電能質(zhì)量不僅關(guān)系到電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟運行，也影響到用戶的運行和產(chǎn)品質(zhì)量。電能質(zhì)量信息的連續(xù)監(jiān)測和分析評估是發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題和提高電能質(zhì)量水平的前提條件。電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)（下文簡稱“監(jiān)測系統(tǒng)”）利用安裝在電網(wǎng)側(cè)或用戶側(cè)的電能質(zhì)量監(jiān)測終端（下文簡稱“監(jiān)測終端”），通過網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳回監(jiān)測中心（監(jiān)測主站或子站），實現(xiàn)對多個位置的同時監(jiān)測，并發(fā)布電能質(zhì)量相關(guān)信息。

      目前，國內(nèi)外已有大量關(guān)于電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的研究。本文首先分別對研究現(xiàn)狀的各部分進行了分析。隨后，指出了現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)存在著的不足之處。本文認為開放售電環(huán)境下，未來電能質(zhì)量監(jiān)測將可能成為售電電價的重要依據(jù)，相關(guān)技術(shù)和應用方式都需要研究。

      1、電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

      1.1 研究分類

      在針對監(jiān)測系統(tǒng)的研究中，國內(nèi)外已有文獻主要圍繞著監(jiān)測系統(tǒng)的各個組成部分展開研究，研究分類如下圖1中所示。

圖1 電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)有研究分類圖

      1.2 電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)整體架構(gòu)方案研究

      有研究提出基于CORBA技術(shù)和MAS(多智能體)的架構(gòu)方案，但仍有許多實際工程問題需要解決，并未大范圍推廣應用?？紤]到我國電網(wǎng)的實際情況，目前普遍采用基于調(diào)度系統(tǒng)模式的三層架構(gòu)方案，如下圖2所示。

圖2 三層式電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)典型架構(gòu)圖

      考慮到管理方式、建設(shè)成本以及通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等實際情況，某些區(qū)域監(jiān)測系統(tǒng)也有采用二層式結(jié)構(gòu)方案，其與三層式結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是不設(shè)置監(jiān)測子站。

國家電網(wǎng)統(tǒng)一部署的電網(wǎng)諧波監(jiān)測分析系統(tǒng)采用總部主站和省電力公司子站分層部署的方案。從發(fā)展趨勢上看，三層式結(jié)構(gòu)可支持接入更多的監(jiān)測點，具有較高的可擴展性，能滿足監(jiān)測數(shù)據(jù)海量化的需求。

      1.3 電能質(zhì)量監(jiān)測通信體系研究

      1.3.1 傳輸媒質(zhì)研究

      隨著國內(nèi)電力數(shù)據(jù)通信專用光纖網(wǎng)絡(luò)的建成，目前監(jiān)測系統(tǒng)普遍采用基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。配電線載波通信方式并未得到廣泛應用。

有線網(wǎng)絡(luò)存在覆蓋范圍有限、建設(shè)維護投入大，周期長等缺點。有研究提出基于3G、4G和VPN技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)，其有線網(wǎng)絡(luò)的補充，在某些特定場合（如用戶側(cè)監(jiān)測）以及備用網(wǎng)絡(luò)方面發(fā)揮重要作用。

      1.3.2 通信標準研究

      目前監(jiān)測系統(tǒng)大多直接在高速光纖以太網(wǎng)上傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)，不必采用復雜的壓縮方案。因此，通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式標準是研究重點?，F(xiàn)有研究主要包括以下兩方面：

      1）基于PQDIF的通信標準研究

      目前普遍采用嵌入式監(jiān)測終端直接生成PQDIF文件并傳輸?shù)奖O(jiān)測中心的方案。針對PQDIF文件差異造成的解析程序兼容性問題以及文件海量化的趨勢，研究并應用文件的檢測方案、通用解析方案以及快速解析方案將至關(guān)重要。

      2）基于IEC61850的通信標準研究

      目前廣泛采用的方案是：電能質(zhì)量監(jiān)測IED直接基于IEC61850建模，實現(xiàn)IEC61850服務器；監(jiān)測中心實現(xiàn)IEC61850客戶端，對符合IEC61850標準的監(jiān)測終端進行數(shù)據(jù)讀取和配置下裝等操作。

      1.4 電能質(zhì)量監(jiān)測中心系統(tǒng)研究

      由于監(jiān)測點較少，數(shù)據(jù)量不大，因此，監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)較多采用固定結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)表存儲，局限性較大，存儲容量有限。隨著監(jiān)測點的增多，海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理已經(jīng)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)中需要解決的重要問題。近期研究主要集中在采用分布式文件系統(tǒng)、HBase、以及移動Agent實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理，分布式方案可充分利用了各服務器的存儲空間和網(wǎng)絡(luò)帶寬，節(jié)約存儲空間，提高數(shù)據(jù)寫入和檢索速度，并具有較高的可擴展性和容錯性，關(guān)鍵難點是如何結(jié)合電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)的特點進行優(yōu)化，通用的解決方案往往難以適合。

研究將云計算軟件即服務模式應用于電能質(zhì)量信息發(fā)布，基于面向服務的體系結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)支持電能質(zhì)量監(jiān)管部門、供電部門及電力用戶同時使用。

      1.5 研究現(xiàn)狀小結(jié)

      目前參考調(diào)度自動化模式的二層或三層式架構(gòu)已經(jīng)成為區(qū)域監(jiān)測系統(tǒng)的實際建設(shè)方案；光纖以太網(wǎng)為主，無線通信網(wǎng)為輔的方式能滿足當前網(wǎng)絡(luò)傳輸海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的要求；IEC61850作為電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域的無縫通信國際標準，將其應用于電能質(zhì)量監(jiān)測領(lǐng)域是必然趨勢，但PQDIF作為目前針對電能質(zhì)量的數(shù)據(jù)格式，仍將發(fā)揮重要作用；國內(nèi)電能質(zhì)量海量數(shù)據(jù)管理和信息發(fā)布形式的研究還較少。

      2、現(xiàn)有電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題

      2.1 缺乏完善統(tǒng)一的通信標準

      通信標準是監(jiān)控終端、中心系統(tǒng)互相識別的惟一規(guī)約，但目前國際范圍內(nèi)還沒有一個普遍接受的電能質(zhì)量監(jiān)測通信標準。國內(nèi)現(xiàn)有系統(tǒng)主要采用PQDIF或IEC61850，兩者在應用過程中均存在著不完善之處。

      PQDIF由于其傳輸和解析均耗時較多，無法滿足實時監(jiān)測的需要。由于電能質(zhì)量監(jiān)測不僅在變電站進行還涉及配網(wǎng)和用戶側(cè)，監(jiān)測終端也不接入變電站自動化系統(tǒng)，而是由一定區(qū)域內(nèi)的數(shù)臺終端組成遠程監(jiān)測系統(tǒng)，因此，其本質(zhì)上屬于IEC61850擴展應用的范疇。同時，IEC61850通信底層實現(xiàn)較復雜，如何對現(xiàn)有針對變電站的通信協(xié)議進行適當裁剪以適應不同通信條件的電能質(zhì)量監(jiān)測是值得研究的問題。

      2.2 各相關(guān)系統(tǒng)間缺乏交互和重用

      目前各系統(tǒng)均屬于緊密耦合類業(yè)務應用軟件，異構(gòu)性嚴重，無法進行信息共享和服務互動。同時，在新應用搭建過程中，無法利用原有成熟模塊，需要重新開發(fā)，效率低，成本高。

      近期有研究利用WebService技術(shù)與多Agent技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)子功能的封裝，各電能質(zhì)量輔助服務功能可由各Agent根據(jù)服務需求動態(tài)組合實現(xiàn)，并可被其它異構(gòu)系統(tǒng)所利用。

      2.3 缺乏對海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效管理和利用

      目前國內(nèi)外文獻對海量監(jiān)測數(shù)據(jù)管理策略的研究較少。目前普遍采用的引進軟件PQView并不能完全滿足國內(nèi)電能質(zhì)量管理的需要，其接口形式固定，局限性大；數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和調(diào)試功能均不開放，一旦出現(xiàn)問題，難以查找原因。

      電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)是電力系統(tǒng)中完整的運行數(shù)據(jù)之一，但其重要性并未得到充分挖掘，應用僅僅停留在指標是否超標評判的階段，用于電力系統(tǒng)運行決策的實際案例不多。

      2.4無法支持供用電雙方的數(shù)據(jù)共享

      供用電雙方對電能質(zhì)量問題所造成的巨大經(jīng)濟損失都非常重視，然而雙方在導致電能質(zhì)量問題的原因和責任上往往存在分歧。目前，供電部門對電網(wǎng)電能質(zhì)量的考核與用電用戶對電能質(zhì)量的要求是相互獨立的，位于供電部門內(nèi)部的監(jiān)測數(shù)據(jù)不對用戶開放，造成了信息的不對稱和不透明。

      3、電能質(zhì)量監(jiān)測的發(fā)展趨勢

      3.1 基于同步相量高精度測量的電能質(zhì)量監(jiān)測

      目前各監(jiān)測系統(tǒng)均未能充分應用精確時鐘同步的監(jiān)測數(shù)據(jù)，且只能提供幅值信息，較少能提供精確的相位信息，導致諧波潮流分布、電壓暫降域分析等分析無法利用同一時標下的剖面數(shù)據(jù)進行實時精確計算，嚴重影響分析結(jié)果的精度和可信性。

      傳統(tǒng)配電網(wǎng)的運行方式變化規(guī)律性較強，然而接入大量分布式電源的主動配電網(wǎng)潮流雙向流動運行且隨機性很強，諧波、電壓波動等問題隨著分布式電源滲透率的提高向整個系統(tǒng)擴散，因此，未來可能需要研究基于同步相量高精度測量的電能質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)。

      3.2 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)深化利用

      利用電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)為電力系統(tǒng)的生產(chǎn)運行提供支持是未來的重要發(fā)展趨勢。對監(jiān)測數(shù)據(jù)的利用不應當僅僅局限于電能質(zhì)量問題的范疇內(nèi)，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)進行故障預測、故障定位、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與評估等問題研究將更好地深層次利用監(jiān)測數(shù)據(jù)。有研究將其稱為“電力擾動數(shù)據(jù)分析學”。反過來，電能質(zhì)量問題的分析也可能需要其他系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)信息，如系統(tǒng)故障信息、繼電配置和定值、用戶用電信息等。

      已有研究將電力設(shè)備故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)與電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析。未來基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，將電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)與外部經(jīng)濟環(huán)境、天氣信息等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以及電力系統(tǒng)其它數(shù)據(jù)進行多源融合分析，從而支撐電網(wǎng)企業(yè)和電力用戶雙方的運營決策將是可能的研究重點。

      3.3 由獨立系統(tǒng)向重要功能轉(zhuǎn)變的電能質(zhì)量監(jiān)測

      有研究認為電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)未來將可能成為與SCADA，PMU和AMI并駕齊驅(qū)的重要平臺。電能質(zhì)量監(jiān)測的重要性毋庸置疑，但無論是技術(shù)層面還是管理層面，電力系統(tǒng)中的系統(tǒng)和業(yè)務都是集成和融合的需求。目前國內(nèi)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測點主要布置在輸電網(wǎng)側(cè)及變電站內(nèi)10kV出線處，采用專門的終端，基于管理信息Ⅲ區(qū)網(wǎng)絡(luò)維護專門的通信通道。但是，由于電能質(zhì)量的獨特性，其問題很多時候是由電力商品的購買者即電力用戶引起，因此，配電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題不容忽視。

      同時，大規(guī)模分布式電源連接到10kV及以下的配電網(wǎng)中，其隨機、間歇、波動、難以控制等特點使配電網(wǎng)成為功率雙向流動的主動配電網(wǎng)，配電網(wǎng)的同步相量量測技術(shù)得到越來越多的重視。目前所研發(fā)的配電網(wǎng)同步相量量測終端均帶有電能質(zhì)量監(jiān)測功能，輸電網(wǎng)的監(jiān)控終端經(jīng)過成本不大的升級，也能實現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測，未來用戶側(cè)的智能量測裝置由于需要對用戶行為進行精準分析，硬件架構(gòu)和分析技術(shù)均具備實現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測功能的條件。

      綜上所述，未來可能不存在獨立的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)和專門的終端，電能質(zhì)量監(jiān)測將作為重要的功能集成在新一代能量管理系統(tǒng)中，借助生產(chǎn)Ⅰ區(qū)現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)，利用統(tǒng)一的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，綜合應用其它功能數(shù)據(jù)，進行包括用戶側(cè)在內(nèi)的全電壓等級電能質(zhì)量分析，同時也能彌補現(xiàn)在監(jiān)測系統(tǒng)在參數(shù)建模及數(shù)據(jù)應用方面的不足。

      3.4 電能質(zhì)量監(jiān)測將成為售電的重要依據(jù)

      依質(zhì)定價才能回歸電能是一種商品的本質(zhì)屬性。電改九號文放開的是售電市場，核心就是電力的批發(fā)和零售，普通居民電力用戶僅對價格敏感；但工商業(yè)用戶可能更加關(guān)心供電質(zhì)量，因此，實現(xiàn)電能的按需生產(chǎn)，不同電能質(zhì)量的定制化供應，可能是未來售電公司的重要盈利模式。需要研究準確的、標準化、可實施的量化因電能質(zhì)量擾動引起的用戶經(jīng)濟損失的經(jīng)濟性評估方法，并針對不同用戶合理選擇可靠、經(jīng)濟的定制電力提供方案。

      開放售電環(huán)境下，電能質(zhì)量監(jiān)測將可能成為售電電價制定的重要依據(jù)，第三方的監(jiān)測平臺以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的國家統(tǒng)一校準將成為可能。

      4、結(jié)語

      自20世紀80年代以來，電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)歷了巨大的發(fā)展，開放的售電環(huán)境給電能質(zhì)量監(jiān)測帶來了新的挑戰(zhàn)和機遇。一方面，在依質(zhì)定價的售電環(huán)境中，電能質(zhì)量監(jiān)測的重要性可能將得到前所未有的重視；另一方面，隨著技術(shù)的發(fā)展和成本的降低，電能質(zhì)量監(jiān)測未來存在由獨立系統(tǒng)向重要功能轉(zhuǎn)變的可能。但無論如何發(fā)展，隨著越來越多精密敏感設(shè)備和分布式電源接入電網(wǎng)，供用電雙方對供電質(zhì)量的要求將越來越高，基于同步相量高精度測量的電能質(zhì)量監(jiān)測以及基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)深化利用都是需要研究的關(guān)鍵技術(shù)。