CN101777794B - 一种电能质量优化与控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种电能质量优化与控制系统和方法，电能质量优化与控制系统由电能监测仪、互联网或企业局域网、系统服务器、工业PC机、和电能质量调节设备组成，所述电能监测仪设置在电设备受电点和电能质量调控设备输出点，电能监测仪的输出通过互联网或企业局域网连接系统服务器，系统服务器的控制信号经互联网或企业局域网传输给相应电能质量调控设备的工业PC机；所述电能质量调节设备包括有源电力滤波器、静止无功发生器、基于相电压补偿且各相相互独立的串并联组合式动态电压调节器。
Description
技术领域：
本发明涉及电能质量控制领域，特指一种用于厂矿企业的电能质量优化与控制的方法与系统，根据实时检测的企业配网的电力参数，以电能质量标准数据和企业用电设备的电能质量敏感度数据为目标参数，通过模糊神经网络系统对电能质量进行优化计算，输出相应的控制量，调节电能质量控制设备，从而达到企业配网电能质量实时控制与调节的目的。
背景技术：
随着电子技术的发展，厂矿企业大量采用自动控制技术，而各类自动控制设备对电能质量的波动比较敏感，劣质电能质量不仅会导致能耗的增加，更严重的是往往引起电子控制装置的误操作，甚至造成设备损坏和生产中断。因此电能质量的控制与调节已成为电力管理的一个重要领域，产生了许多的控制方法与系统，如兼具无功补偿和综合电能质量调节功能的发明专利——“分布式综合电能质量调节装置”(专利发明人：卢强；梅生伟；陈菊明；桂小阳；刘锋，申请号：200410004527.8，申请日：2004.02.20)；在系统与负荷之间起隔离作用，保证系统不受负荷谐波电流的影响，也使负荷不受系统侧电能质量影响的发明专利——“统一电能质量控制器”(专利发明人：姜齐荣；沈斐；虞苍壁；黄炜，申请号：200410070072.X，申请日：2004.08.11)；进行分相控制的发明专利——“电能质量监测控制器”(发明(设计)人：吴为麟，申请号：200241704.9，申请日：2000.07.01)；模块化控制的实用新型专利——“动态电能质量检测控制装置”(发明人：陈德彪；卫建勋，申请号：200720085618.8，申请日：2007.07.02)；在解决相间无功不平衡问题的同时，解决电力系统中交流电压陷落(瞬间下降)问题和无功补偿问题的发明专利——“电能质量和无功补偿综合控制器”(发明人：孙元章；李国杰；黎雄。申请号：200410009536.6。申请日：2004.09.10)；以及具有抑制谐波、动态无功补偿、三相平衡调节及宽范围稳压四大功能的实用新型专利——“低压配电系统电能质量综合控制器”(发明人：南权芳；谭国林；张振祥；徐斌裕，申请号：200720003507.8，申请日：2007.02.08)。
上述各种调节方法和装置在进行电能质量调控时，只考虑了输配网电能质量对设备的影响，而没有考虑到即使输配网电能质量符合标准，但某些非线性用电设备在投入使用后也会造成局部区域的电能质量下降，从而影响该区域的设备运行；另外，这些装置在调控电能质量时，都是按照电能质量国家标准规定的指标参数值进行调节的，没有考虑到具体设备的电能质量敏感度问题，这样就会造成某些指标参数在满足设备正常运行条件后仍进行过度调节，增加电能质量控制设备的额外负担。
与本发明最为接近的技术是南权芳等人的发明专利——“低压配电系统电能质量综合控制器”(发明人：南权芳；谭国林；张振祥；徐斌裕，申请号：200720003507.8，申请日：2007.02.08)。
本发明提供一种以各用电设备电能质量敏感度指标参数为依据，以设备受电点处的电能质量满足设备运行条件为原则的电能质量优化与控制方法与系统，可以动态调节与控制企业电能质量的功能，以满足不同电能质量敏感度的设备的运行要求，同时还具有能耗审计与实时监控的功能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于厂矿企业的电能质量优化与控制的系统与方法，该系统和方法具备能耗审计、电能质量分析、根据设备电能质量敏感度要求动态调控企业配网电能质量的功能。
实现本发明目的的技术方案是：电能质量优化与控制系统，由电能监测仪、互联网或企业局域网、系统服务器、工业PC机、和电能质量调节设备组成，所述电能监测仪设置在电设备受电点以及电能质量调控设备输出点，电能监测仪的输出通过互联网或企业局域网连接系统服务器，系统服务器的控制信号经互联网或企业局域网传输给相应电能质量调控设备的工业PC机；所述电能质量调节设备包括有源电力滤波器、静止无功发生器、基于相电压补偿且各相相互独立的串并联组合式动态电压调节器。
所述系统服务器中包括数据采集系统、数据库、数据处理模块、电能质量控制模块以及显示和通信模块；所述数据库包括原始数据库、电能质量标准数据库、企业设备电能质量敏感度数据库和决策库4个子库；所述数据处理模块包括可视化处理模块、电能审计模块、电能质量分析模块3个子模块；所述电能质量控制模块包括预处理和模糊神经网络控制器；所述数据采集系统的信号经原始数据库、可视化处理模块、电能审计模块、电能质量分析模块、预处理和模糊神经网络控制器输出至通信模块，通信模块将系统服务器的控制信号传输至互联网或局域网；同时可视化处理模块、电能审计模块和电能质量分析模块的信号输出还分别送入决策库和显示和通信模块。
实现本发明的方法发明目的技术方案是，一种电能质量优化与控制方法，包括下列步骤：电能监测仪采集各用电设备受电点以及电能质量调控设备输出点的基本电力参数，通过互联网或企业局域网传输给电能质量优化与控制系统服务器，系统服务器通过数据采集系统模块接收基本电力参数，并进行电能质量分析，计算各项电能质量指标参数的当前值；从设备电能质量敏感度数据库中调用各设备正常运行所需要的各项电能质量指标参数值，以其中要求最高的参数值作为电能质量调控目标值，并与指标参数的当前值进行比较，得到指标参数偏差值；对于那些用电设备没有特殊要求的指标参数，则调用电能质量标准库中相应的国家标准值作为调控目标值，并与当前值进行比较从而得到该指标参数的偏差值；将各指标参数的偏差值作为模糊神经网络控制器的输入变量，经模糊化后由系统内嵌的神经网络模型处理后进行解模糊，得到实际控制量，由通信模块经互联网或企业局域网将控制信号传输给相应电能质量调控设备的工业PC机，工业PC机控制相应的电能质量调控设备，来改善企业输配网的电能质量，以满足不同用电设备的运行要求。
本发明的有益效果在于，企业和车间的电能管理人员通过互联网或局域网访问企业节电空间评估统服务器，通过系统的通信模块访问系统的决策库，查看和了解本企业、车间的设备、配网运行状况、能耗状况以及电能质量。
附图说明
图1是企业电能质量优化与控制系统硬件构成框图
1-区域电力输配网 2-企业配电变压器 3-互联网或企业局域网 4-企业输配网 5-企业用电设备 6-有源电力滤波器 7-工艺PC机 8-电能质量优化与控制系统服务器9-动态电压调节器 10-静止无功发生器 11-企业部门管理计算机 12-电能监测仪
图2是企业电能质量优化与控制系统控制原理框图
图3是企业电能质量优化与控制统软件流程图
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明的具体实施过程。
本发明的企业电能质量优化与控制系统硬件构成如图1所示，由安装在用电设备受电点和企业变压器二次侧和电能质量调控设备(包括有源电力滤波器、动态电压调节器、静止无功发生器)输出端的电能监测仪12、互联网或局域网3、企业节电空间评估系统服务器8、工业PC机等部分组成。
本发明的企业电能质量优化与控制系统软件结构如图3所示，主要包括数据采集系统、数据库、数据处理模块、控制模块、显示和通信模块组成。
本发明的具体实施过程如下：
1、数据采集：安装在用电设备受电点、企业变压器二次侧以及电能质量调控设备输出端的电能监测仪12不间断的采集各监测点的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率、谐波量等基本电力参数，并短时存储在电能监测仪12的存储器中，然后按一定时间间隔，通过互联网或局域网3向系统服务器8发送数据。电能质量调控设备包括有源电力滤波器、动态电压调节器、静止无功发生器，电能质量调控设备。
2、数据接收：安装在服务器中系统软件内的数据采集系统模块，以扫描方式与各监测点的电能监测仪12进行通信，并根据相应的数据传输协议接收电能监测仪12发送的数据，并存入原始数据库中；
3、可视化处理：可视化处理模块从原始数据库中提取原始数据，并生成各监测点的基本电力参数的实时动态显示图表，通过显示模块在显示器上实时动态显示各种电力参数，达到实时监控的目的，同时将实时显示图表存入决策库；
4、能耗审计：数据处理系统中的能耗审计模块根据原始数据计算各用电设备、车间、企业的能耗，按日、周、旬、月、季、年方式生成各用电设备、车间、整个企业的能耗报表，并存入决策库；
5、电能质量分析：电能质量分析模块根据各监测点的基本电力参数，利用内嵌的数学模型计算频率偏差、电压偏差、电压波动和闪变、波形、功率因素、零序电流、电压三相不平衡、谐波和间谐波等电能质量指标参数，并以图表形式通过显示模块在显示器上显示，同时将各指标参数值存入决策库中；
6、电能质量优化与调控：根据电能质量分析的结果，系统服务器的控制模块经过预处理、控制量计算得到用于控制电能质量调控设备的控制量，然后通过通信模块经互联网或企业局域网3与电能质量调控设备的工业PC机7进行通信，将控制量传递给工业PC机7，由工业PC机7控制电能质量调控设备，具体流程如下：
a.预处理：预处理模块从数据库中的设备电能质量敏感度数据库中，提取企业各设备正常运行所需要的电能质量指标参数值，并以同类指标中要求最高的设备的指标参数值为该指标的优化控制的目标值(如设备1、设备2……设备n正常运行所要求的电压允差分别为ΔU1、ΔU2……ΔUn，则取电压允差的最小值即ΔU＝min(ΔU1，......，ΔUn)为电能质量调控的目标值，经本系统调控后企业输配网的电压允差值应保证在ΔU范围以内)；对于电能质量敏感度数据库中没有特殊要求的指标参数，则预处理模块调用电能质量标准数据库中该指标的国家标准值作为目标值；预处理模块将电能质量分析的结果与目标值进行比较得到电能质量指标参数的偏差值，作为模糊神经网络控制器的输入变量传递给模糊神经网络控制器；
b.控制量计算：模糊神经网络控制器先将各输入变量进行模糊化，然后通过神经网络模型进行计算，得到分别用于控制有源电力滤波器6、动态电压调节器9和静止无功发生器10的模糊控制量，经解模糊后得到具体的控制量；
c.控制量传输：通信模块经互联网或局域网分别与控制有源电力滤波器6、动态电压调节器9和静止无功发生器10的工业PC机7进行通信，将控制量分别传输给控制有源电力滤波器6、动态电压调节器9和静止无功发生器10的工业PC机7；
d.电能质量调控设备的调控：通过工业PC机7控制有源电力滤波器6，抑制企业电网的电力谐波；通过工业PC机7控制动态电压调节器9，抑制企业电网的电压瞬变和三相不平衡；通过工业PC机7控制静止无功发生器10，抑制企业电网的波形畸变、电压波动与闪变。
Claims (9)
1.一种电能质量优化与控制系统，由电能监测仪、互联网或企业局域网、系统服务器、工业PC机和电能质量调控设备组成，所述电能监测仪设置在电设备受电点和电能质量调控设备输出点，电能监测仪的输出通过互联网或企业局域网连接系统服务器，系统服务器的控制信号经互联网或企业局域网传输给相应电能质量调控设备的工业PC机；所述电能质量调控设备包括有源电力滤波器、静止无功发生器和基于相电压补偿且各相相互独立的串并联组合式动态电压调节器；其特征是，所述系统服务器中包括数据采集系统模块、数据库、数据处理模块、电能质量控制模块以及显示和通信模块；所述数据库包括原始数据库、电能质量标准数据库、企业设备电能质量敏感度数据库和决策库4个子库；所述数据处理模块包括可视化处理模块、电能审计模块、电能质量分析模块3个子模块；所述电能质量控制模块包括预处理和模糊神经网络控制器；所述数据采集系统模块的信号经原始数据库、可视化处理模块、电能审计模块、电能质量分析模块、预处理和模糊神经网络控制器输出至通信模块，通信模块将系统服务器的控制信号传输至互联网或局域网；同时可视化处理模块、电能审计模块和电能质量分析模块的信号输出还分别送入决策库和显示和通信模块。
2.根据权利要求1所述的电能质量优化与控制系统，其特征是，所述电能监测仪不间断地采集各监测点的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率和谐波量这些基本电力参数，并短时存储在电能监测仪的存储器中，然后按一定时间间隔，通过互联网或局域网向系统服务器发送数据。
3.根据权利要求1所述的电能质量优化与控制系统，其特征是，所述数据采集系统模块，以扫描方式与各监测点的电能监测仪进行通信，并根据相应的数据传输协议接收所述电能监测仪发送的数据，并存入原始数据库中。
4.根据权利要求1所述的电能质量优化与控制系统，其特征是，所述可视化处理模块从原始数据库中提取原始数据，并生成各监测点的基本电力参数的实时动态显示图表，通过显示模块在显示器上实时动态显示各种电力参数，达到实时监控的目的，同时将实时显示图表存入决策库。
5.根据权利要求1所述的电能质量优化与控制系统，其特征是，所述数据处理模块中的电能审计模块根据原始数据计算各用电设备、车间、企业的能耗，按日、周、旬、月、季、年方式生成各用电设备、车间、整个企业的能耗报表，并存入决策库。
6.根据权利要求1所述的电能质量优化与控制系统，其特征是，所述电能质量分析模块根据各监测点的基本电力参数，利用内嵌的数学模型计算频率偏差、电压偏差、电压波动和闪变、波形、功率因素、零序电流、电压三相不平衡和谐波和间谐波这些电能质量指 标参数，并以图表形式通过显示模块在显示器上显示，同时将各指标参数值存入决策库中。
7.根据权利要求1所述的电能质量优化与控制系统，其特征是，根据电能质量分析模块的分析结果，系统服务器的控制模块经过预处理、控制量计算得到用于控制电能质量调控设备的控制量，然后通过通信模块经互联网或企业局域网与电能质量调控设备的工业PC机进行通信，将控制量传递给工业PC机，由工业PC机控制电能质量调控设备。
8.根据权利要求7所述的电能质量优化与控制系统，其特征是，控制模块执行具体流程如下：
a.预处理：预处理模块从数据库中的设备电能质量敏感度数据库中，提取企业各设备正常运行所需要的电能质量指标参数值，并以同类指标中要求最高的设备的指标参数值为该指标的优化控制的目标值；对于电能质量敏感度数据库中没有特殊要求的指标参数，则预处理模块调用电能质量标准数据库中该指标的国家标准值作为目标值；预处理模块将电能质量分析的结果与目标值进行比较得到电能质量指标参数的偏差值，作为模糊神经网络控制器的输入变量传递给模糊神经网络控制器；
b.控制量计算：模糊神经网络控制器先将各输入变量进行模糊化，然后通过神经网络模型进行计算，得到分别用于控制有源电力滤波器、动态电压调节器和静止无功发生器的模糊控制量，经解模糊后得到具体的控制量；
c.控制量传输：通信模块经互联网或局域网分别与控制有源电力滤波器、动态电压调节和静止无功发生器的工业PC机进行通信，将控制量分别传输给控制有源电力滤波器、动态电压调节器和静止无功发生器的工业PC机；
d.电能质量调控设备的调控：通过工业PC机控制有源电力滤波器，抑制企业电网的电力谐波；通过工业PC机控制动态电压调节器，抑制企业电网的电压瞬变和三相不平衡；通过工业PC机控制静止无功发生器，抑制企业电网的波形畸变、电压波动与闪变。
9.一种电能质量优化与控制方法，其特征是，该方法包括下列步骤：电能监测仪采集各用电设备受电点以及电能质量调控设备输出点的基本电力参数，通过互联网或企业局域网传输给电能质量优化与控制系统服务器，系统服务器通过数据采集系统模块接收基本电力参数，并进行电能质量分析，计算各项电能质量指标参数的当前值；从设备电能质量敏感度数据库中调用各设备正常运行所需要的各项电能质量指标参数值，以其中要求最高的参数值作为电能质量调控目标值，并与指标参数的当前值进行比较，得到指标参数偏差值；对于那些用电设备没有特殊要求的指标参数，则调用电能质量标准库中相应的国家标准值作为调控目标值，并与当前值进行比较从而得到该指标参数的偏差值；将各指标参数的偏 差值作为模糊神经网络控制器的输入变量，经模糊化后由系统内嵌的神经网络模型处理后进行解模糊，得到实际控制量，由通信模块经互联网或企业局域网将控制信号传输给相应电能质量调控设备的工业PC机，工业PC机控制相应的电能质量调控设备，来改善企业输配网的电能质量，以满足不同用电设备的运行要求。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SUZHOU TAIGU ENERGY MANAGEMENT CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: JIANGSU UNIVERSITY Effective date: 20130626 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Qin Jianrong Inventor after: Mao Weiping Inventor before: Gu Yongyu Inventor before: Mao Weiping |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: GU YONGYU MAO WEIPING TO: QIN JIANRONG MAO WEIPING Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 212013 ZHENJIANG, JIANGSU PROVINCE TO: 215021 SUZHOU, JIANGSU PROVINCE |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130626 Address after: Suzhou City, Jiangsu province 215021 Fengting Avenue Suzhou Industrial Park No. 688 Patentee after: Suzhou Taigu Energy Management Co., Ltd. Address before: 212013 Zhenjiang City, Jiangsu Province University Road, No. 301 Patentee before: Jiangsu University |
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| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Suzhou City, Jiangsu province 215021 Fengting Avenue Suzhou Industrial Park No. 688 Patentee after: Suzhou Taigu Electric Power Co., Ltd. Address before: Suzhou City, Jiangsu province 215021 Fengting Avenue Suzhou Industrial Park No. 688 Patentee before: Suzhou Taigu Energy Management Co., Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120523 Termination date: 20210108 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |