港口电网电能质量监测系统的指标分级显示方法技术领域
本发明涉及电网电能质量监测技术，尤其涉及港口电网电能质量监测的指标分级
显示方法。
技术背景
随着电力电子技术发展，港口电网中广泛使用大功率交-直-交变频驱动起重设备
以及大容量PWM变流岸电电源，产生2k±1次(k为正整数)谐波以及与功率器件开关频率相
关的高次谐波及间谐波，并向电网注入负序电流。同时，起重机运行过程中频繁的起升、下
降等功率冲击现象，产生电压暂态变化干扰。为此，建立一套严密有效的港口电网谐波监测
系统，实时监测与分析电网重要节点的谐波状况，对保证电网的安全运行具有重要的意义。
常规电能质量监测系统一般以曲线、波形、表格等形式提供电能质量指标数据，而
大多数港口电气人员对电能质量指标的分析能力相当有限，难以快速正确地判断当前电能
质量对港口电气设备与信息设备以及电网的运行是否产生不良影响。
本发明在保留电能质量监测系统原有功能的基础上，增加了指标分级显示模块，
将电能质量单项指标和综合指标按其劣化程度以绿-黄-红三种颜色分级显示。电气人员可
以根据直观形象的指标颜色，了解电能质量的状况以及对港口设备与电网产生的影响，也
为深入分析电能质量问题的根源提供方便。
发明内容
针对上述现状与相关技术存在的问题，本发明应用电能质量评估技术，提出在常
规电网电能质量监测系统增加电能质量指标分级显示模块。该模块通过对电能质量监测数
据的挖掘，应用合理的评定策略，将电能质量的单项指标和综合指标按其劣化的严重程度
分别以绿-黄-红三种颜色分级显示。指标显示色标绿色表示正常，不会产生不良后果；黄色
表示警告，指标开始劣化，可以继续运行，但需要检查劣化原因；红色表示越限，指标严重劣
化，需要停机检修，排除导致指标劣化的故障。
电气人员利用联网计算机终以Web形式或智能手机APP形式，通过监测系统的电能
质量分级显示模块，准确了解港口电网各监测点的电能质量状况，以及对运行设备产生的
影响，为港口设备与电网安全运行提供保障。
本发明港口电网电能质量监测系统的指标分级显示方法的具体技术方案如下：
港口电网电能质量监测系统由监测终端、传输网络和监测中心三部分组成。监测
终端分布式地安装在港口电网重大负载的区域节点现场，完成对电网电流电压数据采集、
处理、计算与分析，然后经串口传送给数据传送单元(DTU)。DTU对数据进行TCP/IP协议处
理，然后通过无线网络与Internet网络传送到监测中心的服务器。监测中心服务器利用固
定的IP地址与端口号接入Internet，一方面与监测终端进行双向通信，实现数据无线传输；
另一方面通过Internet网和无线通信网发布电能质量监测数据，用户通过计算机或智能手
机监测与查询港口电网各区域节点电能质量状况。
电能质量指标分级显示方法的实现流程包括指标确定、标准选择、分级评定、和分
级显示四个步骤。1)指标选定
衡量电能质量的各类指标分为两大类：暂态或离散型事件和稳态或连续型扰动。
本发明根据相关标准和港口电网实际情况，暂态指标选定为断电、电压暂降和电压暂升，稳
态指标选定为电压偏差、频率偏差、谐波、三相不平衡、电压波动和电压闪变。
2)标准选择
电能质量暂态指标涉及断电、电压暂降和电压暂升，可能对港口的信息设备如计
算机等产生影响，本发明选择美国CBEMA-ITIC标准，它是目前评估暂态电能质量事件影响
的一个重要依据。CBEMA-ITIC曲线划分为三个电压范围，分别为容忍区、设备无损坏区和禁
止区(设备损坏区)。容忍区域内，设备一般运行性能均能正常发挥；设备无损坏区内，包括
电压下跌及中断(容忍曲线的下部)，设备的正常功能将不能保证发挥，但不致于对设备自
身构成损坏；禁止区(设备损坏区)内，包括任何电压浪涌或上升事件(容忍曲线上部)，信息
设备将被损坏。
针对稳态指标，本发明选择我国的电能质量标准，包括GB/T12325-2008(供电电
压偏差)、GB/T12326-2008(电压波动和闪变)、GB/T14549-1993(公用电网谐波)、GB/T
15543-2008(三相电压不平衡)、GB/T15945-2008(电力系统频率偏差)、GB/T18481-2001
(暂时过电压和瞬态过电压)。
3)分级评定
电能质量分级评定是基于电能质量数据库中在监测周期内的测量数据，结合所选
标准的数据，评定出单项暂态指标等级、单项稳态指标与综合指标等级，正确反映监测周期
内电网区域节点的电能质量水平。在本发明中，监测周期分为日、周、月和年4档。
(1)暂态指标评定
如果指标的电压幅值和持续时间位于CBEMA-ITIC曲线容忍区域内，则该指标归为
“无影响”，否则归为“可能有影响”。然后，统计暂态指标在给定监测周期时间内出现的“可
能有影响”的事件数量，折算其24小时内出现频度：
N 24 _ i = n t o t a l _ i F c * 24 - - - ( 1 ) ]]>
式中，ntotal_i为第i个暂态指标在监测周期时间内出现的“可能有影响”的事件总
数；Fc为时间因子，监测周期时间为日时，Fc＝1，为周时Fc＝7，其余类推。
依据“可能有影响”的事件出现频度，评定第i个暂态指标的等级：
式中，N24y_i和N24r_i分别为第i个暂态指标的黄色等级和红色等级的频度阈值。
(2)稳态指标评定方法
按照选择的标准，确定各稳态指标黄与红等级的幅度阈值，以及黄与红等级的时
间比例阈值tly_i与tlr_i。统计监测周期内第i个指标测量数据越限黄、红等级的幅度阈值
(Aly_i与Alr_i)的时间Ty_i与Tr_i。由于红色等级的幅度阈值(Alr_i)大于黄色等级的幅度阈值
(Aly_i)，越限Alr_i必越限Aly_i，因此Ty_i大于等于Tr_i。
根据监测周期内黄、红等级的越限时间，计算监测周期内黄、红等级的越限时间比
例：
t y _ i = T y _ i T t r _ i = T r _ i T - - - ( 3 ) ]]>
式中，ty_i与tr_i分别为黄、红等级的越限时间比例，T为监测周期时间。
根据越限时间比例，评定第i个稳态指标的等级：
(3)综合指标评定方法
本发明综合指标评定方法基于木桶短板效应原理，单项指标中最差等级即为综合
指标的颜色等级。
4)分级显示
提供监测周期时间分别为：一日、一周、一月和一年共4档的电能质量综合指标等
级显示。
附图说明
图1电能质量指标分级显示
图2电能质量监测系统结构
图3电能质量指标分级显示流程
图4CBEMA-ITIC曲线
具体实施方式
具有指标分级显示功能的港口电网电能质量监测系统由监测终端、传输网络和监
测中心三部分组成，如图2所示。监测终端分布式地安装在港口电网重大负载的区域节点现
场，完成对电网电流电压数据采集、处理、计算与分析，然后经串口传送给数据传送单元
(DTU)。DTU对数据进行TCP/IP协议处理，然后通过无线网络与Internet网络传送到监测中
心的服务器。监测中心服务器利用固定的IP地址与端口号接入Internet，一方面与监测终
端进行双向通信，实现数据无线传输；另一方面通过Internet网和无线通信网发布电能质
量监测数据，用户通过计算机或智能手机监测与查询港口电网各区域节点电能质量状况。
电能质量指标分级显示方法的实现流程如图3所示，包括电能质量指标选定、电能
质量标准选择、电能质量分级评定、电能质量分级显示。
1)指标选定
衡量电能质量的各类指标分为两大类：暂态或离散型事件和稳态或连续型扰动。
本发明根据相关标准和港口电网实际情况，暂态指标选定为断电、电压暂降和电压暂升，稳
态指标选定为电压偏差、频率偏差、谐波、三相不平衡、电压波动和电压闪变。
2)标准选择
电能质量暂态指标涉及断电、电压暂降和电压暂升，可能对港口的信息设备如计
算机等产生影响，本发明选择美国CBEMA-ITIC标准，它是目前评估暂态电能质量事件影响
的一个重要依据，其曲线如图4所示。CBEMA-ITIC曲线划分为三个电压范围，分别为容忍区、
设备无损坏区和禁止区(设备损坏区)。容忍区域内，设备一般运行性能均能正常发挥；设备
无损坏区内，包括电压下跌及中断(容忍曲线的下部)，设备的正常功能将不能保证发挥，但
不致于对设备自身构成损坏；禁止区(设备损坏区)内，包括任何电压浪涌或上升事件(容忍
曲线上部)，信息设备将被损坏。
针对稳态指标，本发明选择我国的电能质量标准，包括GB/T12325-2008(供电电
压偏差)、GB/T12326-2008(电压波动和闪变)、GB/T14549-1993(公用电网谐波)、GB/T
15543-2008(三相电压不平衡)、GB/T15945-2008(电力系统频率偏差)、GB/T18481-2001
(暂时过电压和瞬态过电压)。
3)分级评定
电能质量分级评定是基于电能质量数据库中在监测周期内的测量数据，结合所选
标准的数据，评定出单项暂态指标等级、单项稳态指标与综合指标等级，正确反映监测周期
内电网区域节点的电能质量水平。在本发明中，监测周期分为日、周、月和年4档。
(1)暂态指标评定
如果指标的电压幅值和持续时间位于CBEMA-ITIC曲线容忍区域内，则该指标归为
“无影响”，否则归为“可能有影响”。例如，电压幅值暂降至40％，持续时间300ms，位于容忍
区域外，则电压暂降指标归为“可能有影响”；电压幅值暂降至80％，持续时间100ms，位于容
忍区域内，则电压暂降指标归为“无影响”。然后，统计暂态指标在给定监测周期时间内出现
的“可能有影响”的事件数量，折算其24小时内出现频度：
N 24 _ i = n t o t a l _ i F c * 24 - - - ( 1 ) ]]>
式中，ntotal_i为第i个暂态指标在监测周期时间内出现的“可能有影响”的事件总
数；Fc为时间因子，监测周期时间为日时，Fc＝1，为周时Fc＝7，其余类推。
依据“可能有影响”的事件出现频度，评定第i个暂态指标的等级：
式中，N24y_i和N24r_i分别为第i个暂态指标的黄色等级和红色等级的频度阈值。
(2)稳态指标评定方法
按照选择的标准，确定各稳态指标黄与红等级的幅度阈值，以及黄与红等级的时
间比例阈值tly_i与tlr_i。统计监测周期内第i个指标测量数据越限黄、红等级的幅度阈值
(Aly_i与Alr_i)的时间Ty_i与Tr_i。由于红色等级的幅度阈值(Alr_i)大于黄色等级的幅度阈值
(Aly_i)，越限Alr_i必越限Aly_i，因此Ty_i大于等于Tr_i。
根据监测周期内黄、红等级的越限时间，计算监测周期内黄、红等级的越限时间比
例：
t y _ i = T y _ i T t r _ i = T r _ i T - - - ( 3 ) ]]>
式中，ty_i与tr_i分别为黄、红等级的越限时间比例，T为监测周期时间。
根据越限时间比例，评定第i个稳态指标的等级：
例如，对于谐波指标，黄、红等级的幅度阈值分别为3％与5％，而黄、红等级的时间
比例阈值均为监测周期时间的5％。当监测周期取24小时，如果谐波含量高于3％的时间大
于72分钟，则谐波指标等级评定为黄色；如果谐波含量高于5％的时间大于72分钟，则谐波
指标等级评定为红色；否则，谐波指标等级评定为绿色。
(3)综合指标评定方法
本发明综合指标评定方法基于木桶短板效应原理，单项指标中最差等级即为综合
指标的颜色等级。
4)分级显示
用户利用“电能质量指标分级显示”界面监测质量状况。“监测节点”下拉框，选择
港口电网被监测的区域节点编号。监测周期时间分为：一日、一周、一月和一年4档，分别由
“最近一日”、“最近一周”、“最近一月”和“最近一年”4个标签表示。如果选择监测周期时间
为一周，则点击“最近一周”标签，“最近一周”标签以独有的深色显示，如图1所示，“最近一
周”标签下方的综合指标色标呈现绿-黄-红之一(“最近一日”、“最近一月”和“最近一年”标
签下方的综合指标色标呈现会暗色，表示没选中)，显示最近一周内电能质量综合指标等
级，所有单项指标色标呈现绿-黄-红之一，显示最近一周内该指标等级。