基于MODBUS-TCP的电能质量监测系统-专业论文-自动化应用案例

基于MODBUS-TCP的电能质量监测系统

发布日期：2018-07-26 来源：《智慧工厂》6期作者：高吉增刘媛媛浏览次数：23920

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【摘　要】：利用支持MODBUS-TCP通信协议的电能质量监测终端、OPC服务器和组态软件，实现了变电站各设备电能质量的在线监测。系统能够实时监测各设备的谐波含有率、谐波总畸变率、三相电压不平衡度、闪变、电压偏差、电压波动、频率、各次谐波有功功率、无功功率、功率因数、相移功率因数、有效值、正负序等电能质量数据。

关键词：MODBUS-TCP OPC 电能质量

Abstract: The power quality monitoring terminal which supporting MODBUS-TCP communication protocol, OPC server and configuration software are used to realize the on-line monitoring of the power quality of substation. The system can monitor the harmonic content rate, total harmonic distortion rate, three-phase voltage imbalance, flicker, voltage deviation, voltage fluctuation, frequency, harmonic active power, reactive power, power factor, phase shift power factor, effective value, positive and negative order and other power quality data in real time.

Key words: MODBUS-TCP OPC Power quality

【中图分类号】TL363 【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2018）06-0000-00

1 引言

随着电力电子技术的发展，直流输电、大功率单相整流技术在工业部门和用电设备上被广泛应用，如大功率可控硅器件、开关电源、变频调速等，这些典型非线性负荷将从电网吸入或注入谐波电流，从而引起电网电压畸变，使电网波形受到污染，供电质量恶化，附加损失增加，传输能力下降。在电网中，三相负荷不平衡、电力系统谐振接地等会产生负序，大功率整流和非线性设备等会产生谐波，电能质量下降，严重威胁供电、用电设备的安全运行^[1-3]。

项目利用电能质量监测终端、OPC服务器和组态软件建立了基于MODBUS-TCP的电能质量监测系统，实现了各种电能质量数据的在线监测。

2 系统设计

2.1 系统需求

系统需要监测是电能质量数据如表1所示。

表1电能质量监测数据

基本测量

电网频率；电压、电流有效值；总的有功、无功功率、功率因数

基本监测指标

a) 三相基波电压、电流有效值，基波功率、功率因数、相位等；

b) 电压偏差；

c) 频率偏差；

d) 三相电压不平衡度、三相电流不平衡度、负序电压、电流；

e) 谐波（2～63次）。包括电压、电流的总谐波畸变率、各次谐波含有率、幅值、相位，各次谐波的有功、无功功率等；

f) 电压波动、闪变；

高级监测指标

a) 间谐波；

b) 电压骤升、骤降、短时中断；

2.2 系统结构

系统整体结构如图1所示，可分为现场采集层和数据呈现层。其中现场采集层由10台电能质量监测终端组成，用于采集各监测点的各种电能质量数据；数据呈现层由上位机组成，主要用于电能质量数据的呈现、报警、存储、报表等功能。两层之间采用工业以太网通讯，通讯协议为MODBUS-TCP。设备及软件清单如表2所示。

表2 设备及软件清单

名称	型号	单位	数量	备注
电能质量监测终端		块	10	支持MODBUS-TCP
光纤收发器	TPLINK	块	2
交换机	华为H3C	台	1	16口
OPC服务器软件	KEPSERVER	套	1
组态软件	INTOUCH	套	1

3 MODBUS-TCP简述和电能质量监测终端

MODBUS是MODICON公司于1979年开发的一种通讯协议，是一种工业现场总线协议标准。1996年施耐德公司推出了基于以太网TCP/IP的MODBUS协议——MODBUS-TCP。

MODBUS/TCP使MODBUS_RTU协议运行于以太网，MODBUS TCP使用TCP/IP和以太网在站点间传送MODBUS报文，MODBUS TCP结合了以太网物理网络和网络标准TCP/IP以及以MODBUS作为应用协议标准的数据表示方法。MODBUS TCP通信报文被封装于以太网TCP/IP数据包中。与传统的串口方式，MODBUS TCP插入一个标准的MODBUS报文到TCP报文中，不再带有数据校验和地址。

本文采用的是广州致远电子有限公司生产的E2000型电能质量监测终端，其是经过长期市场调研，专门针对企业级用户自主研发的一款电能质量监测装置，主要应用于大型高耗能企业、能源治理、通讯机房、科研与检测机构等行业，E2000体积小巧，性价比高，并支持多种通讯协议，凭借其精准的市场定位和成熟稳定的性能，迅速得到市场的响应，广泛应用于企业级电能质量的监测与分析。其MODBUS通讯协议可在官网下载，限于篇幅这里不再赘述。

4 KEPSERVER和INTOUCH软件配置

本文所采用的OPC服务器软件为KEPSERVER，组态软件为INTOUCH。配置步骤如下：

(1)添加通道：通道类型选择“Modbus TCP/IP Ethernet”，如图2所示。