CN103956827B - 一种基于多电源微电网的谐波监测控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于微电网技术领域，尤其涉及一种基于多电源微电网的谐波监测控制系统。具体说是涉及风电、光伏及储能装置，是一种基于数据采集及分析技术的微电网谐波监测控制系统。本发明主要由数据采集模块、数据存储分析模块和谐波信息显示控制模块构成；其中数据采集模块与数据存储分析模块相连接，数据存储分析模块与谐波信息显示控制模块相连接。本发明可以充分利用微电网谐波源独立分布的特点，有效控制微电网内谐波电流水平，提高微电网用户的供电质量，减少谐波对微电网内敏感设备的损害，增加设备使用寿命，保证微电网送出电力的电能质量，提高微电网并网发电效益。在含较多电力电子设备的微电网工程中具有良好的应用前景。

Description

一种基于多电源微电网的谐波监测控制系统

技术领域

本发明属于微电网技术领域，尤其涉及一种基于多电源微电网的谐波监测控制系统。具体说是涉及风电、光伏及储能装置，是一种基于数据采集及分析技术的微电网谐波监测控制系统。

背景技术

近年来，随着全球能源危机和环境污染问题的日益突出，积极接纳可再生清洁能源，推进节能环保产业发展，已经成为世界各国有效应对环境和资源危机主要途径。随着风电技术、光伏技术及储能技术的快速发展，微电网成为清洁能源领域的一个重要组成部分，不同国家都在积极开展微电网的相关研究，我国能源供应压力大，开展微电网技术研究对我国具有重要意义。目前国内已经建成了多个微电网示范工程及重点实验室，将为我国微电网的研究和发展提供宝贵的技术支撑和实践经验。

微电网接入大电网的首要问题就是电能质量，微电网中大量使用的电力电子设备容易引发谐波问题。谐波超过标准的微电网不允许接入大电网，同时谐波过高也会导致微电网用户设备损坏，电力电子设备工作不稳定。虽然目前微电网都已安装滤波装置，但是当滤波装置故障或者运行微电网运行环境发生变化，微电网的谐波问题将失去控制能力，导致微网将长时间无法正常运行。微电网中的谐波源主要是各电力电子设备，由于设备质量参差不齐及运行参数、状态的不同，电力电子设备引起的谐波问题是差别较大的。因此，有必要开发一套微电网的谐波监测控制系统，当微电网的谐波越限时合理切除谐波源，保证用户用电质量及微电网整体效益。

发明内容

本发明针对上述微电网存在的技术问题，提供了一种基于多电源微电网的谐波监测控制系统。目的是为了减少微电网谐波超标时由于禁止并网运行的损失，提高微电网用户的电能质量，设计出一种即能保证用户用电质量，又能最大限度的保证微电网效益的谐波监测控制系统。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于多电源微电网的谐波监测控制系统，主要由数据采集模块、数据存储分析模块和谐波信息显示控制模块构成；其中数据采集模块与数据存储分析模块相连接，数据存储分析模块与谐波信息显示控制模块相连接。

所述的数据采集模块由电压、电流互感器、合并单元及GPS同步授时装置构成；电压、电流互感器接在220V母线与风机、光伏、储能各微电源支路之间，合并单元分别与电压、电流互感器、GPS同步授时装置、数据存储分析模块相连，GPS同步授时装置与各合并单元相连。

所述的的数据采集模块采用合并单元，将电压、电流互感器采集的模拟信号进行同步采样后经过模/数转换，以数字量形式依照IEC61850规约通过光纤传送给数据存储分析模块，避免了模拟量信息传输过程中谐波信号含量的较大偏差变化。

所述的数据存储分析模块将各合并单元传送来的同一时标下的电气量信息进行存储，将数字信号进行离散傅里叶变换后通过一根光纤送至谐波信息显示控制模块，减少光纤数量降低投资。

所述的谐波信息显示控制模块将数据存储分析模块传送来的数据，通过显示器依据不同谐波源监测点进行展示、监视及报警。

所述的谐波信息显示控制模块将各监测点谐波信息通过人机交互界面进行显示，并按照谐波控制计算流程对各次谐波进行综合分析，得出需要切除的谐波源，并给该谐波源对应的同期装置发出离网信号，同期装置收到谐波信息显示控制模块发出控制信号后，给与其相连的并网开关发出断开指令，并网开关收到断开信号后完成谐波源切除。

所述的谐波控制计算流程的具体实施步骤如下：

步骤1：操作人员输入需要限制的谐波电流次数及交流母线处的短路容量；

步骤2：计算各次谐波电流允许值，得出监测数据中超出允许值的谐波次数X1，X2，X3……Xm；m为超出允许值谐波次数的数量；

步骤3：计算各监测点X1次谐波电流与该监测点基波电流值的比值[J11，J21，J31……Jn1]；其中：n为监测点个数，Jn1为第n个监测点X1次谐波电流与该监测点基波电流的比值；

步骤4：重复步骤3完成X2，X3……Xm各次谐波的计算,得出各监测点X2，X3……次谐波电流与基波电流的比值：[J12，J22，J32……Jn2]；[J13，J23，J33……Jn3]等；

步骤5：分别计算母线送出线路中X1，X2，X3……Xm次谐波电流的含有率，得出各次谐波电流权重Y1，Y2，Y3……Ym。(其中Ym＝I_Xm/I₁，I_Xm为第m个谐波电流方均根值，I₁为基波电流方均根值)；

步骤6：计算各监测点综合评估值。Z1，Z2，Z3……Zn；其中Zn＝Y1*Jn1+Y2*Jn2+……Ym*Jnm；

步骤7：对各监测点的综合评估值进行排序，给综合评估值最大的监测点对应的同期装置发出切断控制信号。

本发明考虑微电网内的谐波源特点建立了检测控制系统，其有益效果及优点是：

1.谐波监测控制系统的建立，可以保障微电网内谐波在标准限定范围内，保障用户用电安全，减少设备损坏发生，提高用户及微电网内谐波敏感设备使用寿命。

2.当发生谐波越限时，可以快速给出谐波限制策略，降低微电网内谐波电流值，恢复微电网并网发电，减少微电网损失。

3.监视微电网内各电力电子设备产生的谐波，可以发现电力电子设备运行中的异常现象，及时消缺可以避免严重设备损坏事故发生。

4.建立谐波监测控制系统，可以减少微电网对系统谐波的影响，对微电网的发展和推广也有重要意义。

本发明适用于含有较多电力电子设备的微电网工程，尤其适用位于高新技术区的微电网示范工程，充分考虑到微电网谐波源的分布特点和重要用户对电能质量的需求，对于促进清洁能源并网、提高供电质量都有积极的现实意义，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明系统构成示意图。

图中：小型风机1，小型光伏2，储能单元3，合并单元4，GPS同步授时装置5，并网开关6，电压、电流互感器7，数据存储分析模块8，谐波信息显示控制模块9，同期装置10。

下面结合本发明的具体实施例和附图，对本发明加以详细描述。

具体实施方式

本发明是一种基于多电源微电网的谐波监测控制系统。如图1所示，图1为本发明系统构成示意图。它主要由数据采集模块、数据存储分析模块和谐波信息显示控制模块构成；其中数据采集模块与数据存储分析模块相连接，数据存储分析模块与谐波信息显示控制模块相连接。

数据采集模块采用GPS同步授时装置给各合并单元提供统一时钟信号。

数据采集模块由电压、电流互感器7、合并单元4、GPS同步授时装置5构成；电压、电流互感器7接在220V母线与风机1、光伏2、储能3各微电源支路之间，合并单元4分别与电压、电流互感器7、GPS同步授时装置5、数据存储分析模块8相连，GPS同步授时装置5与各合并单元4相连。

数据采集模块在小型风机1、小型光伏2、储能单元3的出口处及送出线路处都安装了电压、电流互感器7，采集电气量信息送至合并单元4，合并单元4根据GPS同步授时装置5进行同步采样后将模拟量转换为数字量送至数据存储分析模块。

数据采集模块重点在各微电源的出口处及送出线路出口处都安装了电压、电流互感器7实现对微电网谐波源的全面测量，各微电源包括：小型风机1、小型光伏2、储能单元3。

所述的的数据采集模块具体是采用合并单元4，将电压、电流互感器7采集的模拟信号进行同步采样后经过模/数转换，以数字量形式依照IEC61850规约通过光纤传输给数据存储分析模块8，避免了模拟量信息传输过程中谐波信号含量的较大偏差变化。

数据存储分析模块8将各合并单元4传送来的具有同一时标的电气量信息进行数据存储，同时将合并单元4传送来的数据进行离散傅里叶变换后通过光纤传送给谐波信息显示控制模块。采用数据存储分析模块将各合并单元4传送来的数据处理后通过一根光纤送至谐波信息显示控制模块9，达到减少光纤数量，降低投资的目的。

所述的谐波信息显示控制模块9将数据存储分析模块8传送来的数据，通过显示器依据不同谐波源监测点进行展示、监视及报警。

谐波信息显示控制模块9接收数据存储分析模块传送的数据后，将各监测点谐波信息通过人机交互界面进行显示，并按照谐波控制计算流程对各次谐波进行综合分析，得出需要切除的谐波源，并给该谐波源对应的同期装置10发出离网信号，同期装置收到谐波信息显示控制模块发出控制信号后，给与其相连的并网开关6发出断开指令，并网开关收到断开信号后完成谐波源切除。

谐波信息显示控制模块9的谐波控制计算流程的具体实施步骤如下：

步骤1：操作人员输入需要限制的谐波电流次数及交流母线处的短路容量。

步骤2：计算各次谐波电流允许值，得出监测数据中超出允许值的谐波次数X1，X2，X3……Xm。(m为超出允许值谐波次数的数量)

步骤3：计算各监测点X1次谐波电流与该监测点基波电流值的比值[J11，J21，J31……Jn1]。(其中，n为监测点个数，Jn1为第n个监测点X1次谐波电流与该监测点基波电流的比值)。

步骤4：重复步骤3完成X2，X3……Xm各次谐波的计算,得出各监测点X2，X3……次谐波电流与基波电流的比值：[J12，J22，J32……Jn2]；[J13，J23，J33……Jn3]等。

步骤5：分别计算母线送出线路中X1，X2，X3……Xm次谐波电流的含有率，得出各次谐波电流权重Y1，Y2，Y3……Ym。(其中Ym＝I_Xm/I₁，I_Xm为第m个谐波电流方均根值，I₁为基波电流方均根值)。

步骤6：计算各监测点综合评估值。Z1，Z2，Z3……Zn(其中Zn＝Y1*Jn1+Y2*Jn2+……Ym*Jnm)。

步骤7：对各监测点的综合评估值进行排序，给综合评估值最大的监测点对应的同期装置发出切断控制信号。

Claims (2)

1.一种基于多电源微电网的谐波监测控制系统，其特征在于：它主要由数据采集模块、数据存储分析模块和谐波信息显示控制模块构成；其中数据采集模块与数据存储分析模块相连接，数据存储分析模块与谐波信息显示控制模块相连接；

所述的数据采集模块由电压、电流互感器（7）、合并单元（4）及GPS同步授时装置（5）构成；电压、电流互感器（7）接在220V母线与风机（1）、光伏（2）、储能（3）各微电源支路之间，合并单元（4）分别与电压、电流互感器（7）、GPS同步授时装置（5）、数据存储分析模块（8）相连，GPS同步授时装置（5）与各合并单元（4）相连；

所述的数据采集模块采用合并单元（4），将电压、电流互感器（7）采集的模拟信号进行同步采样后经过模/数转换，以数字量形式依照IEC61850规约通过光纤传送给数据存储分析模块（8），避免了模拟量信息传输过程中谐波信号含量的较大偏差变化；

所述的数据存储分析模块（8）将各合并单元（4）传送来的同一时标下的电气量信息进行存储，将数字信号进行离散傅里叶变换后通过一根光纤送至谐波信息显示控制模块（9），减少光纤数量降低投资；

所述的谐波信息显示控制模块（9）将数据存储分析模块（8）传送来的数据，通过显示器依据不同谐波源监测点进行展示、监视及报警；

所述的谐波信息显示控制模块（9）将各监测点谐波信息通过人机交互界面进行显示，并按照谐波控制计算流程对各次谐波进行综合分析，得出需要切除的谐波源，并给该谐波源对应的同期装置（10）发出离网信号，同期装置收到谐波信息显示控制模块发出控制信号后，给与其相连的并网开关（6）发出断开指令，并网开关收到断开信号后完成谐波源切除。

2.根据权利要求1所述的一种基于多电源微电网的谐波监测控制系统，其特征在于所述的谐波控制计算流程的具体实施步骤如下：

步骤1：操作人员输入需要限制的谐波电流次数及交流母线处的短路容量；

步骤2：计算各次谐波电流允许值，得出监测数据中超出允许值的谐波次数X1，X2，X3……Xm；m为超出允许值谐波次数的数量；

步骤3：计算各监测点X1次谐波电流与该监测点基波电流值的比值[J11，J21，J31……Jn1]；其中：n为监测点个数，Jn1为第n个监测点X1次谐波电流与该监测点基波电流的比值；

步骤4：重复步骤3完成X2，X3……Xm各次谐波的计算,得出各监测点X2，X3……次谐波电流与基波电流的比值：[J12，J22，J32……Jn2]；[J13，J23，J33……Jn3]等；

步骤5：分别计算母线送出线路中X1，X2，X3……Xm次谐波电流的含有率，得出各次谐波电流权重Y1，Y2，Y3……Ym，其中Ym=I_Xm/I₁，I_Xm为第m个谐波电流方均根值，I₁为基波电流方均根值；

步骤6：计算各监测点综合评估值；Z1，Z2，Z3……Zn；其中Zn=Y1*Jn1+Y2*Jn2+……Ym*Jnm；

步骤7：对各监测点的综合评估值进行排序，给综合评估值最大的监测点对应的同期装置发出切断控制信号。