CN112003376A - 一种分布式网格化电能质量在线监测治理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分布式网格化电能质量在线监测治理系统，包括电力采集系统、通讯单元及后端监控系统，电力采集系统包括一级配电采控单元、多个二级配电采控单元及多个三级配电采控单元；一级配电采控单元设置在配电低压总出口处，二级配电采控单元分别设置在分支箱处，三级配电采控单元设置在用电终端；电力采集系统，用于对电力参数在线监控及处理；电力采集系统与通讯单元连接，通讯单元与后台监控系统连接；后台监控系统包括云平台及监控终端。本发明实现了在线式实时监测和治理电能质量的功能，多台组网使用，便于智能化监测和管理。
Description
技术领域
本发明涉及低压配电网中的电能质量监测治理领域，具体涉及一种分布式网格化电能质量在线监测治理系统。
背景技术
在供用电系统中，越来越多的负荷设备具有非线性和时变特性，它们作为谐波源向电网中注入谐波，严重影响供电网电能质量。如冶金行业的电解、电镀、中频炉等；机械加工行业的焊接机、起重机、冲床，矿山、油田等能源行业的升降机、抽油机；交通运输行业的吊车等，化工造纸行业的整流变频电机以及广泛应用的变频空调，这些都属于产生谐波的非线性负载，它们会向供用电网注入谐波电量或在公用电网上产生谐波电压，使电网受到“污染”。由于谐波的存在，会使电力供应系统中时常发生补偿电容器或熔断器频繁发热烧毁、一些测控元件或控制保护设备产生异常误差或误动作、负荷开关失控、生产工艺或产品质量不稳定等故障或事故。
如何有效地提升电能质量，是当前配电系统中亟需解决的一个重要问题。如果电能质量状况不满足要求，将无法保证高精密设备的持续生产，从而无法保证产品质量连续性。因此对电能质量的监测必须是在线和连续的，以实时掌控其用电质量状况，并有针对性的进行电能质量治理，做到防患于未然。
目前，大多数的用电监测管理系统和电能质量监测治理系统都是独立的系统，对电能质量的监测和治理都是局部的。出现了问题才去做电能质量的检测，根据检测结果再采取相应改善手段。即便是实施了在线式的电能质量的采集和分析，一般都是针对特定环境采取单独的采集装置和系统，无法实现全区域内的电能质量的数据采集、综合分析、预警及治理的功能，不能实现统一管控。
发明内容
本发明的目的是提供一种分布式网格化电能质量在线监测治理系统，以解决无法实现全区域内的电能质量的数据采集、综合分析、预警及治理功能的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种分布式网格化电能质量在线监测治理系统，包括电力采集系统、通讯单元及后端监控系统，电力采集系统包括一级配电采控单元、多个二级配电采控单元及多个三级配电采控单元；一级配电采控单元设置在配电低压总出口处，二级配电采控单元分别设置在分支箱处，三级配电采控单元设置在用电终端；电力采集系统，用于对电力参数在线监控及处理；
电力采集系统与通讯单元连接，通讯单元与后台监控系统连接；
后台监控系统包括云平台及监控终端。
进一步地，各级的配电采控单元包括电能采集单元、温度采集单元、谐波采集单元、补偿反馈单元、处理器、通信模块，电能采集单元、温度采集单元、谐波采集单元分别连接处理器并将采集的电力参数发送至处理器，处理器控制连接补偿反馈单元，补偿反馈单元用于滤波和无功补偿，通过通信模块连接所述通讯单元以将数据上传。
进一步地，电力采集系统实时在线监控用户配电线路和用电终端的三相电流、三相电压、谐波含量、谐波电压总畸变率、谐波电流总畸变率、谐波分析、中线电流、有功功率、无功功率、功率因数、电缆温度及用电量的其中之一或若干个。
进一步地，电力采集系统监测到某一参数超过设定值，可发出报警提示及将报警信息上传至后端监控系统。
进一步地，二级配电采控单元，具有电力参数采集模块、故障记忆模块、用电负荷曲线学习记忆模块、负荷突增报警提示模块。
进一步地，所述通讯单元采用通讯管理机，设有以太网接口、RS485总线接口、无线通信组件。
进一步地，所述云平台，具有与各个通讯管理机远程通讯的物理接口，接收各通讯管理机上传的数据，并具有数据分析、数据存储、数据统计及数据管理模块，将各监控数据、故障和报警信息传至监控终端中的用户终端，用户终端包括PC及移动客户端。
进一步地，通讯管理机还具有GPRS无线数据远传模块。
进一步地，所述监控终端还包括控制中心，用于集中监控所有实时在线测试数据、报警信息、故障处理并进行远程控制，可将电量、电费、负荷、线损数据运用表格和图形展现出来，用户可集中查看用电现状、用电趋势分析、负荷对比、用电构成分析、平衡度分析、电能质量分析与治理、用电增速分析、用电报表。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种分布式网格化电能质量在线监测治理系统，该系统的前端由电力采集装置、通讯单元等组成，后端由网络传输通道及系统云平台构成。电力采集装置和现场的配电线路接点相联，用于配电线路的电参量采集、电能质量分析和治理，通过lora等无线通讯的方式和通讯单元相联，通讯单元通过移动网络与外部互联网进行连接，再将数据上传到云端后台系统。本发明实现了在线式实时监测和治理电能质量的功能，如抑制谐波电流、消除中线电流、提高功率因数、较少导线和变压器发热。监测数据可上传至后台系统，可通过手机端或者电脑端实时查看、掌控，故障及隐患位置准确定位，可以通过短信、微信、手机APP等方式及时通知，可以多台组网使用，便于智能化监测和管理；达到提前预判报警、主动修复治理、超前防范，消除用电隐患，降低用电事故，达到安全用电的目的。
附图说明
图1是本发明一种分布式网格化电能质量在线监测治理系统的示意图；
图2是图1中电力采集装置的原理示意图。
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。
本发明的实施例：
如图1-图2所示，一种分布式网格化电能质量在线监测治理系统，包括电力采集系统、通讯单元及后端监控系统，电力采集系统，电力采集系统包括一级配电采控单元、多个二级配电采控单元及多个三级配电采控单元，用于对电力参数在线监控及处理，分三级进行网格化布置。
一级配电采控单元设置在配电低压总出口处，对电能质量进行检测和抑制；可以实现供配电系统总体检测，对系统的电压、电流、一次配电线路温度、电能、谐波含量等进行有效的监控并实时跟踪抑制。可以抑制电力谐波，降低绝缘温度，减小中线电流，保证电气安全，优化节能。
二级配电采控单元分别设置在分支箱处，具有电力参数采集模块、故障记忆模块、用电负荷曲线学习记忆模块、负荷突增报警提示模块。进行谐波和温度采集以及对其他电力参数的采集及抑制；智能采集用电状况，剩余电流、漏电、各种电力参数、故障记忆、用电负荷曲线学习记忆、负荷突增报警提示、事故还原等功能，提高用电的安全防范。
三级配电采控单元设置在用电终端，用电终端可以是一个用电设备或一个用电单元。通过三级配电采控单元，对电力参数进行监测。
通过一二三级配电监控配合，实现全面覆盖，监测无死角，实现全方位用电安全防护。
各级的配电采控单元采用的是一种集数据采集、动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，称为电力采集装置。它不但能对各种电参量进行实时采集，同时能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，滤除多次及高次谐波，且不会引起谐振。
电力采集装置，包括电能采集单元、温度采集单元、谐波采集单元、补偿反馈单元、处理器、通信模块，电能采集单元实现电压、电流采集。电能采集单元、温度采集单元、谐波采集单元分别连接处理器并将采集的电力参数发送至处理器，处理器控制连接补偿反馈单元，补偿反馈单元用于滤波和无功补偿，通过通信模块连接所述通讯单元以将数据上传。具体地工作原理，如下：
参考图2，通过外部电流互感器CT，实时检测负载电流，电压经电阻分压取样，实时检测线路电压，经高速A/D转换送DSP(处理器)处理。经DSP计算后输出电压、电流、有功、无功、电能等电参量，同时提取负载电流的谐波成分进行谐波分析，即从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号，同时通过PWM信号发送给内部IGBT，控制逆变器产生一个和负载谐波大小相等、方向相反的电流注入到电网中补偿或抵消谐波电流，实现滤波功能。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路；这样电源电流中只含有基波的有功分量，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。同样的原理，还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。
电力采集系统实时在线监控用户配电线路和用电终端的三相电流、三相电压、谐波含量、谐波电压总畸变率、谐波电流总畸变率、谐波分析、中线电流、有功功率、无功功率、功率因数、电缆温度及用电量。实现在线数据采集、电能质量分析及处理，并通过LORA无线通讯进行数据上传至通讯单元。
电力采集系统监测到某一参数，如谐波含量超过设定值，可发出报警提示及将报警信息上传至后端监控系统，提醒工作人员对隐患进行排查和排除。
电力采集系统与通讯单元连接，通讯单元与后台监控系统连接。
通讯单元采用通讯管理机，接收来自电力采集系统的各种测量数据，并将监测数据上传至后台监控系统，实现远程实时监控。后台监控系统包括云平台及监控终端。
通讯管理机，是一款具备通讯协议转换上传功能的智能化设备，自带1路10/100M以太网接口，2路RS-485总线接口，具有无线WIFI联网、GPRS无线数据远传、本地存储、GPS对时等功能。通过LORA无线与各电力采控单元相连接收集数据，再通过GPRS无线数据远传把数据上传至云端服务器。
云平台，具有与各个通讯管理机远程通讯的物理接口，接收各通讯管理机上传的数据，并具有数据分析、数据存储、数据统计及数据管理模块，将各监控数据、故障和报警信息传至监控终端中的用户终端，用户终端包括PC及移动客户端。用户可通过专用的APP实时监控，设备一旦出现故障，利用平台定位功能，第一时间收到告警信息。
监控终端还包括控制中心，用于集中监控所有实时在线测试数据、报警信息、故障处理并进行远程控制，可将电量、电费、负荷、线损数据运用表格和图形展现出来，用户可集中查看用电现状、用电趋势分析、负荷对比、用电构成分析、平衡度分析、电能质量分析与治理、用电增速分析、用电报表。通过用电曲线记忆和分析，可有效判断出非侵入式负载的用电状况，并发出合理的通知或告警，提醒用户如何合理化用电，削峰填谷，如何避免一些不安全的用电行为，从而达到节能和安全用电的双重目的。
本发明一种分布式网格化电能质量在线监测治理系统，具备以下特点：
(1)监测+治理双重功能：
实时在线监测用电参量的同时，对电能质量实时在线监测和治理，实时无功补偿和实时抑制谐波，提升供电质量，避免电力故障的发生和设备损坏。节约电能的同时保证精密机器设备的稳定运行，从而降低生产成本。
(2)用电故障报警；
在供配电系统用电存在安全隐患或谐波含量超过设定值时，装置发出报警提示，提前对用电故障发出预警，在故障发生前能及时提醒工作人员对隐患进行排查和排除。
(3)、多台联网同步运行：
实现多台采集装置组网运行，网格化分布，从而组成全区域的电能质量监控网络。
(4)监测数据可远传共享：
可将数据上传至监控中心和云平台，可通过手机端或者电脑端实时查看、掌控，故障及隐患位置准确定位，可以通过短信、微信、手机APP等方式及时通知，便于智能化监测和管理。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种分布式网格化电能质量在线监测治理系统，其特征在于：包括电力采集系统、通讯单元及后端监控系统，电力采集系统包括一级配电采控单元、多个二级配电采控单元及多个三级配电采控单元；一级配电采控单元设置在配电低压总出口处，二级配电采控单元分别设置在分支箱处，三级配电采控单元设置在用电终端；电力采集系统，用于对电力参数在线监控及处理；
电力采集系统与通讯单元连接，通讯单元与后台监控系统连接；
后台监控系统包括云平台及监控终端。
2.根据权利要求1所述的分布式网格化电能质量在线监测治理系统，其特征在于：各级的配电采控单元包括电能采集单元、温度采集单元、谐波采集单元、补偿反馈单元、处理器、通信模块，电能采集单元、温度采集单元、谐波采集单元分别连接处理器并将采集的电力参数发送至处理器，处理器控制连接补偿反馈单元，补偿反馈单元用于滤波和无功补偿，通过通信模块连接所述通讯单元以将数据上传。
3.根据权利要求1所述的分布式网格化电能质量在线监测治理系统，其特征在于：电力采集系统实时在线监控用户配电线路和用电终端的三相电流、三相电压、谐波含量、谐波电压总畸变率、谐波电流总畸变率、谐波分析、中线电流、有功功率、无功功率、功率因数、电缆温度及用电量的其中之一或若干个。
4.根据权利要求3所述的分布式网格化电能质量在线监测治理系统，其特征在于：电力采集系统监测到某一参数超过设定值，可发出报警提示及将报警信息上传至后端监控系统。
5.根据权利要求1所述的分布式网格化电能质量在线监测治理系统，其特征在于：二级配电采控单元，具有电力参数采集模块、故障记忆模块、用电负荷曲线学习记忆模块、负荷突增报警提示模块。
6.根据权利要求1所述的分布式网格化电能质量在线监测治理系统，其特征在于：所述通讯单元采用通讯管理机，设有以太网接口、RS485总线接口、无线通信组件。
7.根据权利要求6所述的分布式网格化电能质量在线监测治理系统，其特征在于：所述云平台，具有与各个通讯管理机远程通讯的物理接口，接收各通讯管理机上传的数据，并具有数据分析、数据存储、数据统计及数据管理模块，将各监控数据、故障和报警信息传至监控终端中的用户终端，用户终端包括PC及移动客户端。
8.根据权利要求7所述的分布式网格化电能质量在线监测治理系统，其特征在于：通讯管理机还具有GPRS无线数据远传模块。
9.根据权利要求7所述的分布式网格化电能质量在线监测治理系统，其特征在于：所述监控终端还包括控制中心，用于集中监控所有实时在线测试数据、报警信息、故障处理并进行远程控制，可将电量、电费、负荷、线损数据运用表格和图形展现出来，用户可集中查看用电现状、用电趋势分析、负荷对比、用电构成分析、平衡度分析、电能质量分析与治理、用电增速分析、用电报表。
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