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【關鍵詞】CPPS；同步PMU；開放式通信；分布式控制
【Abstract】The construction of future smart grid became achievable due to the rapid development of embedded system， computing technology and communications technology. Modeling of Cyber-Physical Power System which based on CPS technology gave a new way to build the future smart grid. The platform of CPPS was studied and analyzed in a preliminary step. Synchronous PMU， open communication network， distributed control which was applied to CPPS was introduced.
【Key words】CPPS； Synchronous PMU； Open communication network； Distributed control
0 引言
受能源危機、環保壓力的推動，以及用戶對電能質量（QoS）要求的不斷提高，當代電力系統不再符合社會的發展需求，智能電網（Smart Grid）成為未來電力系統的發展方向。智能電網的發展原因主要有以下幾個方面：
1）分布式電源（Distributed Generation，DG）大量接入電網導致的系統穩定性問題。由于DG的大量接入使電網變成一個故障電流和運行功率雙向流動的有源網絡，增加了系統的復雜度和脆弱度，因此亟需發展智能電網以解決DG大量接入電網導致的系統穩定性問題。
2）電力用戶對電能質量（QoS）要求的不斷提高。現代社會短時間的停電也會給高科技產業帶來巨額的經濟損失，近年來發生的大停電事故更是給社會帶來了難以估量的經濟損失。因此，亟需建立堅強自愈的智能電網以提供優質的電力服務。
論文主體結構如下：第1部分介紹了近年來信息物理系統（Cyber Physical System ，CPS）技術的發展以及CPS與智能電網的相互關系；第2部分介紹了電力信息物理融合系統（Cyber-Physical Power System，CPPS）的硬件平臺模型；第3部分介紹了同步相量測量裝置（Phasor Measurement Units，PMU）技術；第4部分對CPPS中的開放式通信網絡進行了初步分析；第5部分對CPPS的分布式控制技術進行了簡單介紹；最后第6部分做出全文總結。
1 CPS與智能電網的相互關系
CPS技術的發展得益于近年來嵌入式系統技術、計算機技術以及網絡通信技術等的高速發展，其最終目標是實現對物理世界隨時隨地的控制。CPS通過嵌入數量巨大、種類繁多的無線傳感器而實現對物理世界的環境感知，通過高性能、開放式的通信網絡實現系統內部安全、及時、可靠地通信，通過高精度、可靠的數據處理系統實現自主協調、遠程精確控制的目標[1]。
CPS技術已經在倉儲物流、自主導航汽車、無人飛機、智能交通管理、智能樓宇以及智能電網等領域得以初步研究應用[2]。
將CPS技術引入到智能電網中，可以得到電力信息物理融合系統（Cyber-Physical Power System，CPPS）的概念。為了分析CPPS與智能電網的相互關系，首先簡單回顧一下智能電網的概念。目前關于智能電網的概念較多，并且未達成一致結論。IBM中國公司高級電力專家Martin Hauske認為智能電網有3個層面的含義：首先利用傳感器對發電、輸電、配電、供電等環節的關鍵設備的運行狀況進行實時監控；然后把獲得的數據通過網絡系統進行傳輸、收集、整合；最后通過對實時數據的分析、挖掘，達到對整個電力系統運行進行優化管理的目的[3-4]。
從上文關于CPS和智能電網的介紹中可以看出，CPS與智能電網在概念上有相通之處，它們均強調利用前沿通信技術和高端控制技術增強對系統的環境感知和控制能力。因此，在CPS基礎上建立的CPPS為促進電力一次系統與電力信息系統的深度融合，最終實現構建完整的智能電網提供了新的思路和實現途徑。
2 CPPS的硬件平臺架構
基于分布式能源廣泛接入電網所引起的系統穩定性問題以及建立堅強自愈智能電網的總體目標，建立安全、穩定、可靠的智能電網成為未來電力系統研究的重要方向，同時也是CPPS研究的主要內容。
傳統的電力系統監測手段主要有基于電力系統穩態監測的SCADA/EMS系統和側重于電磁暫態過程監測的各種故障錄波儀，保護控制方式主要有基于SCADA主站的集中控制方式和基于保護控制裝置安裝處的就地控制方式[5]。就地控制方式易于實現，并且響應速度快，但是由于利用的信息有限，控制性能不夠完善，不能預測和解決系統未知故障，對于電力系統多重反應故障更不能準確動作。集中控制方式利用系統全局信息，能夠優化系統控制性能，但是計算數據龐大、通信環節多，系統響應速度慢，并且現有SCADA系統主要對電力系統進行穩態分析，不能對電力系統的動態運行進行有效地控制。
針對目前電力系統監測、控制手段的不足，要建立堅強自愈的未來智能電網，必須建立相應的廣域保護的實時動態監控系統，CPPS的硬件平臺就是在此基礎上建立起來的。
CPPS的硬件平臺6層體系架構如圖1所示，主要包括：物理層（電力一次設備）、傳感驅動層（同步PMU）、分布式控制層（智能終端單元STU、智能電子裝置IED等）、過程控制層（控制子站PLC）、高級優化控制層（SCADA主站控制中心）和信息層（開放式通信網絡）。
其中，底層的物理層是指電力系統的一次設備，如發電廠、輸配電網等。傳感驅動層主要用于對電力系統的動態運行參數進行實時監控，測量參數包括電流、電壓、相角等，在CPPS中廣泛使用的測量裝置是同步PMU。分布式控制層主要包括各STU/IED，為廣域保護的分布式就地控制提供反饋控制回路。過程控制層主要指樞紐發電廠和變電站的控制子站，是CPPS的重要組成部分，通過收集多個測量節點的數據信息，建立系統層面的控制回路，并做出相應的控制決策。高級優化控制層是指調度中心控制主站，主要為電力系統的動態運行提供人工輔助優化控制。頂層的信息層即智能電網的開放式通信網絡，注意信息層并不是單獨的一層，而是重疊搭接CPPS的各個分層，為CPPS內部各組件提供安全、及時、可靠的通信。
上文給出了CPPS的硬件平臺模型，但要在電力系統中具體實現CPPS，涉及諸多方面的技術難題，下面對CPPS中的同步PMU、開放式通信網絡以及分布式控制等分別加以簡單介紹。
3 同步PMU測量技術
同步PMU是構建CPPS的基礎，它為CPPS中廣域保護的動態監測提供了豐富的測量數據。同步PMU裝置主要對電力系統內部的同步相量進行測量和輸出，裝設點包括大型發電廠、聯絡線落點、重要負荷連接點以及HVDC、SVC等控制系統，測量數據包括線路的三相電壓、三相電流、開關量以及發電機端的三相電壓、三相電流、開關量、勵磁電流、勵磁電壓、勵磁信號、氣門開度信號、AGC、AVC、PSS等控制信號[6]。利用測得的數據可以進行系統的穩定裕度分析，為電力系統的動態控制提供依據。
同步PMU的硬件結構框圖如圖2所示。
其中，GPS接收模塊將精度在±1微秒之內的秒脈沖對時脈沖與標準時間信號送入A/D轉換器和CPU單元，作為數據采集和向量計算的標準時間源。由電壓、電流互感器測得的三相電流、電壓經過濾波整形和A/D轉換后，送到CPU單元進行離散傅里葉計算，求出同步相量后再進行輸出。注意，發電機PMU除了測量機端電壓、電流和勵磁電壓、電流以外，還需接入鍵相脈沖信號用以測量發電機功角[7]。
4 CPPS的開放式通信網絡
建立CPPS的開放式通信網絡，應該在保證安全、及時、可靠的通信的基礎上，使系統具有高度的開放性，支持自動化設備與應用軟件的即插即用，支持分布式控制與集中控制的結合。對于建立的開放式通信網絡，需要進行通信實時性分析、網絡安全性和可靠性分析。
4.1 IEC 61850標準的應用
IEC 61850標準作為新一代的網絡通信標準而運用于智能變電站中，支持設備的即插即用和互操作，使智能變電站具有高度的開放性。IEC 61850標準是智能變電站的網絡通信標準，同時正在進一步發展成為智能電網的通信標準[8]，因此，使用IEC 61850作為CPPS通信網路的通信標準是最佳選擇。
IEC 61850的核心技術[9]包括面向對象建模技術、XML（可擴展標記語言）技術、軟件復用技術、嵌入式操作系統技術以及高速以太網技術等。
4.2 通信網絡配置與分析
對于CPPS開放式通信網絡的網絡配置，可參考智能變電站的三層二網式網絡結構配置，構建CPPS的3層式通信網絡，如圖3所示。
其中，底層為位于發電廠、變電站和重要負荷處的大量PMU、STU/IED，分別負責采集實時信息和執行保護控制功能。中間層為控制子站（過程控制單元PLC），每個控制子站與多個PMU、STU/IED相連，以完成該分區系統層面的保護控制，并根據需要將數據上傳到SCADA主站控制中心。SCADA主站控制中心接收各控制子站的上傳數據，處理以后將控制信息下發到各控制子站，以實現CPPS的廣域保護控制功能。注意，各層設備均嵌入GPS實現精確對時，保證全系統的同步數據采樣。
5 CPPS的分布式控制機理
要建立堅強自愈的智能電網，必須利用新型控制機理建立可靠的電力控制系統。根據電力故障擴大的路徑和范圍以及故障的時間演變過程，文獻[10-11]中提出建立時空協調的大停電防御框架，建立了電力系統的3道防線，為實現智能電網的廣域動態保護控制奠定了良好的基礎。
電力系統的分布式控制（Distributed Control，DC）是相對于傳統的SCADA主站集中控制方式而言的，指的是多機系統，即用多臺計算機（指嵌入式系統，包括PLC控制子站和STU/IED等）分別控制不同的設備和對象（如發電機、負荷、保護裝置等），各自構成獨立的子系統，各子系統之間通過通信網絡互聯，通過對任務的相互協調和分配而完成系統的整體控制目標[12]。分布式控制的核心特征就是“分散控制，集中管理”。在電力系統的3道防線的基礎上，結合分布式控制技術，建立CPPS的3層控制架構，如圖4所示。
其中，分布式控制層主要是在故障發生的起始階段（緩慢開斷階段）采取的控制措施，其控制目標應該是保證系統在不嚴重故障下的穩定性，防止故障的蔓延。過程控制層是在系統已經發生嚴重故障時（級聯崩潰開始階段）所采取的廣域緊急控制措施，需要付出較大的代價。通常針對可能會使系統失穩的特定故障，往往需要投切非故障設備以保證系統的穩定性。廣域的緊急控制措施應該在故障被識別出的第一時間立即實施，控制措施實施越晚，控制效果越差。優化控制層是在前兩層控制均拒動或欠控制而沒有取得控制效果，同時在檢測到各種不穩定現象后所采取的控制措施，通常需要進行多輪次的切負荷和振蕩解列。在電力恢復階段，要有自適應的黑啟動和自痊愈的控制方案。
6 結語
將CPS方法引入到電力系統中，建立CPPS的模型平臺，為建立堅強自愈的智能電網提供新的思路。文中對CPPS中的同步PMU測量技術、開放式通信網絡技術、分布式控制技術分別進行了簡單介紹。
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Abstract： In recent years， with the use of a large number of power electronic components and other nonlinear devices， the harmonic pollution has affected the serious deterioration， which has affects the electrical equipment. The harmonic problem has become the three major pollutions in the power system with electromagnetic interference and power factor reduction. As a three-phase electric energy meter measurement， ADE7878 is widely used in the power grid signal analysis because of its high precision and flexible method. However， due to the defects of the sampling interval， there are obvious deficiencies in harmonic analysis. Aimed at this problem， this paper proposes a rapid analysis method for power system harmonic based on the weighted interception and spline interpolation. It can ensure the accuracy and improve the efficiency. The final experiment proves that the harmonic analysis results are correct.
關鍵詞： ADE7878；加權截?。?樣條插值；FFT；諧波快速分析
Key words： ADE7878；weighted interception；spline interpolation；FFT；rapid analysis of harmonic
中圖分類號：TM933.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）02-0154-05
0 引言
近年來，隨著大量電力電子元件及其它非線性設備的使用[1]，使得電網諧波污染嚴重惡化，已經影響到用電設備，諧波問題已經與電磁干擾、功率因數降低并列為電力系統中的三大公害。及時準確地掌握電網中的諧波分量參數[2]，才能為諧波治理提供良好的依據，維護電網的安全運行。
ADE7878作為三相電能測量IC，因其精度高、使用靈活而在電網信號分析中得到廣泛應用[3]，但其在諧波分析中存在明顯不足。ADE7878的采樣間隔為125us，每個周波采樣160個點，不是2的整數冪，因而無法進行常規基-2FFT運算，這也限制了其在電能質量分析中的應用。
在進行FFT變換時，通常要求采樣點數N是2的整數冪，不滿足這個條件時可以直接進行DFT運算，但是計算效率較低；也可以通過簡單增添有限長的零取樣序列來使N為2的整數冪，但對于ADE7878的應用，N=160，28=256，27=228，需補零96個點，頻譜會發生很大變化，從計算的效率上看也不經濟。本文提出一種針對ADE7878采樣特點的快速精確計算電力系統諧波參數的方法和裝置。
為克服ADE7878在諧波分析方面存在的上述不足，本文提供一種電力系統諧波快速分析方法及運行裝置。本算法中采用漢寧窗對電壓、電流采樣數據進行加權截取，對截取的信號進行組合數FFT，先進行常規基-2FFT變換，再進行5點DFT變換，在保證計算精度的前提下，提高了效率。在此基礎上通過插值修正，得到最終的準確的諧波分析結果。
1 基于ADE7878智能電表硬件設計
ADE7878是Analog Device公司（ADI）設計生產的一款高精度多功能三相電能計量專用芯片，內置多個二階型模數轉換器、數字積分器、基準電壓源電路和所必需的信號處理電路，可以實現對電網基本電參量的測量以及對電網電能質量進行監測的功能[4]。
ADE7878可以工作在三線制或四線制系統中[5]，而且對電路的接法也不受限制，可以對電網運行的電參量數據進行實時采集并發送到上層控制芯片，方便控制芯片對電參量數據進行后續處理。ADE7878的電壓和電流通道[6]為24bit 型ADC，電壓和電流有效值在動態范圍為1000：1的動態下小于0.1%，電能在動態1000：1下小于0.1%，在動態3000：1下小于0.2%。ADE7878與上層控制芯片之間具有多種靈活的通信方式，如SPI、I2C和HSDC。ADE7878提供四種工作模式[7]，其中有一種正常模式和三種低功耗模式，這樣可以保證系統在斷電情況下能及時作出相應的處理，提高了系統整體的穩定性。
1.1 基于ADE7878智能電表硬件整體設計
由于ADE7878具有工作環境多樣、測量精度高、通信接口靈活等優點，使得ADE7878在電力儀器儀表中的應用十分廣泛。
智能電表的硬件電路設計包含以下幾個部分：DSP最小系統設計、信號采樣電路設計、實時時鐘電路設計、數據存儲電路設計、RS485通信電路設計、控制電路設計以及智能電表供電電源設計。ADE7878智能電表硬件整體設計如圖1所示。
本文智能電表采用ADE7878電能計量芯片進行相關電參量數據的采集。ADE7878采用3.3V供電，外加16.384MHz石英晶體振蕩器，待測電流信號采用差分形式輸入，待測電壓信號采用單端輸入方式，電壓、電流信號輸入范圍為-0.5V～0.5V。ADE7878的I/O最大耐壓為±2V，因此需要添加相應的保護電路。ADE7878的電路設計如圖2所示。
圖2中，IAP/IAN、IBP/IBN、ICP/ICN、INP/INN分別對應A、B、C三相電流和零線電流經過轉換后的差分電壓輸入信號。VAP、VBP、VCP、VN對應的是A、B、C三相電壓輸入信號和零線電壓輸入信號，這些信號輸入口的最大電壓變化范圍是-0.5V～0.5V。REF為ADE7878基準電壓的參考引腳，通過此引腳可以訪問片內基準電壓源。片內基準電壓的標稱值為1.2V，也可以在此引腳上連接1.2V±8%的外部基準電壓源。這兩種情況下，都需要外加一個4.7uF鉭電容和一個0.1uF的陶瓷電容并聯來對此引腳進行去耦。芯片復位后，使能片內1.2V基準電壓源。
1.2 電壓信號采樣電路設計
電壓信號采樣電路的設計是信號采集電路的關鍵部分之一[8]。根據智能電表的需求分析，配電網一側的設計參考電壓范圍為3×65V～465V。在第二章中，已經對電壓信號采樣的方案設計做出了說明，本文中電壓信號采集選擇高精度電壓互感器完成。使用電壓互感器進行電壓信號采樣電路設計，會產生一定的相位延遲，并且不同的設計方法產生的測量相位延遲也不同，但均可以在后續軟件設計中進行修正。
本文選擇的是電壓互感器是山東力創公司設計生產的一款高精度電流型電壓互感器LCTV31CE-2mA/2mA。這種電壓互感器的一次側和二次側的電流比為1：1，環路額定電流值為2mA，互感器體積小，電路設計較為簡單。
由于ADE7878的電壓測量輸入范圍是-0.5V～0.5V，電流型電壓互感器的二次側額定回路電流為2mA，因此，選擇249Ω（1%）精密電阻作為電壓互感器二次側取樣電阻比較合適。由于電壓互感器二次側和一次側的回路電流為1：1，因此選擇249kΩ（1%）精密電阻作為電壓互感器一次側的限流電阻較為合適[9]。這樣設計可以使得一次側輸入電壓上限達到500V，完全可以滿足配電網65V～465V的設計參考電壓需求。
通過電壓互感器、限流電阻、取樣電阻，已經將配電網的交流大電壓信號轉換成了可測量交流小電壓信號，但待測信號送入ADE7878芯片之前還要經過濾波電路和信號調理電路，使得輸入信號便于測量。電壓信號采樣電路設計如圖3所示。
由于電壓互感器的使用，會使得測量的信號與實際信號之間存在較大的相位誤差，圖3中所示的電壓采樣電路，電壓信號的相位延遲在30°左右?？梢詫@個電壓信號采集電路進行改進，改進后的電壓采樣電路如圖4所示。
按照改進后的電壓采樣電路進行電壓測量，可將信號的相位延遲控制在5°左右。
1.3 電流信號采樣電路設計
對于交流電流信號的測量，最后送入ADE7878的電流信號為差分電壓信號的形式，因此需要將交流電流信號變換為差分電壓信號的形式。根據智能電表的需求分析，配電網一側的設計參考額定電流為5A～20A，并且有一定的過流過載要求。
為了給設計留有余量，取樣電阻選擇15Ω（1%）的高精度金屬膜電阻。詳細電路設計如圖5所示。
圖5中，電流互感器的二次總負載為30Ω，遠遠低于LCTA21CE-40A/20mA所要求的二次側額定負載最大為100Ω，因此這樣的電路設計可以獲得較好的線性。
根據ADE7878元器件自身的特性，在ADE7878的信號輸入端，還應該添加1kΩ和33nF的電容并聯，進一步對輸入信號進行濾波去耦。
由于ADE7878的模擬信號輸入端有最大承受電壓
±2V的限制，因此在信號輸入端應該添加電壓鉗位電路，以免影響測量精度，甚至燒壞元器件。本項目中所選的電壓鉗位元件是BAV99?！?V電壓產生電路如圖6所示。采用的是電阻分壓方式從±5V電源之間產生±2V電源。
2 基于加權截取及樣條插值的智能電表諧波快速分析算法
2.1 加權截取
2.1.1 電壓電流信號采樣
利用微處理器設置定時器中斷，每500us讀取一次ADE7878寄存器VAWV、VBWV、VCWV、IAWV、IBWV以及ICWV，連續采樣四個周期，獲得電力系統三相電壓、電流信號瞬時值序列vA（n）、vB（n）、vC（n）、iA（n）、iB（n）及iC（n），采樣點數N=60，離散采樣序號n∈[0，N-1]。
2.1.2 漢寧窗加窗截斷
3 實驗及分析
本文所設計的智能電表電能質量監測功能包括監測各相斷相、失流、過負荷、全失壓、電壓電流逆相序次數、各相電壓電流的2～19次諧波分析等。相對于其它電能質量指標來說，諧波含量是電能質量中較為重要的一個指標。本文在測試中重點對智能電表對電網諧波分析的功能進行了詳細的測試。
本文中智能電表具備2～19次諧波分析功能。為了方便實驗比對，選擇美國福祿克公司設計生產的F434型三相諧波分析儀作為標準儀器用于實驗數據對比。Fluke F434型三相諧波分析儀如圖8所示。在本文的實驗設計中，由于ADE7878的采樣間隔為125us，每個周波采樣160個點，不是2的整數冪，因而無法進行常規基-2FFT運算，故普通FFT采用的是以零補齊的方式，而本文提出的算法由于不受2的整數冪限制，沒有零補齊。由表1及圖9的實驗結果可知，本文所提出的諧波分析算法經標準諧波測試分析儀Fluke F434驗證，誤差控制在0.2510%-1.9646%之間，且本文算法2～19次諧波分析測試結果均優于普通FFT結果，且在2次諧波處誤差獲得最大2.1%的降幅。
4 結論
本文方法解決了ADE7878電能計量芯片在諧波分析時無法進行常規FFT的問題。將160個采樣數據份分成5組，分別進行32點的基-2FFT，充分利用基-2FFT算法的高效性，既保證數據處理的準確性，又提高了諧波分析的效率；采用漢寧窗截取采樣序列，減少頻譜泄漏；采用插值修正算法克服了非同步采樣引起的柵欄效應。
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關鍵詞：電力線；載波技術；通信技術
中圖分類號：TM715 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 20-0000-02
一、引言
目前用于衡量一個國家信息技術發展程度的重要標志之一就是通信技術，這也是各個國家競相發展的主要內容，很多具有現實意義的通信技術已經形成了具有規模化的生產和應用。而電力線載波通信和網絡通信技術的結合又是通信領域內的一次巨大的飛躍，具有極大的現實意義[1]。
二、含義
電力線通信全稱是電力線載波通信，是指利用高中壓電力線或低壓配電線（380/220V用戶線）作為信息傳輸媒介進行語音或數據傳輸的一種特殊通信方式[2]。該技術的具體工作方式通常是把載有信息的信號加載到電流上然后用電力線進行傳輸，接受端的適配器把傳送的信號從電流中分離出來并且傳送到計算機或電話上進而實現信息的傳遞。該技術的關鍵和優勢是不需要重新布線，利用現有的無處不在的電力線，只需要終端用戶插上電源插頭或接線就可以完成信息傳送。通過電力線進行寬帶上網進行網絡IP數字信號的傳輸已經成為電力線傳輸信息的最普遍的應用。
三、現狀
電力線通信技術出現于20世紀20年代初期，當時主要用于電話信號的傳輸，后來技術進展逐漸加快。已經出現了共同的家用電力線網絡通訊技術標準。在中國，20世紀40年代開始逐步進行電力線通信應用。在2001年8月，第一個實驗網絡在沈陽建成；2001年12月國電通信中心在北京某居民區開展電力線通信應用試驗；福建省電力試驗研究院又研制成功了“數字化輸電線路技術”的核心產品，并在北京某生活小區成功地進行了因特網接入試驗，初步取得較理想效果。目前，高速電力線通信已經為寬帶接入通信做出了巨大貢獻。
中國的電力通信網絡經過若干年的辛苦建設，已經初具規模，從通信電纜和電力線載波通信方式到包含光纖、微波、衛星等多種通信方式并用的覆蓋全國30多個?。ㄊ?、區）的交叉式立體通信網絡。整個中國電力系統電力通信的發展，從無到有，從小到大，并且占據了越來越強大的地位。隨著通信行業的成熟發展以及在社會中作用的不斷提高，以電力線通信為基礎的業務在各種信息的傳輸場合得到了巨大的應用。不但在電力系統的發電、送電、變電、配電、用電等部分的聯合運轉中卓有成效，而且在保證電力系統電網安全、經濟、穩定、可靠的運行方面發揮了應有的作用。另外在各行各業如客戶服務中心、營銷系統、地理信息系統（GIS）、視頻會議、人力資源管理系統、辦公自動化系統（OA）、IP電話等多種數據業務方面和基建、行政、水庫調度、防汛、燃料調度、電力調度、繼電保護等場合得到發展。雖然電力線通信對于電力系統自身的經濟效益的取得沒有很直接的體現，但是它能夠產生并隱含在電力系統管理及生產中的經濟效益是極其巨大的。
四、電力線通信具體應用
電力線通信方式利用其獨特的成熟的發展優勢越來越被社會所重視，因為輸電線路是架設電力特殊光纜的極好資源，經濟、快速、安全、可靠；而遍布全國各大城市的電纜管道和電桿是建設光纖接入網的極好資源；電力線通信技術日益成熟，為用戶接入提供了首選手段；其它具有電力特色的技術，如無源光纖接入、無線寬帶、多點擴頻系統等，使電力資源得到充分有效的利用和發揮。
（一）可以發揮自身優勢促進本系統發展
目前國內外研究出來很多可供電力部門所使用的防盜設備或軟件，但是這些設備或系統大部分是與目前電力部門所主要依靠的并且普遍使用的電力線沒有任何的關系，是一套獨立與電力線的設備，這就給電力部門造成了很大的壓力。例如在防竊電方面，現在的竊電者越來越會采用高科技手段進行盜竊，對于使用普通GSM報警器對變壓器設備進行防盜的場合，作用不大，因為盜竊者會利用GSM屏蔽器先把報警器屏蔽而不能報警，然后再對電力能源進行盜竊或對電表箱進行破壞，因此給電力系統帶來很多的不安全因素。
電力系統本身最主要也是最基本的功能就是輸配電，那么除了這個作用，電力系統還可以對本系統中其它功能的實現做出巨大貢獻，比如電力系統的智能抄表、變壓器防盜、電力系統電表箱防盜、遠程電力防盜系統等均可以利用電力線來實現。我國在早期的實際電力應用中，由于電網環境比較惡劣，信道衰減大、干擾較強和波動范圍大等特點，導致數據采集的準確率和實時性不能全面的滿足用戶對實際通信的需求。但是隨著數字技術的不斷改進和發展，改善并提高了電力線通信的可用性和可靠性，并且不需要大規模改造電力系統現有設備，只需增加相應裝置，利用電力線實時傳輸信號和設備狀態至集中的控制位置并采用專門的軟件進行識別。電力線通信技術的應用前景變得越來越廣闊，對于電力系統本身的發展會起到非常大的促進作用。
電力線通信和輸配電線路具有等時性，只要電力輸電線架通到哪里，電力通信就可以延伸到哪里，目前我國110kV輸電線路上和35kV的農網上還有大量的電力線載波機在運行，龐大的電力線載波通信擔負著電網內調度和遠程信息的傳輸，對電力系統的安全、穩定、經濟運行起著重要的作用，因此對這種廉價的電力系統具有的信道資源應該大力開發，加以合理的發展和利用，使之與高速信息傳遞技術長期并存，互為補充[3]。對電力系統的現代化電力管理提供傳輸通道，實現電力、數據和圖像信息綜合業務傳輸的通信技術。
（二）可以作為常規通信介質使用
在我國，電力系統已經普及，電力線幾乎遍布城鄉、四通八達，利用這種與用戶直接相連的220W380V低壓電力線進行高速傳輸信息，不但可以免除布線這個最麻煩的環節，而且具有覆蓋范圍廣、連接方便的顯著優點，電力線通信網絡被認為是提供“最后一公里”通信解決方案中最具競爭力的技術之一[3]。與常規通信介質網絡相比較，電力線通信基礎設施完備，無需任何布線，避免了對建筑物的損壞，節約資源，節省資金、人力、物力和時間。
電力線通信這個傳輸媒介是全球覆蓋最廣闊的網絡，無需新布線就可以將信號傳輸到任何有電的地方，不受地形、地貌的影響，投資少，施工期短，設備簡單，可以同其他通信手段一起實現網絡互聯。如果使用高壓輸電線進行信息傳送，那么這種通信方式可靠性會更高，因為高壓輸電線結構穩固，安全設計系數比光纖的安全設計系數還要高很多。
（三）現代生活智能管理的美好展望
實現現代家居的智能自動化管理的有效手段常采用低速的電力線通信網絡，通過在住宅內遍布的電源插座，可對智能家用電器連網，并通過網關與外部連接。住宅主人在家可以享受數字化住宅設施的舒適和便利，在外可以通過接入的網絡及時了解和設定住宅內設施。高速的電力線通信網絡可以為人們提供Internet接入服務，并且可以享受居家視聽一體化的服務。通過電力線通信實現網絡瀏覽、網上購物、視頻點播以及可視電話等[4]。利用電力線通信的永久連接在線，可構建住宅樓宇自動化系統，如防火、防盜、防有毒氣體泄漏的保安監控系統讓上班族倍感放心，醫療急救系統讓住有老人、兒童或病人的家庭心里踏實。以上技術有些已經在國外成為現實，而其它甚至更好的未來正在探求之中?？梢灶A測，電力線通信網絡這一新技術對促進經濟發展必將帶來新的機遇。尤其對于中國這樣的發展中國家，經濟實力不夠強大，要趕超發達國家的信息化水平，需要投入巨大的資金，而電力線通信網絡提供了另一種可能的技術手段，這種技術手段可以幫助我們以較少的投入加快國家信息化的進程，加快腳步研究出適合中國電力網環境的電力線通信網絡技術[5]。
五、總結
在現代社會，電力供應在人們的工作和生活中扮演著非常重要的角色。電力系統本身優勢明顯，不但可以為本系統做到最好的服務和管理，還可以發揮其它功效，從而使其優勢進一步得到更大的發揮，可以有效解決自身的功耗問題，使電力系統的經濟損失顯著減少，并提高了電力使用的安全性和可靠性?；陔娏€通信的系統研究可以使用的區域范圍廣泛，不僅用于分布集中的住宅區，更可以主要應用于大型工礦企業和自助變電站、儲存倉庫、金融的房間、停車場等，使電力系統發揮出巨大的作用。
電力線通信技術是一個剛剛興起的研究課題，在國內外仍處于不成熟的初期研究階段，需要我們從概念定義、理論研究、技術標準、工程試點以及管制政策等方面進行大量不懈的深入研究，才能夠取得美好的前景。
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關鍵詞：大數據分析；電力通信設備檢修；自動分析平臺
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.24.164
0 前言
電力通信網絡是國家電網公司除電網外的實體網絡，是國家電網公司在發展過程中的重要組成部分，是國家電網公司安全生產的保障，也是各類電力調度生態和信息管理業務的主要載體，只有做好電力通信設備檢修工作，才能有效地促進電力行業快速發展，保證電力設備的使用安全。
1 大數據下的電力通信概述
1.1 網絡拓撲結構分析
隨著社會不斷的發展，大數據的時代已經到來，大數據被人們稱作為一種巨量的資料信息，需要全新的處理模式才能保證數據信息處理過程中具有較強的決策力、觀察力和流程優化能力，同時還可以在一定程度上增加數據信息的資產[1]。將大數據融入到電力通信設備檢修工作中，可以有效的提高檢修工作的質量與效率。現階段，我國電力通信網絡比較常見的網絡組成方式主要有SDH網絡，該系統在使用過程中主要以星型、鏈型、環型的形式出現，并以電力通信傳送網網絡的形式進行操作，如圖一所示。使用大數據將其中的數據進行優化處理，只有這樣才能將電力通道傳輸系統進行統一管理，從而促進電力行業快速發展。但是在實際應用過程中，常常會限制一些電力網路規模的建設，要想改變這一現狀就需要采用混合的電力通信網絡以組成的方式進行。對于電力通信網絡來說，可以根據網絡的主要形式將其制作成對應的雙纖環網構架，從而提高電力通信設備的安全性與可靠性。
1.2 業務在通信網中的承載關系
大數據在分析電力通信設備影響業務自動分析平臺時，常常將業務在通信網中的承載關系進行劃分，主要包括了以下幾點：（1）底層承載平面：如圖1所示.使用專業的MSTP傳輸系統，將網絡進行傳輸與重組；（2）業務網絡平面：主要包括了相關數據網絡、調度數據網絡、行政交網絡等部分。其中的數據網絡主要包括了電力通信網絡，通過數據網絡將其中的數據信息進行傳遞[2]。不同網絡系統所承載的網絡業務都可以進行實時交換，提高數據的轉換的準確性；（3）業務平面：該業務主要包括了語音業務、行政電話業務、數據調度業務等部分組成。并通過大數據將其中的業務數據進行分析，只有這樣才能保證業務數據信息可以正常傳遞下去。
2 大數據下的電力通信SDH傳送網絡保護機制
2.1 SDH網絡中的設備保護
要想通過大數據對電力通信設備的影響業務自動化進行分析，就需要使用SDJ網絡設備保護系統，根據電力通信的現狀為其制定有效的保護機制。在一般情況下，保護機制會在一些單獨的網元設備中進行運行，并對網元設備中的電源盤、主控板卡、支路板進行保護，從而保證電力通信設備可以正常運行下去[3]。
2.2 SDH網絡中的線路保護
SDH網絡在對電力通信進行保護時，常常會以多元化的形式進行，只有這樣才能保證電力通信設備可以正常進行傳輸工作。SDH網絡下的相關線路主要由子網連接、復用段保護而形成的。其中的子網連接保護可以將其在各個網絡通訊中進行應用，保證數據傳輸的穩定性。使用該網絡還有這、傳輸數據較快，隨意換轉等作用；而復合段保護與子網連接的差距較大，主要體現在對電力通信終端口級的保護，保護設備可以正常運行，完成現對應的工作[4]。但是在使用過程中不適合將在電力通信通道中進行應用。同時還可以使用1+1的形式進行復合段的保護。
3 大數據下的電力通信設備檢修影響業務分析系統實現
要想使用大數據對電力通信設備檢修影響業務平臺分析系統實現，就需要做到以下幾點：（1）檢修分析對象，了解分析對象，并將電力通信中的主板卡、網元、光纜纖芯、光纜段進行定期檢修，只有這樣才能保證電力通信設備的使用安全；（2）做好電力通信分析工作，并將其進行定期檢修做好檢修工作的記錄，總結其中的數據信息，使用大數據對數據這些數據進行分析，找出電力通信設備中所在的問題；（3）分析步驟，在使用大數據對電力通信設備數據進行檢修時，要對業務、板卡、線路板、支路板進行檢測，并了解其中所承載的業務數據。在檢查過程中，如果要對板卡進行檢查的話就需要將原有的業務狀態進行終端。如果的交叉版、時鐘版的話就需要找出其中的網元承載業務。如果是一些備用卡板的話就需要將業務進行停止使用，將其中的相關線路進行日常檢查，只有這樣才能保證電力通信設備的使用安全。
4 總結
電力通信業務的主要核心內容與電力通信網絡的運行穩定性有著非常重要的關系，同時也是保障人們用電安全的關鍵之一。隨著社會不斷的發展，我國電力網絡規模不斷擴大，這在一定程度上提高了電力運營的難度，對電力通信業務的需求也越來越高。因此，大數據融入到電力通信業務中去才能滿足現代化社會的需求，并做好網絡電力通信業務，從而促進電力企業快速發展，提高社會經濟效益。
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關鍵字：海島；孤立系統；風力發電；可靠性分析
0引言
隨著科技的發展，能源問題日益受到國際社會的重視。風力發電是解決當前突出的能源和環境問題的有效手段，是目前世界上增長速度最快的能源和最有發展前景的新能源技術[1]。目前，對風能的利用也已達到商用階段[2]。在大電網難以達到的孤立地區，如海島、牧區，以前都使用燃料昂貴的柴油發電機。而這些地區，卻有著較豐富的風能資源，在這些地區推廣風力發電已是新能源建設中的一項重要工作。
風能總體上是一種豐富的可再生資源，發展風力發電可以在一定程度上節約一次能源的消耗和減少環境污染，然而，風能資源的地域分布具有明顯的差異性，并且在時間和空間上的分布具有很大的不均勻性[3]。由于風速經常處于變化的狀態，從而造成風力發電機組出力的波動，且這種變化不受控制，進而難以預測。孤立風力發電系統中的風力發電機容量較小、輸配電網絡結構簡單、用戶負荷單一，這些特點使得孤立風力發電系統的可靠性對整個系統來說尤為重要。為了保證用戶供電的安全、可靠、經濟，以及對今后孤立電網的建設有更好的改進，提高供電質量，因此對孤立風力發電系統進行可靠性評估是必不可少的。本文擬以東南沿海的某海島為研究對象，根據該島用電負荷和風速等數據，依照中國電力企業聯合所的2005--2010年全國電力可靠性指標，對其孤立風力發電系統的可靠性進行研究。
1 可靠性概念和分析方法
所謂電力系統可靠性，是指在電力系統按照可接受的質量標準和一定的用戶需求的情況下，對其不間斷地供應電能的能力所進行的度量[4]。由于電力系統的復雜性，對其整體進行可靠性的評估會有一定的困難。
通常，電力系統可靠性分析可以分為充裕度與安全性兩個方面。其中，充裕度是從靜態的角度出發，用于評價系統持續供應以滿足用戶電能需求的能力；安全性則是從暫態的角度出發，用于評價系統承受突然擾動后繼續保持穩定的能力。電力系統規模龐大，為了更準確地進行可靠性分析評估，對電力系統進行可靠性分析時可將其劃分成三個子系統?；陔娏ο到y的組成結構，可將其劃分為發電系統、輸電系統和配電系統三部分來進行可靠性評估：1、發電系統可靠性，是指評估統一并網運行的全部發電機組，按可接受標準及期望數量來滿足電力系統負荷電能需求的能力的度量。為確定電力系統能否保證電力供應所需的發電容量，因此衡量發電系統可靠性的指標是系統的充裕度，通常衡量系統充裕度的方法用概率方法。2、輸電系統可靠性，其可靠性包括充裕度和安全性。充裕度指標分為負荷點指標和系統指標兩類，兩者均采用故障篩選技術。安全性指標為了評估系統對突發故障的經受能力，其主要通過因故障引起的負荷損失量來度量。3、配電系統可靠性，它的指標主要評估的是充裕度。其典型的分析方法是故障模式影響分析法和可靠度預測分析法。
隨著科技的不斷進步，我國電力系統已經進入了快速發展的時期，實現電網大區域互聯、特高壓交直流混合輸電。由于系統規模的不斷擴大和結構的日益復雜，從而使得停電可能會導致巨大的財產損失和人員傷亡。所以，對電力系統進行合理的可靠性評估有著十分重要的現實意義。
本文依據大陳海島上的星星風電場一年的實際運行情況，針對風力發電機組的運行規律和其配電網自身的特點，建立的它們的可靠性數學模型，用發電系統可靠性分析方法對該海島風力發電系統進行可靠性分析，證明該海島風力發電系統能夠滿足電網穩定性指標，對負荷的電力供應可以達到安全、可靠的要求。
2 海島孤立電力系統可靠性的特點
我國的海島資源非常豐富，根據1996年第一次《全國海島綜合調查報告》的數據指出，我國面積在500m2以上的海島共有6961個（港澳臺及海南島除外，海南島本島和臺灣、香港、澳門所屬有的410個海島）其中有人居住的海島為433個，人口達452.7萬人。這些海島大多擁有豐富的漁業資源、旅游資源以及風能資源，因此對海島的開發將是今后國家建設中的一項重要工作?？紤]到海島的交通不便，距離大陸架較遠，傳統的柴油發電已經不能滿足海島的經濟和環保發展需要，因此，海島孤立風力發電系統是既利于環保又有利于海島經濟建設的項目。
在海島孤立風力發電系統中，本文重點關注的是確定電力系統能否有充足的發電容量來滿足用電負荷的需要。海島孤立風力發電系統的可靠性指標是發電系統的充裕度。通過前一章可知，可靠性分析方法有確定性方法和概率方法。確定性方法，主要根據長期累計的發電系統可靠性資料、負荷預測資料和電源配置以及規劃設計人員的經驗來確定。概率方法，即電力不足概率法（loss of load probability，LOLP）、電力不足頻率、持續時間法（frequency and duration，F&D）和模擬法。任何估計發電系統充裕度的概率方法的基本途徑在原理上都相同，均由3部分組成，如圖2.1所示：
圖2.1 發電系統可靠性分析原理示意圖
將發電系統模型和發電系統負荷模型相結合形成適當的風險模型后，即可計算出一系列的可靠性指標。這些指標通常不考慮輸電網絡的約束（惟一例外的是互聯系統的聯絡線），也不反映任何特定用戶負荷點的供電不足，但能衡量整個發電系統的充裕度[5]。
將發電系統充裕度表示為一個隨機變量，由某一時刻系統中總的發電機組運行容量和負荷功率之差決定，如式2-1所示：
關鍵詞：高次諧波；電容器；抑制
隨著社會經濟的不斷發展，安全用電在社會的各個方面越來越重要，一方面供電企業不斷地完善自身的設備為用電客戶提供優質的服務，另一方面廣大的用電客戶也在不斷地要求供電部門提供更多高效的設備保障其用電，隨著更多的設備進入電力行業，電能的應用形式也在發生著不斷的變化。但隨著電子技術應用的深度和廣度的出現，電力系統中的波形失真日益增大，電力系統中產生的高次諧波卻危害著電力系統的穩定運行，高次諧波能使得電力系統運行時電壓波形產生畸形，使電網癱瘓，對一些電容器也會造成巨大的損害。
電力系統中的三相交流電電壓產生的波形基本上是正弦波，正常的波形基本上是無直流和高次諧波之分。但隨著電力設備的發展和運用產生的諧波對電網造成的污染，有些用電器產生的非線性負荷及沖擊負荷對電力系統發、供、用電設備的安全經濟運行造成不良影響和危害。因此，防止和治理電力系統中的高次諧波成為目前電力系統中重要的問題。
1 高次諧波的定義及其產生原因分析
目前對于諧波的定義的說法較多，而國際上普遍認為諧波是一個有周期的正弦波的分量，其頻率是基波的整數倍。當電力系統的頻率為額定頻率50Hz, 則基波頻率為50Hz、2次諧波頻率為100Hz、3次諧波頻率為150Hz等。而目前在電力系統中存在危害的諧波較多，高次諧波的危害越來越大，這也是今后電力系統改革中首要解決的問題。
由于各種非線性的電子元件日益應用到電力系統中，使得原本能產生正弦波的電源由于非線性元件的存在使在系統中和用戶處的線路中總會產生高次諧波的電流和電壓，產生高次諧波的元件比較多，例如一些交流電動機、電焊機、電石爐、變壓器和感應電爐等, 化工行業的高頻爐、電解設備, 鋼鐵行業的大型軋鋼機，鐵道部門的電氣機車、電車公司的整流站等, 家用電器如電視機等。最為嚴重的是大型的整流裝置和電弧爐, 它們產生的高次諧波電流最為突出, 是造成電力系統中諧波污染的最主要的因素。
在電力系統中運用的電氣設備都能產生高次諧波，并對電力系統的安全運行產生很大的影響，在這里可通過以下設備進行分析：整流裝置是電力系統中最重要的諧波源，例如在很多的設備中都是用整流裝置，例如電視機、電池充電器、電力機車等；電弧爐因為在燃燒方面不夠穩定，容易產生三相諧波電流；變壓器則由于鐵芯處于飽和狀態，磁化的曲線呈非線性，電流畸變也會變大，這是一種穩態的諧波源。在某些電網中，由于供電線路較長，負荷較輕，充電功率大，并且沒有電抗器作為補充裝置等因素會造成電網的電壓過高，使得電流波形畸變嚴重。電力機車主要是采用工頻單向全波整流電路系統，因此它與整流裝置一樣會產生諧波也會污染電網的安全運行；而家用電器中的電視機被稱為是產生諧波電流的罪魁禍首，原因是電視機的回路一般是采用二級管橋式全波整流，在使用時會產生較強的奇次諧波電流，尤其是目前廣大用戶普遍使用的彩色電視機較為嚴重，奇次波具有負序特性，在電網中能夠引起電壓產生畸變的現象。隨著家用電器的越來越普及的運用，一些家用電器，例如電冰箱、洗衣機、空調、吸塵器等電器也在走進千家萬戶，但這些用電設備會有繞組設備的不平衡電流的變化，也對電網的波形產生影響。此外。交流發電機也會在電力系統中產生高次諧波，原因是交流同步發電機定子繞組在布置上不可能做到完全的對稱，總會導致轉子磁極不對稱情況的出現，結果會造成轉子和定子鐵芯之間有不均勻的空隙，同時會造成發電機定子、轉子間氣隙磁通分布不均勻，也會存在有非工頻正弦波分量產生，但由于隱極發電機采用的是比較短的繞組以及分布繞組，并采用了三相定子繞組星形接線的方式，降低了5、7次以及3次諧波量，因此使得交流發電機的諧波分量較小。
2 高次諧波的危害
隨著越來越多的設備在電力系統中的應用，以及大功率的整流器和變頻調速裝置的普及，這些設備所產生的高次諧波對電力系統的各個方面都產生了重大的影響甚至是危害。
2.1 對用電戶用電質量的影響
由于電力系統中注入了諧波電流會在電網上產生諧波壓降，從而會導致電壓以及電流的波形發生畸變的現象，從而影響了電能的質量，使電力系統受到干擾。
2.2 對配電網的危害
電力系統中產生的高次諧波在有色金屬中可以把基波的電流近似的認為是均勻分布的，由于肌膚效應而導致的電流往往是積聚在導體的表層，同時使得電流回路中的電阻增大，這樣的情況下導體的有效電阻會逐漸增加，在電阻增加的情況下會使得電網內部功率的損耗以及能量的損失增加，與此同時，高次諧波還可能引起電壓諧振，從而在線路上出現局部的高電壓。眾所周知，過高的電壓有可能會擊穿線路中電力設備的絕緣層，導致電路的用電的不安全或者是對周圍的人群以及建筑產生不利影響。
2.3 降低用電設備的使用壽命
電力系統是由眾多的電力設備組成的，這些用電設備在維護電力系統的穩定方面起到了重要的作用，因此，切實維護好電力設備的安全是保障電力供應的一個有效的途徑。
圖 1 非線性負荷的電流波形
在電力供應過程當中，由于諧波的增大會導致電壓的增大，在并聯中對電容器的危害更為嚴重，通過圖1分析計算得出，當電壓升高10%時，電容器的溫升將會提高7%左右，在不考慮局部介質損耗的情況下，電容器的壽命將會減小到原來的70%左右，可見對用電設備的危害是如此嚴重
2.4 對電阻、電感負荷的影晌
在電力系統中，諧波對電動機也能產生影響，尤其是能夠引起電動機附加的損耗的產生，尤其是當電動機中的諧波電流的頻率和零部件的固有的頻率相等或者相近時就會引起機械共振的產生，或者是使電壓產生畸變。如果畸變的系數較大而沒有得到及時的調整則會引起燈泡的壽命縮短或者導致電動器發生故障。
2.5 對測表計的影響
對于電能表來說，理論上相同頻率的電壓和電流能構成功率，假設輸入的電流或者電壓有一方含有諧波，即使電流中該次諧波的真實的功率為零，在電能表內任由輸入的純正弦工頻電流因畸變而引起的同頻率諧波會相互作用，也會形成虛假的諧波功率, 使電能測量出現隨機的或正或負的誤差。所產生的這種誤差雖有可能部分相互抵消, 也有可能存在, 致使電能計量的準確度大大地降低。
2.6 干擾通信系統
在電力系統中，輸電線路上流過的3、5、7、11等幅值較大的奇次低頻諧波電流在通過磁場耦合時, 在鄰近電力線的通信線路中會產生相應的干擾電壓, 這些干擾電壓會影響通信系統的工作, 主要是影響通信線路通話的清晰度。此外, 由高壓直流（HVDC）換流站換相過程中所產生的電磁噪聲（3~10kHz）也會影響電力載波通信, 對于電力設備的安全運行也帶來了極大的隱患。
2.7 對計算機和其它精密電子控制設備的影晌
幾乎所有的數字線路的邏輯元件都會有自己的閥電平和干擾線號的容限，假如諧波的干擾超過容限，就可能會破壞觸發器和存儲器所保存的信息，排除干擾后, 它仍會在系統內部的存儲器件里留下痕跡, 系統也不會再恢復到原來的工作狀態。即使含有微處理器系統里的程序沒遭到破壞, 若地址總線受到強烈的干擾, 也會有程序失控的危險, 使系統進人預想不到的狀態, 甚至陷人意外停機狀態。
3 對高次諧波的抑制的相關對策分析
3.1 增加整流變壓器裝置
目前比較傳統的抑制諧波的方法就是增加整流變壓器，由于整流變壓器具有的二次側向數較多，并且波形脈動次數也多，因此次數較低的諧波被消去的也越多。例如當整流相數為12相時，5次諧波電流為基波電流的5%左右，但6相時的諧波電流則是基波電流的18.5%。
3.2 增加無源濾波器裝置
無源濾波器是利用電路中諧振的原理對諧波形成低阻的電路，從而達到一定的濾波的目的，它由電容器、電抗器以及電阻組合而成，采用與諧波源并聯的方式，一方面有濾波的功能，一方面還有無功補償的需要。一般其投資成本較低，效率較高，結構也極為簡單，并且在運行方面也比較穩定。但目前由于這種方式要耗費大量的材料成本，況且對諧波的抑制效果并不是很明顯，目前基本上不是很采用這種方式。
3.3 有源電力濾波器的普遍使用
有源電力濾波器是目前采用的一種全型的、并且能夠從動態方面去抑制諧波的電力電子裝置。它是先從補償對象中檢測出諧波電流, 再利用可控的功率半導體器件（補償裝置）向電網注入與諧波源諧波分量（電流或電壓幅值相等、相位相反的諧波分量（電流或電壓）, 使電源的總諧波為0, 達到實時補償諧波的目的, 其原理構成如圖2所示。
圖2 并聯有源濾波器的結構圖
目前有源濾波器按其接入電網的方式, 可分為串聯和并聯兩種方式。直到目前運用到電力系統中的AFP裝置, 絕大多數采用的是電壓逆變器的并聯型結構。近年來, 為了發揮有源濾波器的優勢, 提高性能, 減少容量, 降低成本, 增強適用性, 又設計出采用變流裝置專門去減少諧波的裝置。
4 結論及展望
隨著經濟和社會的發展，越來越多的電子元件被用在了電力系統中，尤其是大量的線性負荷的出現，使得電力系統中產生了大量諧波，一些比較傳統常規的抑制諧波產生的措施不能有效的使用，在這樣的情況之下，一些新型的的抑制諧波產生的措施和手段也被普及，在今后如何抑制減少諧波的產生方面應更加積極地找尋方法使今后的電力系統更加的安全穩定，保障電力運行的安全。
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【關鍵詞】電力；自動化；通信網絡；分析
1 電力自動化的通信方式
通信系統是實現電力自動化系統的基礎，電力系統自動化對通信系統的要求取決于計劃實現的自動化水平、電力系統自動化的規模和復雜程度等因素。針對電力自動化系統及其特點，通信系統應具有以下特性：
（1）保證通信可靠性；
（2）滿足目前和適應將來的數據傳輸速率；
（3）雙工通信（個別情況下可用單工）；
（4）通信不能受停電和故障的影響；
（5）易于操作且維護工作量小
（6）保證建設費用。
下面對目前新興的幾種通信方式作相應介紹：
1.1 擴頻通信方式
擴頻通信是一種先進的信息傳輸方式，其信號占用的帶寬遠大于一般常規通信方式所需的最小帶寬。頻帶的展寬是通過編碼及調制的方法來實現的，與所傳送的信息數據無關。接收端則用相同的擴頻碼進行相關解調來解擴并恢復信息數據。
在無線電通信中射頻信號的帶寬與所傳信息的帶寬是相比擬的。如用調幅信號來傳送語聲信息，其帶寬為語聲信息帶寬的兩倍。現今使用的電話、廣播系統中，無論是采用調幅、調頻或脈沖編碼調制制式，處理增益值一般都在十多倍范圍內，統稱為“窄帶通信”。而擴頻通信的處理增益值高達數百、上千，稱為“寬帶通信”。一般說來，擴頻通信最初是在軍事、公安通信中應用，后又發展到個人業余通信、體育競賽通信、證卷交易所通信和數字立體聲廣播等。擴頻通信應用于電力部門是在該技術解密以后，是在地調或縣調通信中最具發展潛力的一種新型通信方式。這是人們在電力自動化系統中的實際應用方面正在努力探索的一種通信方式，重點在于組網技術。擴頻通信可組織綜合通信業務，同時傳輸話音、數據和圖像信號，有豐富的接口終端，可接電話機、交換機和調度總機，以及配電自動化系統終端設備等。
1.2 光纖通信
自光纖通信問世以來的短短一二十年間，其發展異常迅速，光纖通信的傳輸速率不斷提高，無中繼傳輸距離逐步加長。許多國家已建立了不同規模的光纖通信網絡，一般是首先應用于市內局間中繼、長途干線，繼而廣泛應用于電力、鐵道、公路、化工、公安等部門的專用網。光纖局部區域網、用戶網系統發展也很迅速。隨著波分復用技術的日趨成熟，光纖巨大的帶寬資源得以充分利用，使得一根光纖的傳輸容量很快地擴大幾倍至幾十倍。
光纖通信的主要特點有：頻帶寬、通信容量大；損耗低、中繼距離長；可靠性高、抗電磁干擾能力強；通信網絡具有自愈功能；無串話干擾、保密性好；線徑細、重量輕、柔軟；節約有色金屬，原材料資源豐富；隨著光纖成本不斷下降，其經濟效益也越來越顯著，光纖通信也逐漸成為電力自動化通信的主力軍。
1.3 電力線載波通信（PLC）
用電力線實現可靠的通信一直是電力工業界致力研究的課題之一。經過幾十年的努力，輸電線上的電力線載波通信已由過去專門提供話音業務發展到傳輸繼電保護、遠動、計算機控制信息等綜合業務，逐漸接近了實用化和商業化階段。
在配電網電力線上實現通信與在輸電網電力線上實現通信其基本原理相同，但兩者的環境條件有很大不同。首先，在設計通信系統時的最基本要求是保證有足夠大的信噪比，相比之下配電網電力線上的噪聲與干擾是非常嚴重的。其次還有配電網絡的阻抗隨之發生變化引發的問題以及信號的失真問題。
隨著遠程自動化抄表、電力負荷管理、配電網絡信息管理、智能住宅小區等技術市場的迅猛發展，各國電力部門對開發以中低壓配電網電力線為媒介的電力通信系統表現出極大的興趣。美國的PLC產品已經越來越多的用于公共事業和商業服務，預計到2002年銷售額可達10億美元。韓國將投資1780萬美元開發研制2～10Mbps的電力線路調制解調器，并將在今后5年內為韓國帶來50億美元的收益。利用配電線傳輸高速數據信息可以使電網管理更加規范合理，對實現電能和高速數據的雙重傳輸具有重要的實際意義。此外，電力公司本身即具有網絡遍及所有家庭和單位的先天優勢，由此帶來的網絡投資費用的節省極為可觀，而且隨著互連網的發展，可以為用戶提供更廣泛、更全面的服務。
2 電力自動化通信網絡的建議模式
從目前來看，國內在電力自動化的通信方式方面還沒有一個具體的標準，不僅如此，從科研和開發階段來說基本上是屬于起步階段，因此，在實際應用方面往往會缺少一些現成的可供參考的標準模式。對于本文前面部分所講的幾種通信方式，可以說各有優缺點，但還沒有一種通信方式能夠完全滿足這種網絡復雜、點數多、可靠性要求高的電力系統自動化通信。為了讓這個問題逐漸得以解決，可以在現場的實際應用中多設置一些試點，對每種通信方式的性能、可靠性和價格等方面做詳細比較，根據比較結果選擇合適的通信方式作為將來電力系統自動化通信的主要模式并加以推廣應用，以下將提出一套電力自動化通信網絡的建議模式，該模式的指導思想在于：在沒有一個完全滿足和適合電力系統自動化的通信方式之前，應當綜合利用現階段這些通信方式的各自優點來組織一個分區分層的配電自動化通信網絡。
第一層：市區的電力系統自動化分站和配電管理中心之間的通信可以通過目前規劃的光纖網絡來完成，而外縣市電力自動化分站與配電管理中心之間的通信則通過目前規劃的SDH微波通信進入市區光纖網絡后送到配電管理中心。
第二層：每一個電力自動化分站負責本區的電力自動化信息的處理并負責與配電管理中心的聯系，對于本區所在的如變電所、大用戶、主要線路開關站等主要站點與配電自動化分站之間的通信可以采用光纖通信或一點多址無線通信方式來完成。
第三層：對于每個變電所所帶的一些小的配電站和線路開關等與變電所之間可以采用擴頻通信、800MHz窄帶無線通信方式或電力線載波的通信方式。
第四層：對于居民區內部讀表、負荷控制、自動供電和調節電表等一些服務，可以通過前面所述的電力線調制解調器利用已經布好的低壓電力線進行通信。這一層的實現屬于將來配電自動化的發展相對成熟以后的事務范疇，在此基礎上進一步實現用戶端的自動控制和抄表等，或者目前新建小區需要和提前考慮的部分，它屬于自動化發展的方向和最終目的。
3 結語
通信技術與計算機技術的飛速發展為電力系統運行、維護、控制和管理實現自動化提供了先進的工具和技術基礎，龐大而復雜的電力系統要組成綜合自動化系統，必須有先進、可靠的通信網絡系統支撐，同時也要求通信系統能抵御來自于閃電、電暈、開關操作等產生的強電磁干擾。在設計和選擇電力自動化網絡系統的結構和產品時應當根據配電站的實際需求、地理位置和規模進行綜合的考慮，只有這樣才能夠讓電力系統安全、穩定、有效運行。
參考文獻：
[1]張莘茸.探討電力自動化系統的網絡安全[J].科技資訊，2011（02）.
關鍵詞：電力系統；暫態穩定；分析方法
中圖分類號：TM712 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-01
一、引言
電力系統的穩定，對于我們如今的社會來說是非常重要的。電力系統的穩定性出現了問題，意思是指在電力系統正常運行的時候，受到外界的干擾，會出現運行數值的變化。
在電力系統的穩定性出現的問題當中，我們主要可以分為兩大類，分別是靜態穩定與暫態穩定。靜態穩定是指電力系統由于受到外界的干擾之后，不會出現周期性的變化，而自動恢復到原來的電力系統狀態。而另一種暫態穩定就是在電力系統在受到外界的干擾之后，不會恢復到原來的狀態，而以一種新的運行狀態來繼續運行。所以我們要從不同的分析方法來分析電力系統的穩定性。
二、電力系統靜態穩定分析
上面我們也說過，靜態系統穩定是指在電力系統受到外界的干擾之后，本身的運行周期不會發生變化，而在干擾之后會自行的恢復的原來的運行狀態，這樣的電力系統就是靜態穩定。靜態穩定是基本上不需要我們來進行研究的，因為這樣的電力系統，它會自動調節回來，不會對我們的生活造成太大的影響。而暫態穩定在受到外界的干擾之后，不但會出現本身運行周期的變化，在震蕩之后，并不會回到原來的運行狀態，而是以一種新的狀態來運行。接下來我們將分別分析兩中電力系統的穩定。
首先我們要講述的是靜態穩定的電力系統，這種靜態的電力系統可以由以下這樣的方法來分析，比如說全特征值分析法以及部分特征值分析法等。
首先我們可以用全特征值分析法來分析，在整個電力系統形成了雅可比矩陣A后，我們可以應用QR算法來完成整個矩陣的全部特征值，通過這樣的方法來判斷整個電力系統是不是靜態穩定，這種方法具有的特點是占用的內存太大，同時整個預算的過程又太慢了，同時要是在計算大規模的電力系統的時候，就有可能出現誤差，所以這種計算分析方法只能夠應用于一些中小規模的電力系統，對于大規模的電力系統的實用性并不大[1]。
還有一種是部分特征值計算法，對于這種分析方法來說，主要就是為了關注整個矩陣中與需要分析目標相關的那一部分特征值，對于出現了震蕩的不穩現象時，也是主要關注其中較大的特征值。采用這樣的分析方法主要是針對在整個電力系統的低頻震蕩的分析，在整個矩陣中采取其中的主導特征值，這種從矩陣的部分特征值來分析的方法中，有點是將矩陣進行降階后在進行分析，而有的分析方法卻是直接在用矩陣來進行的分析計算的。以上的都是利用矩陣的特征值來進行的分析，其實在除了利用特征值來分析電力系統的穩定外，還可以用到的另一種就是頻域分析法。
三、電力系統暫態穩定分析
這中電力系統是在受到外界的干擾之后，不會恢復的到原來狀態的一種電力穩定系統。這是在電力系統受到外界大的擾動而引發的一種電磁的暫態過程，這種過程還會牽扯出機械運動的暫態過程一種相對要復雜的一種過程。在整個過程中，由于這種過程太過復雜，所以在分析這中電力系統的穩定的時候，我們需要注意一些問題。第一是不要考慮發動機對暫態過程的影響，應該電力系統中交流系統的變化。不考慮在頻率變化時對整個電力系統中對系統的參數的影響。在這樣的情況下，對于暫態穩定我們可以用以下這兩中方法來進行分析，分別是數值解法以及直接解法這兩種。
（一）數值解法
這種方法是在了解完暫態系統的微分方程以及它的代數方程之后，來計算求解的。主要應用的是各種的數值積分法來進行的求解來進行的計算分析。在這種利用各種方程來進行的計算的基礎上，我們可以拓展出交替求解法以及聯力求解法來。
首先我們要先分析的是交替求解法，這種方法可以在積分方程與代數方程兩種方程中來選擇。數值解法還應該要考慮的是對各種方程特性的適應性。在這中數值解法中主要應用到的方程可以有以下的一些方程，比如說穩定歐拉法、高斯-塞德爾迭代法、抗矩陣迭代法等。在這么多的計算方法中[2]，有一種梯形隱試積分法在計算電力暫態穩定當中具有很好的適應性。在如今的計算暫態穩定的方法中，都認為梯形積分法是最理想的一種方法了。
（二）直接解法
這種解法的中心思想是，在整個電力系統遭受到外界的干擾之后，不管是什么情況下，都會恢復到穩定的狀態。所以直接法就是在整個狀態的空間中找到一個穩定的平衡點，在以這個點為中心，將周邊的范圍作為一個穩定的區域，再使用李雅普諾夫函數來計算分析。要是出現的擾動不在穩定域內，也不可以說整個系統就是不穩定的，這也是在直接解法所占有的保守性特性。在直接的解法當中，還有一些實用的方法主要有不穩定平衡點法，勢能界面法，單機能量函數法等。這些方法都可以應用到各種復雜的電力系統中去。
在整個暫態穩定的分析方法中，除了上述的幾種方法之外，還有一種是概率分析方法，這種應用各個方面的因素來得出某些概率的方法也可以用來檢測電力系統的穩定性
四、結束語
電力系統的穩定在整個中國電網中，是占據著非常重要的作用的，它直接會影響到一個國家的發展與進步。所以本文通過分析電力系統的各種穩定性的方法，來提取出對于電力系統有幫助的穩定性分析方法，希望對于我國的電力系統有幫助。
參考文獻：
[1]薛禹勝.運動穩定性量化理論[M].南京：江蘇科學技術出版社，2009.
關鍵詞：火電廠空冷技術、直接空冷、間接空冷。
中圖分類號：TM621文獻標識碼： A
1、空冷系統概述
我國空冷技術研究工作開始于上世紀 60年代，1964年由哈爾濱空調機廠、蘭洲石油機械研究所、北京石油設計院共同開發研制的首臺空氣冷卻器裝在錦西石油五廠投入運行。1966年在哈爾濱工業大學試驗電站的 50kW機組上，首次進行了直接空冷系統的試驗。1967年在山西侯馬電廠 1.5MW機組上進行了直接空冷系統的工業性試驗。20世紀80年代慶陽石化總廠自備電站 3MW機組的直接空冷系統投運。我國應用的大型空冷技術項目是在20世紀80年代末期，1987年采用引進混凝式間接空冷系統，同時引進混凝式間接空冷技術的2×200MW混凝式間接空冷機組在山西大同第二發電廠投產，這為國產化大型空冷機組的運行提供了工程實踐經驗。
我國從1990年開始了200MW級機組混凝式空冷系統的設計工作。1993年在內蒙豐鎮電廠投產的 4×200MW混凝式間接空冷機組以及1993年在山西太原第二熱電廠投產 的2×200MW表凝式間接空冷系統（采用黃銅管HSn70-1A表面式凝汽器，散熱器是引進德國GEA公司技術生產的鋼管鋼翅片散熱器）是國家“八五”攻關的兩個課題，兩個項目的第一臺機組均在1993年投入生產運行。 2004年10月華能山西榆社投產了 2×300MW亞臨界直接空冷機組，是當時我國單機容量為最大的直接空冷機組； 2005年4月在山西大同二電廠投產了 2×600MW亞臨界直接空冷機組，是當時我國單機容量為最大的直接空冷機組。截止到2009年底，國家發改委核準的空冷機組容量已經達到了近85000MW，我國空冷機組的總裝機容量達到了近78000 MW，訂貨超過了100000MW。在建或準備建設的1000MW超超臨界空冷機組超過10臺，可以說無論在數量上還是在單機容量上我國的空冷機組都走在了世界前列。
2、電廠空冷系統的分類
（1）直接空冷系統:
直接空冷技術的發展主要是圍繞直接空冷凝汽器管束進行的，汽輪機排汽將幾乎全部在凝汽器中冷凝成冷凝水。汽輪機排出的蒸汽在凝汽器翅片管束內流動，空氣的流動也對蒸汽起到了直接冷卻的作用。此外，由于直接空冷凝汽器的突出特點，已經逐漸在世界各國進行了技術研究并得到了廣泛的推廣。在現有運行的機組中，強制的通風方式其可調控性能較好，因此也被應用到各領域中去。由于間接空冷凝汽器系統相對于直接空冷凝汽器系統設備多、維修量大、運行的難度也大。所以只能是水冷凝汽器系統和直接空冷凝汽器系統之間的一個過渡，而直接空冷凝汽器則是今后發電系統的發展方向。
（2）混合式（海勒式）間接空冷機組：
汽輪機排汽進入混合式凝汽器通過大量循環水混合冷卻（循環水水質和凝結水水質相同），少部分水進入正常的回熱系統，大部分水進入布置在空冷塔的散熱管束，被空氣冷卻。
（3）表面式（哈蒙式）間接空冷系統：汽輪機排汽進入表面式凝汽器通過大量循環水將其冷卻，循環水再進入布置在空冷塔周圍的管束，被空氣冷卻。
由于我國空冷機組多建在北方缺水地區，冬季寒冷對防凍要求較高，凝結水溫和背壓不能過低；夏季高溫天氣歷時較短，因此在新建工程中，大多數采用了直接空冷系統。
直接空冷系統受環境風的風向及風速等氣象因素的影響也較明顯。國內已發生過因強對流氣象條件導致汽輪機跳閘的事故。不利風向將影響進風、排風條件，產生熱回流，直接影響機組效率。間接空冷系統對環境氣象條件的敏感性和受環境氣象條件影響變化較小。
空冷系統技術比較（以兩臺330MW為例）
2×330MW機組的配置方案
表面式間接空冷系統按對環境風敏感程度較低的散熱器在塔內水平布置方案考慮，如采用立式布置散熱器，冷卻塔尺寸與混合式間接空冷系統基本相當。
3.1投資費用比較
3.2 耗水量運行費用比較（以兩臺330MW為例）
3.3 耗電量運行費用比較（以兩臺330MW為例）
3.4 年總費用差比較
4．結論
我國是一個嚴重缺水的國家，人均淡水資源只有世界平均值得1/5,我國東北、華北、西北地區缺水更為嚴重。隨著人口的增長，人均淡水資源占有率不斷地下降，對水的需求量卻不斷地增加，節水已成為我國國計民生的大事，水資源的可持續利用是社會可持續發展的先決條件，各行各業節約用水、合理用水已成為國家的一項戰略國策。我國的工業用水中，濕冷機組冷卻用水構成占較大比重，一臺1000MW的濕冷機組日耗水量11萬噸之多，如果機組建設大量濕冷機組，水資源的矛盾將日趨激烈，水資源的平衡將被打破，將會嚴重威脅社會發展和人類生存，而空冷機組盡管煤耗稍高，但無廢水排放和水的蒸發，故在我國富煤缺水的地區建設空冷發電機組，變輸煤為輸電，節約大量的淡水資源符合我國發展的戰略方針、政策。
參考文獻：
