CN110320441A - 一种基于数据采集的电能质量治理设备性能检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于数据采集的电能质量治理设备性能检测系统。系统通过电网模拟源模拟电网的正常异常特性，检验被测品对电网的适应能力，例如可模拟电网频率和电压的一般特性，并可模拟市电的电压暂降、短时中断、闪变、频率漂移等，通过谐波模拟源和无功模拟源模拟电网上存在的电能质量问题，以检验被试品对电能质量的补偿能力；本系统完成了电力系统一二次设备的融合趋势，可针对实时的电力系统运行状态进行仿真，模拟各种扰动，产生多种特殊运行状态以检测电力系统二次设备，同时解决了测试工况单一的问题，通过将所采集的工况储存并分类同时调用的方法涵盖了被测试样品在该地的所有所有工况，并且由于对工况进行了分类，可准确调用需要的不同类型的工况。

Description

一种基于数据采集的电能质量治理设备性能检测系统

技术领域

本发明涉及一种检测系统，具体涉及一种基于数据采集的电能质量治理设备性能检测系统。

背景技术

目前，随着配电网升级改造、智能电网建设持续推进，智能化电力设备需求呈现强劲走势，倒逼传统意义上电力系统的一二次设备打破界限，加快走向技术融合，实现智能化蜕变。这一融合打破了电力设备传统市场格局，开拓了新的发展空间。电力设备企业都已在积极谋划一二次设备融合市场。

电力系统一二次设备的融合趋势，推励了二次设备的标准化建设以及电力系统检测机构进行技术创新和检测设备升级，以适应电力系统一二次设备融合的集成技术的发展。对此国家电网率先实施配电网一二次设备融合，旨在通过建立统一的标准不规范，推进配电网智能化进程。配电网设备一二次融合对电力设备检测企业提出了更高的检测技术要求，同旪也为企业提供了相互渗透和融合的机遇。

电力设备制造业具有产品更新速度快、技术含量高的特点，电力设备检测机构必须在理解并掌握电力设备核心技术的前提之下，才能有效开展对电力产品质量性能的技术检测和鉴定。特别是在当前我国电力制造产业升级和产品更新换代的背景下，电力产品研发成果的数量不断增加，产品更新的速度不断加快，对电力设备检测机构的技术能力提出了更高要求，检测机构必须加大对技术研发的投入，在掌握市场主流技术标准的同旪，适当地进行前瞻性技术储备，以满足不断变化的市场需求。

电力系统实时数字仿真是研究电力系统运行特点、模拟各种扰动、产生多种特殊运行状态的技术手段，在电力系统分析、继电保护测试等领域已经得到了广泛应用。国家正在积极推进继电保护及其自动化设备的标准化工作。此外，近年来电力系统二次设备的检测量逐年上升，为了提高效率幵保证测试结果的准确度，需要研发针对不同产品类型测试的全自动测试设备及测试软件，以提高检测服务能力。

专利名称为低压电能质量检测系统，专利号为201910038560.9是目前与本发明最为相似的现有技术，该现有技术公开了公开了一种低压电能质量检测系统，包括电网模拟源、三相谐波源、无功模拟源、监控系统、对系统进行控制的中央控制器、与中央控制器连接的上位机；本发明采用由电网模拟源、三相谐波源、无功模拟源、监控系统组成的低压电能质量检测系统，通过电网模拟源实现了模拟供电电网的正常异常特性并检验了被测样品对供电电网的适应能力；通过三相谐波源和无功模拟源实现了模拟供电电网上存在的电能质量问题，以检验被测样品对电能质量的补偿能力；通过监控系统实现了对系统的安全监控。但是该现有技术只是根据实时供电电网的数据作为电网模拟源的输入端，该实时数据仅能提供被测试样品在一个工况下的性能，并不能通过所有工况的测试，也就不能满足所有的实际应用环境的工况测试，则被测试样品的测试不全面，容易在实际运行过程中出现问题，甚至导致系统发生故障、火灾等安全隐患。例如，不同季节的电网环境有所差异，甚至相差数个数量级，如果仅仅采集实时数据作为电网模拟源的输入将导致测试工况涵盖不全，不利于测试性能的稳定。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供的具体方案如下：

一种基于数据采集的电能质量治理设备性能检测系统包括模拟源、变压器、被测试样品、监控系统、中央控制器、与中央控制器连接的上位机和数据采集系统；所述模拟源包括电网模拟源、谐波模拟源、无功模拟源，所述变压器包括变压器一和变压器二；依次连接所述电网模拟源、变压器一和被测试样品形成测试回路一，所述谐波模拟源和所述无功模拟源通过并联接触点并联，所述并联接触点依次连接变压器二和被测试样品形成测试回路二，所述电网模拟源、谐波模拟源、无功模拟源、变压器一、变压器二与中央控制器建立信号连接，所述中央控制器通过上位机与监控系统连接；所述电网模拟源与数据采集系统连接；所述数据采集系统包括数据采集器、数据传输器、数据分类器和数据存储器，依次连接所述数据采集器、数据传输器、数据分类器和数据存储器，所述数据采集器与供电电网进行数据联络，采集实时供电电网的数据，所述数据存储器与所述电网模拟源通过信号线建立信号连接，所述数据存储器与所述中央控制器通过信号线建立信号连接。

所述数据采集器、数据传输器与所述中央控制器通过信号线建立信号连接，所述数据传输器与所述电网模拟源通过信号线建立信号连接。

所述数据分类器将不同电网日曲线进行归纳和分类并保存至数据存储器中，所述数据分类器可以按照数据特征进行分类，具体为：提取采集的日数据的特征，根据特征划分范围和类别，将所有日数据分别归类至所划分的范围和类别。

所述数据分类器将不同电网日曲线进行归纳和分类并保存至数据存储器中，所述数据分类器可以按照数据采集的时间进行分类。

所述数据存储器中包括故障时的历史数据类别。

所述变压器一和变压器二的并联接入点前后两处分别有一个电流测点通过电流采集的信号线与所述中央控制器建立信号连接，采集所述并联接入点前后的电流，所述被测试样品与所述变压器二建立信号连接，由所述被测试样品发出电流指令，由所述变压器二执行电流指令，将所述被测试样品的电流参数反馈给所述变压器二，通过调节所述变压器参数来达到精确调控的目的。

所述无功模拟源与所述监控系统建立信号连接的信号线为通讯线，所述电网模拟源和所述谐波模拟源与所述监控系统建立信号连接的信号线为以太通讯线。

所述监控系统完成系统的监控、总输出及各分设备电气数据显示、保存。

有益效果

本系统完成了电力系统一二次设备的融合趋势，可针对实时的电力系统运行状态进行仿真，模拟各种扰动，产生多种特殊运行状态以检测电力系统二次设备，本系统相较于其他检测系统可产生较为真实的仿真环境，提高了测试效率并保证测试结果的准确度，最终提高了电网的检测服务能力。

并且本系统解决了测试工况单一的问题，通过将所采集的工况储存并分类同时调用的方法涵盖了被测试样品在该地的所有所有工况，该测试准确且覆盖面广，具有权威性，并且由于对工况进行了分类，该系统的可操作性强，目标性强，可准确调用需要的不同类型的工况。

并且通过在所述数据存储器建立故障时的历史数据类别，为电网模拟源在模拟电压暂降、短时中断、闪变、频率漂移等故障状态时提供更准确的参数数量级，以此测试该被测试样品的耐受性检测样品优劣时与真实工况最为相近，可提供样品调试参数的功能服务，同时可根据测试在不同样品中挑选出最优样品。

附图说明

图1是本发明基于数据采集的电能质量治理设备性能检测系统框架图；

图2是本发明数据采集系统控制框架图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种基于数据采集的电能质量治理设备性能检测系统由中央控制器10、执行系统11、数据采集系统20、监控系统7和若干信号线9组成；所述执行系统11包括模拟源12、变压器13、线缆8；所述变压器13包括变压器一4和变压器二5，所述变压器一4和变压器二5的容量均可以为800kVA，原边的电压均可以为400V，副边的电压均可以为400V/690V/800V/1200V；所述模拟源12包括电网模拟源1、谐波模拟源2、无功模拟源3；所述电网模拟源1主要可以模拟电网的正常异常特性，检验被测品对电网的适应能力，例如可模拟电网频率和电压的一般特性，并可模拟市电的电压暂降、短时中断、闪变、频率漂移等，所述谐波模拟源2和无功模拟源3主要模拟电网上存在的电能质量问题，以检验被试品对电能质量的补偿能力；所述线缆8依次连接所述电网模拟源1、变压器一4和被测试样品6形成测试回路一，所述测试回路一用来给定被测试样品6基准参数并进行相关正常或故障状态的基础测试；所述线缆8并联所述谐波模拟源2和所述无功模拟源3后从并联接触点15处依次连接变压器二5和被测试样品6形成测试回路二，所述被测试回路二用来给定被测试样品6叠加参数并进行相关电能质量非正常状态测试。所述信号线9包括485通讯线、以太通讯线和电流信号线；所述中央控制器10与所述执行系统11中的所有设备通过信号线9建立联络：所述无功模拟源3、变压器一4和变压器二5通过所述485通讯线与所述中央控制器10建立信号连接，所述电网模拟源1和所述谐波模拟源2通过所述以太通讯线与所述中央控制器10建立信号连接，在所述变压器一4和变压器二5并联接入点前后两处分别有电流测点17和18通过所述电流采集的信号线9与所述中央控制器10建立信号连接，采集所述接入点前后的电流，这是由于需要检测测试回路一和测试回路二是不是有误动作或是否有按照中央控制器的命令执行；所述被试品6与所述变压器二5建立信号连接，执行电流指令，这是为了保证在测试回路一作用后再启动测试回路二；所述监控系统7与所述中央控制器10通过上位机19建立信号连接，完成系统的监控、总输出及各分设备电气数据显示、保存。

如图2所示，所述数据采集系统20包括数据采集器21、数据传输器24、数据分类器22和数据存储器23，所述数据采集器21、数据传输器24、数据分类器22和数据存储器23依次连接，所述数据采集器21与供电电网进行数据联络，采集实时供电电网的数据，并通过所述数据传输器24将数据传输给所述数据分类器22，所述数据分类器22将不同电网日曲线进行归纳和分类并保存至数据存储器23中。所述数据传输器24可以为无线数据传输，包括发送设备和接收设备，也可以为有线数据传输，如信号传输线；所述数据存储器23与所述电网模拟源1通过信号线9建立信号连接，所述数据存储器23、数据采集器21、数据传输器24与所述中央控制器10通过信号线9建立信号连接，所述数据传输器24与所述电网模拟源1通过信号线9建立信号连接；当需进行测试时，在所述中央控制器10中输入启动所述电网模拟源1的指令时，将在所述中央控制器10的交互界面上弹出选定历史数据或选定实时数据的选项，若选定历史数据选项后所述中央控制器10将向所述数据存储器23发送指令，所述数据存储器23将归类后的历史数据的类别传输给所述中央控制器10，在所述中央控制器10的交互界面上选择需要的电网历史数据类别发送至所述数据存储器23，所述数据存储器23将选定的电网历史数据类别所对应的数字信号发送给所述电网模拟源1，由所述电网模拟源1模拟相同的信号；若选定实时数据后所述中央控制器10将向所述数据采集器21和数据传输器24发送指令，所述数据采集器21将启动并将实时采集的数据信号通过所述数据传输器24发送给所述电网模拟源1，由所述电网模拟源1模拟相同的信号。其中，所述数据分类器22的分类方式可以为按照数据特征进行分类，具体可以为如下步骤：首先提取采集的日数据的特征，然后根据特征划分范围和类别，最后将所有日数据分别归类到所划分的范围和类别中去进行历史数据关于特征方式的储存，并将每类的典型特征数据绘制成曲线存储于该类目录的封面并同时传输至中央控制器10供选择时使用。所述数据分类器22的分类方式也可以为按照按照数据采集的时间进行分类，具体可以为将时间分为春夏秋冬这四类别，这是由于典型数据的差别一般因为人类四季的用电差别以季节而有所不同，在中央控制器10调用电网模拟源1时就可选择不同季节该地的参数情况作为基准来对被试品进行测试。以上为电网模拟源模拟电网频率和电压的一般特性时数据采集系统所提供的数据支撑以模拟被测试样品6往后上网的最真实的工况环境；同时，在所有数据分类器22的分类方法下，在所述数据存储器23建立故障时的历史数据类别，可为电网模拟源在模拟电压暂降、短时中断、闪变、频率漂移等故障状态时提供更准确的参数数量级，以此测试该被测试样品6的耐受性检测样品优劣时与真实工况最为相近。

其中，所述电网模拟源具体可以为如下规格：

额定容量为1000kVA；采用三相四线的输出联接方法，可单相输出，也可三相输出；内置隔离变压器；负载功率因数-1.0～+1.0；具备100％能量回馈功能。所述电网模拟源的输出相电压范围5-300V，分辨率0.01V，准确度±0.1％F.S.，线性负载的负载调整率±(0.1％+0.05％F.S.)，线性负载和满载的输出失真度小于0.5％，输出内置隔离变压器，不含直流偏移，电压变化速度在5ms内从10％-90％变化；输出相电流1400A；输出频率范围在45-65Hz，分辨率0.01Hz，稳定率±0.005Hz，准确度±0.01Hz，最大调节速率为20Hz/工频周期；输出相位的三相不平衡不超过GB/T15543-2008要求的1/2(负序电压不超过1％，短时不超过2％)，相位调节范围±180°，调节步长0.3°；电压谐波注入可达2-25次，可同时注入10种谐波；总谐波含量不超过额定电压的10％，间谐波注入16Hz-1250Hz，含量不超过额定电压的2％，其中电压分辨率0.01V，频率分辨率1Hz；在测量中，电压显示准确度为±0.1％F.S.，电压显示分辨率分辨率0.01V，电流显示准确度±0.2％F.S.，电流显示分辨率0.1A，频率显示准确度准确度±0.02Hz，频率显示分辨率分辨率0.01Hz；所述电网模拟源的输入电压范围220V/380V×(1±10％)，输入频率范围50Hz×(1±5％)，当输入额定电压、输入50％-100％最大电流时，输入功率因数大于0.95，当输入额定电压、输入10％-50％最大电流时输入功率因数大于0.9；输入谐波电流小于3％。所述电网模拟源的效率大于90％，具有输入过压/欠压/过频/欠频/缺相保护和输出过压/过载/短路保护，内部过温保护等的保护功能；具有可编程输出的功能：其中最小编程时间5ms，编程步长1ms，最长编程时间99h；其中电压、频率、相位可编程设置，阶跃、渐变方式可选，可记录200步编程数据，编程数据可循环运行；可进行电压波动抗扰度、频率波动抗扰度、电压谐波与间谐波等测试；在电源编程控制输出时，输出一路与装置内其他部分电气隔离的低压触发信号，该信号与电源变换输出时刻同步。

所述电网模拟源可模拟电网频率和电压的一般特性，并可模拟市电的电压暂降、短时中断、闪变、频率漂移等。运用上述特性，产品可模拟各种电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验，用于IEC 61000-4-11/-14/-28测试；可模拟各种供电电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动与闪变，用于GB/T 12325-2008、GB/T 15543-2008、GB/T15945-2008、GB/T 12326-2008测试等。

更进一步地，所述涉及电网模拟源的支路可采用三相解耦设计，能够模拟各种电网三相平衡或不平衡的正常、异常特性；输出电压、相位可分相任意设置。

更进一步地，所述电网模拟源还可用来做并网产品零/低电压穿越测试；零/低电压穿越最低电压小于5V，典型动态时间5mS。

更进一步地，随着电能质量问题逐渐为人们所重视，只能提供正弦信号的传统交流电压源变得不能满足测试需要，所述电网模拟源允许以50Hz或60Hz的基本频率设置2-25次的谐波成份，形成周期性的失真波形来进行电网电压失真度模拟。所述电压失真度的模拟可用于IEC 61000-4-13、GB/T 14549-1993、GB/T 24337-2009的测试。

更进一步地，所述涉及电网模拟源的支路采用能量双向流动的拓扑结构，具备100％能量回馈能力，电源能够四象限运行。

更进一步地，所述涉及电网模拟源的支路可采用输入功率因数补偿技术，典型输入功率因数0.95，谐波电流含量低于3％FS，对电网的干扰小，无需外配无功补偿与谐波治理装置。

其中，所述谐波模拟源具体可以为如下规格：

可输出10～500A的谐波电流，谐波范围2～50次，全部或选定次数的谐波；采用三相四线的联接方法；工作电压范围400V(1±15％)，工作频率范围50×(1±2％)，在2％F.S.时，谐波电流精度大于100A，在5％F.S.时，谐波电流精度小于100A；响应时间小于等于10ms；具有过欠压、错缺相、装置过流、装置过热、直流母线过欠压、过载自动限流保护功能；采用中文的液晶显示器以及友好的人机操作界面；可测量数据、故障报警等信息，并可由用户进行参数设置、状态改变和信息查看等操作。

所述谐波模拟源可同时发生2～50次谐波，可选择特定次数谐波发生，各次谐波独立可调；可实现多台并联运行，具备并联扩容的能力；可采用瞬时无功功率算法或DFT算法。

其中，所述无功模拟源具体可以为如下规格：

无功输出范围为-500kvar～+500kvar，输出范围在满容量感性到满容量容性线性可调，采用三相三线的联接方法；工作电压范围在AC380V±20％，工作频率范围在50Hz×(1±5％)，无功精度在2.5％F.S.时大于100kvar，在5％F.S.时，小于100kvar；自身损耗小于额定功率的4％，响应时间小于等于5ms；具有过压/欠压、过电流、短路、缺相和系统自诊断功能的保护功能；采用中文的液晶显示器以及友好的人机操作界面，可显示设备运行状态、测量数据、故障报警等信息，并可由用户进行参数设置、状态改变和信息查看等操作。

所述无功模拟源可采用双DSP+CPLD数字控制，采用瞬时无功功率算法或DFT算法；可实现多台并联运行，具备并联扩容的能力；采用闭环控制，保证运行的可靠性、精确性及响应的快速性；独立于电网阻抗及低压配电系统阻抗之外，不受电网阻抗和低压配电系统阻抗变化的影响。

其中，所述变压器具体可以为如下规格：

容量为800kVA，自耦类型；原边额定电压0.4kV，副边额定电压0.4kV/0.69kV/0.8kV/1.2kV，额定频率50Hz；高压绕组可采用铝导线绕制，低压绕组可采用铝箔绕制，更进一步地，高压绕组可采用无氧铝质材料作导体，环氧树脂绝缘材料作绝缘；铁芯材料可采用低损耗的高导磁优质晶粒取向冷轧钢片。

其中，所述监控系统具有以下功能：

1)监测功能；通过上位机监测并保存电源、开关设备状态和运行参数，例如：电流、电压、功率、谐波等，能够记录试验系统正常操作及故障信息。

2)控制功能；可通过上位机设定系统设备参数，参数设定完成后，试验人员通过控制界面对试验系统设备进行操作。

3)保护功能；系统可通过数据的测量，判断系统电压等级，对变压器档位切换进行限制，避免误操作引起的设备损坏。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种基于数据采集的电能质量治理设备性能检测系统，其特征在于，包括模拟源、变压器、被测试样品、监控系统、中央控制器、与中央控制器连接的上位机和数据采集系统；所述模拟源包括电网模拟源、谐波模拟源、无功模拟源，所述变压器包括变压器一和变压器二；依次连接所述电网模拟源、变压器一和被测试样品形成测试回路一，所述谐波模拟源和所述无功模拟源通过并联接触点并联，所述并联接触点依次连接变压器二和被测试样品形成测试回路二，所述电网模拟源、谐波模拟源、无功模拟源、变压器一、变压器二与中央控制器建立信号连接，所述中央控制器通过上位机与监控系统连接；所述电网模拟源与数据采集系统连接；所述数据采集系统包括数据采集器、数据传输器、数据分类器和数据存储器，依次连接所述数据采集器、数据传输器、数据分类器和数据存储器，所述数据采集器与供电电网进行数据联络，采集实时供电电网的数据，所述数据存储器与所述电网模拟源通过信号线建立信号连接，所述数据存储器与所述中央控制器通过信号线建立信号连接。

2.根据权利要求1所述的基于数据采集的电能质量治理设备性能检测系统，其特征在于，所述数据采集器、数据传输器与所述中央控制器通过信号线建立信号连接，所述数据传输器与所述电网模拟源通过信号线建立信号连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于数据采集的电能质量治理设备性能检测系统，其特征在于，所述数据分类器将不同电网日曲线进行归纳和分类并保存至数据存储器中，所述数据分类器按照数据特征进行分类，提取采集的日数据的特征，根据特征划分范围和类别，将所有日数据分别归类至所划分的范围和类别。

4.根据权利要求1或2所述的基于数据采集的电能质量治理设备性能检测系统，其特征在于，所述数据分类器将不同电网日曲线进行归纳和分类并保存至数据存储器中，所述数据分类器按照数据采集的时间进行分类。

5.根据权利要求1所述的基于数据采集的电能质量治理设备性能检测系统，其特征在于，所述数据存储器中包括故障时的历史数据类别。

6.根据权利要求1所述的基于数据采集的电能质量治理设备性能检测系统，其特征在于，所述变压器一和变压器二的并联接入点前后两处分别有一个电流测点通过电流采集的信号线与所述中央控制器建立信号连接，采集所述并联接入点前后的电流，所述被测试样品与所述变压器二建立信号连接，由所述被测试样品发出电流指令，由所述变压器二执行电流指令，将所述被测试样品的电流参数反馈给所述变压器二，通过调节所述变压器参数来达到精确调控的目的。

7.根据权利要求1所述的基于数据采集的电能质量治理设备性能检测系统，其特征在于，所述无功模拟源与所述监控系统建立信号连接的信号线为通讯线，所述电网模拟源和所述谐波模拟源与所述监控系统建立信号连接的信号线为以太通讯线。

8.根据权利要求1所述的基于数据采集的电能质量治理设备性能检测系统，其特征在于，所述监控系统完成系统的监控、总输出及各分设备电气数据显示、保存。