基于Agent技术的电网谐波监测系统设计与开发

关键词：柔性监测;谐波污染;Agent技术;数字信号处理（DSP）

中图法分类号：TP311 文献标识码：A

1引言

随着电力电子和计算机装置在电力系统中的广泛应用，电网电流中谐波分量大量增加，引起电力系统中电压、电流的正弦波发生畸变，造成电能质量下降[1]。电力企业对谐波数据全面的监测需求已经越来越强烈。

目前，国内很多电力企业所采用的在线谐波监测分析系统，终端采用DSP，后台支持SQLSERVER数据库，并可按我国公用电网谐波标准（GB/T14549?1993）给出谐波分析报告。但目前主要存在两个问题：（1）终端检测方法不灵活，尽管嵌入式技术发展迅速，但一台装置中尚难支持多种检测方法的灵活应用;（2）后台分析简单，基本处在远程数据管理和简单统计报表水平，且不同企业的系统，数据格式不统一，也无基于配电GIS的可视化后台分析系统。

本文设计了基于Agent技术的电网谐波监测系统，充分发挥虚拟仪器技术优势，实现一个终端下多种检测方法的灵活设置与调用，从而构建谐波柔性监测平台。并且，利用接口技术，可以建立谐波监测终端与后台数据库，实现监测数据的实时传输、标准格式转换、基于GIS平台的實时显示与报表管理。这对于电力企业建立谐波监测网络的实际应用以及基于该平台进行谐波检测方法的研究与改进，都具有较高的应用价值和较大的应用前景。

2系统结构

基于Agent技术的电网谐波监测系统的结构模型如图1所示。上半部分是电能质量管理系统，下半部分是谐波监测与分析系统。其中，PQM（Power Quality Monitoring）是安装在电厂、变电所、工厂等场所的谐波监测和分析系统。利用系统的应用软件（包括底层应用软件、数据处理应用软件、数据统计分析应用软件和数据库管理应用软件等），通过电力信息网，能够将被监测对象的分析结果自动加载至电能质量管理中心或电力调度中心的电能质量数据库中，然后由后台数据库系统对所有监测结果进行集中管理[2]。

3信号检测算法

谐波检测方法较多，目前较成熟的方法为傅立叶变换法（FFT），其具有精度高、使用方便、容易实现等优点，但同时也存在混叠现象、泄漏效应、栅栏效应等缺陷，需要进行加窗等各种改进处理;小波变换法（FWT）则是针对傅立叶变换法在分析非平稳信号方面的局限性发展起来的一种新的时频分析方法，不仅可以进行稳态谐波检测，更适于时变谐波检测。其原理如图2所示。

3.1小波变换法

小波变换法是一种线性时频分析法。F（t）的连续小波变换表示为：

因此，对电压信号进行21 次傅立叶变换，可以测量电网中的电压电流信号的1～21 次谐波含量[5] 。

4系统设计与开发

本文提出的电网谐波监测装置采用“ARM+DSP”的双CPU 嵌入式系统架构，由DSP 负责谐波监测分析算法处理，由ARM 负责数据采集与通信接口，从而实现高速采集、快速计算;基于GPRS 网络通信，为用户提供直观便捷的应用，特别是提供预警处理。

4.1硬件设计

本系统硬件配置如图3所示。

系统硬件主要由1 个主板、1 个信号采样模块、1个光纤收发器模块、1个通信模块和1 个开关电源模块等组成。主板采用品质优异的32位微处理器Intel80386EX 芯片作为硬件系统的CPU，极大地提高了整个系统的运算速度及计算精度;交流变换插件将电压互感器和电流互感器二次侧的交流信号转换成弱信号供A/ D 转换器采样;通信装置一方面通过RS232串行接口与外设实现实时交换数据，另一方面通过双环LON 光纤网接口与监控机通信实现远程数据交换;开关电源模块选用X25043 可编程看门狗监控芯片EEPOM，组成电源监视及复位电路，其宽电源交直流的输入适合于各种电源环境使用[6] 。

4.2软件设计

软件系统主要完成监测、控制和通信等功能。

（1）监测功能：以NI LabView为软件平台，搭建可支持多种算法的谐波监测分析系统，实现柔性监测分析。

（2）控制功能：在GIS 平台上建立与谐波监测节点的实时数据接口，实时显示并定时保存监测数据、随时分析数据结果，对超过国家标准的分析结果实现实时报警处理。

（3）通信功能：利用LabView网络通信能力，基于变电站与局端的光线网络，建立该类终端与局端服务器的基于TCP/ IP的网络通信。

5结束语

本文介绍了一种基于Agent技术的电网谐波监测系统，符合现代电网分布式的架构特点和电力用户对电能质量的要求，满足了电能质量测量的信息共享和协调控制的需求。傅立叶和小波变换相结合的电能质量指标的检测方法各尽其能，优势互补，可以较为精确地将谐波扰动提取出来，实时全面反映系统电能质量的状况。系统的硬件设计基于DSP的高精度数据采集平台，软件设计采用VC++作为主平台的开发软件及数据库前后台管理方式，使得该系统更具开放性、智能性和灵活性。

作者简介：

张静（1973—），硕士，教授，研究方向：电气控制技术。