摘 要：随着社会的快速发展，电网企业也为客户提供高品质的电能质量，同时还优化了供电公司的管理制度，以确保供电质量，因此，在为用户供电的过程中供电企业必须建立监测电能质量的监测方案。本文讨论了电能质量监测系统的关键技术要求，并分析了提高电能质量的有效措施，希望对供电企业有所帮助。

关键词：电能质量；监测系统；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.182

0 引言

在输配电设备应用电力电子技术的过程中，存在大量的非线性电力电子器件，所以在电流输送的过程中将不可避免地产生高次谐波电流，造成电压不稳输送电流效率低下，并且严重影响电力系统的正常运行，所以在对用户的供电过程中必需采用实时监测的方法监测供电过程。

1 系统业务功能需求

满足电能质量指标在线监测与业务分析应用是电能质量在线监测系统的主要目的，在检测的过程中对各种参数和输送规则进行详细分析和研究。

1.1 数据自动采集功能

对各个用户的电能质量进行在线监测，自动采集相关的数据，并对采集数据进行存储和分析，改变传统的数据采集方式，提高系统的稳定性和数据收集的时间，实现对数据统一监测。

1.2 数据管理与维护功能

分析各种数据源，数据特点和数据收集的频率，并采用集成的接口规范和智能设备制定，形成采集数据标准，确保业务数据源的准确，减少维护工作量人员巨大的工作量，同时还要在维护管理过程中确保数据的准确性和完整性。

2 系统总体设计

信号模块，过零检测模块，AD转换单元，有限状态机模块，频率检测模块，过零检测模块， FFT模块和MAC模块使该检测系统的主要组成部分。三相电压和电流信号转换为微弱的信号，在转换的过程中一般采用电压互感器和电流互感器对电流信号进行转换，接下来采用数字抗混叠滤波处理电路，处理后的电路会严重干扰FFT，产生功率高的高频谐波，同时在采用相应的电平来提升信号的强度，在输入模块A/D转换单元系统，最后在采用转换模块对数据进行处理和转换。将数字转换的结果在输入双端口RAM中，同时在把处理后的数据通过双端口RAM输出，当把数据输出完成后，在使用太网对数据进行下一步的处理，在通过 Nios II处理器读出准确的数据。该系统的整体设计示于图如下图1所示。

3 主要功能模块设计

3.1 頻率检测与锁相倍频模块

频率测量方法，周期性测量方法和正交解调方法是频率测量最主要的三种方法。周期性测量方法使用高频fs的参考频率源作为参考，并且参考频率的源使用待测量的周期性信号Nx个周波长度，在根据Ns的值，经过计算可以得到信号源的测量频率fx fx =（fsNx）/ Ns。由于电网频率一般比较低，一般大约在50Hz左右，同时100MHz 一般为FPGA系统的工作周期，因此采用周期性测量方法可以保证测量精度的更准确；由于电频率可以在50Hz以上以下进行漂移和振荡，为了确保输入信号在每个周期的256个点处采样，因此要采用锁相倍频模块结构图对电网频率进行实时检测，如图2所示的锁相倍频模块结构图；二进制计数器 CD4020 ，CD4046锁相环芯片是锁相倍频模块的主要构成部分，连接CD4046 的 Freq输入端是过零检测模块输出的方波信号，而14 级二进制计数器 CD4020 的时钟引脚是CD4046锁相环芯片的连接端，然后选择Q7-Q10的一个具有4位数字开关，用于反馈到输入端CD4046。

3.2 有限状态机与 FFT 模块

其工作原理就是指具有相位同步的触发信号到达时，工作一直处于初始状态（用S0表示初始状态），当检测到的信号上升到触发信号时，它将处于S1状态，通过HOLDX处理转换一定的时间后，启动AD转换，然后移至状态S2， S2在进行无线循环无条件的进入 EOC，最后在进入到数据转换的状态，此时的EOC如果变为低电压状态，表示转换借宿，可以无条件转移到状态S3的端部，否则S2要在EOC转换器中持续等待；在状态S3中读取AD转换的结果，并将其存储在双端口RAM中，当下一个周期到达时S3进入状态S4，S4状态的主要作用，就是确定两个端口的输入存储器是否已满，如果达到相关的标准，它就会发出一个完整的指示信号并进入到状态S5，如果没有达到相关的标准，它将一直继续状态S2，S3，S4直到RAM存储量符合相关的要求才能进入S5状态；达到要求后将进入状态S6，直到FFT模块和所述处理模块RMS达到finish的到来，状态S6才能进入S7状态，输出的信号在输送到UNLOAD中，在通过高电平FFT模块进行转换和处理得到相关的数据。

在实际的操作过程中选择这种FFT IP模块，不但可以减少成本的投入，还可以缩短FPGA的设计周期，同时还能保证形同运行的安全性和可靠性。

4 系统软件设计

在对软件部分进行设计时，主要包括以下三部分的设计：NiosII 处理器运行程序，状态机控制模块，主机的程序。采用C/C+ + 语言编程来控制Nios II 处理器运行程序，对数据的以太网传输，初始化模块，对中断的响应是Nios II 处理器运行程序主要的控制目标。当确定频率模块完成检测频率或输出缓冲器呈现出满的状态，这时就要采用中断的方式通知Nios II处理器采集数据，在插入该应用程序，TCP / IP协议和PHY芯片驱动Nios II处理器，用于接收数据和传输程序。

5 运行数据提升的技术措施

5.1 用采系统前端甄别

将智能系统用作高级用户的综合信息管理系统具有自动收集和分析的功能。与此同时，从影响数据收集电源故障质量的因素来进行分析该系统，用于确定终端断电数据的采集系统是最重要的，因为该系统严重影响供电停电数据集成质量，所以使用采集系统平台可以调整甄别相关的供停电数据，判断终端停电的原因，并对有关的问题进行相应的改进，保证用户的用电质量。

5.2 停电数据集成预判及核查

按照上述系统预测和验证情况来看，配电停电数据通过集成PMS系统停电数据，并且对相关的数据进行审核和评估工作，主要包括以下几个方面：

（1）预测数据集成。根据用户用电量的大小来对存储主站电源进行初步判断，对相应的用户寄存器中的“断点”进行检查和核查，在核查过程中出现的问题应及时提醒丹迪的维护人员来进行维护和完善，保证每个区域用户用电的质量，同时确保停电后用户收集的停电数据可以准确的通过该系统进行采集。

（2）验证数据的整合。根据当天的数据，确定出当天用户停电的列表，在比对主站集成的供电用户，检查它们之间的区别。重点对差异数据进行下一步的处理：首先针对集成的数据少于停电计划，安排停电超过主电源的集成数据，这种情况下就是数据列表缺失。在实际检测过程中可以通过系统集成方法，把显影的数据传输到采集系统，可以弥补数据缺失的现象，同时还能排定出供应端和数据缺口的位置；其次就是针对停电计划低于集成数据，PMS计划停电用户少于供电用户停电数据，这部分数据列表可以在主电能质量站上显示，同时要城相关的部门进行进一步的核查，以保证停电计划PMS系统中数据的准确性。

6 结束语

通过以上论述，统计评估了电能数据和能源质量监测系统性能的整合，通过分析和研究，电能质量监测系统不仅可以准确采集用户的用电量，还避免了用电故障的出现。

参考文献：

[1]薛萍，王亚彬，王宇，邹学州，姚娟.电网电能质量远程监测系统设计[J].哈尔滨理工大学学报，2018（01）：122-126.

[2]李时，陈新.提升电能质量在线监测系统供电运行数据的准确性[J].现代信息科技，2017，1（06）：14-15+17.

作者简介：潘晓贝（1982-），女，河南三门峡人，工程硕士，讲师，研究方向：电子信息、嵌入式等。