CN102116816B - 分布式电源并网运行监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分布式电源并网运行监测装置，包括信号采集模块、信号处理模块以及管理控制模块；所述信号采集模块采集分布式电网和主电网的电压和电流；所述信号处理模块根据电压和电流计算电参量；所述管理控制模块接收、存储所述电参量，并根据所述电参量对分布式电网并网运行进行管理和控制。本发明测量并网接口处分布式电网和主电网的电压和电流，采用预处理和高速数字信号处理，精确计算出分布式电网和主电网的电参量，根据电参量对分布式电源并网运行进行监测、管理和控制，掌握了配电网实际的静态和动态行为，从而能够指导电网安全、经济运行，保证配电网的稳定性和安全性。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种电网监测装置，尤其涉及一种分布式电源并网运行的监测装置。此外，本发明还涉及一种分布式电源并网运行的监测方法。
【背景技术】
能源工业(特别是电力能源)作为国民经济的基础，对于社会、经济发展和提高人民生活制量都极为重要。但是，世界各国的能源发展正在遭受环境保护的巨大压力，新建大容量的电厂和输电线路越来越困难。分布式电源作为集中供电方式的一种补充，在充分利用可再生能源以及减少环境污染等方面将发挥重要作用，受到国内外电力工作者的广泛重视。
分布式电网与传统主电网并网运行时，配电网将从一个辐射式网络变为一个遍布电源和用户互联的网络。分布式电源对配电网的运行将会产生很大的影响，其主要为以下几个方面：
(1)对损耗的影响；
(2)对电压的影响；
(3)对电能质量的影响；
(4)对系统保护的影响；
(5)对可靠性的影响；
(6)对故障电流的影响；
(7)对配电网规划的影响；
所以分布式电网与传统主电网并网运行时，必须实时的对分布式电网与传统主电网的并网接口的各种电参量进行监视，掌握电网实际的静态和动态行为，指导电网安全、经济运行，才能保证电网的稳定性和安全性。但是，传统配电网松散耦合结构和有限的功能无法对分布式电源并网运行进行监测。
【发明内容】
有鉴于此，有必要提出一种分布式电源并网运行的监测装置。此外，还有必要提出一种分布式电源并网运行的监测方法。
一种分布式电源并网运行监测装置，包括信号采集模块、信号处理模块以及管理控制模块；
所述信号采集模块采集分布式电网和主电网的电压和电流；
所述信号处理模块对采集的电压和电流进行处理，计算出分布式电网和主电网的电参量；
所述管理控制模块接收、存储所述电参量，并根据所述电参量对分布式电网并网运行进行管理和控制。
优选的，所述信号采集模块进一步采用电压互感器采集并网接口处分布式电网和主电网的电压信号；采用电流互感器采集并网接口处分布式电网和主电网的电流信号。
优选的，所述信号处理模块包括信号预处理单元和数字信号处理单元；
所述信号预处理单元对所述信号采集模块采集的电压和电流信号的幅度进行隔离和调整，使所述采集的电压和电流信号变为数字信号处理单元能够处理的信号；
所述数字信号处理单元对预处理后的电压和电流进行处理，计算分布式电网和主电网的电参量。
优选的，所述数字信号处理单元采用每周期采样512点的采样频率；所述信号处理模块与所述管理控制模块采用RS-232标准通信。
优选的，所述数字信号处理单元包括模/数采样处理部分、软件滤波部分以及算法处理部分；
所述模/数采样处理部分对预处理后的电压和电流信号进行采样并进行模/数转换，将预处理后的电压和电流信号转化为数字信号；
所述软件滤波部分对所述数字信号进行滤波，消除噪声；
所述算法处理单元采用最小二乘法的快速算法，根据数字化的电压和电流信号计算出分布式电网和主电网的电参量。
优选的，所述电参数包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、谐波总畸变率和三相电流谐波分量中的一种或多种。
优选的，所述管理控制模块包括管理控制器和人机接口；
所述管理控制器用于接收、存储所述电参量，并根据所述电参量对分布式电网并网运行进行管理和控制；
所述人机接口连接外部设备，为操作者提供人机界面。
优选的，所述管理控制器能够实时或定时的记录存储分布式电网和主电网的电参量。
优选的，所述管理控制器进一步用于根据接收的所述电参量，监测分布式电网和主电网的电参数偏差，所述电参数偏差包括电压偏差、电压合格率、频率偏差、电压谐波、电流谐波和电压/电流极值中一种或多种，对分布式电网和主电网并网运行进行控制管理。
优选的，所述管理控制器在分布式电网并网过程中，进一步用于判断各项电参量是否符合并网运行条件，如不符合则进行报警，以提示工作人员做出调整，或自动将分布式电网与主电网断开。
一种分布式电源并网运行监测方法，包括如下步骤：
采集并网接口处分布式电网和主电网的电压和电流；
将采集的电压和电流信号进行处理，计算出分布式电网和主电网的电参量；
根据计算出的电参量对分布式电网和主电网并网运行进行监测、管理和控制。
优选的，所述电参数三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、谐波总畸变率和三相电流谐波分量中的一种或多种。
优选的，所述对采集的电压和电流信号进行处理进一步包括：对采集的电压和电流信号的幅度进行隔离和调整，使所述采集的电压和电流信号变为能够采样的信号。
优选的，所述对采集的电压和电流信号进行处理进一步包括：
对能够采样的信号进行采样并进行模/数转换，将采样的信号转换为数字信号；
对所述数字信号进行滤波，消除噪声；
对滤波后的数字信号进行计算得出分布式电网和主电网的电参数。
优选的，所述对分布式电网和主电网并网运行进行监测的具体内容包括电压偏差、电压合格率、频率偏差、电压谐波、电流谐波和电压/电流极值中一种或多种。
优选的，对分布式电网和主电网并网运行进行监测、管理和控制进一步包括判断各项电参量是否符合并网运行条件，如不符合则进行报警，以提示工作人员做出调整，或自动将分布式电网与主电网断开。
优选的，所述方法还包括能够实时或定时的记录存储分布式电网和主电网的电参量。
优选的，所述方法还包括提供一人机界面，将对分布式电网和主电网并网运行进行监测、管理和控制过程通过所述人机界面与外界交互。
上述分布式电网并网运行监测装置及方法，测量并网接收处分布式电网和主电网的电压和电流，经过预处理和高速数字信号处理精确计算出分布式电网和主电网的电参量，存储记录电参量并根据电参量对分布式电源并网运行进行监测、管理和控制，掌握了配电网实际的静态和动态行为，从而能够指导电网安全、经济运行，保证配电网的稳定性和安全性。
【附图说明】
图1是分布式能源并网运行监测装置结构示意图。
图2是数字信号处理单元结构示意图。
图3是管理控制模块结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
图1是分布式能源并网运行监测装置结构示意图。包括信号采集模块110、信号处理模块120、通信模块130以及管理控制模块140。
信号采集模块110采用电压互感器(PT)，采集并网接口处分布式电网和主电网的电压信号；采用电流互感器(CT)，采集并网接口处分布式电网和主电网的电流信号。
信号处理模块120包括信号预处理单元122和数字信号处理单元(DSP处理单元)124。信号预处理单元122对信号采集模块110采集的电压和电流信号的幅度进行隔离和调整，使电压和电流信号变为数字信号处理单元124能够处理的信号。
图2是数字信号处理单元结构示意图。数字信号处理单元124采用每周期采样512点采样频率的高速数字信号处理技术对分布式电网和主电网的电压和电流进行处理，其包括模/数采样处理部分(A/D采样处理部分)210、软件滤波部分220以及算法处理部分230。
模/数采样处理部分210对预处理后的电压和电流信号进行采样并进行模/数转换，将电压和电流信号转化为数字信号。
软件滤波部分220对数字化的信号进行滤波，消除噪声。
算法处理单元230采用最小二乘法的快速算法根据数字化的电压和电流信号计算出分布式电网和主电网的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、谐波总畸变率(THD)、三相电流谐波分量等电参量。
通讯模块130采用RS-232标准，实现信号处理模块120与管理控制模块140之间的通讯。通讯模块130将信号处理模块120获得的电参量传送给管理控制模块140，接收管理控制模块140的指令，对信号处理模块120进行设定。
图3是管理控制模块结构示意图。管理控制模块140采用上位机-单片机实现，其包括管理控制器310以及人机接口320。
管理控制器310接收信号处理模块120传送的电参量，并实时或定时(可设定，5分钟～60分钟，此数字可根据实际情况改变)的记录存储分布式电网和主电网运行的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、谐波总畸变率(THD)、三相电流谐波分量等电参量，形成24小时记录存储。
同时，管理控制器310根据接收的电参量，监测分布式电网和主电网的电压偏差、电压合格率(超限率)、频率偏差、电压谐波、电流谐波、电压/电流极值等，对分布式电网和主电网并网运行进行控制管理。
分布式电网并网过程中，管理控制器310判断各项电参量是否符合并网运行条件，如不符合则进行报警，以提示工作人员做出调整，或自动将分布式电网与主电网断开。
当分布式电网和主电网的电压、电流等电参量连续超过整定值时，管理控制器310进行报警、并记录、上报其极限值、发生的起始时间和终止时间(时间记录精确到分)，至少记录最近5次。
当监测装置电源失电时，管理控制器310统计失电时间，记录及上报失电的起始和终止时间(时间记录精确到分)。同时保护储存的数据不丢失。按日、月统计并保存数据，月统计数据可连续保存2个月。按设定时段累积计算分时电能量，记录月、年最大需要量及其出现时间。
此外，管理控制器310还能够对监测装置进行自诊断功能，监测装置的内存、时钟、I/O口等运行状况，在监测装置异常时记录及保存异常状况时的时间和参数，发出上电及软件自恢复指令，对监测装置进行调试和恢复，防止负荷引起的瞬时电流过大和电压过低、电容器投切时的瞬时浪涌电压或电流等情况影响监测装置的监测结果。
人机接口320可连接显示器和键盘等外部设备，为操作者提供人机界面，供操作者根据电参量对分布式电网和主电网进行研究、管理和控制。
上述分布式电源并网运行监测装置，监测分布式电网和主电网的电参量，实现对分布式电网并网运行的监测和控制。
此外，还提出一种分布式电源并网运行监测方法，包括如下步骤：
采集并网接口处分布式电网和主电网的电压和电流；
采用电压互感器(PT)，采集并网接口处分布式电网和主电网的电压信号；采用电流互感器(CT)，采集并网接口处分布式电网和主电网的电流信号。
将采集的电压和电流信号进行处理，计算出分布式电网和主电网的各种电参量。
首先对电压和电流信号进行预处理，对其幅度进行隔离和调整，便于进行模/数(模数转换)采样。
然后采用高速数字信号处理技术进行处理，进行模/数采样处理，软件滤波以及算法处理(采用最小二乘法的快速算法)，精确计算出分布式电网和主电网的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、谐波总畸变率(THD)、三相电流谐波分量等电参量。
根据计算出的电参量对分布式电网和主电网并网运行进行监测和管理控制。
实时或定时的记录存储分布式电网和主电网的电参量，并根据电参量监测分布式电网和主电网的电压偏差、电压合格率(超限率)、频率偏差、电压谐波、电流谐波、电压/电流极值等，对分布式电网与主电网并网运行进行控制管理和监测。
在分布式电网并网过程中，判断各项电参量是否符合并网运行条件，如不符合则进行报警，以提示工作人员做出调整，或自动将分布式电网与主电网断开。
此外，提供一人机界面，将对分布式电网和主电网并网运行进行监测、管理和控制过程通过所述人机界面与外界交互。
上述分布式电网并网运行监测装置及方法，测量并网接收处分布式电网和主电网的电压和电流，采用预处理和高速数字信号处理，精确计算出分布式电网和主电网的电参量，存储记录电参量并根据电参量对分布式电源并网运行进行监测、管理和控制，掌握了配电网实际的静态和动态行为，从而能够指导电网安全、经济运行，保证配电网的稳定性和安全性。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (13)
1.一种分布式电源并网运行监测装置，其特征在于：包括信号采集模块、信号处理模块以及管理控制模块；
所述信号采集模块采集分布式电网和主电网的电压和电流；
所述信号处理模块对采集的电压和电流进行处理，计算出分布式电网和主电网的电参量；
所述管理控制模块接收、存储所述电参量，并根据所述电参量对分布式电网并网运行进行管理和控制；
其中，所述电参数包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、谐波总畸变率和三相电流谐波分量中的一种或多种；
所述管理控制模块包括管理控制器和人机接口；
所述管理控制器用于接收、存储所述电参量，并根据所述电参量对分布式电网并网运行进行管理和控制；
当电参量连续超过整定值时，所述管理控制器会进行报警、并记录、上报其极限值、发生的起始时间和终止时间；
所述人机接口连接外部设备，为操作者提供人机界面；
所述管理控制器还用于统计失电时间，记录及上报失电的起始和终止时间并按设定时段累积计算分时电能量，记录月、年最大需要量及出现时间；
所述管理控制器还用于对监测装置进行自诊断，监测装置的内存、时钟、I/O口运行状况，在监测装置异常时记录及保存异常状况时的时间和参数，发出上电及软件自恢复指令，对监测装置进行调试和恢复；
所述管理控制器在分布式电网并网过程中，进一步用于判断各项电参量是否符合并网运行条件，如不符合则进行报警，以提示工作人员做出调整，或自动将分布式电网与主电网断开。
2.根据权利要求1所述分布式电源并网运行监测装置，其特征在于：所述信号采集模块进一步采用电压互感器采集并网接口处分布式电网和主电网的电压信号；采用电流互感器采集并网接口处分布式电网和主电网的电流信号。
3.根据权利要求1所述分布式电源并网运行监测装置，其特征在于：所述信号处理模块包括信号预处理单元和数字信号处理单元；
所述信号预处理单元对所述信号采集模块采集的电压和电流信号的幅度进行隔离和调整，使所述采集的电压和电流信号变为数字信号处理单元能够处理 的信号；
所述数字信号处理单元对预处理后的电压和电流进行处理，计算分布式电网和主电网的电参量。
4.根据权利要求3所述分布式电源并网运行监测装置，其特征在于：所述数字信号处理单元采用每周期采样512点的采样频率；所述信号处理模块与所述管理控制模块采用RS-232标准通信。
5.根据权利要求3所述分布式电源并网运行监测装置，其特征在于：所述数字信号处理单元包括模/数采样处理部分、软件滤波部分以及算法处理部分；
所述模/数采样处理部分对预处理后的电压和电流信号进行采样并进行模/数转换，将预处理后的电压和电流信号转化为数字信号；
所述软件滤波部分对所述数字信号进行滤波，消除噪声；
所述算法处理单元采用最小二乘法的快速算法，根据数字化的电压和电流信号计算出分布式电网和主电网的电参量。
6.根据权利要求1所述分布式电源并网运行监测装置，其特征在于：所述管理控制器能够实时或定时的记录存储分布式电网和主电网的电参量。
7.根据权利要求6所述分布式电源并网运行监测装置，其特征在于：所述管理控制器进一步用于根据接收的所述电参量，监测分布式电网和主电网的电参数偏差，所述电参数偏差包括电压偏差、电压合格率、频率偏差、电压谐波、电流谐波和电压/电流极值中一种或多种，对分布式电网和主电网并网运行进行控制管理。
8.一种分布式电源并网运行监测方法，包括如下步骤：
采集并网接口处分布式电网和主电网的电压和电流；
将采集的电压和电流信号进行处理，计算出分布式电网和主电网的电参量；
根据计算出的电参量对分布式电网和主电网并网运行进行监测、管理和控制；
所述电参数三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、谐波总畸变率和三相电流谐波分量中的一种或多种；
其中，还包括当电参量连续超过整定值时，进行报警、并记录、上报其极限值、发生的起始时间和终止时间的步骤；
还包括统计失电时间，记录及上报失电的起始和终止时间并按设定时段累 积计算分时电能量，记录月、年最大需要量及出现时间的步骤；
还包括对监测装置进行自诊断的步骤，监测装置的内存、时钟、I/O口运行状况，在监测装置异常时记录及保存异常状况时的时间和参数，发出上电及软件自恢复指令，对监测装置进行调试和恢复；
其中，对分布式电网和主电网并网运行进行监测、管理和控制进一步包括判断各项电参量是否符合并网运行条件，如不符合则进行报警，以提示工作人员做出调整，或自动将分布式电网与主电网断开。
9.根据权利要求8所述的分布式电源并网运行监测方法，其特征在于：所述对采集的电压和电流信号进行处理进一步包括：对采集的电压和电流信号的幅度进行隔离和调整，使所述采集的电压和电流信号变为能够采样的信号。
10.根据权利要求9所述的分布式电源并网运行监测方法，其特征在于：所述对采集的电压和电流信号进行处理进一步包括：
对能够采样的信号进行采样并进行模/数转换，将采样的信号转换为数字信号；
对所述数字信号进行滤波，消除噪声；
对滤波后的数字信号进行计算得出分布式电网和主电网的电参数。
11.根据权利要求8所述的分布式电源并网运行监测方法，其特征在于：所述对分布式电网和主电网并网运行进行监测的具体内容包括电压偏差、电压合格率、频率偏差、电压谐波、电流谐波和电压/电流极值中一种或多种。
12.根据权利要求8所述的分布式电源并网运行监测方法，其特征在于：所述方法还包括能够实时或定时的记录存储分布式电网和主电网的电参量。
13.根据权利要求8所述的分布式电源并网运行监测方法，其特征在于：所述方法还包括提供一人机界面，将对分布式电网和主电网并网运行进行监测、管理和控制过程通过所述人机界面与外界交互。
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