CN109886612A - 一种高低压在线节能验证系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高低压在线节能验证系统及方法，其解决了现有节电技术节电效果良莠难分、节电率不好测算、节能治理难以评估等技术问题，其设有主电路及控制检测装置，主电路设有旁路开关和节电装置，旁路开关控制节电装置在主电路中接入或断开，控制检测装置检测节电装置接入或断开时主电路用电参数。本发明可广泛应于工业节电设备和节电设备控制策略制定。

Description

一种高低压在线节能验证系统及方法

技术领域

本发明涉及一种电性能的测试装置，特别是涉及一种高低压在线节能验证系统及方法。

背景技术

目前工业消耗的电能越过总量的2/3，工业部门是进行节能节电投资的一个特别有前途的领域。但许多企业使用的设备和工艺还是几十年前使用的老旧设备和工艺存着电能浪费比较严重，工业产品能源的利用率只有32％到34％，在传统概念中，电费是难以控制和节省的，这是因为传统科技的局限无法提供有效的全面解决方案。

随着各种尖端技术的应用普及，企业的用电成本借助于高科技手段是可以得到有效控制。但是，在节电改造实施的过程中，存在着由于用电环境差异、节电改造设备质量及节电控制策略参差不齐而造成的节电效果良莠难分、节电率不好测算、节能治理难以评估等严重制约节电行业发展的瓶颈问题。

发明内容

本发明为了解决现有节电技术节电效果良莠难分、节电率不好测算、节能治理难以评估等技术问题，提供一种高低压在线节能验证系统及方法，该系统通过对供用电仿真模拟进行综合电力监控，对节电设备和节电控制策略进行测试和评估。

本发明提供一种高低压在线节能验证系统，其设有主电路及控制检测装置，主电路设有旁路开关和节电装置，旁路开关控制节电装置在主电路中接入或断开，控制检测装置检测节电装置接入或断开时主电路用电参数。

优选地，主电路设有进线电压调节器、升压变压器和模拟负载，控制检测装置设有电力监测模块、开关量采集模块、负载控制模块、多功能实验操作演示台和继电器模块，电力监测模块检测主电路的用电参数，开关量采集模块采集主电路各种开关状态，负载控制模块实现模拟负载的加载调节，多功能实验操作演示台监控系统功能及节电效果评估，驱动继电器模块控制主电路分段调节控制。

优选地，多功能实验操作演示台设有下位机、人机交互显示屏及输入按键，下位机发出指令信号输出给继电器模块控制主电路，电力监测模块与下位机通过数据总线连接进行数据通讯连接。

优选地，控制检测装置还设有上位机和大屏显示器，上位机和大屏显示器通过数据总线连接与多功能实验操作演示台连接。

优选地，电力监测模块与下位机数据总线连接为CAN总线连接；上位机和大屏显示器数据总线连接为485串口连接。

优选地，主电路还设有与升压变压器并联的降压变压器，升压变压器与降压变压器通过高低压转换联络柜接入主电路。

优选地，模拟负载包括负载可调励磁电机、不平衡负载、三相异步电动机和电力谐波发生装置。

本发明提出一种高低压在线节能验证方法，包含如下步骤：

第1步：根据企业负载及供电电网状况配置用电环境；

第2步：启动旁路并通过电力监测模块测试电参数；

第3步：识别系统状态；

第4步：与企业实际状态进行比较；

第5步：记录当前参数；

第6步：断开旁路开关转投节电装置工作；

第7步：调节节电装置，分别记录状态；

第8步：计算比较节电装置工作前后用电参数，获取系统的节电率，用电不平衡度以及谐波失真度比较。

本发明还提出一种有载智能节电算法在线验证方法，包含如下步骤：

a.根据企业负载及供电电网状况配置用电环境；

b.启动系统并识别系统状态；

c.采集实时的数据，进行数据整合、定性分析后输送给下位机，进行智能节电优化计算；

d.输出相应控制信号驱动继电器模块，实现节电装置的在线分段调节。

本发明的有益效果是：

1.本发明设有进线电压调节器，模拟进线电压波动，分别调整对应不同的电压工况，计算最佳节电率；

2.本发明设有电力监测模块，对节电工况下数据和旁路状态下数据对比，计算出三相不平衡变化，检测节电装置治理效果；

3.本发明设有谐波发生装置，通过输出不同的波次谐波，来观察节电状态与旁路状态的谐波数值变化，来判定节电装置性能优劣；

4.本发明还设有升压变压器和降压变压器，通过耐高压测试，查看电路电气部件绝缘、耐压状况，保证节电设备的稳定运行；

5.本发明的控制检测装置能够利用下位机，实现智能节电控制，根据采集的数据进行计算优化后输出控制信号给输出继电装置，由输出继电装置控制主电路节电装置实现自动分段调节并完成报警保护等安全监控工作。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的主电路电气连接示意图；

图3是本发明的操作流程图；

图4a是本发明的接入节电装置前A相电压波形；

图4b是本发明的接入节电装置后A相电压波形。

附图符号说明：

100.供电装置；101.进线电压调节器；102.高低压转换联络柜；103.升压变压器；104.降压变压器；105.旁路开关；106.节电装置；200.模拟负载；201.三相异步电动机；202.负载可调励磁电机；203.三相不平衡负载；204.谐波发生装置；301.监控主机；302.监控大屏；303.多功能实验操作演示台；3031.输入按键；3032.下位机；3033.人机交互显示屏；304.继电器模块；305.电力监测模块；306.开关量采集模块；307.负载控制系统；308.CAN总线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对可本发明做进一步说明，以使本发明所属技术领域的技术人员能够容易实施本发明。

如图1所示，本发明包括主电路及控制检测装置。主电路包括供电装置100和模拟负载200，控制检测部分包括监控主机301、监控大屏302、多功能实验操作演示台303、继电器模块304、电力监测模块305、开关量采集模块306和负载控制系统307。多功能实验操作演示台303主要实现监控功能及节电效果评估计算，由控制用下位机3032、人机交互显示屏3033及输入按键3031组成，通过下位机3032发出指令信号输出给继电器模块304用于对主电路状态实施控制设置，经过下位机3032进行数据处理后反馈监控主机301和监控大屏302，进行显示及监视报警。

电力监测模块305通过与主回路相连的电流互感器与电压互感器检测主电路的三相交流电压、电流，经综合分析最终可输出电流、电压值、电压不平衡度、有功、无功、视在功率及功率因数值，各项2-25次谐波分量；电力监测模块305与下位机3032通过CAN总线308进行数据通讯，将监测的数据传送给下位机3032进行处理。

负载控制系统307主要实现模拟负载200的加载调节，包括对三相异步电动机201、负载可调励磁电机202、三相不平衡负载203和谐波发生器204的加载调节。

如图2所示，主电路供电装置100包括进线电压调节器101、高低压转换联络柜102、升压变压器103、降压变压器104和节电系统，节电系统包括旁路开关105和节电装置106，节电装置106为节电变压器，通过分段调节控制对系统的节电状态进行调节，实现在线节电效果的比较；进线电压调节器101直接接于供电电网，用于模拟系统进线电压，其后串联着高低压转换联络柜102，高低压转换联络柜102由高低压控制开关组成，分别接通升压变压器103及降压变压器104，升压变压器103实现400-10000伏高压调节，降压变压器104实现10000-0伏的电压调节，升压变压器103及降压变压器104完成节电装置106安全评估试验，其输出通过节电系统后连接模拟负载200，用于仿真模拟负载环境；模拟负载200包括三相异步电动机201、负载可调励磁电机202、三相不平衡负载203和谐波发生装置204。

多功能实验操作演示台303的下位机3032接受电力监测模块305传送的监测数据，经过处理，下位机3032发出相关指令信号输出给继电器模块304用于对主电路实施控制设置，包括高低压转换联络柜102高低压控制开关的设置、旁路开关105转换设置、模拟负载200接通控制以及节电装置106分段调节控制，节电装置106分段调节控制可实现手动及智能调控两种方式，多功能实验操作演示台303显示功能主要体现在接收电力监测模块305的各种数据以及由开关量采集模块306采集的各种开关状态，经过下位机3032进行数据处理后进行显示及监视报警。

本发明提供一种高低压在线节能验证方法，通过进线电压调节器101模拟电网波动，通过三相异步电动机201、负载可调励磁电机202、三相不平衡负载203及谐波发生装置204搭建负载环境，将节电装置106及旁路开关105并联串接于供电与模拟负载200之间，通过控制检测装置检测供电侧的电压、电流、有功、谐波等电参数，旁路开关105置于旁路侧，测试未加节电装置106的用电参数，之后将旁路开关105断开，同时调节节电装置106参数，通过比较获取不同用电及负载环境下，节电装置106参数与节电率及电污染治理效果的关系。

如图3所示，是本发明的操作流程图，本发明的操作流程为：

第1步：根据企业负载及供电电网状况配置用电环境；

第2步：启动旁路并通过电力监测模块305测试电参数；

第3步：识别系统状态；

第4步：与企业实际状态进行比较，符合实际状态进入下一步，如不符合则返回第1步，重新配置负载及供电电网状况；

第5步：记录当前参数为D；

第6步：断开旁路开关105转投节电装置106工作；

第7步：调节节电装置106，分别记录状态为A、B、C；

第8步：计算比较节电装置106工作前后用电参数，获取系统的节电率，用电不平衡度以及谐波失真度比较。

本发明通过进线电压调节器101模拟电网波动，通过负载可调励磁电机202、不平衡负载203及谐波发生装置204搭建负载环境，将节电装置106及旁路开关105并联串接于供电与负载之间，通过控制检测装置检测供电侧的电压、电流、有功、谐波等电参数，接通旁路开关105，测试未加节电装置106的用电参数，之后将旁路开关105断开，同时调节节电装置106参数，通过比较获取不同用电及负载环境下，节电装置106参数与节电率及电污染治理效果的关系。

本发明控制检测部分中多功能实验操作演示台303、继电器模块304、电力监测模块305、开关量采集模块306和负载控制系统307还能够构成有载智能节电算法在线验证装置。开关量采集模块306可对系统数据进行模拟量和数字量的数据采集，模拟量数据采集通道为仪表用变压器，电力监测模块305最终通过数据总线传输给下位机3032，数字量数据采集通道是数字量开关直接与下位机3032的数据采集接口相连，采集旁路开关105、应急开关以及分段调节开关的状态；下位机3032通过数据处理数字量输出接口直接与控制继电器模块304的线圈相连，实现开关控制，最终控制主电路及保护电路各接触器的动作；下位机3032通过通讯端口与人机交互显示屏3033实现交互显示与控制，同时还接收来自输入按键3031的输入控制。

控制检测装置采集实时的数据，根据实时采集的数据，进行数据整合、定性分析后通过软件接口输送给下位机3032，进行智能节电优化计算；通过测点参数范围限制、参数关联性置信区间设置以及参数逻辑规则分析和计算，输出相应控制信号给数字输出端口，控制相应的继电器模块304，实现节电装置106的在线分段调节以及对异常工况的即时处理。通过控制检测装置中自动调整装置的开发，可完成智能算法的校验，使试验操作更便捷。

图4a-4b所示，分别是本发明的接入节电装置106前A相电压波形和接入节电装置106后A相电压波形示意图，本发明有效解决进线电压波动，确保进线电压稳定。本发明能够对进线电压波动、三相不平衡状态、谐波干扰以及综合扰动状态等用电状况进行模拟实验，同时本发明还能够对节电设备的安全运行试验。以下通过不同实施例对各种单一状态的试验方法加以说明。

实施例1：对于电网波动，通过调整进线电压调节器101，使系统进线电压保持恒定，比如400V；用电负载搭配保持恒定，阻性负载和感性负载保持状态不变。然后，将生产好的节电装置106串联在主电路中；此时手动调整节电装置106的档位，如,A、B、C三个档位时，三个档位分别对应不同的电压工况。分别对三个档位运行工况下的有功功率进行记录，得出3组数据，这3组数据分别代表着节电状态下本发明用电多少。然后将节电装置106的运行方式切换到“旁路”状态，旁路开关105闭合，在相同的时间下，在记录下1组数据，这1组数据我们标记为D，代表着市电状态下本发明用电的多少。我们将前3组数据，和最后一组数据比较，即：(D-A)/D*100％、(D-B)/D*100％、(D-C)/D*100％算出了节电率。

实施例2：对于三相不平衡，三相不平衡是在工业用电系统中普遍存在的，表现为：三相电压之间的不平衡、三相电流之间的不平衡、零序电流的存在等，有的不平衡度达20％以上，严重影响了系统电能的整体效率和安全性。

首先，将用电系统进行电压调整在一个稳定的状态，比如400V，在用电系统中，合理调配负载结构，投入单相负载电热器3千瓦一台，连接三相异步电机11千瓦一台，系统照明若干；同时，将生产好的节电装置106串联在主电路中，并保存任一档位不变；此时人工调整单相负载的功率，并通过本发明记录下节电装置106运行状态下，不同负载下的系统三相不平衡变化数据；之后，将节电装置106调整到“旁路”状态；此时，再重复调整单项负载的功率，改变系统三相不平衡条件，再通过电力监测模块305记录下相应的数据。最后，对节电工况下数据和旁路状态下数据对比，计算出三相不平衡变化，从而达到检测节电装置106治理效果的目的。

实施例3：对于谐波污染，谐波污染对工业生产系统危害很大，本发明对系统谐波治理情况，可以有效检测，对谐波治理方案可以评估和优化。具体步骤为：将谐波发生装置204并联在用电系统中，通过输出不同的2-25次谐波，来观察节电状态与旁路状态的谐波数值变化。通过对比，来判定节电装置106性能优劣，质量好坏。

实施例4：对于节电设备的稳定运行，节电设备的稳定运行是最关键的环节，本发明通过升压变压器103对节电装置106进行高达400-10000V的耐高压测试，查看电气部件绝缘、耐压状况，针对不同电压的运行条件，分别做好测试记录；升压测试完成后，通过高低压转换联络柜102，转为降压测试，从400—300V情况下，观察节电装置106运行情况。模拟电网运行工况，一般不做300V以下测试了。

以上所述仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡是在本发明的权利要求限定范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高低压在线节能验证系统，其特征是，其设有主电路及控制检测装置，所述主电路设有旁路开关和节电装置，所述旁路开关控制所述节电装置在所述主电路中接入或断开，所述控制检测装置检测所述节电装置接入或断开时主电路用电参数。

2.根据权利要求1所述的高低压在线节能验证系统，其特征在于，所述主电路设有进线电压调节器、升压变压器和模拟负载，所述控制检测装置设有电力监测模块、开关量采集模块、负载控制模块、多功能实验操作演示台和继电器模块，所述电力监测模块检测所述主电路的用电参数，所述开关量采集模块采集所述主电路各种开关状态，所述负载控制模块实现所述模拟负载的加载调节，所述多功能实验操作演示台监控系统功能及节电效果评估，驱动所述继电器模块控制所述主电路分段调节控制。

3.根据权利要求2所述的高低压在线节能验证系统，其特征在于，所述多功能实验操作演示台设有下位机、人机交互显示屏及输入按键，所述下位机发出指令信号输出给所述继电器模块控制所述主电路，所述电力监测模块与所述下位机通过数据总线连接进行数据通讯连接。

4.根据权利要求3所述的高低压在线节能验证系统，其特征在于，所述控制检测装置还设有上位机和大屏显示器，所述上位机和大屏显示器通过数据总线连接与所述多功能实验操作演示台连接。

5.根据权利要求4所述的高低压在线节能验证系统，其特征在于，所述电力监测模块与所述下位机数据总线连接为CAN总线连接；所述上位机和大屏显示器数据总线连接为485串口连接。

6.根据权利要求2-5任一所述的高低压在线节能验证系统，其特征在于，所述主电路还设有与所述升压变压器并联的降压变压器，所述升压变压器与降压变压器通过高低压转换联络柜接入所述主电路。

7.根据权利要求6所述的高低压在线节能验证系统，其特征在于，所述模拟负载包括负载可调励磁电机、不平衡负载、三相异步电动机和电力谐波发生装置。

8.一种高低压在线节能验证方法，其特征是，包含如下步骤：

第1步：根据企业负载及供电电网状况配置用电环境；

第2步：启动旁路并通过电力监测模块测试电参数；

第3步：识别系统状态；

第4步：与企业实际状态进行比较；

第5步：记录当前参数；

第6步：断开旁路开关转投节电装置工作；

第7步：调节节电装置，分别记录状态；

第8步：计算比较节电装置工作前后用电参数，获取系统的节电率，用电不平衡度以及谐波失真度比较。

9.一种有载智能节电算法在线验证方法，其特征是，包含如下步骤：

a.根据企业负载及供电电网状况配置用电环境；

b.断开旁路开关，识别系统状态；

c.采集实时的数据，进行数据整合、定性分析后输送给下位机，进行智能节电优化计算；

d.输出相应控制信号驱动继电器模块，实现节电装置的在线分段调节。