CN108832632B - 一种基于开关控制的实时电能质量补偿系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于开关控制的实时电能质量补偿系统：开关组信号触发装置，其输入端连接于电网，其输出端分别与三个开关组的触发点相连接，包括：电网波形采集器、谐波含量分析器、功率因数分析器、不平衡指数分析器、电能质量指标权重分析器以及开关信号生成器；第一开关组，包括第一开关触发点，通过第一开关触发点发送的触发信号进行开关动作，其负荷端与谐波含量改善装置相连接，母线端与电网电气节点连接；第二开关组，包括第二开关触发点，通过第二开关触发点发送的触发信号进行开关动作，其负荷端与功率因数改善装置相连接，母线端与电网电气节点连接；第三开关组，包括第三开关触发点，通过第三开关触发点发送的触发信号进行开关动作，其负荷端与不平衡指数改善装置相连接，母线端与电网电气节点连接。

Description

一种基于开关控制的实时电能质量补偿系统
技术领域
本发明涉及电能质量评估与控制技术领域，更具体地，涉及一种基于开关控制的实时电能质量补偿系统。
背景技术
随着现代电网的迅速扩张，电网元件日益多样化，电网运行特性的不确定性与日俱增。含有控制系统的直流电网的扩张、电气化铁路的普及、新能源设备的并网以及储能设备的接入，使得电力电子元件得到广泛应用的同时造成了电能质量的污染，严重影响了供电质量及可靠性。常见的电能质量污染问题包括高谐波含量、低功率因数及三相不平衡等。
现代电力系统中，常用的电能质量改善装置包括Scott连接的变压器、SVC、滤波器等，其中Scott变压器常用来解决因不对称负荷造成的三相不平衡问题，滤波器常用来消除因电力电子广泛使用造成的谐波对电网电能质量的影响，SVC常用于无功补偿以改善功率因数。然而，上述电能质量改善装置并不擅长所有的电能质量问题。例如Scott连接的变压器可改善三相不平衡问题，但是对功率因数过低、谐波含量过大等问题的改善效果并不理想；SVC为无功补偿器，可提升功率因数至1.0附近，但却无法改善谐波、低功率因数等问题；滤波器可以有效地消除谐波，但是无法有效地提升功率因数及改善三相不平衡等问题。而在电网实际运行中，谐波、低功率因数、三相不平衡等问题往往同时出现，且针对不同的电网和不同的运行时段，这三者对电网的影响不尽相同。目前虽然也有多功能电能质量补偿装置，但都无法根据电网运行时的实际特性自主地、实时地、针对性地调整补偿方案，使得电网很难得到最理想的补偿效果。
因此，需要一种技术，以实现基于开关控制进行实时电能质量补偿。
发明内容
本发明技术方案提供了一种基于开关控制的实时电能质量补偿系统，以解决如何基于开关控制实现对实时电能质量进行补偿的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于开关控制的实时电能质量补偿系统，所述系统包括：
开关信号触发装置，所述开关信号触发装置的输入端连接于电网，所述开关信号触发装置的输出端分别与所述第一开关组、所述第二开关组和所述第三开关组的触发点端相连接；所述开关信号触发装置包括：电网波形采集器、谐波含量分析器、功率因数分析器、不平衡指数分析器、电能质量指标权重分析器以及开关信号生成器，其中所述开关信号触发装置的输入端等同于所述电网波形采集器的输入端；所述电网波形采集器的输入端与电网电气节点相连，输出端与所述谐波含量分析器的输入端、功率因数分析器的输入端和不平衡指数分析器的输入端连接；所述谐波含量分析器的输出端与所述电能质量指标权重分析器的第一输入端连接，所述功率因数分析器的输出端与所述电能质量指标权重分析器的第二输入端连接，所述不平衡指数分析器的输出端与所述电能质量指标权重分析器的第三输入端连接；所述电能质量指标权重分析器的输出端与所述信号生成器的输入端连接；所述信号生成器的第一输出端与第一开关组触发点连接，所述信号生成器的第二输出端与第二开关组触发点连接，所述信号生成器的第三输出端与第三开关组触发点连接；
第一开关组，所述第一开关组包括第一开关触发点，所述第一开关组通过所述第一开关触发点发送的触发信号进行开关动作；所述第一开关组的负荷端与谐波含量改善装置相连接；
第二开关组，所述第二开关组包括第二开关触发点，所述第二开关组通过所述第二开关触发点发送的触发信号进行开关动作；所述第二开关组的负荷端与功率因数改善装置相连接；
第三开关组，所述第三开关组包括第三开关触发点，所述第三开关组通过所述第三开关触发点发送的触发信号进行开关动作；所述第三开关组的负荷端与不平衡指数改善装置相连接。
优选地，所述谐波含量改善装置，包括滤波器，所述滤波器包括串联连接的电容、电感和电阻。
优选地，所述功率因数改善装置包括静止无功补偿器SVC，所述静止无功补偿器SVC包括控制系统、阀组和补偿电抗器。
优选地，所述不平衡指数改善装置包括Scott变压器，所述Scott变压器包括底M座和高T座；所述底M座绕组原边接入电网的A相和B相，所述高T座绕组一次侧两端分别接M绕组线圈的中点和电网的C相，次边形成相位差为90°的对称的两相电压。
优选地，所述电网波形采集器的输入端与电网电气节点相连，用于采集电网电气节点三相电压、电流波形。
优选地，所述谐波含量分析器根据不同运行时刻电网波形采集器采集的电流波形，利用傅里叶分析法，先计算电流波形中的谐波含量Ih和基波含量If，从而算出总谐波失真指数THD，其中
Figure BDA0001689989450000031
优选地，所述功率因数分析器根据不同运行时刻电网波形采集器采集的电压、电流波形，计算出有功P、无功Q含量，算出功率因数pf，其中
Figure BDA0001689989450000032
优选地，所述不平衡指数分析器根据不同时刻电网波形采集器采集的电流波形，先计算出负序电流I2和正序电流I1，根据所述负序电流I2和所述正序电流I1计算出电流不平衡指数IUF，其中
Figure BDA0001689989450000041
优选地，所述电能质量指标权重分析器，用于根据不同时刻谐波含量分析器、功率因数分析器、不平衡指数分析器计算得出的总谐波失真指数THD、功率因数pf和电流不平衡指数IUF，基于层次分析法的主客观权重分析法，对各指标对电网电能质量影响的重要度进行分析，计算各个电能质量指标的权重。
优选地，所述开关信号生成器，用于根据电能质量指标权重分析器计算的各电能质量指标权重，利用逻辑学和统计学分析方法，生成发送给第一开关组触发点、第二开关组触发点和第三开发触发点的触发信号。
优选地，所述触发信号的生成法则如下：首先对计算出的电能质量指标与电网电能质量标准规定的限定范围进行对比；
如果在限定范围之内，则该指标无需改善，生成触发信号0传给开关触发点；
当传给开关触发点的信号为0时，对应的开关组断开或为断开状态，对应的改善装置不投入电网；
如果超过限定范围，则对所有超过限定范围的指标进行“严重度打分”；通过“严重度打分”得到的分数分别与对应的权重相乘得到各需要补偿指标的最终分数；
最终分数最高的电能质量指标对应的信号发生器产生信号1并发送给对应的开关触发点；
当传给开关触发点的信号为1时，对应的开关组闭合或为闭合状态，对应的改善装置不投入电网；
对比其它指标的最终分数，若与最高分不超过5分，则对应的信号发生器产生信号1，否则产生信号0。
本发明提供的开关控制的实时电能质量补偿装置包括谐波含量改善装置、功率因数改善装置、不平衡指数改善装置、开关组和开关信号触发装置，谐波含量改善装置由无源滤波器组成，功率因数改善装置由SVC组成，不平衡指数改善装置由Scott变压器组成，开关组包括第一开关组、第二开关组和第三开关组，三个开关组分别与谐波含量改善装置、功率因数改善装置和不平衡指数改善装置连接。第一开关组、第二开关组和第三开关组均连接在电网侧的同一个节点上。开关信号触发装置含有输入端与输出端，其中输入端与第一开关组、第二开关组、第三开关组所接的电网节点连接，用于接收电网侧的波形，输出端与开关触发点连接，用于触发开关动作。开关信号触发装置与电网节点直接连接，包括电网波形采集器、谐波含量分析器、功率因数分析器、不平衡指数分析器、电能质量指标权重分析器和开关信号生成器。通过上述模块与连接关系得到的开关控制的实时电能质量补偿系统，能够根据不同时段电网的实际运行特性，实时更新谐波含量改善装置、功率因数改善装置和不平衡指数改善装置的投切情况，使得电网电能质量最大程度上获得最佳的改善效果。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的一种基于开关控制的实时电能质量补偿系统结构示意图；
图2为根据本发明实施方式的Scott变压器不平衡指数改善装置和第三开关组与电网三相的接线图；以及
图3为根据本发明实施方式的开关信号触发装置结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的一种基于开关控制的实时电能质量补偿系统结构示意图。本发明实施方式提供了一种基于开关控制的实时电能质量补偿系统，该系统包括谐波含量改善装置、功率因数改善装置、不平衡指数改善装置、开关组和开关信号触发装置。本申请的谐波含量改善装置可以减少电力电子元件、直流线路等设备引起的谐波含量。功率因数改善装置可提高新型电力系统设备引起的低功率因数。变压器不平衡指数改善装置可以解决因不对称负荷引起的电压、电流不对称问题。开关组包括第一开关组、第二开关组和第三开关组，开关组中含有开关触发点，其动作受触发信号控制。开关信号触发装置，能够根据不同时间段电网数据分析结果，产生第一、第二和第三开关组不同时段的触发信号，并发送给各开关进行动作指令。第一、第二、第三开关组能根据不同时段触发信号的指令进行动作，将谐波含量改善装置、功率因数改善装置和不平衡指数改善装置接入电网或从电网中断开，在不同时间选择最合适的电能质量补偿方案。本申请提供的开关控制的实时电能质量补偿系统能够根据电网不同时段的运行状况，选择最合适的电能质量补偿方案，并根据电网数据的采样频率实时更新。如图1所示，一种基于开关控制的实时电能质量补偿系统，系统包括：
开关信号触发装置10，开关信号触发装置10的输入端连接于电网，开关信号触发装置10的输出端分别与第一开关组11、第二开关组12和第三开关组13的开关触点相连接；开关信号触发装置10包括：电网波形采集器、谐波含量分析器、功率因数分析器、不平衡指数分析器、电能质量指标权重分析器以及开关信号生成器。电网波形采集器的输入端与电网电气节点相连，输出端与所述谐波含量分析器的输入端、功率因数分析器的输入端和不平衡指数分析器的输入端连接；谐波含量分析器的输出端与电能质量指标权重分析器的第一输入端连接，功率因数分析器的输出端与电能质量指标权重分析器的第二输入端连接，不平衡指数分析器的输出端与电能质量指标权重分析器的第三输入端连接；电能质量指标权重分析器的输出端与信号生成器的输入端连接；信号生成器的第一输出端与第一开关组触发点连接，信号生成器的第二输出端与第二开关组触发点连接，信号生成器的第三输出端与第三开关组触发点连接。开关信号触发装置具体结构如图3所示(图1未示出)。
第一开关组11，第一开关组11包括第一开关触发点，第一开关组11通过第一开关触发点发送的触发信号进行开关动作；第一开关组11的负荷端与谐波含量改善装置110相连接。
第二开关组12，第二开关组12包括第二开关触发点，第二开关组12通过第二开关触发点发送的触发信号进行开关动作；第二开关组12的负荷端与功率因数改善装置120相连接；
第三开关组13，第三开关组13包括第三开关触发点，第三开关组13通过第三开关触发点发送的触发信号进行开关动作；第三开关组13的负荷端与不平衡指数改善装置130相连接。
本申请提出一种基于开关控制的实时电能质量补偿系统，包括谐波含量改善装置110、功率因数改善装置120、不平衡指数改善装置130、开关组和开关信号触发装置。其中谐波含量改善装置110由无源滤波器组成，功率因数改善装置120由SVC组成，不平衡指数改善装置130由Scott变压器组成。开关组包括第一开关组11、第二开关组12和第三开关组13，每个开关组中都含有开关触发点，其中开关的动作由开关触发点通过触发信号执行。第一开关组11中所含开关触发点，称第一开关组触发点。第二开关组12中所含开关触发点，称第二开关组触发点。第三开关组13中所含开关触发点，称第三开关组触发点。谐波含量改善装置110与第一开关组连接11，功率因数改善装置120与第二开关组12连接，不平衡指数改善装置130与第三开关组13连接。第一开关组11、第二开关组12和第三开关组13均连接在电网侧的同一个节点上。开关信号触发装置10含有输入端与输出端，其中输入端与第一开关组11、第二开关组12、第三开关组13所接的电网节点14连接，用于接收电网侧的波形，输出端与开关触发点连接，用于触发开关动作。开关信号触发装置10包括电网波形采集器、谐波含量分析器、功率因数分析器、不平衡指数分析器、电能质量指标权重分析器和开关信号生成器。
优选地，谐波含量改善装置110，包括无源滤波器，无源滤波器包括串联连接的电容、电感和电阻。
优选地，功率因数改善装置120包括静止无功补偿器SVC，静止无功补偿器SVC包括控制系统、阀组和补偿电抗器。
优选地，不平衡指数改善装置130包括Scott变压器，Scott变压器包括底M座和高T座；底M座绕组原边接入电网的A相和B相，取110kV或220kV的三相线电压，高T座绕组一次侧两端分别接M绕组线圈的中点和电网的C相，次边形成相位差为90°的对称的两相电压。
优选地，电网波形采集器的输入端与电网电气节点相连，用于采集电网电气节点三相电压、电流波形。本申请中，电网波形采集器，直接与电网电气节点14相连，用以采集电网电气节点三相电压、电流波形。
优选地，谐波含量分析器根据不同运行时刻电网波形采集器采集的电
流波形，利用傅里叶分析法，先计算电流波形中的谐波含量Ih和基波含量If，从而算出总谐波失真指数THD，其中
Figure BDA0001689989450000091
优选地，功率因数分析器根据不同运行时刻电网波形采集器采集的电压、电流波形，计算出有功P、无功Q含量，算出功率因数pf，其中
Figure BDA0001689989450000092
优选地，不平衡指数分析器根据不同时刻电网波形采集器采集的电流波形，先计算出负序电流I2和正序电流I1，根据负序电流I2和正序电流I1计算出电流不平衡指数IUF，其中
Figure BDA0001689989450000101
优选地，电能质量指标权重分析器，用于根据不同时刻谐波含量分析器、功率因数分析器、不平衡指数分析器计算得出的总谐波失真指数THD、功率因数pf和电流不平衡指数IUF，基于层次分析法的主客观权重分析法，对各指标对电网电能质量影响的重要度进行分析，计算各个电能质量指标的权重。本申请中，电能质量指标权重分析器，根据不同时刻谐波含量分析器、功率因数分析器、不平衡指数分析器计算得出的总谐波失真指数THD、功率因数pf和电流不平衡指数IUF，利用基于层次分析法的主客观权重分析法，对各指标对电网电能质量影响的重要度进行分析，计算各个电能质量指标的权重。
优选地，基于层次分析法的主客观权重分析法分为主观权重分析、客观权重分析和综合权重分析三部分，在分析各指标对电网电能质量影响的重要度时，需分别先进行主观权重分析和客观权重分析，再进行综合权重分析，从而得出各电能质量指标重要性的权重。
优选地，主观权重分析步骤如下：
首先，根据所在电网区域以往的运行经验，按照电网电能质量标准，对各项指标重要度进行重要度初步对比并将初步对比结果进行量化；
然后，根据初步重要度对比的量化结果，分别计算出每一项指标的主观权重；
优选地，客观权重分析步骤如下：
首先，根据电网电能质量标准，对各项指标按数值进行等级划分；
其次，根据该区域电网过往一段时间的各项电能指标统计样本，计算出落入各个等级的概率，其中对于每一个指标，落入各个等级概率的总和应为100％；
再次，根据各个指标各个等级下的概率，利用各个指标的信息熵和所有指标的总信息熵，计算出各个指标的客观权重；
优选地，综合权重分析步骤，将主观权重和客观权重进行加权平均后，可得各项指标的综合权重。
优选地，开关信号生成器，用于根据电能质量指标权重分析器计算的各电能质量指标权重，利用逻辑学和统计学分析方法，生成发送给第一开关组触发点、第二开关组触发点和第三开发触发点的触发信号。本申请中，开关信号生成器，根据电能质量指标权重分析器计算的各电能质量指标权重，利用逻辑学和统计学分析方法，生成发送给第一开关组触发点、第二开关组触发点和第三开发触发点的触发信号。
优选地，触发信号的生成法则如下：首先对计算出的电能质量指标与电网电能质量标准规定的限定范围进行对比；
如果在限定范围之内，则该指标无需改善，生成触发信号0传给开关触发点，此时对应的开关组断开或为断开状态，对应的电能质量改善装置不接入电网；
如果超过限定范围，则对所有超过限定范围的指标进行“严重度打分”；通过“严重度打分”得到的分数分别与对应的权重相乘得到各需要补偿指标的最终分数；
最终分数最高的电能质量指标对应的信号发生器产生信号1并发送给对应的开关触发点，此时对应的开关组闭合或为闭合状态，对应的电能质量改善装置接入电网；
对比其它指标的最终分数，若与最高分不超过5分，则对应的信号发生器产生信号1，否则产生信号0。
本申请中，触发信号的生成法则如下：首先对计算出的电能质量指标与电网电能质量标准规定的限定范围进行对比，如果在限定范围之内，则该指标无需改善，生成触发信号0传给开关触发点，此时对应的开关组断开或为断开状态，对应的电能质量改善装置不接入电网，如果超过限定范围，则对所有超过限定范围的指标进行“严重度打分”；其次，通过“严重度打分”得到的分数分别与对应的权重相乘得到各需要补偿指标的最终分数；再次，最终分数最高的电能质量指标对应的信号发生器产生信号1并发送给对应的开关触发点，此时对应的开关组闭合或为闭合状态，对应的电能质量改善装置接入电网；最后对比其它指标的最终分数，若与最高分不超过5分，则对应的信号发生器产生信号1，否则产生信号0。
以下对本申请的实施方式进行举例说明。
本申请一种基于开关控制的实时电能质量补偿系统，包括谐波含量改善装置、功率因数改善装置、不平衡指数改善装置、开关和开关信号触发装置；
其中的谐波含量改善装置由滤波器组成；
其中的功率因数改善装置由SVC组成；
图2为根据本发明实施方式的Scott变压器不平衡指数改善装置和第三开关组与电网三相的接线图。其中的不平衡指数改善装置由Scott变压器组成，具体包括底M座和高T座。
上述底M座绕组原边接入电网的A相和B相，高T座绕组一次侧两端分别接M绕组线圈的中点和电网的C相，次边形成相位差为90°的对称的两相电压，可有效降低牵引供电系统对外部电源产生的负序；
其中的开关包括第一开关组、第二开关组和第三开关组，开关中含有开关触发点；
上述开关的动作由开关触发点通过触发信号执行；
上述第一开关组中所含开关触发点，称第一开关组触发点；
上述第二开关组中所含开关触发点，称第二开关组触发点；
上述第三开关组中所含开关触发点，称第三开关组触发点；
上述谐波含量改善装置与第一开关组连接；
上述功率因数改善装置与第二开关组连接；
上述不平衡指数改善装置与第三开关组连接；
上述第一开关组、第二开关组和第三开关组的母线端均连接在电网侧的同一个节点上；
其中开关信号触发装置含有输入端与输出端，其中输入端与第一开关组、第二开关组、第三开关组所接的电网节点连接，用于接收电网侧的波形，输出端与开关触发点连接，用于触发开关动作；
上述开关信号触发装置包括电网波形采集器、谐波含量分析器、功率因数分析器、不平衡指数分析器、电能质量指标权重分析器和开关信号生成器。
上述电网波形采集器，直接与电网电气节点相连，用以采集电网电气节点三相电压、电流波形；
上述谐波含量分析器，根据不同运行时刻电网波形采集器采集的电流波形，利用傅里叶分析法，先计算电流波形中的谐波含量Ih和基波含量If，从而算出总谐波失真指数THD，其中
Figure BDA0001689989450000131
上述功率因数分析器，根据不同运行时刻电网波形采集器采集的电压、电流波形，计算出有功P、无功Q含量，从而算出功率因数pf，其中
Figure BDA0001689989450000141
上述不平衡指数分析器，根据不同时刻电网波形采集器采集的电流波形，先计算出负序电流I2和正序电流I1，计算出电流不平衡指数IUF，其中
Figure BDA0001689989450000142
上述电能质量指标权重分析器，根据不同时刻谐波含量分析器、功率因数分析器、不平衡指数分析器计算得出的总谐波失真指数THD、功率因数pf和电流不平衡指数IUF，利用基于层次分析法的主客观权重分析法，对各指标对电网电能质量影响的重要度进行分析，计算各个电能质量指标的权重。
上述基于层次分析法的主客观权重分析法分为主观权重分析、客观权重分析和综合权重分析三部分，在分析各指标对电网电能质量影响的重要度时，需分别先进行主观权重分析和客观权重分析，再进行综合权重分析，从而得出各电能质量指标重要性的权重。
上述主观权重分析步骤如下：
首先，根据所在电网区域以往的运行经验，按照电网电能质量标准，对各项指标重要度进行重要度初步对比并将初步对比结果进行量化；以总谐波失真指数THD和功率因数pf为例，如果THD与pf一样重要，则量化结果为1；如果THD比pf重要，则量化结果大于1，重要程度越高，量化结果越大，反之亦然；量化结果的取值范围是(0，+∞)。
然后，根据初步重要度对比的量化结果，分别计算出每一项指标的主观权重；各项指标的权重综合应为100％；
上述客观权重分析步骤如下：
首先，根据电网电能质量标准，对各项指标按数值进行等级划分；等级总数可以根据实际需求自行划定，以THD为例，根据电能质量标准，如果THD的值在(0,5％]范围内则划为一等，如果在(5％,10％]范围内则为二等，如果在(10％,15％]范围内则为三等，如果在(15％,20％]范围内，则为四等……以此类推，其中最后一等的上限可为+∞，代表总谐波失真极其严重。
其次，根据该区域电网过往一段时间(例如过去60分钟)的各项电能指标统计样本(如每30秒采样一次)，计算出落入各个等级的概率，其中对于每一个指标，落入各个等级概率的总和应为100％；以THD为例，根据以往统计的THD样本，按照上述标准划分的等级，可计算出该区域THD落入各个等级的概率，其总和应为100％。
再次，根据各个指标各个等级下的概率，利用各个指标的信息熵和所有指标的总信息熵，计算出各个指标的客观权重；
上述综合权重分析步骤，将各项主观权重和客观权重进行加权平均后，可得各项指标的综合权重。以THD为例，THD的综合权重计算步骤如下：
首先，计算出THD主观权重与客观权重之积；
其次，计算出所有指标主观权重与客观权重之积的总和；
最后，以THD主观权重和客观权重之积除以所有指标主观权重与客观权重之积的总和，可得THD(综合)权重。
上述开关信号生成器，根据电能质量指标权重分析器计算的各电能质量指标权重，利用逻辑学和统计学分析方法，生成发送给第一开关组触发点、第二开关组触发点和第三开发触发点的触发信号。
上述触发信号的生成步骤如下：
(1)首先对计算出的电能质量指标与电网电能质量标准规定的限定范围进行对比——如果在限定范围之内，则该指标无需改善，生成触发信号0传给开关触发点，如果超过限定范围，则对所有超过限定范围的指标进行“严重度打分”；
(2)其次，通过“严重度打分”得到的分数分别与对应的权重相乘得到各需要补偿指标的最终分数；
(3)再次，最终分数最高的电能质量指标对应的信号发生器产生信号1并发送给对应的开关触发点；
(4)最后，对比其它指标的最终分数，若与最高分不超过5分，则对应的信号发生器产生信号1，否则产生信号0。
(5)值得注意的是，当信号生成器产生信号1并发送给开关组触发点时，对应的开关组闭合或处于闭合状态，对应的改善装置接入电网；当信号生成器产生信号0并发送给开关组触发点时，对应的开关组断开或处于断开状态，对应的改善装置不接入电网。
本申请提供的开关控制的实时电能质量补偿装置包括谐波含量改善装置、功率因数改善装置、不平衡指数改善装置、开关和开关信号触发装置，谐波含量改善装置由无源滤波器组成，功率因数改善装置由SVC组成，不平衡指数改善装置由Scott变压器组成，开关包括第一开关组、第二开关组和第三开关组，分别与谐波含量改善装置、功率因数改善装置和不平衡指数改善装置连接。第一开关组、第二开关组和第三开关组并联连接在电网侧的同一个节点上。开关信号触发装置含有输入端与输出端，其中输入端与第一开关组、第二开关组、第三开关组所接的电网节点连接，用于接收电网侧的波形，输出端与开关触发点连接，用于触发开关动作。开关信号触发装置与电网节点直接连接，包括电网波形采集器、谐波含量分析器、功率因数分析器、不平衡指数分析器、电能质量指标权重分析器和开关信号生成器。通过上述模块与连接关系得到的开关控制的实时电能质量补偿装置，能够根据不同时段电网的实际运行特性，实时更新谐波含量改善装置、功率因数改善装置和不平衡指数改善装置的投切情况，使得电网电能质量最大程度上获得最佳的改善效果。
本申请提供的开关信号触发装置，可根据实时测量的电网数据，进行电能质量指标的分析，计算出各时段各指标对电能质量影响的重要性，并据此决定补偿装置的投切状况，使得电网可以随时更新电能质量改善方案，在保证电网时刻获得最合适的电能质量改善方法，也可以为电网运行节省资源。
本申请提供的开关控制的实时电能质量补偿系统可根据不同时段电网的实际运行特性，实时更新电能质量改善装置的投切情况，使得电网电能质量最大程度上获得最佳的改善效果的同时节省运行维护资源，为现代电网的安全、稳定与经济运行奠定了坚实的基础。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (8)

1.一种基于开关控制的实时电能质量补偿系统，所述系统包括：
开关信号触发装置，所述开关信号触发装置的输入端连接于电网，所述开关信号触发装置的输出端分别与第一开关组、第二开关组和第三开关组的触发点相连接；所述开关信号触发装置包括：电网波形采集器、谐波含量分析器、功率因数分析器、不平衡指数分析器、电能质量指标权重分析器以及开关信号生成器，其中所述开关信号触发装置的输入端等同于所述电网波形采集器的输入端；所述电网波形采集器的输入端与电网电气节点相连，输出端与所述谐波含量分析器的输入端、功率因数分析器的输入端和不平衡指数分析器的输入端连接；所述谐波含量分析器的输出端与所述电能质量指标权重分析器的第一输入端连接，所述功率因数分析器的输出端与所述电能质量指标权重分析器的第二输入端连接，所述不平衡指数分析器的输出端与所述电能质量指标权重分析器的第三输入端连接；所述电能质量指标权重分析器的输出端与所述开关信号生成器的输入端连接；所述开关信号生成器的第一输出端与第一开关组触发点连接，所述开关信号生成器的第二输出端与第二开关组触发点连接，所述开关信号生成器的第三输出端与第三开关组触发点连接；
所述电能质量指标权重分析器，用于根据不同时刻谐波含量分析器、功率因数分析器、不平衡指数分析器计算得出的总谐波失真指数THD、功率因数pf和电流不平衡指数IUF，基于层次分析法的主客观权重分析法，对各指标对电网电能质量影响的重要度进行分析，计算各个电能质量指标的权重；
所述开关信号生成器，用于根据电能质量指标权重分析器计算的各电能质量指标权重，利用逻辑学和统计学分析方法，生成发送给第一开关组触发点、第二开关组触发点和第三开发触发点的触发信号；
所述触发信号的生成法则如下：首先对计算出的电能质量指标与电网电能质量标准规定的限定范围进行对比；
如果在限定范围之内，则该指标无需改善，生成触发信号0传给开关触发点；
当传给开关触发点的信号为0时，对应的开关组断开或为断开状态，对应的改善装置不投入电网；
如果超过限定范围，则对所有超过限定范围的指标进行“严重度打分”；通过“严重度打分”得到的分数分别与对应的权重相乘得到各需要补偿指标的最终分数；
最终分数最高的电能质量指标对应的信号发生器产生信号1并发送给对应的开关触发点；
当传给开关触发点的信号为1时，对应的开关组闭合或为闭合状态，对应的改善装置不投入电网；
对比其它指标的最终分数，若与最高分不超过5分，则对应的信号发生器产生信号1，否则产生信号0；
第一开关组，所述第一开关组包括第一开关触发点，所述第一开关组通过所述第一开关触发点发送的触发信号进行开关动作；所述第一开关组的负荷端与谐波含量改善装置相连接；
第二开关组，所述第二开关组包括第二开关触发点，所述第二开关组通过所述第二开关触发点发送的触发信号进行开关动作；所述第二开关组的负荷端与功率因数改善装置相连接；
第三开关组，所述第三开关组包括第三开关触发点，所述第三开关组通过所述第三开关触发点发送的触发信号进行开关动作；所述第三开关组的负荷端与不平衡指数改善装置相连接。
2.根据权利要求1所述的系统，所述谐波含量改善装置，包括滤波器，所述滤波器包括串联连接的电容、电感和电阻。
3.根据权利要求1所述的系统，所述功率因数改善装置包括静止无功补偿器SVC，所述静止无功补偿器SVC包括控制系统、阀组和补偿电抗器。
4.根据权利要求1所述的系统，所述不平衡指数改善装置包括Scott变压器，所述Scott变压器包括底M座和高T座；所述底M座绕组原边接入电网的A相和B相，所述高T座绕组一次侧两端分别接M绕组线圈的中点和电网的C相，次边形成相位差为90°的对称的两相电压。
5.根据权利要求1所述的系统，所述电网波形采集器的输入端与电网电气节点相连，用于采集电网电气节点三相电压、电流波形。
6.根据权利要求1所述的系统，所述谐波含量分析器根据不同运行时刻电网波形采集器采集的电流波形，利用傅里叶分析法，先计算电流波形中的谐波含量Ih和基波含量If，从而算出总谐波失真指数THD，其中
Figure FDA0002963952950000031
7.根据权利要求1所述的系统，所述功率因数分析器根据不同运行时刻电网波形采集器采集的电压、电流波形，计算出有功P、无功Q含量，算出功率因数pf，其中
Figure FDA0002963952950000032
8.根据权利要求1所述的系统，所述不平衡指数分析器根据不同时刻电网波形采集器采集的电流波形，先计算出负序电流I2和正序电流I1，根据所述负序电流I2和所述正序电流I1计算出电流不平衡指数IUF，其中
Figure FDA0002963952950000033
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