库) 和内部接口。 第4 章介绍该电能质量可视化系统的实现，即将处理后的电能质量数据以 多种方式显示在系统图表区。着重叙述如何实现监测终端详细信息显示，多指 标合格率显示，暂态事件三维统计图显示，稳态趋势图显示，2 5 0 次谐波电压 含有率显示和2 5 0 次电流含有量显示。 第5 章对于本论文所做的研究工作进行了总结，并指出了该软件面对电网 电能质量尚未解决的问题。 武汉理丁大学硕七学何论文 第2 章电能质量可视化系统总体设计 在能源需求日益紧张的今天，对世界上任何一个国家来说，电能都是至关 重要的一种能源。于是，电能质量不仅对电网的安全、经济运行有着重要的意 义，而且其质量的好坏直接影响着用户设备能否正常工作，关系到国民经济的 发展。 现今，我国已经加入w t o ，国外许多如芯片制造、精密加工等高新企业纷 纷落户中国，这些企业已经对供电电压中断、闪变和谐波含量等电能质量提出 了严格的要求；另外随着国家对电力市场化的进一步推动，按质论价已经提到 议事日程，电力公司可以依据一定的标准，对电流谐波含量超标的电力用户采 用惩罚性电价。因此，对电能质量指标进行监测、统计和分析，实现全面的电 能质量监测势在必行【1 9 】。 2 1 电能质量可视化系统功能设计 该可视化系统要求能将我国某大型城市的电网电能质量运行状况可视化， 即用直观的图表显示相关数据，方便进行比较和鉴别，将要求监测的站点或者 出现暂态情况的站点用地理信息的形式显示出来。其中，数值显示的部分要求 能按工作人员的要求来显示，比如多次谐波和稳态数据表示。 2 1 1g l s 地理图层设计 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) ，是获取、整理、 分析和管理地理空间数据的重要工具和技术，具有空间数据的获取、存储、 显示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能【2 0 1 。 g i s 是一个基于数据库管理系统( d b m s ) 的分析和管理空问对象的信 息系统，是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系 统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据， 以提供管理、决策等所需信息的技术系统【2 1 】。 由于该软件是基于我国某大型城市的，所以，其对应的地理信息系统 6 武汉理j 亡大学硕士学位论文 要求以该市的地理信息为准。 ( 1 ) 地理信息系统图层设计 电网电能质量可视化系统以某市的地图作为蓝本，将地理信息系统分为几 个图层来显示。其中，默认显示是包含所有图层。 地理信息系统中的图层有：稳态指标标注图层，站点标注图层，l a y e r l ( 各 地标建筑名称和城市区域名称) ，站点图层，稳态指标站点图层，l a n d m a r k ( 各 电网站点的具体位置) ，r a i l w a y ( 铁路线) ，s t r e e t ( 各主要街道线路) ，l a n d u s e ( 河流) ，a m da r e a ( 城市不同区块划分) 。 图层选项的每一个都对应其功能。当选中g i s 时，移动鼠标或者执行地理 图层功能，地图可相应放大或者缩小。利用相应的工具，可选中该市某一城区， 可平移地图，可选取中心点用来移动地图。在地理图层中，能显示所有终端站 点的具体位置。 ( 2 ) 暂态事件报警设计 i e e e 对暂态稳定的定义是对于某一特定的稳定运行状态，以及对于某一特 定的扰动，如果在扰动后系统可以达到一个可以接受的稳定运行状态，则对此 初始状态而言在此扰动下系统是暂态稳定的，否则是暂态不稳定的【2 2 1 。 暂态事件报警就是在某一特定的扰动发生时，系统察觉到扰动，并且生成 信号，反馈给监测控制中心。在该软件中，把暂态事件视为电能质量发生突变 的情况，并且显示在具体的地理图层中，相应的图表显示区域也有所显示。 ( 3 ) 暂态事件凹陷域设计 凹陷域是系统发生故障引起电压暂降，关心的敏感负荷不能正常工作的 故障点所在区域。若故障发生在电压凹陷域以内，敏感性负荷感受到的电压暂 降将超出其容忍度；故障发生在凹陷域外，不会影响该敏感性负荷正常工作【2 3 1 。 凹陷域可作为辅助手段帮助系统调度员在满足电网安全的前提下选择合适 运行方式减少用户发生暂态事件，也作为在故障条件下敏感设备是否发生暂态 事件的判断条件和用户选厂择址的依据。在该软件中，将不能正常工作的故障 点显示出来，有利于工作人员实时判断和解决问剧2 4 1 。 ( 4 ) 指标合格率色差设计 不同的合格指标用不同的颜色。 ( 5 ) 监测终端故障报警设计 监测终端是监测电能质量的设备，一个监测站有多个监测终端。当监测终 端发生暂态事件，系统报警，并显示在地理图层。 武汉理t 大学硕十学位论文 2 1 2 暂态事件数据显示 以下操作都是对于暂态事件进行的。 ( 1 ) 将所要查询的结果综合汇总，以列表显示。 ( 2 ) 查看事件波形图。 ( 3 ) 查看事件电压、电流有效值趋势图。 ( 4 ) 导出查询结果数据到e x c e l 。 ( 5 ) 对查询到的事件绘制c e b m a 曲线、i t i c 曲线。 c e b m a 曲线：电脑设备制造厂协会( t h ec o m p u t e rb u s i n e s se q u i p m e n t m a n u f a c t u r e r sa s s o c i a t i o n ) 发表了的灵敏度曲线，详细描述各种类型的电源网路 干扰是怎样影响敏感电气设备的。 i t i c 曲线：是c e b m a 曲线的改良版，是针对大型计算机对电能质量的要 求，提出了电压容限曲线及相关的四种典型的电压扰动，以防止电压扰动损坏 计算机及其控制系统。i t i c 曲线是在大量试验数据的支持下，根据计算机等信息 工业设备对暂态电能质量( 主要是电压跌落、上升、短时中断) 的抗扰度水平形成 的。i t i c 电压容限曲线适用于所有类型设备的电压容限的幅值和持续时剐2 5 1 。 ( 6 ) 在绘制c e b m a 曲线、i t i c 曲线的基础上绘制三维立体图。 ( 7 ) 对查询的暂态事件做s a f r i x 指标统计，以表格或图标的方式进行显示。 2 。1 3 多指标合格率显示 ( 1 ) 以特定的单位或电压等级进行合格率进行统计，默认所有监测终端均参 与统计，也可按照工作的实际要求进行选择统计。 ( 2 ) 以三维立体图的形式显示最近一段时间内每日的各指标合格率变化情 况。时间段为可选，在查询范围设定中进行选择。 ( 3 ) 可以设置归一平面，显示未达到归一合格率的指标及日期。 ( 4 ) 可以选择统计指标。 ( 5 ) 可以选择以曲线、柱状图等多种方式来进行显示。 ( 6 ) 可以选择是否显示标签。 2 1 4 各指标趋势图显示 趋势图，也可称为统计图或统计图表，是以统计图的呈现方式，如柱 武汉理工大学硕士学位论文 型图，横柱型图，曲线图，饼图，点图，面积图，雷达图等，来呈现某事 物或某信息数据的发展趋势的图形【2 6 1 。目前一般的办公软件中都带有统计 图表功能，如m i c r o s o f to f f i c e ，k i n g s o f tw p s 系列；在中间件领域主要有 w f s o f tw f c h a r t 等，也有一些专业方向的统计图软件【2 7 】。统计图表的基本 功能包含如下所示。 ( 1 ) 显示单个监测站点的各指标趋势图。 ( 2 ) 趋势图具有上限、下限阈值，根据电压等级以及国标限值进行计算。 ( 3 ) 可以选择多个通道指标。 ( 4 ) 趋势图具有放大、缩小功能。 ( 5 ) 可以对趋势图进行复制。 ( 6 ) 以列表的方式在趋势图下方显示统计数据。 ( 7 ) 可以对原始数据进行导出操作。 2 1 52 5 0 次谐波电压含有率显示 ( 1 ) 对2 5 0 次谐波电压含有率进行查询。 在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。电流流经 负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐 波产生f 2 8 1 。 理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电 压幅值。谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电 设备所处的环境恶化。近三四十年来，各种电力电子装置的迅速发展使得 公用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生， 谐波危害的严重性才引起人们高度的关注【2 9 】。 ( 2 ) 以柱状三维立体图或者平面趋势图的方式绘制频谱图。在三维立体图 或者平面趋势图中，都设定了标准平面或者标准直线。本系统涉及的谐波主要 有2 次谐波，3 次谐波，5 次谐波，7 次谐波。 2 1 62 5 0 次谐波电流含有量显示 电流含有量的显示设计和电压含有量相类似，其主题都是针对谐波来进行 分析。本系统中，对2 5 0 次谐波电流含有量的操作包括： ( 1 ) 对2 5 0 次谐波电流含量进行查询。 9 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 以柱状三维立体图的方式绘制频谱图。 2 1 。7 监测终端详细信息显示 本系统以列表方式显示树状下拉列表所选中的所有终端信息，详细显示监 测终端的基本信息。 监测终端详细信息包含终端地点名( s i t e n a m e ，s i t e n a m e c n ，) ，电压水平值 ( v l e v e l n a m e ) ，终端电机接法( v c o n n e c t n a m e ) ，传输比率( p t - t r a n s f o r m e rr a t i o ， c t - t r a n s f c r m e rr a t i o ) 。例如：b a o l i u ，浏钢4 2 4 7 ( 2 2 0 千伏正母二段) ，2 2 0 k v ， 星形接法，2 2 0 ：0 1 ，8 0 0 ：5 。 2 1 8 系统运行状态监控 系统运行状态是指运行本系统时，依靠的硬件设施的运行状态，即服务器 的运行状态。其中，系统要监控的项目有： ( 1 ) 服务器硬件运行状态监控。 ( 2 ) 服务器软件运行状态监控。 ( 3 ) 监测终端运行状态监控。 2 2 电能质量可视化系统运行环境 软件环境s o f t w a r ee n v i r o n m e n t ，运行于计算机硬件之上的驱动计算机 及其外围设备实现某种目的的软件系统。本系统所设计的服务器主要包括两 方面：操作系统软件和数据库软件【3 0 1 。 2 2 1 网络环境 该软件的网络环境为企业内部网络。现代企业利用信息系统和网络系统构 建交流、办公、管理及销售的平台，所以企业的网络一般分为三层结构，即核 心层、汇聚层、接人层【3 l 】。 核心服务层主要有核心路由设备、中心服务器、数据库服务器和服务器等 组成。由于该软件涉及一些秘密信息，企业内部网络的安全性至关重要。 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 2 服务器 从广义上讲，服务器是指网络中能对其它机器提供某些服务的计算机 系统。从狭义上来讲，服务器是专指某些高性能计算机，能够通过网络， 对外提供服务。相对于普通p c 来说， 求更高，因此c p u 、芯片组、内存、 所不同【3 2 】。 在稳定性、安全性、性能等方面都要 磁盘系统、网络等硬件和普通p c 有 本系统的服务器包括：数据库服务器( 包括s q ls e r v e r 数据库、地图数据 文件) 、图形工作站。 可视化系统的数据来源为2 个数据库：p q v i e w 数据库和m y p q d a t a b a s e 数 据库，数据库格式为s q l s e r v e r 2 0 0 5 。在可视化系统中，主要是通过p q v i e w 软件提供的d l l 文件来读取已经分析的结果数据然后进行可视化操作。 2 2 3 系统软件 该软件的开发是基于w i n d o w s 平台，并且其开发技术是n e t 的，所以需 要n e t f r a m e w o r k 2 0 3 5 ( m i c r o s o f t n e t 程序的开发框架的运行库) 作为底层的运 行环境。n e tf r a m e w o r k 提供了用于解决常见编程任务的构建基块( 预制 的软件) ，从而能够快速构造具有出色的最终用户体验的紧密联系的应用 程序。在n e tf r a m e w o r k 模型业务流程上有效构建的紧密联系的应用程亭 有利于在异类环境中实现系统集成【3 3 】。 需要注意的是，如果系统软件不同，选取的s q ls e r v e r 的版本就不同：系 统软件是m i c r o s o f tw i n d o w sx p ，选取s q ls e r v e r 开发版；系统软件是m i c r o s o f t 2 0 0 3s e r v e r ，选取s q ls e r v e r 企业版( 基本上，在m i c r o s o f t2 0 0 3s e r v e r 系统下， 任何的s q ls e r v e r 版本都可以) 。 2 2 4 数据库 m i c r o s o f ts q ls e r v e r 数据库可以采用2 0 0 5 1 2 0 0 8 版本，它是与v i s u a ls t u d i o 和m i c r o s o f t n e t 共同语言运行环境的紧密集成，在构建系统、排错及操作应 用系统时更快、更有效。在数据整合、分析和报表领域功能全面的智能商务平 台，能采取行动和制定更好决策时具备更敏锐的洞察能力。系统固有的数据加 武汉理t = 大学硕+ 学位论文 密、默认安全设置以及强制口令策略功能能够以最高的性能、最高的可用性和 最高的安全性运行任何苛刻的应用系统f 3 4 1 。 2 3 电能质量可视化系统开发环境 软件开发环境( s o f t w a r ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ) 是指在基本硬件和 宿主软件的基础上，为支持系统软件和应用软件的工程化开发和维护而使 用的一组软件，简称s d e 。它由软件工具和环境集成机制构成，前者用以 支持软件开发的相关过程、活动和任务，后者为工具集成和软件的开发、 维护及管理提供统一的支持。 较完善的软件开发环境通常具有如下功能： ( 1 ) 软件开发的一致性及完整性维护： ( 2 ) 配置管理及版本控制； ( 3 ) 数据的多种表示形式及其在不同形式之间自动转换； ( 4 ) 信息的自动检索及更新； ( 5 ) 项目控制和管理； ( 6 ) 对方法学的支持【3 5 】。 2 3 1 开发软件 该软件采用的是m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o2 0 0 8 。v i s u a ls t u d i o2 0 0 8 提供了 高级开发工具、调试功能、数据库功能和创新功能，帮助在各种平台上快 速创建当前最先进的应用程序，包括各种增强功能，例如可视化设计器( 使 用n e tf r a m e w o r k3 5 加速开发) 、对w e b 开发工具的大量改进，以及能 够加速开发和处理所有类型数据的语言增强功能。v i s u a ls t u d i o2 0 0 8 为开 发人员提供了所有相关的工具和框架支持，帮助创建引人注目的、令人印 象深刻并支持a j a x 的w e b 应用程序。开发人员能够利用这些丰富的客户 端和服务器端框架轻松构建以客户为中心的w e b 应用程序，这些应用程序 可以集成任何后端数据提供程序、在任何当前浏览器内运行并访问 a s p n e t 应用程序服务和m i c r o s o f t 平台。 v i s u a ls t u d i o 和n e tf r a m e w o r k 的