CN109831027A - 一种配电网电能质量灵活检测分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网电能质量灵活检测分析系统，属于配电网检测领域。一种配电网电能质量灵活检测分析系统，包括电能监测仪，所述电能监测仪包括安装在非线性电源的电能监测仪A、安装在交直流混合配电网的电能监测仪B、安装在负荷设备的电能监测仪C，所述电能监测仪A、电能监测仪B和电能监测仪C分别同时采集非线性电源、交直流混合配电网和负荷设备三个维度的电能特性。本发明基于典型复杂配电网网络的分析，掌握复杂配电网电能质量参数快速检测和分析方法，实现对电能质量治理装置灵活配置，另外通过验证模块采用电网时域仿真分析法进行电能质量各项参数检测与计算，保证模型的合理性。

Description

一种配电网电能质量灵活检测分析系统

技术领域

本发明涉及配电网检测技术领域，尤其是一种配电网电能质量灵活检测分析系统。

背景技术

随着可再生能源技术和电力电子技术的快速发展，分布式光伏、电动汽车充电桩等新型电源和负荷大量接入配电网，配电系统从单一电源辐射状网络变成了遍布电源和负荷的多电源网络，不仅改变了配电网传统的网络结构，而且增加了其潮流的不确定性；同时，分布式电源的输出具有随机性和间歇性，这些问题对系统的运行和控制产生了一系列的影响，配电网变得更加多变和复杂，简单配电网已经演变为复杂配电网。

分布式电源、电动汽车充电设施、柔性直流设备等设备的接入都离不开电力电子设备的应用，电力电子装置的大量存在，给配电网的电能质量带来了很大的影响，容易导致配电网中产生大量的谐波干扰、相间负荷的不平衡、电压幅值的波动现象等常见问题，甚至配电网还会受到电压暂降、短时中断、骤升以及瞬时脉冲等扰动现象的严重危害，而这些电能问题如果不及时得到改善，就会缩短配电网中设备的使用寿命，并且容易引起配电网发生谐波谐振，使继电保护装置误操作或者损坏，导致仪表显示故障和数据采集不准确以及通信网络受到干扰等严重后果，因此保障复杂配电网的电能质量成为配电网需要研究的重要课题。

而通过对复杂配电网电能质量的特点的研究，掌握复杂配电网的特点及配电网中分布式电源并网装置、多端口柔直设备等电力电子设备的大量应用对配电网电能质量的影响机理，掌握复杂配电网电能质量参数快速检测和分析方法，提出电能质量治理装置灵活配置方法，对于提出基于配用电系统运行数据的电能质量治理协调控制方案起到十分重要的作用，从而发明一种配电网电能质量灵活检测分析系统十分必要。

发明内容

针对现有技术中存在的缺乏对复杂配电网电能质量参数快速检测和分析的问题，本发明的目的在于提供一种配电网电能质量灵活检测分析系统，以实现对复杂配电网电能质量参数快速检测和分析。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种配电网电能质量灵活检测分析系统，包括电能监测仪，所述电能监测仪包括安装在非线性电源的电能监测仪A、安装在交直流混合配电网的电能监测仪B和安装在负荷设备的电能监测仪C，所述电能监测仪A、电能监测仪B和电能监测仪C分别同时采集非线性电源、交直流混合配电网和负荷设备三个维度的电能特性；

所述电能监测仪还包括安装在分布式光伏的电能监测仪D、安装在多端口柔直设备的电能监测仪E、安装在电动汽车充电设施的电能监测仪F、安装在微电网的电能监测仪G，所述电能监测仪监测电网中电能质量通过通信模块传递到决策分析模块，所述决策分析模块包括分析模块、建模模块和验证模块，所述分析模块、建模模块和验证模块依次相连，所述验证模块采用电网时域仿真分析法进行电能质量各项参数检测与计算。

优选的，所述非线性电源包括光伏发电机、燃气轮机，所述光伏发电机和燃气轮机均接入电能监测仪A。

优选的，所述交直流混合配电网包括拓扑结构频繁变化的配电网、负荷转供配电网、变压器经济运行配电网和自动化故障处理配电网，所述拓扑结构频繁变化的配电网、负荷转供配电网、变压器经济运行配电网和自动化故障处理配电网均接入电能监测仪B。

优选的，所述负荷设备包括地铁充电设备，所述地铁充电设备接入电能监测仪C。

优选的，所述电能监测仪A、电能监测仪B和电能监测仪C分别采集相应设备的直流侧电容和交流侧滤波电容特性，所述决策分析模块接收城市电网供电电缆化信息进行决策分析。

优选的，所述决策分析模块收集电能监测仪接入位置，所述电能监测仪采集设备工作模式并通过信号模块传递到决策分析模块，所述决策分析模块对电能监测仪接入的位置、设备工作模式和设备交互作用的三个维度进行配电网电能质量综合分析。

优选的，所述决策分析模块对电能监测仪接入的位置、设备工作模式和设备影响机理的三个角度进行配电网电压质量综合分析。

优选的，所述电能监测仪采用瞬时谐波检测、瞬时无功电流检测和三相负荷电流负序分量检测的方法进行快速检测。

优选的，所述瞬时谐波检测方法采用傅里叶变换分析法。

优选的，所述电能监测仪内配有卡尔曼滤波器和DSP+ARM处理器，所述电能信号通过卡尔曼滤波器处理后信号传递至DSP+ARM处理器，然后信号传递到决策分析模块。

与现有技术相比，本发明提供了一种配电网电能质量灵活检测分析系统，具备以下有益效果：

1、该配电网电能质量灵活检测分析系统，通过结合复杂配电网非线性化的发展特点，从同时采集非线性电源、交直流混合配电网和负荷设备三个维度的电能特性分析非线性化配电网电能质量特点，其中，通过电能监测仪A检测分析从非线性电源接入时配电网电能质量的特点，通过电能监测仪B检测分析从电网角度分析交直流混合配电网尤其是直流配电网运行下配电网电能质量的特点，通过电能监测仪C从负荷设备角度分析接入下的配电网电能质量特点，总结分析出复杂配电网的电能质量特点；

所述电能监测仪还包括安装在分布式光伏的电能监测仪D、安装在多端口柔直设备的电能监测仪E、安装在电动汽车充电设施的电能监测仪F、安装在微电网的电能监测仪G，所述电能监测仪监测电网中电能质量通过通信模块传递到决策分析模块，所述决策分析模块包括分析模块、建模模块和验证模块，所述验证模块采用电网时域仿真分析法进行电能质量各项参数检测与计算；通过电能监测仪D、电能监测仪F和电能监测仪G分别收集接收分布式光伏、电动汽车充电设施和微电网的电能质量特点；采集分布式光伏、电动汽车充电设施和微电网对配电网的电能质量带来的影响信息，对其导致配电网中产生大量的谐波干扰、相间负荷的不平衡、电压幅值的波动现象常见问题进行及时采集分析，便于进行调研分析，收集的信息通过信息模块传递到决策分析模块，决策分析模块通过分析模块进行分析检测，在电力电子设备建模研究的基础上，通过建模模块提出采集分布式光伏、电动汽车充电设施和微电网新型电力电子设备的建模，基于典型复杂配电网网络的分析，掌握复杂配电网电能质量参数快速检测和分析方法，实现对电能质量治理装置灵活配置，另外通过验证模块采用电网时域仿真分析法进行电能质量各项参数检测与计算保证模型的合理性。

附图说明

图1为本发明提出的一种配电网电能质量灵活检测分析系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

参照图1，一种配电网电能质量灵活检测分析系统，包括电能监测仪，电能监测仪包括安装在非线性电源的电能监测仪A、安装在交直流混合配电网的电能监测仪B、安装在负荷设备的电能监测仪C，电能监测仪A、电能监测仪B和电能监测仪C分别同时采集非线性电源、交直流混合配电网和负荷设备三个维度的电能特性；通过结合复杂配电网非线性化的发展特点，从同时采集非线性电源、交直流混合配电网和负荷设备三个维度的电能特性分析非线性化配电网电能质量特点，其中，通过电能监测仪A检测分析从非线性电源接入时配电网电能质量的特点，通过电能监测仪B检测分析从电网角度分析交直流混合配电网尤其是直流配电网运行下配电网电能质量的特点，通过电能监测仪C从负荷设备角度分析接入下的配电网电能质量特点，总结分析出复杂配电网的电能质量特点。

电能监测仪还包括安装在分布式光伏的电能监测仪D、安装在多端口柔直设备的电能监测仪E、安装在电动汽车充电设施的电能监测仪F、安装在微电网的电能监测仪G，电能监测仪监测电网中电能质量通过通信模块传递到决策分析模块，决策分析模块包括分析模块、建模模块和验证模块，验证模块采用电网时域仿真分析法进行电能质量各项参数检测与计算；通过电能监测仪D、能监测仪F和电能监测仪G分别收集接收分布式光伏、电动汽车充电设施和微电网的电能质量特点；采集分布式光伏、电动汽车充电设施和微电网对给配电网的电能质量带来的影响信息，对其导致配电网中产生大量的谐波干扰、相间负荷的不平衡、电压幅值的波动现象常见问题进行及时采集分析，便于进行调研分析，收集的信息通过信息模块传递到决策分析模块，决策分析模块通过分析模块进行分析检测，在电力电子设备建模研究的基础上，通过建模模块提出采集分布式光伏、电动汽车充电设施和微电网新型电力电子设备的建模，基于典型复杂配电网网络的分析，掌握复杂配电网电能质量参数快速检测和分析方法，实现对电能质量治理装置灵活配置，另外通过验证模块采用电网时域仿真分析法进行电能质量各项参数检测与计算保证模型的合理性。

实施例2

参照图1，一种配电网电能质量灵活检测分析系统，与实施例1基本相同，所不同的是，非线性电源包括光伏发电机、燃气轮机，光伏发电机和燃气轮机均接入电能监测仪A；通过电能监测仪A对光伏发电机、燃气轮机的复杂配电网非线性化电源进行电能检测。

交直流混合配电网包括拓扑结构频繁变化的配电网、负荷转供配电网、变压器经济运行配电网和自动化故障处理配电网，拓扑结构频繁变化的配电网、负荷转供配电网、变压器经济运行配电网和自动化故障处理配电网均接入电能监测仪B，通过电能监测仪B检测分析拓扑结构频繁变化的配电网、负荷转供配电网、变压器经济运行配电网和自动化故障处理配电网，便于实现对复杂配电网信息的收集和分析。

负荷设备包括地铁充电设备，地铁充电设备接入电能监测仪C，通过电能监测仪C对地铁充电设备电能质量的特点进行收集，便于后期对复杂配电网的电能分析。

实施例3

参照图1，一种配电网电能质量灵活检测分析系统，与实施例1基本相同，所不同的是，电能监测仪A、电能监测仪B和电能监测仪C分别采集电能特性的同时采集相应设备的直流侧电容和交流侧滤波电容特性，决策分析模块接收相应设备的直流侧电容和交流侧滤波电容特性同时接收城市电网供电电缆化信息进行决策分析，通过采集直流侧电容、交流侧滤波电容的电容特性，同时结合城市电网供电电缆化的信息进行决策分析、使多角度分析配电网电能质量的特点，便于总结分析出复杂的电能质量特点。

实施例4

参照图1，一种配电网电能质量灵活检测分析系统，包括电能监测仪，电能监测仪包括安装在非线性电源的电能监测仪A、安装在交直流混合配电网的电能监测仪B、安装在负荷设备的电能监测仪C，电能监测仪A、电能监测仪B和电能监测仪C分别同时采集非线性电源、交直流混合配电网和负荷设备三个维度的电能特性；通过结合复杂配电网非线性化的发展特点，从同时采集非线性电源、交直流混合配电网和负荷设备三个维度的电能特性分析非线性化配电网电能质量特点，其中，通过电能监测仪A检测分析从非线性电源接入时配电网电能质量的特点，通过电能监测仪B检测分析从电网角度分析交直流混合配电网尤其是直流配电网运行下配电网电能质量的特点，通过电能监测仪C从负荷设备角度分析接入下的配电网电能质量特点，总结分析出复杂配电网的电能质量特点。

电能监测仪还包括安装在分布式光伏的电能监测仪D、安装在多端口柔直设备的电能监测仪E、安装在电动汽车充电设施的电能监测仪F、安装在微电网的电能监测仪G，电能监测仪监测电网中电能质量通过通信模块传递到决策分析模块，决策分析模块包括分析模块、建模模块和验证模块，验证模块采用电网时域仿真分析法进行电能质量各项参数检测与计算；通过电能监测仪D、能监测仪F和电能监测仪G分别收集接收分布式光伏、电动汽车充电设施和微电网的电能质量特点；采集分布式光伏、电动汽车充电设施和微电网对给配电网的电能质量带来的影响信息，对其导致配电网中产生大量的谐波干扰、相间负荷的不平衡、电压幅值的波动现象常见问题进行及时采集分析，便于进行调研分析，收集的信息通过信息模块传递到决策分析模块，决策分析模块通过分析模块进行分析检测，在电力电子设备建模研究的基础上，通过建模模块提出采集分布式光伏、电动汽车充电设施和微电网新型电力电子设备的建模，基于典型复杂配电网网络的分析，掌握复杂配电网电能质量参数快速检测和分析方法，实现对电能质量治理装置灵活配置，另外通过验证模块采用电网时域仿真分析法进行电能质量各项参数检测与计算保证模型的合理性。

决策分析模块收集电能监测仪接入位置，电能监测仪采集设备工作模式并通过信号模块传递到决策分析模块，决策分析模块对电能监测仪接入的位置、设备工作模式和设备交互作用的三个维度进行配电网电流质量综合分析，通过决策分析模块对电能监测仪接入的位置、设备工作模式和设备交互作用的三个维度进行配电网电流质量综合分析，实现分析设备对复杂配电网电能质量的影响，便于调研分析，便于进行分析建模。

实施例5

参照图1，一种配电网电能质量灵活检测分析系统，与实施例4基本相同，更进一步的是，决策分析模块对电能监测仪接入的位置、设备工作模式和设备影响机理的三个角度进行配电网电压质量综合分析，通过决策分析模块电能监测仪接入的位置、设备工作模式和设备影响机理的三个角度进行配电网电压质量综合分析实现对设备对复杂配电网电压质量的影响。

实施例6

参照图1，一种配电网电能质量灵活检测分析系统，包括电能监测仪，电能监测仪包括安装在非线性电源的电能监测仪A、安装在交直流混合配电网的电能监测仪B、安装在负荷设备的电能监测仪C，电能监测仪A、电能监测仪B和电能监测仪C分别同时采集非线性电源、交直流混合配电网和负荷设备三个维度的电能特性；通过结合复杂配电网非线性化的发展特点，从同时采集非线性电源、交直流混合配电网和负荷设备三个维度的电能特性分析非线性化配电网电能质量特点，其中，通过电能监测仪A检测分析从非线性电源接入时配电网电能质量的特点，通过电能监测仪B检测分析从电网角度分析交直流混合配电网尤其是直流配电网运行下配电网电能质量的特点，通过电能监测仪C从负荷设备角度分析接入下的配电网电能质量特点，总结分析出复杂配电网的电能质量特点。

电能监测仪还包括安装在分布式光伏的电能监测仪D、安装在多端口柔直设备的电能监测仪E、安装在电动汽车充电设施的电能监测仪F、安装在微电网的电能监测仪G，电能监测仪监测电网中电能质量通过通信模块传递到决策分析模块，决策分析模块包括分析模块、建模模块和验证模块，验证模块采用电网时域仿真分析法进行电能质量各项参数检测与计算；通过电能监测仪D、能监测仪F和电能监测仪G分别收集接收分布式光伏、电动汽车充电设施和微电网的电能质量特点；采集分布式光伏、电动汽车充电设施和微电网对给配电网的电能质量带来的影响信息，对其导致配电网中产生大量的谐波干扰、相间负荷的不平衡、电压幅值的波动现象常见问题进行及时采集分析，便于进行调研分析，收集的信息通过信息模块传递到决策分析模块，决策分析模块通过分析模块进行分析检测，在电力电子设备建模研究的基础上，通过建模模块提出采集布式光伏、电动汽车充电设施和微电网新型电力电子设备的建模，基于典型复杂配电网网络的分析，掌握复杂配电网电能质量参数快速检测和分析方法，实现对电能质量治理装置灵活配置，另外通过验证模块采用电网时域仿真分析法进行电能质量各项参数检测与计算保证模型的合理性。

电能监测仪采用瞬时谐波检测、瞬时无功电流检测和三相负荷电流负序分量检测的方法进行快速检测，瞬时谐波检测、瞬时无工电流检测和三相复合电流负序分量检测的方法能够快速分析出电网谐波分量、三相基波无功电流分量，便于分析电能能量的特点。

实施例7

参照图1，一种配电网电能质量灵活检测分析系统，与实施例6基本相同，更进一步的是，瞬时谐波检测方法采用傅里叶变换分析法，傅里叶变换分析法可以将待分析信号的信息从时域变换到频域中，而且具有快速傅里叶变换的快速计算方法，便于分析处理配电网中的谐波问题。

实施例8

参照图1，一种配电网电能质量灵活检测分析系统，与实施例6基本相同，更进一步的是，电能监测仪内配有卡尔曼滤波器和DSP+ARM处理器，电能信号通过卡尔曼滤波器处理后信号传递至DSP+ARM处理器然后信号传递到决策分析模块，卡尔曼滤波器通过剔除待分析信号中的噪声还原其实际数据的一种数据分析技术，估计动态系统的状态，有效减少监测误差，DSP+ARM处理器芯片可充分满足工业应用的高能效、连通性设计对高集成度外设、更低热量耗散以及更长电池使用寿命的需求，能够适应配电网不同复杂环境的条件下使用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配电网电能质量灵活检测分析系统，包括电能监测仪，其特征在于，所述电能监测仪包括安装在非线性电源的电能监测仪A、安装在交直流混合配电网的电能监测仪B和安装在负荷设备的电能监测仪C，所述电能监测仪A、电能监测仪B和电能监测仪C分别同时采集非线性电源、交直流混合配电网和负荷设备三个维度的电能特性；

所述电能监测仪还包括安装在分布式光伏的电能监测仪D、安装在多端口柔直设备的电能监测仪E、安装在电动汽车充电设施的电能监测仪F、安装在微电网的电能监测仪G，所述电能监测仪监测电网中电能质量通过通信模块传递到决策分析模块，所述决策分析模块包括分析模块、建模模块和验证模块所述分析模块、建模模块和验证模块依次相连，所述验证模块采用电网时域仿真分析法进行电能质量各项参数检测与计算。

2.根据权利要求1所述的一种配电网电能质量灵活检测分析系统，其特征在于，所述非线性电源包括光伏发电机和燃气轮机，所述光伏发电机和燃气轮机均接入电能监测仪A。

3.根据权利要求2所述的一种配电网电能质量灵活检测分析系统，其特征在于，所述交直流混合配电网包括拓扑结构频繁变化的配电网、负荷转供配电网、变压器经济运行配电网和自动化故障处理配电网，所述拓扑结构频繁变化的配电网、负荷转供配电网、变压器经济运行配电网和自动化故障处理配电网均接入电能监测仪B。

4.根据权利要求3所述的一种配电网电能质量灵活检测分析系统，其特征在于，所述负荷设备包括地铁充电设备，所述地铁充电设备接入电能监测仪C。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种配电网电能质量灵活检测分析系统，其特征在于，所述电能监测仪A、电能监测仪B和电能监测仪C分别采集相应设备的直流侧电容和交流侧滤波电容特性，所述决策分析模块接收城市电网供电电缆化信息进行决策分析。

6.根据权利要求1所述的一种配电网电能质量灵活检测分析系统，其特征在于，所述决策分析模块收集电能监测仪接入位置，所述电能监测仪采集设备工作模式并通过信号模块传递到决策分析模块，所述决策分析模块对电能监测仪接入的位置、设备工作模式和设备交互作用的三个维度进行配电网电流质量综合分析。

7.根据权利要求6所述的一种配电网电能质量灵活检测分析系统，其特征在于，所述决策分析模块对电能监测仪接入的位置、设备工作模式和设备影响机理的三个角度进行配电网电压质量综合分析。

8.根据权利要求1所述的一种配电网电能质量灵活检测分析系统，其特征在于，所述电能监测仪采用瞬时谐波检测、瞬时无功电流检测和三相负荷电流负序分量检测的方法进行快速检测。

9.根据权利要求8所述的一种配电网电能质量灵活检测分析系统，其特征在于，所述瞬时谐波检测方法采用傅里叶变换分析法。

10.根据权利要求8所述的一种配电网电能质量灵活检测分析系统，其特征在于，所述电能监测仪内配有卡尔曼滤波器和DSP+ARM处理器，所述电能信号通过卡尔曼滤波器处理后信号传递至DSP+ARM处理器，然后信号传递到决策分析模块。