CN109802400A - 一种低压无功补偿系统的数据分析和处理的方法及系统 - Google Patents
一种低压无功补偿系统的数据分析和处理的方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种低压无功补偿系统的数据分析和处理的方法，用以解决现有技术中低压无功补偿控制器无法自行根据获取的数据进行计算和判断的问题。本方法通过硬件采集低压无功补偿系统以及用户配电系统的数据信息，通过预设无功补偿处理分析数据库对数据进行处理和分析，获取功率因数、有功功率以及无功功率，快速准确的完成电容的投切以及对硬件的自检报警，实现无功补偿和对补偿系统的各个设备元件的在线检测。
Description
技术领域
本发明涉及无功补偿控制领域，尤其涉及一种低压无功补偿系统的数据分析和处理的方法及系统。
背景技术
在我国的低压配电系统中，通常采用无功补偿的方式来进行电压的调节，保证供电电压，同时减小配电变压器的电流输出，以对线路和设备起到一定的保护作用。无功补偿一般使用电力电容器作为无功发生器，产生无功达到无功电源的效果。而且电容的投切一般都是以功率因数为调整目标，在保证输出端电压稳定的前提下，调整电力电容器的运行状态以及投入的数量来对功率因数进行调整，在配电过程中，并不是所有的电容都同时投入或者切除，而是根据需要来确定具体投切数值。
传统的电容投切方法采用先检测，然后判断，最后才投切的方式来完成补偿动作，具有反应速度慢、补偿精度低和补偿滞后的缺点。
并且现有技术中的无功补偿器没有硬件检验与报警的功能，只是给出相应的目标进行投切和报警，不能进行相应的智能计算获取，属于一种滞后无功补偿控制处理。
综上所述，需要提出一种智能的通过获取的数据进行自主运算和报警的低压无功补偿的数据分析和处理的方法及系统。
发明内容
为了解决背景技术中提出的问题，本发明提供了一种能够结合物理原理和电路原理建立无功补偿处理分析数据库，主动计算电容投切与硬件异常报警的低压无功补偿系统的数据分析和处理的方法及系统。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案，
一种低压无功补偿系统的数据分析和处理的方法，包括步骤：
S1：结合预设物理原理公式和预设电路原理公式，建立无功补偿处理分析数据库，所述无功补偿处理分析库包括无功补偿数据获取组和无功补偿数据指令组；
S2：通过电流互感器采集低压无功补偿系统的三相电流数据信息和配电系统的三相电流数据信息，通过电压互感器采集低压无功补偿系统的三相电压数据信息，并储存；
S3：将采集的低压无功补偿系统的三相电流数据信息和三相电压数据信息代入无功补偿数据获取组，获取当前低压无功补偿的功率因数、有功功率和无功功率；
S4：将采集的低压无功补偿的三相电流数据信息和三相电压数据信息以及获取的功率因数、有功功率以及无功功率代入无功补偿数据指令组，得到相应的控制指令，进行相应的无功补偿动作。
进一步地，无功补偿处理分析数据库的建立包括以下步骤：
S11：结合预设物理原理公式和预设电路原理公式，建立无功补偿数据获取组，并储存；
S12：结合预设物理原理公式和预设电路原理公式，建立无功补偿数据指令组，并储存。
进一步地，步骤S11包括步骤：
S111：读取单位时间内所有的电压和电流波形数据并存储，使用基4的快速傅里叶算法求得三相电压和电流的频谱特性和相应频点的相位特性，抽取50Hz附近的频点三相电压电流幅值和相位值，并计算得出合相电流与电压的相位差φ；
S112：结合获取的三相电流数据信息、三相电压数据信息以及功率因数cosφ，获取低压无功补偿系统的有功功率P＝31/2UIcosφ；
S113：结合获取的三相电流数据信息、三相电压数据信息以及功率因数cosφ，获取无功功率P＝31/2UIsinφ。
进一步地，无功补偿数据指令组的建立的包括：
电容投切指令单元的建立和硬件报警指令单元的建立。
进一步地，电容投切指令单元的建立包括以下步骤：
若当前电容的功率因素cosφ小于设定值，配电系统的无功功率高于下一路预投电容的预设倍数时，对下一路预投电容进行投入；
若当前电容的无功功率低于预设设定值时，切除下一路预投电容的投入。
进一步地，硬件报警指令单元的建立包括：
若低压无功补偿系统的刀闸线圈回路信号不到位，则进行刀闸断路报警；
若没有采集到电容对应的接触器的常闭信号，则进行电容对应的接触器故障报警；
若低压无功补偿控制系统的三相电压值缺相，则进行相应相的支路熔管故障报警；
若电容的实际使用容量和电容的容值残余容量比例不在预设比例范围内，则进行电容器工作异常故障报警；
若两个及两个以上电容器投切，低压无功补偿系统的三相中其中一相的电流为0，且另外两相的实际增加的电流增加均值和另外两相理论增加的电流增加均值一致，则进行电流互感器故障报警；
进一步地，包括步骤：
结合故障报警，对电容器进行循环投切；
当接收到刀闸断路报警时，断开所有接触器；
当接收到电容对应的接触器故障报警时，记录该电容对应的编号，并关闭该路电容的投切；
当接收到支路熔管故障报警，记录该电容对应的编号，并闭锁该路电容的投切。
进一步地，包括步骤：
通过RJ45网口，使用TCP/IP协议将采集的低压无功补偿系统的三相电流数据信息和配电系统的三相电流数据信息，低压无功补偿系统的三相电压数据信息，发送至后台服务器。
一种低压无功补偿系统的数据分析和处理的系统，包括：低压无功补偿控制器、多组电容投切组以及配电系统；
所述多组电容投切组和低压无功补偿控制器通过预设电容接口连接，低压无功补偿控制器和配电系统电连接。
进一步地，低压无功补偿控制器包括：
数据采集单元，所述数据采集单元，用于通过电流互感器采集低压无功补偿系统的三相电流数据信息和配电系统的三相电流数据信息，通过电压互感器采集低压无功补偿系统的三相电压数据信息，并储存；
无功补偿处理分析数据库，用于结合预设物理原理公式和预设电路原理公式，建立无功补偿处理分析数据库；
所述无功补偿处理分析库包括无功补偿数据获取组和无功补偿数据指令组；
所述无功补偿数据指令组包括电容投切指令单元和硬件报警指令单元；
所述电容投切指令单元，用于发送相应的电容投切指令；
所述硬件报警指令单元，用于发送相应的硬件报警指令。
本发明有如下优点：
(1)通过电流互感器采集低压无功补偿系统的三相电流数据信息和配电系统的三相电流数据信息，通过电压互感器采集低压无功补偿系统的三相电压数据信息。
(2)结合预设物理原理公式和预设电路原理公式，建立无功补偿处理分析数据库，所述无功补偿处理分析库包括无功补偿数据获取组和无功补偿数据指令组；通过建立的无功补偿数据获取组获取当前功率因数，将当前功率因数与预设功率因数比对，并通过继电器控制接触器调整功率因数。
(3)可以检测连接电容的接触器是否正常通断，并进行相应的接触器通断报警。
(4)可检测刀闸状态，并当刀闸合位不到位时进行刀闸合位异常报警；
(5)可检测各路熔管工作状态，并当有熔管工作异常时，切断相应的电容投切，并进行对应的熔管异常报警。
(6)可检测电流互感器工作状态，通过预设无功补偿数据库中的物理公式和电路原理，进行电流互感器故障判断，并当电流互感器出现故障时，进行相应的电流互感器工作异常报警。
(7)可远程传送数据，通过RJ45网口通讯，使用TCP/IP协议，支持动态IP分配，通过连接启动DHCP服务的路由器或者交换机，将采集的数据和报警数据发送至后台服务器，储存。
(8)可计算各路电容残余容量，实现电容投切的准确性。
(9)实现无功补偿和对补偿系统的各个设备元件的在线检测。
附图说明
图1是本发明低压无功补偿的数据分析和处理的方法流程图一；
图2是本发明低压无功补偿的数据分析和处理的方法流程图二。
图3是本发明低压无功补偿的数据分析和处理的系统结构图；
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
本实施例提供了一种低压无功补偿系统的数据分析和处理的方法，包括步骤：
S1：结合预设物理原理公式和预设电路原理公式，建立无功补偿处理分析数据库，所述无功补偿处理分析库包括无功补偿数据获取组和无功补偿数据指令组；
S2：通过电流互感器采集低压无功补偿系统的三相电流数据信息和配电系统的三相电流数据信息，通过电压互感器采集低压无功补偿系统的三相电压数据信息，并储存；
S3：将采集的低压无功补偿系统的三相电流数据信息和三相电压数据信息代入无功补偿数据获取组，获取当前低压无功补偿的功率因数、有功功率和无功功率；
S4：将采集的低压无功补偿的三相电流数据信息和三相电压数据信息以及获取的功率因数、有功功率以及无功功率代入无功补偿数据指令组，得到相应的控制指令，进行相应的无功补偿动作。
进一步地，无功补偿处理分析数据库的建立包括以下步骤：
S11：结合预设物理原理公式和预设电路原理公式，建立无功补偿数据获取组，并储存；
S12：结合预设物理原理公式和预设电路原理公式，建立无功补偿数据指令组，并储存。
进一步地，步骤S11包括步骤：
S111：读取单位时间内所有的电压和电流波形数据并存储，使用基4的快速傅里叶算法求得三相电压和电流的频谱特性和相应频点的相位特性，抽取50Hz附近的频点三相电压电流幅值和相位值，并计算得出合相电流与电压的相位差φ；；
S112：结合获取的三相电流数据信息、三相电压数据信息以及功率因数cosφ，获取低压无功补偿系统的有功功率P＝31/2UIcosφ；
S113：结合获取的三相电流数据信息、三相电压数据信息以及功率因数cosφ，获取无功功率P＝31/2UIsinφ。
进一步地，无功补偿数据指令组的建立的包括：
电容投切指令单元的建立和硬件报警指令单元的建立。
进一步地，电容投切指令单元的建立包括以下步骤：
若当前电容的功率因素cosφ小于设定值，配电系统的无功功率高于下一路预投电容的预设倍数时，对下一路预投电容进行投入；
若当前电容的无功功率低于预设设定值时，切除下一路预投电容的投入。
通过电流互感器和电压互感器可以采集低压无功补偿系统和配电系统的所有相电流、电压；
然后通过预先建立的无功补偿处理分析数据库中的物理公式和电路原理公式进行有功功率、功率因数和无功功率大小的计算；
然后优先根据功率因数的大小去投切，当功率因数还未达到上限时，会进一步判断当前配电系统无功功率，当判断无功功率高于下一路预投的电容容量的1.2倍时，则会进一步投入电容，使得电容系统的作用发挥到最大，判断当前功率因数超前且低于切除门限时，为了防止过补偿的出现，装置会及时切除电容。
进一步地，本实施例提供的低压无功补偿的数据分析和处理的方法，可通过检测刀闸线圈回路信号判断刀闸是否合到位，若低压无功补偿系统的刀闸线圈回路信号不到位，则进行刀闸断路报警；
可通过采集所有的接触器常闭信号来判断接触器是否按照指令去动作，若没有采集到电容对应的接触器的常闭信号，则进行电容对应的接触器故障报警；
装置可以根据电容系统三相电压值去判断相应相的主路熔管是否熔断，若低压无功补偿控制系统的三相电压值缺相，则进行相应相的支路熔管故障报警；
若电容的实际使用容量和电容的容值残余容量比例不在预设比例范围内，即装置每次预投切电容器时会冻结当前电容系统的所有数据并进行存储，投入后连续读取5秒之内的电容系统的电气数据并进行存储，使用软件滤波器进行数据滤波求得一个三相电流各自增加的均值(ΔIA ΔIBΔIC)和三相无功功率各自增加的均值(ΔQA ΔQBΔQC)，并累加三相无功功率的增量得出合相无功功率增量ΔQS，将此值等同刚才投入的电容的实际作用大小记为Q1，进一步根据电容器标准电压与当前电压的比值平方计算出电容器的容值残余量Q2。其中Q1、Q2值都会传送到服务器进行展示，运维人员可以根据Q1、Q2值去判断相应的电容器工作是否正常，若不正常，则进行相应电容器工作异常故障报警；
若两个及两个以上电容器投切，低压无功补偿系统的三相中其中一相的电流为0，且另外两相的实际增加的电流增加均值和另外两相理论增加的电流增加均值一致，即装置会比较ΔIA ΔIBΔIC与理论值的差值分析得到某一路电容某一相支路熔管故障或者电容系统的电流互感器故障。
其中ia、ib以及ic的值是根据Q2计算得到的，具体算法为：首先由Q2得到当前电压下理论作用大小的Q3；
ia＝ib＝ic＝(Q3/3)/U；U为实际相电压平均值。
例如当第四路电容的ΔIA＝0并且ΔIBΔIC低于ib ic的80％左右时则判断得到第四路电容的A相支路熔管熔断。若当有两个电容器以上投入时，且此时电容系统A相电流仍然为0，并且有两路以上电容的ΔIBΔIC约等于ib ic；则判断是电流互感器故障，则进行电流互感器故障报警；
进一步地，采集配电系统的有功电能和视在电能数据，根据两者相除得到平均功率因数，并且可以设置超表日期，每当抄表日的23:59:59时会清除本周期的低压无功补偿系统的有功电能和视在电能数据和平均功率因数，并且开始记录一下个周期的电能数据；可以记录最多过去十年的每个月的平均功率因数。
进一步地，包括步骤：
结合故障报警，对电容器进行循环投切；
当接收到刀闸断路报警时，断开所有接触器；
当接收到电容对应的接触器故障报警时，记录该电容对应的编号，并关闭该路电容的投切；
当接收到支路熔管故障报警，记录该电容对应的编号，并闭锁该路电容的投切。
即可以根据判断出来的故障结果去调整投切策略。
正常情况下执行循环投切策略，但是若判断刀闸信号开路时则会立即断开所有接触器，避免刀闸发热烧坏。当发现某一路接触器不动作或者某一相支路熔管熔断时会记录下相应的电容编号，并且暂时关闭那一路的投切，等维修人员修复后且操作装置复归后才会恢复投切。
进一步地，包括步骤：
通过RJ45网口，使用TCP/IP协议将采集的低压无功补偿系统的三相电流数据信息和配电系统的三相电流数据信息，低压无功补偿系统的三相电压数据信息，支持动态IP分配，因此只要连接任何开启了DHCP服务的路由器或者交换机就可以联网并将所有数据发送到本公司后台服务器。
采用本方法，能够实现对低压无功补偿数据的智能分析和判断，快速准确的完成电容的投切以及对硬件的自检报警，实现无功补偿和对补偿系统的各个设备元件的在线检测。
实施例二
本实施例提供了一种低压无功补偿的数据分析和处理的系统，如图3所示，本系统包括：
一种低压无功补偿系统的数据分析和处理的系统，包括：低压无功补偿控制器、多组电容投切组以及配电系统；其中本低压无功补偿控制器的硬件组成包括：主芯片、采样芯片1、采样芯片2、按键+指示灯、12864屏幕、光耦组、继电器组、串口、RS485接口、以太网总线、RJ45接口、铁电存储器以及flash存储器，其中具体的连接关系，见图3。
所述多组电容投切组和低压无功补偿控制器通过预设电容接口连接，低压无功补偿控制器和配电系统电连接。
进一步地，低压无功补偿控制器包括：
数据采集单元，所述数据采集单元，用于通过电流互感器采集低压无功补偿系统的三相电流数据信息和配电系统的三相电流数据信息，通过电压互感器采集低压无功补偿系统的三相电压数据信息，并储存；
无功补偿处理分析数据库，用于结合预设物理原理公式和预设电路原理公式，建立无功补偿处理分析数据库；
所述无功补偿处理分析库包括无功补偿数据获取组和无功补偿数据指令组；
所述无功补偿数据指令组包括电容投切指令单元和硬件报警指令单元；
所述电容投切指令单元，用于发送相应的电容投切指令；
所述硬件报警指令单元，用于发送相应的硬件报警指令。
采用本系统，能够实现通过电流互感器采集低压无功补偿系统的三相电流数据信息和配电系统的三相电流数据信息，通过电压互感器采集低压无功补偿系统的三相电压数据信息。
结合预设物理原理公式和预设电路原理公式，建立无功补偿处理分析数据库，所述无功补偿处理分析库包括无功补偿数据获取组和无功补偿数据指令组；通过建立的无功补偿数据获取组获取当前功率因数，将当前功率因数与预设功率因数比对，并通过继电器控制接触器调整功率因数。
可以检测连接电容的接触器是否正常通断，并进行相应的接触器通断报警。
可检测刀闸状态，并当刀闸合位不到位时进行刀闸合位异常报警。
可检测各路熔管工作状态，并当有熔管工作异常时，切断相应的电容投切，并进行对应的熔管异常报警。
可检测电流互感器工作状态，通过预设无功补偿数据库中的物理公式和电路原理，进行电流互感器故障判断，并当电流互感器出现故障时，进行相应的电流互感器工作异常报警。
可远程传送数据，通过RJ45网口通讯，使用TCP/IP协议，支持动态IP分配，通过连接启动DHCP服务的路由器或者交换机，将采集的数据和报警数据发送至后台服务器，并储存。
可计算各路电容残余容量，实现电容投切的准确性。
实现无功补偿和对补偿系统的各个设备元件的在线检测。
本实施例提供的一种低压无功补偿的数据分析和处理的系统，能够实现无功补偿和对补偿系统的各个设备元件的在线检测。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种低压无功补偿系统的数据分析和处理的方法，其特征在于，包括步骤：
S1：结合预设物理原理公式和预设电路原理公式，建立无功补偿处理分析数据库，所述无功补偿处理分析库包括无功补偿数据获取组和无功补偿数据指令组；
S2：通过电流互感器采集低压无功补偿系统的三相电流数据信息和配电系统的三相电流数据信息，通过电压互感器采集低压无功补偿系统的三相电压数据信息，并储存；
S3：将采集的低压无功补偿系统的三相电流数据信息和三相电压数据信息代入无功补偿数据获取组，获取当前低压无功补偿系统的功率因数、有功功率和无功功率；
S4：将采集的低压无功补偿系统的三相电流数据信息和三相电压数据信息以及获取的功率因数、有功功率以及无功功率代入无功补偿数据指令组，得到相应的控制指令，进行相应的无功补偿动作。
2.根据权利要求1所述的一种低压无功补偿系统的数据分析和处理的方法，其特征在于，无功补偿处理分析数据库的建立包括以下步骤：
S11：结合预设物理原理公式和预设电路原理公式，建立无功补偿数据获取组，并储存；
S12：结合预设物理原理公式和预设电路原理公式，建立无功补偿数据指令组，并储存。
3.根据权利要求2所述的一种低压无功补偿系统的数据分析和处理的方法，其特征在于，步骤S11包括步骤：
S111：读取单位时间内所有的电压和电流波形数据并存储，通过基4快速傅里叶算法获取三相电压和三相电流的频谱特性和相应频点的相位特性，抽取50Hz预设范围内频点的三相电压和电流分别对应的幅值和相位值，并计算得出合相电流与电压的相位差φ；
S112：结合获取的三相电流数据信息、三相电压数据信息以及功率因数cosφ，获取低压无功补偿系统的有功功率P＝31/2UIcosφ；
S113：结合获取的三相电流数据信息、三相电压数据信息以及功率因数cosφ，获取无功功率P＝31/2UIsinφ。
4.根据权利要求2所述的一种低压无功补偿系统的数据分析和处理的方法，其特征在于，无功补偿数据指令组的建立的包括：
电容投切指令单元的建立和硬件报警指令单元的建立。
5.根据权利要求4所述的一种低压无功补偿系统的数据分析和处理的方法，其特征在于，电容投切指令单元的建立包括以下步骤：
若当前电容系统的功率因素cosφ不大于预设切除值且配电系统的无功功率高于下一路预投电容的预设倍数时，对下一路预投电容进行投入；
若当前电容的无功功率低于预设设定值时，切除下一路预投电容的投入。
6.根据权利要求4所述的一种低压无功补偿系统的数据分析和处理的方法，其特征在于，硬件报警指令单元的建立包括：
若低压无功补偿系统的刀闸线圈回路信号不到位，则进行刀闸断路报警；
若没有采集到电容对应的接触器的常闭信号，则进行电容对应的接触器故障报警；
若低压无功补偿控制系统的三相电压值缺相，则进行相应相的支路熔管故障报警；
若电容的实际使用容量和电容的容值残余容量比例不在预设比例范围内，则进行电容器工作异常故障报警；
若两个及两个以上电容器投切，低压无功补偿系统的三相中其中一相的电流为0，且另外两相的实际增加的电流增加均值和另外两相理论增加的电流增加均值一致，则进行电流互感器故障报警。
7.根据权利要求6所述的一种低压无功补偿系统的数据分析和处理的方法，其特征在于，包括步骤：
结合故障报警，对电容器进行循环投切；
当接收到刀闸断路报警时，断开所有接触器；
当接收到电容对应的接触器故障报警时，记录电容对应的编号，并关闭该电容的投切；
当接收到支路熔管故障报警，记录该电容对应的编号，并闭锁该电容的投切。
8.根据权利要求1所述的一种低压无功补偿系统的数据分析和处理的方法，其特征在于，包括步骤：
通过RJ45网口，使用TCP/IP协议将采集的低压无功补偿系统的三相电流数据信息和配电系统的三相电流数据信息，低压无功补偿系统的三相电压数据信息，发送至后台服务器。
9.一种低压无功补偿系统的数据分析和处理的系统，其特征在于，包括：低压无功补偿控制器、多组电容投切组以及配电系统；
所述多组电容投切组和低压无功补偿控制器通过预设电容接口连接，低压无功补偿控制器和配电系统电连接。
10.根据权利要求9所述的一种低压无功补偿系统的数据分析和处理的系统，其特征在于，低压无功补偿控制器包括：
数据采集单元，所述数据采集单元，用于通过电流互感器采集低压无功补偿系统的三相电流数据信息和配电系统的三相电流数据信息，通过电压互感器采集低压无功补偿系统的三相电压数据信息，并储存；
无功补偿处理分析数据库，用于结合预设物理原理公式和预设电路原理公式，建立无功补偿处理分析数据库；
所述无功补偿处理分析库包括无功补偿数据获取组和无功补偿数据指令组；
所述无功补偿数据指令组包括电容投切指令单元和硬件报警指令单元；
所述电容投切指令单元，用于发送相应的电容投切指令；
所述硬件报警指令单元，用于发送相应的硬件报警指令。
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