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基于物联网技术的电能质量监测方案——福禄克测试仪器(上海)有限公司市场部经理钱峰

电能质量不仅关系到电网企业的安全经济运行,也影响到用户的安全运行和产品质量。电能质量信息的连续监测和分析评估是发现电能质量问题和提高电能质量水平的前提条件。随着分布式能源的占比不断提升和非线性冲击性负载的大量增加,电能质量问题也愈发变得复杂和严重。这对电能质量的监测提出了很高的要求,因为我们需要兼顾成本和越来越多的测试需求,一味地安装在线电能质量监测装置会是很大的负担。因此,福禄克创造性地开发出利用物联网进行数据通信和传输的半固定半便携的电能质量监测装置。既可以临时灵活地进行多台仪器组网,又可以根据需要改变测试点,同时不需要复杂的安装接线和通信网络的排布。然后通过4G/3G网络将监测数据传回监测中心或者办公室,甚至在家里也可以轻松查看电能质量数据。

 利用物联网监测的优势

近几年,互联网技术和软硬件开发技术取得了很大的进步,物联网这个产物应运而生。物联网是新一代信息技术的重要部分,也称为物与物相连的网络。物联网通过各种信息传感设备,实时采集任何需要监测互动的物体或者过程等信息,并与互联网结合形成一个网络。物联网技术的诞生和快速发展给电能质量监测方法提出崭新的思路和技术。

利用物联网监测的优势具体表现如下:改进客户参与;优化数据分析技术,提高设备效率,改善客户体验;减少浪费,提高资源利用效率;增强数据收集,数据收集由被动到主动,帮助人类准确分析数据。同时,物联网可以在待监测区域内组建无线传感网络,便于监测装置的多点分布,多点监测改变了传统的现场总线通信方式,而且物联网高效稳定的性能确保了监测数据可靠稳定地发送与接收。

随着负载复杂度和敏感度越来越高,以及分布式能源的大量应用等,现代电能质量的监测需求也发生了变化,从发电到输电,再到配电和用电全过程的电能质量监测需求体现在: 

1)通讯方式:有线和无线、局域和广域。

2)灵活而低成本的方案:可移动、可嵌入。

174X在线可移动式电能质量记录仪

电能质量监测系统以监测电能数据和某些特定指标为基础,通过在一个区域内设置若干个具有连续自动监测功能的监测节点,可以对该区域的电能质量状况进行连续自动监测,形成一个连续的自动监测系统。

福禄克最新推出的电能质量分析174X系列产品,该系列产品从某种意义来说,就是一款灵活性的、在线可移动式的电能质量分析技术,可通过3G/4G/5G进行数据的传输,它有三款型号(能耗、基础电能质量和高级电能质量),即对应Fluke 1742、Fluke 1746 和 Fluke 1748,174X系列在线可移动式电能质量记录仪可轻松快速地实时访问重要电能质量和能量决策所需的数据。借助优化的用户界面、柔性电流探头和智能测量验证功能,可以通过数字验证和纠正连接错误,使得设置比以往更方便,降低测量不确定性。使用无线连接 (WiFi) 直接在现场查看数据,最大限度地减少潜在危险环境中的逗留时间,并减少穿戴个人防护装备的麻烦。除此之外,174X系列在线可移动式电能质量记录仪还具有如下特征:

  • 四路电压和电流输入通道(电流使用IP65防护等级的Fluke 173x附件)。
  • 可自动记录各种电能和电能质量变量,始终掌握测量趋势。
  • 测量准确度高,符合严格的 IEC 61000-4-30 A 类第 3 版标准“测试和测量技术—电能质量测量方法。
  • 捕获下降、上升和中断事件:1748 包括事件波形捕获和 RMS 事件曲线图以及日期、时间戳和严重程度信息,以帮助查出电能质量问题的潜在根源。
  • 测量主要电能质量参数,如测量电压和电流的谐波和间谐波,还包括不平衡、闪变和快速电压变化。
  • 灵活的电源可直接由所测量的电路供电,电能质量分析仪具有宽可用电压范围,可自动从 100 V 升高到 500 V,也可由墙壁电源线供电,因此可以在任何地方进行测试。
  • 其设计可承受恶劣的安装环境,与IP65电压输入适配器配合使用时具有IP65防护等级。
  • 两个外部 USB 端口:一个端口用于 PC 连接;另一个端口用于快速简单地将数据下载到标准U盘或其他 USB 设备,将测量设备留在原地继续记录。
  • 业内最高安全级别:进户线和下游负载额定使用 600 V CAT IV/1000 V CAT III 安全等级满足进户线和下游使用。
  • 优化的测量附件。独特的无缠结扁平电压线和细柔性电流探头可确保用户即使在狭小的空间里也能轻松进行安装。
  • 电池寿命:锂离子电池每充一次电能提供4 h工作时间(备用时间),可抵御临时电力中断。

Fluke 174X 系列在线可移动式电能质量记录仪体积小巧,坚固耐用,专为需要灵活地排除故障、量化能量利用率和分析配电系统的技术人员和工程师特别设计。

 行业最佳的物联网电能质量监测方案

1 电力行业

 

图1  电力行业最佳的物联网电能质量监测方案

对于整个电力行业来说,随着产业的升级,电能质量测试的需求也在不断提升,在主要变电站记录全面的数据,定期或根据需要在支路或关键用户馈线记录能耗和电能质量状况,跟踪由于客户负荷造成的容量和性能下降。以Fluke 1748产品为例,电能质量测试对于客户的价值可以体现在以下方面:

  • 拥有灵活的硬件和软件平台,可根据PQ标准变化进行升级,并且功能组合完全满足国家或地方电力及工业维护要求,即满足IEC 61000-4-30 Ed.3 A级标准/ PQ GB 标准。
  • 通过同类中最佳的可靠性和IP65进入防护支持室外使用等措施降低维护和拥有成本。
  • 充分利用网络技术,提高访问关键数据的能力,以及避免不必要的“上门服务”。
  • “一键”生成符合国家或者地方行业标准的报告,简化耗时的报告编写工作。

2 工商业领域

 

图2  工商业领域最佳的物联网电能质量监测方案

除了电力企业的应用外,在大型机械用电大户,包括机器人和自动化的控制系统等领域都可以测量电能质量的能耗状况。记录主馈线的全面数据,同时收集每个关键负荷的PQ健康状况,将主馈线作为参考,帮助隔离有问题的负荷或保证节能。

  • 支持远程控制功能,可通过以太网、WiFi、4G/3G控制,手机、PAD和计算机均可以实现这一功能,同时,它也能够控制仪器,包括更改设置、下载和删除数据。
  • 实现仪器的互联,即Fluke 174X系列产品可以与万用表和温度、压力等监测仪器互联,使内部进行通信,也就是构建物联网的架构,这样的好处是只需在Fluke 174X产品上就可以查看多台仪器的数据。
  • 加入模拟量的输入通道,把非电量的信号(如速度、压力、温度和流量等)引入仪器中,在同一界面和软件上查看和分析数据。
  • 无须市电插座供电,可用备用电源给仪器供电,且仪器本身自带电池,在断电的情况下,仪器内安装的锂离子电池能为仪器提供长达4 h的电量,不至于丢失数据。
  • 自动识别接线错误,如果存在错误,用户可选择自动修正连接,或者使用设置工具手动更改连接。
  • 10 种不同的接线方法,使仪器适用于绝大多数测量情况。
  • 有多种通信接口和协议,Ethernet、USB Mini-B 和 WiFi 支持下载记录的数据,或者使用FEA+ 应用软件设置仪器。
  • IP65电压连接器具有防水、防尘的能力,该附件并非标配,但可选配。随仪器提供的柔性电流探头也具备类似的IP65 防护等级,174X 产品的上盖为其他输入和指示提供相同的保护。
  • I/O 端口用于连接时间同步装置,为了满足IEC61000-4-30 标准规定的 A 类要求,标记事件的时间戳必须非常准确。
  • 安装PQ检查窗附件,最大程度地降低危险,并提高测量效率。
  • 一键式报告可从下拉菜单中选择报告类型,支持中国GB国标,给出合格与否的结论。无须分析数据,从而减少工作量。