（电力系统及其自动化专业论文）电厂电能计量管理系统的研究与实现.pdf

郑州大学工学硕士论文 行的，数据处理查询子系统软件是安装在客户端的，它完成查询、报表生成及打 印等功能其中，查询模块可阻查询各条输电线路、发电机组的任一时间区间段 的各种数据( 如有功、无功正反向电量等) 整个系统采用了三级架构或多层体系设计技术，三级架构乃至多层体系相对 于客户服务器模式有如下优点：客户程序安装方便。效率高。安全性 能提高。通用性高。客户端软件采用多线程技术设计，使用多线程技术可以在 下面几个方面增强用户的应用程序的性能：避免瓶颈。并行操作。 多处 理。 该系统可以准确商效的对电能表进行数据采集，并且具有系统参数管理，电 量统计分析，数据浏览及报表打印以及异常情况下报警等功能，能够满足电厂电 能计量的日常管理需要。 关键词：电能计量，数据采集，三相电子式多功能电能表tr s - 4 8 5 屯厂电能计量管理系统的研究与实现 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h ew i d e l y - u s e dt h r e e - p h a s ee l e c t r o nm u l f i f u n c r i o ne n e r g ym e t e rh a s t h ef u n c t i o no fm e a s u r i n gd i r e c ta n di n d i r e c ta c t i v ec o m p o n e n l ，d i r e c ta n di n d i r e c t r e a c t i v ec o m p o n e n t ，m a x i m u md e m a n d ，a n dp o w e rf a c t o li tc a l lc o l l e c tv a r i o u s e l e 2 t t i ed a t av i ar s 4 8 5a n de x p o r ti n t e r f a c eo fl o n g - d i s t a n c er e a d i n gm e t e ri m p u l s ea s w e l la sp r o c e s sk i n d so f 如f o r m a t i o na n dm a n a g ee l e c t r i cv o l u m e t h ee l e c t r i cv o l u m e d a t ai tp r o v i d e si so f h i g hp r e c i s i o n r s 4 8 5s e r i a lc o m m u n i c a t i o ni sv e r yc o n v e n i e n tt ou s eb e c a u s ei tma v o i d d i s t u r b a n c ef r o my a w ps i g n a l r s 4 8 5s t a n d a r ds e r i a lc o m m u n i c a t i o np o r ti st a k e na s c o m m u n i c a t i o np o r tf o rm e t e ri nd i ，t 6 4 5 - 1 9 9 叮c o m m u n i c a t i o np r o t o c o lw h i c h d e f i n e sp h y s i c a ld a t a n l 【n e t w o r kl a y e ri nd e t a i l i nt h i st h e s i s v a r i o u se l e c t r i cd a t a c o l l e c t i o nf o rt h r e e p h ee l e c t r o nm u l t i f u n c t i o ne n e r g ym e i e ri sr e a l i z e dv i ar s 4 8 5 b u sa c c o r d i n gt od i ；r 6 4 5 1 9 9 7c o m m a n i c a t i o np r o t o c 0 1 t h ec o l l e c t c dd a t aw i l lb e s a v c dt os q l s e r v e ra n dt h es y s t e mc a np r o c e s sv a r i o u sd a t a s t a r t i n gf r o mt h ea n a l y s i so fe l e c t r i cp o w e rm e a s u r e m e n ts y s t e m ，a n da c c o r d i n g t ot h ef a r t h e rr e q a k e m e n t 宰p o w e rp l a n t sm a k i n gt ot h ec o n c r c l ea d m i n i s t r a t i o na n d a p p l i c a t i o na f t e rt h e i rm a r k e t i n go p e r a t i o n ，t h i sa r t i c l er e s e a r c h e sa n dr e a l i z e st h e e l e c t r i cp o w e rm e a s u r e m e n ts y s t e ms o f t w a r ef o rp o w e rp l a n t s t h eb a s i cp r i n c i p l e s f o rt h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no fe l e c t r i cp o w e rm e a s n r e m 锄tm a n a g i n gs y s t e ma r e e x p e r i m e n t e di nas y s t e mi nr e a l l t y 蚀s y s t e mi n c l u d e st h r e ep a r t s ：t h es u b s i d i a r ys y s t e mf o rd a t ac o l l e c t i o n 。t h e s u b s y s t e mf o re q u i p m e n ta d m i n i s t r a t i o n , a n dt h es u b s y s t e mf o rd a t ad i s p o s a la n dq u e r y t h es u b s i d i a r ys y s t e mf o rd a t ac o l l e c t i o na n dp r o c e s sm a k e su s eo ft h er s - 4 8 5o r r s 一2 3 2d i g i t a ls i g n a lo u t p u to ni n t e l l e c t u a le l e c t r i ce n e r g ym e t e r s ，a n dp u t st h ep a r a l l e l 4 8 5o u t p u to ft h ee l e c t r i ce n e r g ym e t e r st oac o m p u t e rw i t h4 8 5m o d u l ev i a c o m m u n i c a t i o nc a b l e t h ec o m p u t e rj sr e s p o n s i b l ef o rr e c e i v i n gt h ed a t ac o l l e c t e db y e a c he l e c t r i ce n e r g yd a t ac o l l e c t i o nm o d u l ea n ds a v i n gt h e mt os q ls e v e r t h e s u b s y s t e mf o re q u i p m e n ta d m i n i s t r a t i o nm a i n l yc h a r g e se q u i p m e n ta d m i n i s t r a t i o n ： m e t e rp a r a m e t e ra d m i n i s t r a t i o n , c h a m i 西n gm e t e ra d m i n i s t r a t i o n “a 1 t h es u b s y s t e m f o rd a t ad i s p o s a la n dq u e r ym a i n l yc h a r g e sd a t as t a t i s t i c , d a t aa n a l y s i s , i n q u i r y , 郑州大学工字硕士论文 d i s p l a y i n ga n dp r i n t i n gr e p o r tf o r m s c ta 1 t h ew h o l es y s t e m1 i s e st h i r d c l a s st r u s so rm u l t i - h i e r a r c h ys y s t e md e s i g n i n g t e c h n o l o g yw h i c hh a ss u c ha d v a n t a g e s ：1 c o n v e n i e n tt oi n s t a l lc l i e n tp r o c l 目 u r e 2 e 艏c i a n t 3 s a f e r 4 m o r ec o m m o n l y - u s e db e u 卵o fs t a b i l i t y t h ec l i e n ts o f t w a r ei s d e s i g n e dw i t hm u l t i - t h r e a dt e c h n o l o g y m u l t i t h r e a dt e c h n o l o g y c a r t s t r e n g t h e n c a p a b i l i t yo fp r o c e d u r ef r o mt h e s ea s p e c t s ：i a v o i db o t t l en e c kp h e n o m e n o n 2 p a r a l l e l 叩e m t j o 3 m u l t im a n a g i n g 。 1 h e s y s t e mc n c o l l e c td a t af r o me l e c t r i ce n e r g ym e t e r sa c c u r a t e l ya n de f f i c i e n t l y , w e l l 嚣m o n i t o rt h es y s t e mp a r a m e t e m , a n a l y z ee n e r g ym e a s u r e , s k i ml h m u g ht h e d a t a , p r i n tr e p o r tf o r m s , g i v ea l la l a r mw h e nt h e r ei sa l la b n o r m a lp h e n o m e n o ne ta i k e yw o r d s ：e l e c t r i cp o w e rm e a s u r e m e n t , d a t ac o l l e c t i o n , t h r e e - p h a s ee l e c t r o n i c m u l t i - f u n c t i o n a le l e c t r i ce n e r g ym e t c lr s - 4 8 5 i v 靠耕大学工学硕士论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 近年来电力市场不断发展和完善，电力体制改革不断深化厂网分开，试行 竞价上网等市场化运作方式对发电企业提出了新的要求电厂除了重视关口表电 量外，内部的发电量、厂用电损耗的考核也越来越受到重视。电厂按照现代企业 制度和管理模式运作，摆脱旧习惯的束缚，科学地管理电厂的生产和经营活动， 为建设标准规范的电厂信息管理系统提供了良好的契机。而计算机技术和网络技 术的飞速发展，d c s ( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，分布式控制系统) 系统的不断 推陈出新，为建设完善的电厂信息管理系统提供了可靠的技术保障 目前电厂现有的生产管理信息系统m i s ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 虽 然具有强大的功能，但是在某些具体的管理应用上不能满足更深层次的要求，例 如市场化运行后，不但要计量有功电能，还要记录无功电能，以便进行电价结算 同时水电厂进相运行及持续时间和时段等都需要进行相应计量统计，这些m i s 都 无法满足要求。 虽然一些电厂生产管理水平随着计算机技术的应用和发展不断提高，但电能 计量的自动化水平仍然较低，例如河南某水电厂发电机、厂用变等仍停留在手工 抄表的水平，抄表精度差，不能及时发现电表故障，时效性差，大部分报表都是 手工完成，效率低，只能进行简单的数据统计，历史数据难以查询，电力市场管 理所需要的效益分析、上报表格还得手工整理，公司领导不能准确及时地掌握发 电机等设备的运行情况和电量等经济指标。有时必须亲邻现场才能掌握第一手资 料，对管理工作带来诸多不便。 也有一些电厂或变电站采用了多功能电能表，但仍停留在原有的管理模式， 没有充分利用电子式多功能表提供的丰富功能。 综上分析，采用电子式多功能电量表。利用其丰富的功能，建设电能计量管 理系统，对强化电厂内部的电量管理很有必要电能计量管理系统应具有电量实 时数据显示、电表停表及误差报警、设备管理、数据采集、分时分值电量统计分 析、电力市场分析，旁路管理，数据查询与报表导出打印等功能，还应根据需要 添加扩充功能，采用模块化设计，使用安装非常方便。 电厂电能计量管理系统的研究与实现 1 2 国内外研究的现状及存在的问题【1 l 1 2 】 1 2 1 电子式电能表的发展 我国从上个世纪8 0 年代开始研制电子式电能表，由于技术不成熟，市场比较 小。9 0 年代初我国进入研制全电子式电能表阶段，引进了法国斯伦贝谢、德国e m h 等先进的电子式电能表技术，经过吸收、创新，我国的电子式电能表技术发展十 分迅速。随着网络、计算机，集成电路以及现代通信等技术的发展，电子式屯能 表己由过去单一的感应式电能表发展到机电脉冲式电能表、全电子式电能表、电 子式预付费电能表、电子式付费电能表。 1 2 2 电能自动抄表系统的发展 自动抄表技术集计算机技术、通信技术、用电及计量技术于一体，具有抄收 速度快，计算精度高，抄表适时性好，可直接与电力管理计算机联网等突出的优 点。采用自动抄表系统可以缓解抄表人员的劳动强度、降低人为因素造成的抄表 误差，并能快速统计低压实时线损、降低用电成本，同时对于加强用电管理、防 止国家电力资源的大量流失等都具有积极的意义。 自动抄表系统主要由电能表、采集器，集中器、数据传输通道、主站系统构 成。现有的自动抄表系统的传输通道主要采用r s 4 8 5 总线方式、低压电力线载波方 式、红外线遥测等。 1 2 - 2 1r 8 4 8 5 总线方式自动抄表系统 r s 4 8 5 总线方式分为单r s 4 8 5 总线方式和双, r 8 4 8 5 总线方式两种，其中单r $ 4 8 5 总线方式由电能表、采集器、集中器、通信信道和主站构成。主信道l e 行) 一般 采用公用电话网( p s t n ) 集中器与采集器之间( 下行) 采用屏蔽双绞线，通信方式为 r s 4 8 5 总线方式，采集器和电能表之间用一般导线连接，用于脉冲采集。该系统主 用于城市居民小区和较密集的商用楼。 单r s 4 8 5 总线抄表系统优点是技术简单、成熟，易于实现，且可靠性高；采用 多块表集中抄收的方式降低了每户成本，同时也降低了整个系统造价。 单r s 4 8 5 总线抄表系统缺点施工布线工作量大，网线易受破坏，且故障点不易 查找：易受雷击和过电压的影响。 撵州大学工学硕士论文 双r s 4 8 5 总线抄表方式由电能表、采集器、集中器、通信信道、r s 4 8 5 模块和 主站构成。主信道( 上行) 一般采用公用电话网( p s t n ) ，集中器与采集器之间( 下 行) 采用屏蔽双绞线( r s 4 8 f i 总线) ，采集器和电能表之间也采用屏蔽双绞线( r $ 4 8 5 总线) ，用于采集电能表数据。该系统适用于城市较分散的商业用户和居民用户， 每个电能表需安装内置式r s 4 8 5 模块，该模块将电能表的脉冲转换为数据，然后通 过r s 4 8 5 接口传送到采集器。 该系统由于采用了双r s 4 8 5 总线结构，故数据传输速率高，可靠性高，又因为 电能表采用内置式r s 4 8 5 转换模块，脉冲传输更为可靠。缺点和单4 8 5 总线相同。 1 2 2 2 低压毫力线载波抄表系统 影响电力线载波传输质量主要有两个因素：一是电力网络的阻抗特性及其衰 减，另一个是噪声的干扰。第一个因素制约着信号的传输距离，第二个因素决定 着数据传输的质量。 低压电力网的噪声干扰主要由配电变压器和用户电力设备产生，这些设各产 生大量的不确定的随机噪声、平滑频谱噪声以及工频噪声，使载波传输信道环境 非常恶劣。现有的载波采集模块大部分是基于f s k 调制技术的，部分使用的是扩频 技术。相对于采用扩频技术的模块而言，基于f s k 调制的采集模块的优点是成本较 低，实现比较容易，但其缺点也比较明显，即抗噪声干扰和抗谐波能力相对较差。 对于采用扩频技术的采集模块，由于采用具有宽带传翰特征的扩频通信技术，使 得系统在抗干扰能力方面有了较大幅度的改进，使得抄表系统的可靠性得到了一 定程度的提高。但在实际应用中，不论是f s k 调制还是扩频调制的电力线载波系统， 都要适应不同电网结构以及不同时间剧烈变化的负荷的实际要求，而该自动抄袭 系统实现自适应低压电力网复杂环境技术难度比较大。 电力线载波抄表系统由主站、通信信道、载波集中器、载波电能表构成。主 信道( 上行) 一般采用公用电话网( p s t n ) ，集中器与载波电能表之间( 下行) 采用低 压电力线载波该载波电能表是由电能表加载波模块组成。 其主要优点：充分利用电力线资源，无需重新布线，大大节省了成本。 主要缺点是高频载波信号只能在一个台区内传输，无法跨台区传送信号，必 需借助其它通信手段将电表数据从集中器送到电表抄收中心或营业中心，由于低 压电力线本身的介质，结构和负荷的影响，载波信号易受干扰。全天候的电能表 可靠抄收比较困难，必须通过中继或其它技术手段加以解决，由于单表模块尺寸 和成本的限制，使得在软件和硬件上，很难进一步提高模块的可靠性和稳定性， 这也在一定程度上影响了系统的性能。 1 2 2 3 红外线抄表系统 系统由主站、红外线抄写器，采集器和电能表构成，采集器完成对集中式电 表箱中的所有电表的电量采集，不设集中器，也不需要通信线路，抄表时由工作 人员到现场抄收，用抄写器抄收采集器中存储的电能表数据，然后返回主站，将 抄写器中己抄的电能表数据通过r $ 2 3 2 e ，传送到主站计算机。该系统由于省去了 集中器和r s 4 8 5 布线，故工程造价大大降低，缺点是需要专人到现场抄表，自动化 程度有所降低。该系统适合于城市或农村的电能表己集中的居民抄表。 1 2 2 4g p r s 方式 g p r s 是通用无线分组业务的缩写( g o n e r a lp a c k e tr a d i os y s t e m ) ，是介于第 二代和第三代之间的一种技术，通常称为2 5 6 ，目前通过升级6 s m 网络实现。称之 为2 _ 5 g 是比较恰当的，因为它是一个混合体，采用t d m a 方式传输语音，采用分组 的方式传输数据。g p i s 是按g s m 标准定义的封包交换协议，可快速接入数据网络。 它在移动终端和网络之间实现了“永远在线”的连接，网络容量只有在实际进行 传输时才被占用g p r s 的实际速度典型值比理论速度慢得多，为1 4 4 k 一4 3 ，2 k ( 上 下行非对称速率) 左右。g p r s 将是第个实现移动互联网即时接入的标准，也是迈 向3 g u m t s 的过程。 g p r s 采用信道捆绑和增强数据速率的方式实现高速接入，目前g p r s 的设计可 以在一个载频或8 个信道中实现捆绑，将每个信道的传输速率提高n 1 4 4 k b p s ，因 此g p r s 方式最大速率是8 x 1 4 4 = i 1 5 2 k b p s g p i t s 发展的第二步是通过增强数据 速率改进( e d g e ) 将每个信道的速率提高到4 8 k b p s ，因此第二代的g p r s 设计速率为 3 8 4 k b p s 。 目前许多电力企业在规划和建设城市配网自动化系统规划和建设好城市配 网自动化系统的关键问题是通信信道的选择与建设问题，它要求在1 0 k 7 电力线 下建立通信信道，对线路柱上开关和配电变压嚣进行控制与监测。一些电力企业 已经在l o k v 线路下建设了一些通信信道，进行城网配电自动化试点。 基于g p r s 网络通信的无线通讯技术，将电量数据和其它( 所需) 信息实时可靠 的采集回来。通过应用具有智能化分柝功能的系统软件，实现l o k v 线路电量抄收， 并同时可以监测配网的负荷和电能计量器具的使用状态。 以上对电子式电能表及四种抄表系统进行了简要的分析，可以看到随着高可 靠高精度的专用电能计量芯片的研制成功，电能计量及相关的通讯技术已趋于成 郑，i f 太学工学硕士论文 熟，但电能量抄表系统还存在着很多问题，如数据通信的可靠性、现场工作中的 稳定性、抄表系统通信线路的成本、抄表系统的自动化程度，以及不同品牌电能 表抄表系统的互操作性等，这些现实的坷题大大限制了电子式电能表及抄表系统 的应用发展。 1 3 电能计量管理系统的发展趋势分析 从电能计量系统的发展和研究来看，主要有两个方面的内容，一是电能量的 采集与计算技术。如何对电流、电压进行采样及计算有关的电参量；二是采用何 种方式实现电能量的数据传输，实现可靠的智能化自动抄表。三是如何对电能表 进行集中管理和控制。总之电能计量系统正朝着智能化、信息化，网络化方向发 展l ( ”作为和每个人e l 常生活都密切相关且应用最广泛的仪表，必将引入成熟的 电子技术及各种智能技术，实现电能计量和电能传输管理智能化，大大节约人力、 物力和财力，更有效节省社会资源。 ( 2 ) 在信息社会的今天，人们的生活和信息密切相关，电能计量系统也将信息 化。供用电中心发布用电的平谷峰信息，以指导社会避开用电高峰而合理的用电， 电能计量系统也将根据平谷峰用电信息，对用户用电进行分时段计价，使用户避 开电价较高时的用电高峰，以节省费用。 ( 3 ) i n t e r n e t 网络遍及世界各地，各种智能仪器都将通过i n t e r n e t 进行互联。 电能计量也要通过i n t o r n e t 进行网络互联并通过i n t e r n e t 进行网络控制。不仅能 节省铺设抄表系统的线路，还能利用公开、安全可靠的t c p i p 协议，实现网络抄 表和网络控制删。 1 4 研究目标 本课题来源于企业实际项目，用于发电厂电能计量的日常管理，其目的是根 据用户的功能需求和管理需要，充分利用现有硬件条件开发相关数据采集系统， 以期能实现如下功能： 数据采集一可采用数据网、拨号、专线或直连( r s - 2 3 2 r s 4 8 5 ) 方式与表 计进行通讯，完成电量数据采集系统可以制定每日自动定时采集表计数据也 可人工召唤采集数据。 数据校验数据校验功能对从电表采集来的数据进行合理性检查，以保证 数据准确可靠。 电厂电能计量管理系统的研究与宴现 数据编辑数据编辑功能可以增加、删除、替代数据库中的数据，但原始 数据永远不会被修改，所有被编辑修改过的数据都带有标志位，并存储在另一 个文件中。若要恢复原始数据，只需使用采集程序的数据r e s t o r 功能。 数据总加可对每一块电表的时段数据进行总加，也可对多块表计的数据 进行总加。 峰谷平时段发电量按峰谷平时段划分进行考核。一年可以被划分成若干 个时段，称为季节段，不同季节段的每一天可以分成若干个峰谷平时段。 班组考核可按运行班组进行发电量的统计与考核。用户可自由定义各班 组的工作起止时间，能计算各班组的上网电量。 动态显示一能自动实时显示电厂发电量曲线，按数据采集速率更新数据。 数据查询查询系统包括实际电量查询、计费电量查询，可以显示日上网 电量报表、厂用电量报表等。 报表编辑打印用户可使用事先定义好的报表格式打印报表，也可使用 c r y s t a lr e p o r t 报表工具通过o d b c 从数据库获取电量数据，生成用户所需各类 报表。摄表可自动打印或手动打印 电量平衡通过关口表的电量和现地表的电量，计算分析电量平衡。考核 电厂的厂用电量及损耗。可以对变压器各侧计量结果进行分析，确定变压器损耗。 1 5 本文所做工作 本论文研究的领域着重在根据用户的功能需求，设计和实现了电厂电能计量 管理系统软件，采集现场各电表的数据，并将采集的各种数据进行相应的处理生 成各种报表并进行分析。 本论文利用三相电子式多功能电能表直接带有的r s 一4 8 5 或r s - 2 3 2 数字信号 出口，将各电能表4 8 5 输出并联，直接通过通讯电缆采用4 8 5 模块引入计算机， 由计算机负责接收各电能量参数数据采集模块所采集的数据，并将所接收的数据 保存到s q ls e r v e r 服务器中。本电能计量系统采用d e l p h i 语言完成了软件的编 制，数据库采用了s q ls e r v e r 2 0 0 0 数据库，整个系统采用了三级架构或多层体系 设计技术，客户端软件采用多线程技术设计。 其主要贡献包括以下各方面： ( a ) 免除人工抄表的疏忽与费用支出，提高自动化管理水平 ( b ) 根据发电机、厂用电电能计量管理的有关规定提高电能计量精度，使计量 精度符合要求 ( 曲完善的电能计量管理系统能够有效的降低厂用电率和加强内部电能损耗 郑州丈学t 学硕士论文 管理，以提高电厂经济效益。 f d l 提供决策参考，供技术人员、财务人员分析，减少不必要的费用支出为 能源诊断、分析节能评佶、节能方案、节能改善、财务结算、负荷调整提供依据， 并对效果进行验证 电厂电能计量管理系统的研究与实现 第2 章电能计量的原理 2 1 电能计量的基本原理 4 1 1 5 1 6 1 2 1 1 电压和电流有效值的测量 三相交流电路中，电压和电流的测量一般为有效值的i 测量，根据电路理论中 电压和电流有效值的定义： u 悯f “ x 概一【( 狮】k ( 2 1 ) ( 2 2 ) 可以用采样计算法实现真有效值的测量。 采样计算法真有效值的转换理论基础是采样定理。在满足采样定理的前提下， 若对被测信号电压r 砂进行n 次采样，其离散采样值为啦；则电压的有效值用下式 求得： u 。- 矧 根据这个原理，在三相四线电能表中电压的有效值表示为 ( 2 3 ) 拜州大学工学硕士论文 u 。螂气驯 u 打脚矧x u 仃。驯咒 电流的有效值表示为： b 。别必 - 打。一如矧 ，一- 翰驯z 三相三线系统中电压的表示方法为： 艘咆弘r f 打一弘r u 口。酬 9 ( 2 4 ) ( 2 5 ) ( 2 6 ) ( 2 7 ) ( 2 8 ) ( 2 9 ) ( 2 i 0 ) ( 2 1 i ) ( 2 1 2 ) 电厂电能计量管理系统的研究与实现 电流的有效值表示为 因此可以计算出三相三线和三相四线中电压和电流的有效值。 2 1 2 三相电路计量原理 ( 2 1 3 ) ( 2 1 4 ) ( 2 1 5 ) 在三相电路中，如果只是电压不对称或只有电流不对称的电路叫做简单不对称 电路，如果电压和电流都不对称的电路叫做复杂不对称电路。在实际情况下，电压 是接近对称的，电流可能不对称( 即不平衡负载) 。 下面用对称分量原理来说明三相三线和三相四线的计量原理： 在三相电路中，任何一组不对称的三相量都可以分解为正序、负序和零序三 相对称的三相量， 览毫 定。& 。 口 耋 6c ( a ) 正序分量图；( b ) 负序分量图；( c ) 零序分量图 2 1 对称分量 f i 9 2 1s y m m c t l i c a lc o m p o n e n t s 假设有一组不对称的相量览，矗，丘按照对称分量法有： k 磋 1_illj 1ll_j 2 d 2 d z z m r 禽 、i，、l， 一 一 “ 血 阼 足 o k - i - 瞄 鹏 雌 计 打 盯 郯州大学工学硕+ 论文 c i c t l ) + e ( 雒+ e 忡 瓦一只+ e 【2 ) + e 妒， e 牟丘+ e + c ( 口) 由于每组是对称的，故有下列关系： 亢一e j 甜虎- 口2 t 椰 m g ，耐t 1 ) - 碱( 1 & 2 ，一p 耐览1 2 ) - 以f 2 ) 毛2 l - 8 j “虎2 i 一4 2 丘脚 瓦1 0 ) 一只仰一只聊 热埘一一三+ ，乎，a 2 e j 7 a o - ，孚。 将式代( 2 1 9 ) 至( 2 2 3 ) 代入式( 2 1 6 ) ( 2 1 7 ) ( 2 - 1 8 ) 可得： 毫一毫( 1 ) + 毫1 2 j + 毫( 0 ) 成一4 2 丘( 1 ) + 啦+ e 种 毒一4 疙1 1 ) + 4 2 丘( 2 ) + 危( o ) 式为 ( 2 1 6 ) ( 2 1 7 ) ( 2 1 8 ) ( 2 1 9 ) ( 2 2 0 ) ( 2 2 1 ) ( 2 2 1 ) ( 2 2 3 ) ( 2 2 4 ) ( 2 2 5 ) ( 2 2 6 ) 此三式表示上述三个不对称相量与三组对称的相量中相量的关系。其矩阵形 电厂电蘸计量管理系统的研究与实现 ( 2 2 7 ) ( 2 2 8 ) 式( 2 2 7 ) 和式( 2 2 8 ) 说明三组对称相量可以合成得三个不对称相量。其 逆关系为： 娜】 或写为：5 一，絮 ( 2 2 9 ) ( 2 3 0 ) 式( 2 2 9 ) 和式( 2 3 0 ) 说明三个不对称的相量可以唯一地分解成三组对称的相 量0 1 1 1 对称分量) ：正序分量、负序分量和零序分量。实际上，式( 2 2 7 ) 和式( z 2 9 ) 表示三个相量歹。i 6 ，i c 和另外三个相量毫( 1 ) ，忘1 2 l ，f a l o ) 之间的线性变换关 系。将电压和电流分别表示为式( 2 2 7 ) 形式有： 阶忙 蚓【a滩】 圳矧 三相电路的复功率为：萱6 - i ，j 一尸+ j ( 2 ( 2 3 1 ) ( 2 3 2 ) 。 芬 ”u叫 l 4 矿 易 憎! 一 加圉黼 n r h 卜l r 1 3 耳 ，_t_j 圆脚 ee只 r_【 郑州大学工学硕士论文 电流相量的共轭式为： 阡陪 所以有 1 1 1 f 1 挑jll二：(到o) t p + i q - 曲j ：+ 寸0 ：+ 1 ) ：t - 瓯1 1 ) + 以( ：，+ 吃i o ) ，：卿+ ，：+ j ：) + ( 4 乜0 ) + 4 也口) + 吮晰x 0 ：+ 4 2 j ：+ j ：棚1 ) 唯玩( 1 ) + 4 铣1 2 ) + 玩) 0 2 ；= m + z + c ( o ) ) - 0 + 2 a 3 或1 ) ，+ o + 2 4 3 眈i z ( + 啦【o ) j ：+ ( 1 + n 2 + 口4 眈矗 + ( 1 + 4 2 + 口虹a z ，+ ( 1 + 口2 + 4 4 虹+ ( 1 + 4 + 4 2 儿z ( o ， + ( 1 + 4 + 矿虹卿c + ( 1 + 4 + 4 2 ) 吨卿j ：t 2 l 一啦忡j ：忡+ 娥。4 毛：) + 玑p ，： - 3 虬1 ，l ( 1 ) 脚s h ) + ，s i n h ) 】+ 3 以1 2 i l 岫s ( 口2 ) + j s i n ( a 2 ) 】 + 3 虬f 竹m f ) + j 咧) 】 ( 2 3 3 ) ( 2 3 4 ) 式( 2 3 4 ) 中q 表示吨和t ( 1 ) 之间的夹角，o t 表示矶玩( 和丘之间的夹 角，a o 表示玩( o ) 和l a ( o ) 问的夹角 因此： p - 3 u , 1 1 ，l m c o s ) + 3 以2 伪c o s ( a z ) + 3 吒t 以椰c o s ( a 0 ) ( 2 3 5 ) q i 瓤o ) l ( 1 s j n 心) + 巩( l ( 2 ) s i n ( a 2 ) + 瓤( 0 ) l o ) s i n ) ( 2 3 6 ) 由于三相三线系统中，总有丘+ 五+ 一0 ，所以三相三线电流中不含有零序 分量，即零序电流总为零。因此，以上三式可简化为： j - p + j q 一啦( i ) ，+ 啦t 2 ) ，： ( 2 3 7 ) 电厂电能计量管理系统的研究与实现 p - 3 u , a 椰s ( q ) + 3 以伫 ( 勾c o s 0 2 ) q - 飘o s i n 包) + 瓤t z 【2 ) s i n 娩) 2 1 3 三相三线电路中有功功率计量原理 ( 2 3 8 ) ( 2 3 9 ) 三相三线的电能测量用两元件法，这是一种常用的测量三相三线有功功率的 方法，接线原理图见图2 2 ： 图2 2 三相三线系统接线原理图 f i 9 2 2 s c h e m a t i c d i a g r a mo f t h r e e p h a s e t h r e e - w i r e c i r c u i t 测量的复功率为 j p + i q 一九f ：+ 以j ：- 以一吨f ：+ 以一玩) ( 2 4 0 ) 将式( 2 3 1 ) 中的表达式和式( 2 3 3 ) 代入上式整理得到： 雪- p + j q - 啦：+ 观i q 艺2 ) 一观：( o 一观： ( 2 4 1 ) 因为三相三线之制电路中1 ) - 0 ，所以， 叠- p + j q 观：0 ) + 啦：( 2 ) 尸一3 玑( 1 ) l c 。电) + 3 以【2 j ，i 怛，c o s ( = 2 ) ( 2 4 2 ) ( 2 4 3 ；) 郑州大学工擎硕士论文 将式( 2 4 3 ) 和式( 2 3 8 ) 对比发现用这种计量方法进行计量，不论是对称或不 对称的情况。结果完全正确，不会引起误差 根据采样定理和上述理论，三相三线中有功功率计量的公式为： p - 只+ 丑+ 只 氐置。( 专) 耋 最一0 ( 专) 砉乞 2 1 4 三相四线电路中有功功率测量原理 ( 2 4 4 ) ( 2 4 5 ) ( 2 。4 6 ) ( 2 4 7 ) 如果按照图2 2 计量三相四线系统的有功功率，只要将式( 2 3 1 ) 中d 。的表达 式和式( 2 3 2 ) 中t 的表达式相乘就得到式( 2 3 5 ) ，有功部分也就是式( 2 3 5 ) ，即： p 。3 u t 以( q ) + 3 以2 ( 2 ) 口2 ) + 3 吃聊l 柳c o s ) 因此下面的接线在对称或不对称的系统中都不会引起计量误差 图2 3 三相四线系统的接线原理图 f i 9 2 3s c h e m a t i cd i a g r a mo f t h r e e - p h a s ef o u r - w i r ec i r c u i t 电厂电能计量管理系统的研究与安现 根据采样定理和上述理论，三相四线中有功功率计量的公式为 p , k 。k u ( - j 1 善s 以l p b k v s k 。( i 1j 善x 罡- x 。x 。( 砉) 耋，d p 一只+ 号+ 只 2 1 5 三相无功功率计量原理 ( 2 4 8 ) ( 2 4 9 ) ( 2 5 0 ) ( 2 5 1 ) 无功功率q u 1 s i n ( ) m c o s ( 9 0 + ) 因此只要能将上面公式准确计量，理论上就没有计量方法误差。为了计量上 式，常用的方法有两种，跨相法和移相法。 跨相法是根据三相电路相与相之问互成1 2 0 度原理，通过跨相方式使电压和电 流之间夹角为9 0 度，然后用有功计量的方法计算无功如果以b 相做参考，那么认 以的方向和t 的方向成9 0 度夹角，那么如果以玩。做电压采样，以t 做电流采样， 按照有功的测量方法，乘以系数，则可以计算出c 相的无功功率，同理，改。和丘 相成可以计算出 相的无功功率，两者相加为三相无功功率这种方法求无功功率， 不论三相三线或者三相四线都会有个问题存在，就是当电压不平衡时会带来很大 的误差。 由于跨相法会带来很大的误差，为了消除这个误差，常用的计量方法是移相 法，或者叫做真无功法。 移相法分两种，一是用电阻电容将电压或者电流移相9 0 度( 9 0 度无功) ，或者 将电压和电流向相反方向各移相4 5 度( 4 5 度无功) ，幅值不变，然后用求有功的方 法计算无功功率，这种方法不论三相电压是否平衡都能准确计量，但是由于使用 了电容电阻，如果频率有变化会产生较大的误差。另外一种移相方法是主要用在 单片机处理数据场合的移相法，也叫数字移相法，它是利用存储器r a m 配以适当的 软件实现移相( 存储移相突叉相乘) 的一种方法。这种方法将电压和电流分为两路 信号，存储两路的采样数据。然后将当前的电压数据和当前的电流数据相乘，从 而实现了无功计量。值得说明的是：由于数字移相实际上是延时作用。因此在对角 差补偿时不会影响移相后的幅值，反之对比差补偿也不会影响角差，可以获得令 撺捕丈学t 学硬士论文 人满意的收敛补偿。另外补偿用单片机进行补偿很方便，只要调整系数就可以了 数字移相方法由于是单片机控制的延时，团此不受频率影响，不受电压不平衡影 响，因此可以得到满意的移相效果。 因此无功的计算公式为： k 。k u ( 吉) 缸 q b - k k 。( 万1j 善s 巩 q 。 k v c k 。( 百1j 善x 玑a + ”l 口- q o + 骁+ q o 2 2 电能计算的基本原理 对某一时间段而言，基本的电能值可由下面公式计算 w ( o j ：p ( f 弦 ( 2 5 3 ) ( 2 5 4 ) ( 2 5 5 ) ( 2 5 6 ) ( 2 5 7 ) 式中 w q ) 为f l - 1 n t 。时间段的电能值 “为起始时间 f ，为终止时间 p ( f 】为瞬时功率 如果按系统日负荷的变化情况将t 对f 曰段内的负荷曲线分成n 段，则系统t 时 间段内的电能值可按下式计算： w ( o - r f ( f + r ，o l 撕+ - + 丘，e 冲- j ：f ( f 矽 ( 2 5 8 ) 式中 j ( f ) 为时间段内的负荷曲线 f 。为第i 个小时间段 电厂电能计量管理系统的研究与实现 第3 章电能计量管理系统的串行通信控制 本电能计量管理系统采用r s - 4 8 5 串行通信的方式实现对电能表各种电能量数 据的数据采集，本章简要分析串行通信的基本内容。 3 1 电力数据通信栩 不同的独立系统通过线路互相交换数据，称为通信；而构成整个通信的线路 便是网络。交换信息的系统若为计算机系统，则称为计算机网络。通信的目的是 进行数据交换，因为数据必须经过交换才能由一端传送到另一端。发送端所使用 的方法就是将数据通过一定的程序与线路发送出去，接收端则按照协商好的方式 将数据收集起来并保存或显示出来。 3 1 1 数据传送 计算机与设各间的数据交换，计算机与计算机之间的数据传送，都属于通信 的范畴。一个完整的通信系统包括发送端、接收端、转换数据的接口及传送数据 的实际信道或媒体。一般说来，发送与接收的节点称为数据终端设备( d a b t e r m i n a le q u i p m e n t ，d o r e ) ，如个人计算机、工作站或计算机系统。数据在到达 正确的目的地之前，可能需要经过一系列中间节点，这些中间节点负责数据的转 送工作，以送达目的地。这些中间节点称为数据交换设备( d a t as w i t c h i n g e q u i p m e n t ，d s e ) ，如电信局的交换机等。终端设备发送数据时，必须先将数据 转换为电气信号，以便在线路上传递，而负责数据与电气信号转换的称为数据通 信设备f d a t ac o m