电能质量监测屏是一种用于实时采集、分析、显示和存储电力系统电能质量参数的专门设备，核心目标是识别电压波动、谐波畸变、频率偏差等异常，确保电网稳定运行和用电设备安稳。其工作原理可分为信号采集→信号处理→数据分析→结果显示与存储→通信与告警五大环节，具体如下：

一、信号采集：从电网获取原始电信号

电能质量监测的基础是采集电力系统的三相电压（如线电压/相电压）和三相电流信号，部分场景还需采集功率、频率、相位等衍生信号。

传感器选择：

电压信号：通过电压互感器（PT/CT中的PT）或电阻分压器将高电压（如10kV、380V）转换为低电压（如0~5V、4~20mA），避免直接接入损坏监测电路；

电流信号：通过电流互感器（CT）或罗氏线圈将大电流（如数百安培）转换为小电流（如0~5A、0~1A）或电压信号；

非接触式采集：部分新型监测屏采用光学电压/电流传感器（OVT/OCT），利用法拉第磁光效应或泡克尔斯效应实现无源、抗干扰的信号采集。

同步采样：为确保多通道信号的时间一致性（如三相电压/电流的相位关系），需通过GPS时钟模块或电网频率同步信号实现同步采样，避免相位误差影响谐波、不平衡度等分析结果。

二、信号处理：将模拟信号转换为可分析的数字信号

采集到的电压/电流信号为模拟信号，需经过处理转换为数字信号才能被后续电路分析：

滤波预处理：先通过抗混叠滤波器（低通滤波器）滤除信号中高于“奈奎斯特频率”（采样频率的1/2）的高频噪声，避免采样时出现“混叠效应”（高频信号被误判为低频）；

模数转换（ADC）：将滤波后的模拟信号转换为数字信号，核心是采样保持电路和ADC芯片（将电压值转换为二进制数字，分辨率通常为16位、24位甚至更高，分辨率越高，信号还原越准确）。

三、数据分析：提取电能质量关键参数

数字信号经处理器运算，依据国际标准（如IEC 61000-4-30、IEEE 1159、GB/T 12325-2008等）计算各项电能质量指标，主要包括：

1. 基本电量参数

电压/电流有效值（RMS）：反映信号的幅值大小，是衡量功率的核心参数；

有功功率、无功功率、视在功率、功率因数：描述电能的传输效率；

频率：电网基波频率（我国为50Hz±0.2Hz），频率偏差会影响电机转速、电子设备精度。

2. 电压质量参数

电压偏差：实际电压与额定电压的差值百分比（如220V系统允许偏差±7%）；

电压波动与闪变：电压幅值的快速变化（波动）引起灯光闪烁的主观感受（闪变），需通过闪变仪算法（如IEC闪变模型）量化；

三相电压不平衡度：三相电压幅值或相位的不对称程度（标准限值≤2%），会导致电机发热、损耗增加。

3. 电流质量参数

谐波含量：电流/电压中频率为基波整数倍的分量（如3次、5次谐波），需计算总谐波畸变率（THD）（各次谐波有效值与基波有效值的比值，GB/T 12326规定公共电网THD≤5%）；

间谐波：频率为非基波整数倍的分量（如2.5次、7.3次），易导致精密仪器误动作；

电流不平衡度：三相电流的不对称程度，同样会引发设备损耗。

四、结果显示与存储：直观呈现与历史追溯

本地显示：通过液晶显示屏（LCD）或触摸屏以图形化方式展示实时数据（如电压波形、谐波频谱图、功率趋势）、参数数值及告警状态（如红色报警灯、文字提示）；

数据存储：将实时数据、事件记录、统计数据存储在本地存储器（如SD卡、硬盘）或云端服务器中，支持历史数据查询（如回放某时段电压暂降波形）、报表生成（如日谐波过标次数统计）；

人机交互：用户可通过按键、触摸屏设置监测参数（如告警阈值、采样频率）、切换显示界面。

五、通信与告警：实现远程监控与异常预警

通信接口：监测屏需具备多种通信方式，实现与上位机（如电力监控系统、后台服务器）的数据交互：

有线通信：RS485（Modbus协议）、以太网、USB（本地导出数据）；

无线通信：GPRS/4G/5G、LoRa、Wi-Fi（适用于偏远站点或无布线场景）；

告警机制：当监测参数高于预设阈值（如电压暂降高于10%、THD高于5%）时，监测屏立即触发声光告警（蜂鸣器、指示灯闪烁），并通过通信接口向后台发送告警信息（含时间、参数、事件类型），提醒运维人员及时处理。