專利名稱：一種智能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及治理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種智能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及治理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電能質(zhì)量是指通過(guò)公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的質(zhì)量。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應(yīng)以恒定的頻率、標(biāo)準(zhǔn)正弦波和額定電壓對(duì)用戶供電。同時(shí)，在三相交流系統(tǒng)中，各相電壓和電流的幅值大小應(yīng)相等、相位對(duì)稱且相差120度。但由于系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器和線路等設(shè)備非線性或不對(duì)稱、負(fù)荷性質(zhì)多變，加之調(diào)控手段不完善及運(yùn)行操作、外來(lái)干擾和各種故障等原因，這種理想狀態(tài)并不存在。因此，產(chǎn)生了電網(wǎng)運(yùn)行電力設(shè)備和供用電環(huán)節(jié)中的各種問(wèn)題,也就產(chǎn)生了電能質(zhì)量的概念。改革開(kāi)放以前，我國(guó)工業(yè)水平比較落后，制造業(yè)工藝比較粗糙，高、精、尖方面的先進(jìn)制造業(yè)更是缺乏，因而，諧波引起的影響與危害并不明顯，而電能質(zhì)量問(wèn)題更提不到議事日程。人們普遍認(rèn)為，只要能保證電網(wǎng)頻率的正常以及保證供電電壓在一定范圍內(nèi)，就等于保證了電網(wǎng)的電能質(zhì)量。另外從我國(guó)的電力系統(tǒng)供求關(guān)系來(lái)看，80年代之前處于計(jì)劃和短缺經(jīng)濟(jì)時(shí)期，有沒(méi)有電供用戶使用是主要問(wèn)題，自然“電能質(zhì)量”問(wèn)題就無(wú)從談起。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)過(guò)程的高度自動(dòng)化，電網(wǎng)中各種非線性負(fù)荷不斷增長(zhǎng)；各種復(fù)雜的、精密的，對(duì)電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備越來(lái)越多。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益普及，大量基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制設(shè)備和電子裝置不僅對(duì)供電電能質(zhì)量異常敏感，同時(shí)也加劇了電能質(zhì)量的進(jìn)一步惡化。由于電能質(zhì)量需要監(jiān)測(cè)的量很多而且大多是高度畸變的，傳統(tǒng)的方法是采用模擬信號(hào)的分析，監(jiān)測(cè)不同的電能質(zhì)量指標(biāo)使用不同的儀表。如傳統(tǒng)的測(cè)量電壓和電流有效值的電壓表、電流表，測(cè)量功率損耗的有功表、無(wú)功表，測(cè)量頻率的頻率表，還有諧波表、三相不平衡度計(jì)、電壓波動(dòng)和閃變儀。此類儀器的不足之處是可監(jiān)測(cè)的指標(biāo)少，通用性差、精度較低、自動(dòng)化程度較低。采用微處理器為核心的新一代數(shù)字式儀表已被廣泛應(yīng)用，核心由DSP (DigitalSignal Proceeding)所構(gòu)成。一般都可和計(jì)算機(jī)相連,構(gòu)成數(shù)據(jù)處理能力較強(qiáng)的PC+DSP主從式結(jié)構(gòu)，具有顯示、存儲(chǔ)、通信、人機(jī)對(duì)話等功能。對(duì)一個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有較好的效果。目前電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)傾向于采用永久性的固定設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，對(duì)于固定電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備而言，需要綜合考慮成本和性能進(jìn)行專門的研制?；谖⑻幚砥鞯闹悄芑娔苜|(zhì)量在線監(jiān)測(cè)設(shè)備采用嵌入式系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在設(shè)計(jì)上具有在線監(jiān)測(cè)、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時(shí)性好和成本低的特點(diǎn)。基于雙CPU的嵌入式系統(tǒng)將嵌入式DSP處理器和嵌入式微控制器相結(jié)合，通過(guò)2個(gè)CPU擴(kuò)充系統(tǒng)資源，共同分擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷，同時(shí)DSP作為高速處理器件也利于保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。這種雙CPU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和DSP的高速處理能力對(duì)于保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等強(qiáng)大功能而又不犧牲實(shí)時(shí)性起到了關(guān)鍵作用。它具有在線監(jiān)測(cè)、精度高、升級(jí)潛力大、實(shí)時(shí)性好、體積小、成本低的特點(diǎn)，既適用于現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量分析，也適用于長(zhǎng)期的在線監(jiān)測(cè)。[0008]現(xiàn)代電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大，監(jiān)測(cè)點(diǎn)越來(lái)越多，未來(lái)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)不僅局限于某一點(diǎn)，而是要實(shí)現(xiàn)同一供電系統(tǒng)、不同地點(diǎn)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，甚至實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同供電系統(tǒng)的集中監(jiān)測(cè)。在功能上，更強(qiáng)調(diào)智能化，除具有計(jì)算、顯示等功能外，還要有一定的判斷、分析、決策等功能，如能進(jìn)行事件預(yù)測(cè)、故障辨識(shí)、干擾源識(shí)別和實(shí)時(shí)控制，初步具有自動(dòng)的實(shí)用先進(jìn)的計(jì)算智能評(píng)估功能。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)水平和人民生活水平的不斷提高，非線性用電設(shè)備在電網(wǎng)中大量投運(yùn)，造成了電網(wǎng)的諧波分量占的比重越來(lái)越大。它不僅增加了電網(wǎng)的供電損耗，而且干擾電網(wǎng)的保護(hù)裝置與自動(dòng)化裝置的正常運(yùn)行，造成了這些裝置的誤動(dòng)與拒動(dòng)，直接威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。舉例說(shuō)明，電子節(jié)能燈在使用量所占比重較小的電網(wǎng)中運(yùn)行，的確比常用的白熾燈好，不僅亮度高又省電，而且使用壽命也長(zhǎng)。但是相反，在大量投運(yùn)節(jié)能燈后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)節(jié)能燈的損壞率大大提高。這是由于節(jié)能燈是非線性負(fù)荷，它產(chǎn)生較大的諧波污染了這一片電網(wǎng)，造成三相負(fù)荷基本平衡情況下，中心線電流居高不下，線電壓與相電壓之比比I要小得多，造成了該片電網(wǎng)供電質(zhì)量下降，用電設(shè)備發(fā)熱增加，電網(wǎng)線損增力口，使得該區(qū)的配變發(fā)熱嚴(yán)重，嚴(yán)重影響其使用壽命。因此，對(duì)用電設(shè)備電能質(zhì)量的有效監(jiān)控，可以及時(shí)反映出電網(wǎng)中的電能質(zhì)量問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)測(cè)和綜合的治理。新一代智能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及其治理系統(tǒng)通過(guò)前端高精度智能采集裝置采集有關(guān)電能質(zhì)量信息，并將相關(guān)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和路由器傳至中心接入機(jī)，在此進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，然后再提交至上位機(jī)，由上位機(jī)發(fā)出相關(guān)指令，并對(duì)有關(guān)治理設(shè)備發(fā)出控制指令，在實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)控的基礎(chǔ)上對(duì)電網(wǎng)中存在的電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行治理。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種智能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及治理系統(tǒng)，以克服目前現(xiàn)有技術(shù)存在的無(wú)法同時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)和在電網(wǎng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行處理的問(wèn)題。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種智能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及治理系統(tǒng)，包括上位機(jī)PC，所述上位機(jī)PC連接有中心接入機(jī)、有源電力濾波器和無(wú)功補(bǔ)償器，所述中心接入機(jī)連接有若干路由器，路由器連接有若干控制單元DDC，控制單元DDC連接有數(shù)據(jù)采集控制單元；所述上位機(jī)PC包括微型計(jì)算機(jī)，微型計(jì)算機(jī)連接有彩色監(jiān)控器、高速打印機(jī)和UPS電源；所述數(shù)據(jù)采集控制單元包括傳感器，傳感器連接有分析處理模塊，分析處理模塊上設(shè)有顯示單元，分析處理模塊連接有數(shù)據(jù)傳輸模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊與所述控制單元DDC連接；所述有源電力濾波器包括斷路器，斷路器連接有控制PCB，控制PCB連接有電源PCB和逆變器，逆變器分別與電抗器和電容器連接，電抗器連接有預(yù)充電接觸器，預(yù)充電接觸器并聯(lián)有預(yù)充電電阻，預(yù)充電電阻連接有電抗器；所述控制PCB包括諧波分離電路，諧波分離電路連接調(diào)節(jié)和檢測(cè)電路，調(diào)節(jié)和檢測(cè)電路連接驅(qū)動(dòng)電路。進(jìn)一步的，所述中心接入機(jī)與上位機(jī)PC采用串口 RS232通信，中心接入與路由器采用CAN通信。進(jìn)一步的，所述路由器與控制單元DDC采用CAN通信。本實(shí)用新型的有益效果為實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波含量、電壓的閃變和擾動(dòng)、頻率的偏差、不平衡度和功率因數(shù)等電能質(zhì)量參數(shù)，并進(jìn)行電能質(zhì)量分析和故障分析，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)中出現(xiàn)的電能質(zhì)量問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行治理，最終提高了電網(wǎng)供電的電能質(zhì)量，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，為電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供保障。

下面根據(jù)附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的一種智能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及治理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的一種智能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及治理系統(tǒng)的有源電力濾波器的電氣原理圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的一種智能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及治理系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)原理框圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例所述的一種智能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及治理系統(tǒng)，包括上位機(jī)PC，所述上位機(jī)PC連接有中心接入機(jī)、有源電力濾波器和無(wú)功補(bǔ)償器，所述中心接入機(jī)連接有若干路由器，路由器連接有若干控制單元DDC，控制單元DDC連接有數(shù)據(jù)采集控制單元；所述上位機(jī)PC包括微型計(jì)算機(jī)，微型計(jì)算機(jī)連接有彩色監(jiān)控器、高速打印機(jī)和UPS電源；所述數(shù)據(jù)采集控制單元包括傳感器，傳感器連接有分析處理模塊，分析處理模塊上設(shè)有顯示單元，分析處理模塊連接有數(shù)據(jù)傳輸模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊與所述控制單元DDC連接；。所述中心接入機(jī)與上位機(jī)PC采用串口 RS232通信，中心接入與路由器采用CAN通信。所述路由器與控制單元DDC采用CAN通信。如圖2所示，所述有源電力濾波器包括斷路器，斷路器連接有控制PCB，控制PCB連接有電源PCB和逆變器，逆變器分別與電抗器和電容器連接，電抗器連接有預(yù)充電接觸器，預(yù)充電接觸器并聯(lián)有預(yù)充電電阻，預(yù)充電電阻連接有電抗器；所述控制PCB包括諧波分離電路，諧波分離電路連接有調(diào)節(jié)和檢測(cè)電路，調(diào)節(jié)和檢測(cè)電路連接有驅(qū)動(dòng)電路。有源電力濾波器的基本原理為(如圖2):斷路器合閘后，有源電力濾波器首先通過(guò)預(yù)充電電阻對(duì)DC母線的電容器充電，這個(gè)過(guò)程是防止上電后對(duì)DC母線電容器的瞬間沖擊。當(dāng)母線電壓Vdc達(dá)到額定值后，預(yù)充電接觸器閉合。直流電容作為儲(chǔ)能元件，通過(guò)IGBT逆變器和內(nèi)部電抗器向外輸出補(bǔ)償電流提供
倉(cāng)tfi。有源電力濾波器通過(guò)外部互感器采集電流信號(hào)送至控制PCB的諧波分離模塊，該模塊將基波成分分離，將諧波成分送至調(diào)節(jié)和監(jiān)測(cè)模塊。該模塊會(huì)將采集到的系統(tǒng)諧波成分和ACTSine已發(fā)出的補(bǔ)償電流比較，得到差值作為實(shí)時(shí)補(bǔ)償信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)電路，觸發(fā)IGBT逆變器將補(bǔ)償諧波電流注入到電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)濾除諧波的功能。具體使用時(shí)，所述有源電力濾波器對(duì)存在的諧波進(jìn)行治理，消除因諧波過(guò)大而影響設(shè)備的正常運(yùn)行。如圖3所示，所述無(wú)功補(bǔ)償器根據(jù)電網(wǎng)中的無(wú)功類型，人為地補(bǔ)償容性無(wú)功或感性無(wú)功來(lái)抵消線路中的無(wú)功功率，采用了基于直流側(cè)電容電壓控制和電流環(huán)反饋控制，從瞬時(shí)有功和無(wú)功能量在系統(tǒng)中傳遞的角度出發(fā)，以保持直流側(cè)電容電壓和發(fā)出的電流為系統(tǒng)的無(wú)功電流為目標(biāo)，建立了雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)是直流電壓控制環(huán)，內(nèi)環(huán)是交流電流控制環(huán)。就可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、快速的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，從而達(dá)到降低配電線路的線損、改善電網(wǎng)供電質(zhì)量的目的。所述數(shù)據(jù)采集控制單元對(duì)運(yùn)行中的電流、電壓、諧波含量進(jìn)行采集，向檢控后臺(tái)提供分析依據(jù)。數(shù)據(jù)采集裝置主要由傳感器、分析處理模塊、顯示單元、數(shù)據(jù)傳輸模塊4部分組成。數(shù)據(jù)采集裝置通過(guò)傳感器可監(jiān)測(cè)三相電壓、三相電流的諧波、電壓變動(dòng)和閃變，功率因數(shù)，有功、無(wú)功、頻率燈參數(shù)，諧波可監(jiān)測(cè)2-60次。分析處理模塊以TMS320F2812為核心處理器，在分析穩(wěn)態(tài)諧波和暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題時(shí)分別采用所向倍頻電路和TMS320F2812眾的事件管理器觸發(fā)A/D裝換，通過(guò)做FFT檢測(cè)電網(wǎng)中的穩(wěn)態(tài)諧波成分，利用小波變換分析暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題，并通過(guò)顯示單元顯示出所測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂茊卧狣DC形成控制命令，由CAN接口接收并根據(jù)命令對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行配置達(dá)到對(duì)相關(guān)設(shè)備的控制目的。所述上位機(jī)PC :對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，向底層設(shè)備發(fā)出控制命令和配置信息，并接收和處理下層上傳的數(shù)據(jù)。所述中心接入機(jī)將路由器上傳信息進(jìn)行分類打包上傳至管理層上位機(jī)PC。所述路由器用來(lái)將各點(diǎn)智能采集裝置數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾砥脚_(tái)。所述小電流接地裝置此裝置可及時(shí)、準(zhǔn)確的定位小電流接地點(diǎn)，及時(shí)配合工作人員解決小電流接地問(wèn)題。智能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及其治理系統(tǒng)分析軟件給采集裝置采回的數(shù)據(jù)建立歷史數(shù)據(jù)庫(kù)供，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，報(bào)出結(jié)論顯示在服務(wù)器上，并控制有源電力濾波器和無(wú)功補(bǔ)償器對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行功率和補(bǔ)償。本實(shí)用新型不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人在本實(shí)用新型的啟示下都可得出其他各種形式的產(chǎn)品，但不論在其形狀或結(jié)構(gòu)上作任何變化，凡是具有與本申請(qǐng)相同或相近似的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種智能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及治理系統(tǒng)，包括上位機(jī)PC，其特征在于所述上位機(jī)PC連接有中心接入機(jī)、有源電力濾波器和無(wú)功補(bǔ)償器，所述中心接入機(jī)連接有若干路由器，所述路由器連接有若干控制單元DDC，控制單元DDC連接有數(shù)據(jù)采集控制單元；所述數(shù)據(jù)采集控制單元包括傳感器，傳感器連接有分析處理模塊，分析處理模塊上設(shè)有顯示單元，分析處理模塊連接有數(shù)據(jù)傳輸模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊與所述控制單元DDC連接；所述上位機(jī)PC包括微型計(jì)算機(jī)，微型計(jì)算機(jī)連接有彩色監(jiān)控器、高速打印機(jī)和UPS電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及治理系統(tǒng)，其特征在于所述中心接入機(jī)與上位機(jī)PC采用串口 RS232通信，中心接入機(jī)與路由器采用CAN通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種智能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及治理系統(tǒng)，其特征在于所述路由器與控制單元DDC采用CAN通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及治理系統(tǒng)，其特征在于所述有源電力濾波器包括斷路器，斷路器連接有控制PCB，控制PCB連接有電源PCB和逆變器，逆變器分別與電抗器和電容器連接，電抗器連接有預(yù)充電接觸器，預(yù)充電接觸器并聯(lián)有預(yù)充電電阻，預(yù)充電電阻連接有電抗器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種智能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及治理系統(tǒng)，其特征在于所述控制PCB包括諧波分離電路，諧波分離電路連接調(diào)節(jié)和檢測(cè)電路，調(diào)節(jié)和檢測(cè)電路連接驅(qū)動(dòng)電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種智能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及治理系統(tǒng)，包括上位機(jī)PC，所述上位機(jī)PC連接有中心接入機(jī)、有源電力濾波器和無(wú)功補(bǔ)償器，所述中心接入機(jī)連接有若干路由器，路由器連接有若干控制單元DDC，控制單元DDC連接有數(shù)據(jù)采集控制單元；所述上位機(jī)PC包括微型計(jì)算機(jī)，微型計(jì)算機(jī)連接有彩色監(jiān)控器、高速打印機(jī)和UPS電源。本實(shí)用新型的有益效果為實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波含量、電壓的閃變和擾動(dòng)、頻率的偏差、不平衡度和功率因數(shù)等電能質(zhì)量參數(shù)，并進(jìn)行電能質(zhì)量分析和故障分析，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)中出現(xiàn)的電能質(zhì)量問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行治理，最終提高了電網(wǎng)供電的電能質(zhì)量，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，為電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供保障。
文檔編號(hào)H02J3/00GK202840691SQ20122051622
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者張斌, 張辰, 魏紅艷, 賈曉紅 申請(qǐng)人:山西巨安電子技術(shù)有限公司