CN112946393A - 一种电能质量监控分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电能质量监控分析系统,包括监测模块以及处理模块,监测模块与处理模块电连接;监测模块包括频率计、电流传感器、电压传感器以及闪变测量仪,频率计用于测量电网的电流频率,电流传感器用于测量电网中的电流值,电压传感器用于测量电网中的电压值,闪变测量仪用于测量电网中的波动电压值;处理模块包括信息处理单元、分析单元以及存储单元;存储单元存储有电网的标称频率以及标称电压。本发明能够提高电能质量分析的全面性,以解决现有的电网供电过程中对于电能质量监控分析存在不足的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域,尤其涉及一种电能质量监控分析系统。
背景技术
理想的电力系统向用户提供的应该是一个恒定工频的正弦波形电压,而随着电力电子技术的发展,直流输电、大功率单相整流技术在工业部门和用电设备上被广泛应用,如大功率可控硅器件、开关电源、变频调速等,这些典型非线性负荷将从电网吸入,从而引起电网电压畸变,使电网波形受到污染,供电质量恶化,附加损失增加,传输能力下降,成为影响电能质量的重要因素。现有的技术中,对于电网电能质量监控时,通常只是针对单一的参数进行独立监控,对于电能质量的分析较为片面,不能精准合理的获取电能质量的状况。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明目的是提供一种电能质量监控分析系统,能够提高电能质量分析的全面性,以解决现有的电网供电过程中对于电能质量监控分析存在不足的问题。
为了实现上述目的,本发明是通过如下的技术方案来实现:一种电能质量监控分析系统,包括监测模块以及处理模块,所述监测模块与处理模块电连接;
所述监测模块包括频率计、电流传感器、电压传感器以及闪变测量仪,所述频率计用于测量电网的电流频率,所述电流传感器用于测量电网中的电流值,所述电压传感器用于测量电网中的电压值,所述闪变测量仪用于测量电网中的波动电压值;
所述处理模块包括信息处理单元、分析单元以及存储单元;
所述存储单元存储有电网的标称频率以及标称电压;
所述信息处理单元包括第一计算子单元、第一处理子单元、第二处理子单元、第三处理子单元、第四处理子单元以及第五处理子单元;
所述第一计算子单元配置有第一算法、第二算法、第三算法、第四算法以及第五算法,所述第一算法根据电流频率以及标称频率计算得到频率偏差值,所述第二算法根据电流值计算得到三相不平衡度,所述第三算法根据电压值以及标称电压计算得到电压偏差值,所述第四算法根据波动电压值计算得到短时间闪变值,所述第五算法根据短时间闪变值计算得到长时间闪变值;
所述第一处理子单元包括根据第一比对策略对频率偏差值与第一阈值进行比对;所述第一比对策略包括:当频率偏差值大于第一阈值时,输出频率偏差异常;当频率偏差值小于等于第一阈值时,输出频率偏差正常;
所述第二处理子单元包括根据第二比对策略对三相不平衡度与第二阈值进行比对;所述第二比对策略包括:当三相不平衡度大于第二阈值时,输出三相电流异常:当三相不平衡度小于等于第二阈值时,输出三相电流正常;
所述第三处理子单元包括根据第三比对策略对电压偏差值与第三阈值进行比对;所述第三比对策略包括:当电压偏差值大于第三阈值时,输出电压偏差异常;当电压偏差值小于等于第三阈值时,输出电压偏差正常;
所述第四处理子单元包括根据第四比对策略对短时间闪变值与第四阈值进行比对;所述第四对比策略包括:当短时间闪变值大于第四阈值时,输出短时间闪变异常;当短时间闪变值小于等于第四阈值时,输出短时间闪变正常;
所述第五处理子单元包括根据第五比对策略对长时间闪变值与第五阈值进行比对;所述第五比对策略包括:当长时间闪变值大于第四阈值时,输出长时间闪变异常;当长时间闪变值小于等于第四阈值时,输出长时间闪变正常;
所述分析单元包括第二计算子单元以及第一分析子单元;
所述第二计算子单元配置有第五算法以及第六算法,所述第六算法配置为:所述第七算法配置为:其中,D1为第一异常等级值,fe为频率偏差值,εI为三相不平衡度,ΔU为电压偏差值,Pst为短时间闪变值,Plt为长时间闪变值,Y1为第一阈值,Y2为第二阈值,Y3为第三阈值,Y4为第四阈值,Y5为第五阈值,H1为第一异常结果值,A1为第一权重值,A2为第二权重值,A3为第三权重值,A4为第四权重值,A5为第五权重值;
所述第一分析子单元包括根据第一分析策略对第一异常结果值与第六阈值和第七阈值进行比对,所述第七阈值大于第六阈值;所述第一分析策略包括:当第一异常结果值小于第六阈值时,输出电网运作正常;当第一异常结果值位于第六阈值和第七阈值之间时,输出电网一级异常;当第一异常结果值大于第七阈值时,输出电网二级异常。
进一步地,所述第一算法配置为:fe=f-fb,所述第二算法配置为:所述第三算法配置为:所述第四算法配置为:所述第五算法配置为:其中,fe为频率偏差值,f为电流频率,fb为标称频率,IH为三相不平衡度,IA、IB、IC分别为三相电流值,ΔU为电压偏差值,U为电压值,Un为标称电压,Pst为短时间闪变值,K0.1=0.0314,K1=0.0525,K3=0.0657,K10=0.28,K50=0.08,P0.1、P1、P3、P10、P50分别为第一时间间隔内时间占比分别为0.1%、1%、3%、10%、50%对应的波动电压值,Plt为长时间闪变值,Pstj为第二时间间隔内第j个短时间闪变值。
进一步地,所述第一时间间隔为10min,所述第二时间间隔为2h。
进一步地,所述监测模块还包括谐波测量器,所述谐波测量器用于测量电网中的谐波电抗以及谐波电流;
所述信息处理单元还包括第六处理子单元;
所述第一计算子单元还配置有第八算法,所述第八算法根据标称电压、谐波电抗以及谐波电流计算输出谐波电压含有率;
所述第六处理子单元包括根据第六比对策略对谐波电压含有率与第八阈值进行比对,所述第六比对策略包括:当谐波含有率大于第八阈值时,输出谐波含有异常;当谐波含有率小于等于第八阈值时,输出谐波含有正常。
进一步地,所述分析单元还包括第二分析子单元;
所述第二计算子单元还配置有第九算法和第十算法,所述第九算法用于根据第一异常等级值、谐波含有率以及第八阈值进行计算输出第二异常等级值,所述第十算法用于根据第二异常等级值、第一异常结果值以及谐波含有率计算输出第二异常结果值;
所述第二分析子单元包括根据第二分析策略对第二异常结果值与第九阈值和第十阈值进行比对,所述第十阈值大于第九阈值;所述第二分析策略包括:当第二异常结果值小于第九阈值时,输出电网运作正常;当第二异常结果值位于第九阈值和第十阈值之间时,输出电网一级异常;当第一异常结果值大于第十阈值时,输出电网二级异常。
本发明的有益效果:本发明通过获取电流频率、电流值、电压值以及波动电压值,进行处理得到频率偏差值、三相不平衡度、电压偏差值、短时间闪变值以及长时间闪变值,能够针对每一项参数进行独立分析,在对特定的电力设备对指定的参数质量要求较高时,能够及时发现问题进行调整,提高监控的全面性。
本发明通过添加分析单元能够对频率偏差值、三相不平衡度、电压偏差值、短时间闪变值以及长时间闪变进行整体处理分析,得到电能质量的全面数据,以提高对电能质量的综合分析的全面性;
本发明通过增加对谐波电压含有率的获取,能够进一步提高对电能质量分析的全面性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明第一实施例的原理框图;
图2为本发明第二实施例的原理框图。
图中:1、监测模块;11、频率计;12、电流传感器;13、电压传感器;14、闪变测量仪;15、谐波测量器;2、处理模块;21、信息处理单元;211、第一计算子单元;212、第一处理子单元;213、第二处理子单元;214、第三处理子单元;215、第四处理子单元;216、第五处理子单元;217、第六处理子单元;22、分析单元;221、第二计算子单元;222、第一分析子单元;223、第二分析子单元;23、存储单元。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
请参阅图1,一种电能质量监控分析系统,包括监测模块1以及处理模块2,监测模块1与处理模块2电连接,监测模块1采集电网中的相关参数信息并传输给到处理模块2,处理模块2能够对采集到的信息进行分析处理,得出电网的运作是否有故障问题。
监测模块1包括频率计11、电流传感器12、电压传感器13以及闪变测量仪14,频率计11用于测量电网的电流频率,我国电力系统的某些负荷以及发电厂用电负荷对频率的要求非常严格,因此对电流频率的监测十分重要,电流传感器12用于测量电网中的电流值,通过电流值能够检测三相不平衡度,我国的电力系统的公共连接正常运行方式下不平衡度不得超过4%,电压传感器13用于测量电网中的电压值,电压值能够反映电压偏差,供配电系统改变运行方式和负荷的缓慢变化会使供配电系统各点的电压也随之变化,闪变测量仪14用于测量电网中的波动电压值,通过波动电压值可用于监测闪变值,一些电力设备对闪变值的要求非常严格,如在照明灯的使用中,闪变值过高会对人眼造成损害。
处理模块2包括信息处理单元21、分析单元22以及存储单元23。
存储单元23存储有电网的标称频率以及标称电压。
信息处理单元21包括第一计算子单元211、第一处理子单元212、第二处理子单元213、第三处理子单元214、第四处理子单元215以及第五处理子单元216。
第一计算子单元211配置有第一算法、第二算法、第三算法、第四算法以及第五算法,第一算法根据电流频率以及标称频率计算得到频率偏差值,第二算法根据电流值计算得到三相不平衡度,第三算法根据电压值以及标称电压计算得到电压偏差值,第四算法根据波动电压值计算得到短时间闪变值,第五算法根据短时间闪变值计算得到长时间闪变值。
第一算法配置为:fe=f-fb,第二算法配置为:第三算法配置为:第四算法配置为:第五算法配置为:其中,fe为频率偏差值,f为电流频率,fb为标称频率,IH为三相不平衡度,IA、IB、IC分别为三相电流值,ΔU为电压偏差值,U为电压值,Un为标称电压,Pst为短时间闪变值,K0.1=0.0314,K1=0.0525,K3=0.0657,K10=0.28,K50=0.08,P0.1、P1、P3、P10、P50分别为第一时间间隔内时间占比分别为0.1%、1%、3%、10%、50%对应的波动电压值,Plt为长时间闪变值,Pstj为第二时间间隔内第j个短时间闪变值。
第一时间间隔为10min,第二时间间隔为2h。
其中在第一算法中,通过对实际的电流频率减去标称频率即可得到频率偏差值,在第二算法中,通过对三相电流值的测量并分别减去三相电流值的平均值,选取其中最大的差值再除以平均值即可得到三相不平衡度,在第三算法中,通过将实际测得的电压值减去标称电压再除以标称电压即可得到电压偏差值,在第四算法中,通过选取五个点上的电压值并分别赋予一权重,将五个点赋予权重的乘积相加后再进行开平方根,得到短时间闪变值,在第五算法中,选取第二间隔内的12个短时间闪变值,进行计算可以得到长时间闪变值。
第一处理子单元212包括根据第一比对策略对频率偏差值与第一阈值进行比对;第一比对策略包括:当频率偏差值大于第一阈值时,输出频率偏差异常;当频率偏差值小于等于第一阈值时,输出频率偏差正常。
第二处理子单元213包括根据第二比对策略对三相不平衡度与第二阈值进行比对;第二比对策略包括:当三相不平衡度大于第二阈值时,输出三相电流异常:当三相不平衡度小于等于第二阈值时,输出三相电流正常。
第三处理子单元214包括根据第三比对策略对电压偏差值与第三阈值进行比对;第三比对策略包括:当电压偏差值大于第三阈值时,输出电压偏差异常;当电压偏差值小于等于第三阈值时,输出电压偏差正常。
第四处理子单元215包括根据第四比对策略对短时间闪变值与第四阈值进行比对;第四对比策略包括:当短时间闪变值大于第四阈值时,输出短时间闪变异常;当短时间闪变值小于等于第四阈值时,输出短时间闪变正常。
第五处理子单元216包括根据第五比对策略对长时间闪变值与第五阈值进行比对;第五比对策略包括:当长时间闪变值大于第四阈值时,输出长时间闪变异常;当长时间闪变值小于等于第四阈值时,输出长时间闪变正常。
其中,第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值以及第五阈值可以参照电力系统的要求标准进行设定,也可根据实际使用设备进行微调。
分析单元22包括第二计算子单元221以及第一分析子单元222;
第二计算子单元221配置有第五算法以及第六算法,第六算法配置为:第七算法配置为:其中,D1为第一异常等级值,fe为频率偏差值,εI为三相不平衡度,ΔU为电压偏差值,Pst为短时间闪变值,Plt为长时间闪变值,Y1为第一阈值,Y2为第二阈值,Y3为第三阈值,Y4为第四阈值,Y5为第五阈值,H1为第一异常结果值,A1为第一权重值,A2为第二权重值,A3为第三权重值,A4为第四权重值,A5为第五权重值。
在第六算法中,通过对频率偏差值、三相不平衡度、电压偏差值、短时间闪变值、长时间闪变值五个值进行计算,在这五项值分别超出对应的阈值时记为1个等级,小于对应阈值时记为0,再进行相加后得出异常等级值,在第七算法中,通过对异常等级值进行设定算法,在对上述五个值分别赋予权重后进行计算,将二者相乘得出异常结果值,在不同的电力设备使用场景中对于不同的电力参数的要求也不同,因此其中的权重值可以根据不同的供电场景进行调整,以提高监控的匹配度。
第一分析子单元222包括根据第一分析策略对第一异常结果值与第六阈值和第七阈值进行比对,第七阈值大于第六阈值;第一分析策略包括:当第一异常结果值小于第六阈值时,输出电网运作正常;当第一异常结果值位于第六阈值和第七阈值之间时,输出电网一级异常;当第一异常结果值大于第七阈值时,输出电网二级异常。
请参阅图2,监测模块1还包括谐波测量器15,谐波测量器15用于测量电网中的谐波电抗以及谐波电流,基波电流发生畸变产生谐波,输配电系统中主要是电力变压器产生谐波,由于变压器铁心的饱和,磁化曲线的非线性,加上设计变压器时考虑经济性,其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上,这样就使得磁化电流呈尖顶波形,因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高,变压器工作点偏离线性越远,谐波电流也就越大。谐波的危害十分严重,谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低,使电气设备过热、产生振动和噪声,并使绝缘老化,使用寿命缩短,甚至发生故障或烧毁,因此增加对于谐波含有率的监控。
信息处理单元21还包括第六处理子单元217。
第一计算子单元211还配置有第八算法,第八算法根据标称电压、谐波电抗以及谐波电流计算输出谐波电压含有率。
第六处理子单元217包括根据第六比对策略对谐波电压含有率与第八阈值进行比对,第六比对策略包括:当谐波含有率大于第八阈值时,输出谐波含有异常;当谐波含有率小于等于第八阈值时,输出谐波含有正常,第八阈值根据实际的电网要求的标准进行设定,也可根据实际的使用设备进行调整。
分析单元22还包括第二分析子单元223。
第二计算子单元221还配置有第九算法和第十算法,第九算法用于根据第一异常等级值、谐波含有率以及第八阈值进行计算输出第二异常等级值,第十算法用于根据第二异常等级值、第一异常结果值以及谐波含有率计算输出第二异常结果值。
第二分析子单元223包括根据第二分析策略对第二异常结果值与第九阈值和第十阈值进行比对,第十阈值大于第九阈值;第二分析策略包括:当第二异常结果值小于第九阈值时,输出电网运作正常;当第二异常结果值位于第九阈值和第十阈值之间时,输出电网一级异常;当第一异常结果值大于第十阈值时,输出电网二级异常。
第九算法配置为:第十算法配置为:其中,D2为第二异常等级值,HRUn为谐波含有率,Y8为第八阈值,H2为第二异常结果值,A6为第六权重值,第九算法中在第一异常等级值的基础上增加对谐波含有率的等级值计算,在第十算法中,在第一异常结果值的基础上增加对谐波含有率的计算,提高监控分析的全面性。
工作原理:监测模块1通过对电网中的电流频率、电流值、电压值、波动电压值、谐波电流进行获取,通过处理模块2对获取的这些信息进行处理分析,能够分别得出每项数据存在的问题,同时增加对这些数据的综合性的处理分析,能够提高对电能质量监控分析的全面性。
最后应说明的是:以上所述实施例,仅为本发明的具体实施方式,用以说明本发明的技术方案,而非对其限制,本发明的保护范围并不局限于此,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解: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,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种电能质量监控分析系统,其特征在于,包括监测模块(1)以及处理模块(2),所述监测模块(1)与处理模块(2)电连接;
所述监测模块(1)包括频率计(11)、电流传感器(12)、电压传感器(13)以及闪变测量仪(14),所述频率计(11)用于测量电网的电流频率,所述电流传感器(12)用于测量电网中的电流值,所述电压传感器(13)用于测量电网中的电压值,所述闪变测量仪(14)用于测量电网中的波动电压值;
所述处理模块(2)包括信息处理单元(21)、分析单元(22)以及存储单元(23);
所述存储单元(23)存储有电网的标称频率以及标称电压;
所述信息处理单元(21)包括第一计算子单元(211)、第一处理子单元(212)、第二处理子单元(213)、第三处理子单元(214)、第四处理子单元(215)以及第五处理子单元(216);
所述第一计算子单元(211)配置有第一算法、第二算法、第三算法、第四算法以及第五算法,所述第一算法根据电流频率以及标称频率计算得到频率偏差值,所述第二算法根据电流值计算得到三相不平衡度,所述第三算法根据电压值以及标称电压计算得到电压偏差值,所述第四算法根据波动电压值计算得到短时间闪变值,所述第五算法根据短时间闪变值计算得到长时间闪变值;
所述第一处理子单元(212)包括根据第一比对策略对频率偏差值与第一阈值进行比对;所述第一比对策略包括:当频率偏差值大于第一阈值时,输出频率偏差异常;当频率偏差值小于等于第一阈值时,输出频率偏差正常;
所述第二处理子单元(213)包括根据第二比对策略对三相不平衡度与第二阈值进行比对;所述第二比对策略包括:当三相不平衡度大于第二阈值时,输出三相电流异常:当三相不平衡度小于等于第二阈值时,输出三相电流正常;
所述第三处理子单元(214)包括根据第三比对策略对电压偏差值与第三阈值进行比对;所述第三比对策略包括:当电压偏差值大于第三阈值时,输出电压偏差异常;当电压偏差值小于等于第三阈值时,输出电压偏差正常;
所述第四处理子单元(215)包括根据第四比对策略对短时间闪变值与第四阈值进行比对;所述第四对比策略包括:当短时间闪变值大于第四阈值时,输出短时间闪变异常;当短时间闪变值小于等于第四阈值时,输出短时间闪变正常;
所述第五处理子单元(216)包括根据第五比对策略对长时间闪变值与第五阈值进行比对;所述第五比对策略包括:当长时间闪变值大于第四阈值时,输出长时间闪变异常;当长时间闪变值小于等于第四阈值时,输出长时间闪变正常;
所述分析单元(22)包括第二计算子单元(221)以及第一分析子单元(222);
所述第二计算子单元(221)配置有第五算法以及第六算法,所述第六算法配置为:所述第七算法配置为:其中,D1为第一异常等级值,fe为频率偏差值,εI为三相不平衡度,ΔU为电压偏差值,Pst为短时间闪变值,Plt为长时间闪变值,Y1为第一阈值,Y2为第二阈值,Y3为第三阈值,Y4为第四阈值,Y5为第五阈值,H1为第一异常结果值,A1为第一权重值,A2为第二权重值,A3为第三权重值,A4为第四权重值,A5为第五权重值;
所述第一分析子单元(222)包括根据第一分析策略对第一异常结果值与第六阈值和第七阈值进行比对,所述第七阈值大于第六阈值;所述第一分析策略包括:当第一异常结果值小于第六阈值时,输出电网运作正常;当第一异常结果值位于第六阈值和第七阈值之间时,输出电网一级异常;当第一异常结果值大于第七阈值时,输出电网二级异常。
2.根据权利要求1所述的一种电能质量监控分析系统,其特征在于,所述第一算法配置为:fe=f-fb,所述第二算法配置为:所述第三算法配置为:所述第四算法配置为:所述第五算法配置为:其中,fe为频率偏差值,f为电流频率,fb为标称频率,IH为三相不平衡度,IA、IB、IC分别为三相电流值,ΔU为电压偏差值,U为电压值,Un为标称电压,Pst为短时间闪变值,K0.1=0.0314,K1=0.0525,K3=0.0657,K10=0.28,K50=0.08,P0.1、P1、P3、P10、P50分别为第一时间间隔内时间占比分别为0.1%、1%、3%、10%、50%对应的波动电压值,Plt为长时间闪变值,Pstj为第二时间间隔内第j个短时间闪变值。
3.根据权利要求2所述的一种电能质量监控分析系统,其特征在于,所述第一时间间隔为10min,所述第二时间间隔为2h。
4.根据权利要求3所述的一种电能质量监控分析系统,其特征在于,所述监测模块(1)还包括谐波测量器(15),所述谐波测量器(15)用于测量电网中的谐波电抗以及谐波电流;
所述信息处理单元(21)还包括第六处理子单元(217);
所述第一计算子单元(211)还配置有第八算法,所述第八算法根据标称电压、谐波电抗以及谐波电流计算输出谐波电压含有率;
所述第六处理子单元(217)包括根据第六比对策略对谐波电压含有率与第八阈值进行比对,所述第六比对策略包括:当谐波含有率大于第八阈值时,输出谐波含有异常;当谐波含有率小于等于第八阈值时,输出谐波含有正常。
6.根据权利要求5所述的一种电能质量监控分析系统,其特征在于,所述分析单元(22)还包括第二分析子单元(223);
所述第二计算子单元(221)还配置有第九算法和第十算法,所述第九算法用于根据第一异常等级值、谐波含有率以及第八阈值进行计算输出第二异常等级值,所述第十算法用于根据第二异常等级值、第一异常结果值以及谐波含有率计算输出第二异常结果值;
所述第二分析子单元(223)包括根据第二分析策略对第二异常结果值与第九阈值和第十阈值进行比对,所述第十阈值大于第九阈值;所述第二分析策略包括:当第二异常结果值小于第九阈值时,输出电网运作正常;当第二异常结果值位于第九阈值和第十阈值之间时,输出电网一级异常;当第一异常结果值大于第十阈值时,输出电网二级异常。
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