CN113346525A - 配电网末端电能质量治理集群系统及电能质量治理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了配电网末端电能质量治理集群系统及电能质量治理方法，采集配电网末端的电压电流信号，根据所述配电网末端的电压电流信号计算得到配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流；判断电能质量治理系统的工作模式；当判定为自动切换工作模式时，将得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和与电能质量治理系统的总容量电流进行比较，根据比较结果确定电能质量治理系统的补偿算法；根据补偿算法计算电能质量治理系统所需的补偿电流，并将补偿电流平均分配给电能质量治理系统中的功率子模块，功率子模块向配电网输出对应的补偿电流。本发明能实时根据不同工况执行不同补偿算法，能优先补偿对系统危害更大的低次谐波。

Description

配电网末端电能质量治理集群系统及电能质量治理方法
技术领域
本发明属于电力电子领域，具体涉及配电网末端电能质量治理集群系统及电能质量治理方法。
背景技术
随着科技的飞速发展，低压配电系统中接入的各类非线性负载数量逐渐增多，使得配电网内电能质量差的问题日益加剧，而作为其主要衡量指标的三相不平衡、无功功率过大和谐波污染问题尤为突出。三相不平衡会导致变压器的损耗增大、用电设备的使用期限缩短以及加剧电能损耗；无功功率过大会导致电流和视在功率增加、设备及线路的损耗增加并严重降低供电质量；谐波会降低发输变电设备的效率、影响各种电气设备的正常工作以及使邻近的通信系统无法正常工作。
为解决上述问题，国内外提出了多种针对性的治理方案，如使用三相不平衡调节装置(SPC)进行三相不平衡的治理；使用静止无功发生器(SVG)实现电网中的无功补偿；以及通过有源滤波器(APF)或是无源滤波器(PPF)滤除谐波，为使得电能质量各项指标同时满足国际电工协会IEC的并网标准，需要多台治理装置组合运行，占用物理空间大且成本高昂。此外，目前的电能质量治理点主要为电网侧的集中治理和大“污染源”(如石油、化工等企业)并网侧的就地治理，并不能有效的解决末端用户的用电质量问题。因此，亟需一套部署在配电网末端可同时解决谐波污染、无功功率过大和三相不平衡等多种电能质量问题的综合治理系统。
目前应用广泛的模块化集群式电能质量治理方案多为集中控制的多机电流均分补偿方法，即将分析出的电能质量问题均分给各子模块进行统一治理，每台功率模块都工作在综合治理模式下，且各子模块参数和控制目标完全相同。这样的补偿方法优点是：整体动态性能较好，不存在某台功率模块长期满负荷运行的情况，维修较为方便；其缺点是：补偿功能单一，无法根据实时工况调整补偿目标，只能实现全频段补偿或针对某次谐波特定补偿；而若集群系统容量不足时，容易遗留大量对电网危害更大的低次谐波。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了配电网末端电能质量治理集群系统及电能质量治理方法，能实时根据不同工况执行不同补偿算法，且当配电网末端电能质量治理集群系统容量不足时，能优先补偿对系统危害更大的低次谐波。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
电能质量治理方法，包括：
采集配电网末端的电压电流信号，根据所述配电网末端的电压电流信号计算得到配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流；
判断电能质量治理系统的工作模式，所述工作模式包括人工工作模式和自动切换工作模式；
当判定为自动切换工作模式时，将计算得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和与电能质量治理系统的总容量电流进行比较，根据比较结果确定电能质量治理系统的补偿算法，所述补偿算法包括全频段谐波补偿和低次谐波优先补偿；
根据补偿算法计算电能质量治理系统所需的补偿电流，并将补偿电流平均分配给电能质量治理系统中的功率子模块，功率子模块向配电网输出对应的补偿电流。
进一步地，所述根据比较结果确定电能质量治理系统的补偿算法，具体为：当电能质量治理系统的总容量电流大于计算得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和时，电能质量治理系统进行全频段谐波补偿；当电能质量治理系统的总容量电流不大于计算得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和时，电能质量治理系统进行低次谐波优先补偿。
进一步地，所述补偿算法还包括特定次谐波补偿，当判定为人工工作模式时，电能质量治理系统的补偿算法为所述特定次谐波补偿。
进一步地，所述全频段谐波补偿具体为：从配电网末端电流中减去FFT检测的基波正序电流，得到全频段谐波补偿所需的全频段谐波补偿电流。
进一步地，所述低次谐波优先补偿具体为：先补偿三相不平衡电流，再补偿5至25次谐波电流，最后补偿无功电流，直至电能质量治理系统总容量用完为止。
进一步地，所述特定次谐波补偿具体为：根据人工操作指令选择需要补偿的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流中的一种或多种。
配电网末端电能质量治理集群系统，电能质量治理集群系统配置有人工工作模式和自动切换工作模式，用于实现所述的电能质量治理方法；包括：
配电网末端电压电流采集模块，用于采集配电网末端的电压电流信号；
第一电能质量计算模块，用于根据所述配电网末端的电压电流信号计算得到配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流；
工作模式判定模块，用于判定电能质量治理集群系统的工作模式；
容量比较模块，用于当判定为自动切换工作模式时，将计算得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和与电能质量治理集群系统的总容量电流进行比较，根据比较结果确定电能质量治理集群系统的补偿算法，所述补偿算法包括全频段谐波补偿和低次谐波优先补偿；
第二电能质量计算模块，用于根据补偿算法计算电能质量治理集群系统所需的补偿电流，并将补偿电流平均分配给电能质量治理集群系统中的功率子模块；
功率子模块，用于向配电网输出对应的补偿电流。
进一步地，所述补偿算法还包括特定次谐波补偿；
治理集群系统还包括：
特定次谐波补偿模块，用于当判定为人工工作模式时，选用所述特定次谐波补偿。
进一步地，所述根据比较结果确定电能质量治理集群系统的补偿算法，具体为：当电能质量治理集群系统的总容量电流大于计算得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和时，电能质量治理集群系统进行全频段谐波补偿；当电能质量治理集群系统的总容量电流不大于计算得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和时，电能质量治理集群系统进行低次谐波优先补偿。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明提供的电能质量治理方法，补偿算法分为全频段谐波补偿，低次谐波优先补偿和特定次谐波补偿，三种补偿算法功能多样，可以根据实时工况调整补偿目标，以更好地提升配电网末端的电能质量；在配电网末端电能质量治理集群系统容量不足时，优先补偿对电网危害程度更高的低频谐波，补偿后的电能质量能够符合IEC的并网标准。
本发明提供的电能质量治理集群系统，部署在配电网末端，从源头对电能质量问题进行解决，能有效提升用户端的电能质量；补偿系统针对配电箱内体积和功率的需求引入了可按需自由组合的模块化集群系统设计，物理空间小且成本低。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1电能质量治理方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
作为本发明的某一具体实施方式，一种电能质量治理方法，包括：
采集配电网末端的电压电流信号，根据配电网末端的电压电流信号计算得到配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流。
判断电能质量治理系统的工作模式，工作模式包括人工工作模式和自动切换工作模式；
当判定为自动切换工作模式时，将计算得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和与电能质量治理系统的总容量电流进行比较，根据比较结果确定电能质量治理系统的补偿算法，补偿算法包括全频段谐波补偿和低次谐波优先补偿，优选的，补偿算法还包括特定次谐波补偿。
具体地，当电能质量治理系统的总容量电流大于计算得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和时，电能质量治理系统进行全频段谐波补偿；当电能质量治理系统的总容量电流不大于计算得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和时，电能质量治理系统进行低次谐波优先补偿。
根据补偿算法计算电能质量治理系统所需的补偿电流，并将补偿电流平均分配给电能质量治理系统中的功率子模块，功率子模块向配电网输出对应的补偿电流。
当判定为人工工作模式时，电能质量治理系统的补偿算法为特定次谐波补偿。
具体地，全频段谐波补偿具体为：从配电网末端电流中减去FFT检测的基波正序电流，得到全频段谐波补偿所需的全频段谐波补偿电流。工作在全频段谐波补偿时，可以全频段补偿谐波，无功和三相不平衡。在理想条件下，注入电网电流应为三相对称，幅值相等的正弦波，且与电网电压同相位。
具体地，低次谐波优先补偿具体为：先补偿三相不平衡电流，再补偿5至25次谐波电流，最后补偿无功电流，直至电能质量治理系统总容量用完为止。例如，补偿完三相不平衡电流后，设系统剩下的总容量电流m小于5-25th谐波电流而大于5-23th谐波电流时，即
Figure BDA0003037690560000061
则配电网末端电能质量治理集群系统的补偿电流为
Figure BDA0003037690560000062
Figure BDA0003037690560000063
其中Inth(n＝6k±1)为各次谐波有效值，其他低次谐波补偿计算同理可得。
具体地，特定次谐波补偿具体为：根据人工操作指令选择需要补偿的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流中的一种或多种。进一步地，特定次谐波补偿是根据特定次谐波补偿算法将三相不平衡电流、无功电流以及任意次谐波电流从配电网末端电流分离出来，人工操作指令可选择其中的一种或多种进行补偿。上述提到的特定次谐波补偿算法可以是FFT,DFT，瞬时无功功率谐波检测法中的任意一种或其他补偿算法。
作为本发明的某一具体实施方式，一种配电网末端电能质量治理集群系统，电能质量治理集群系统配置有人工工作模式和自动切换工作模式，用于实现电能质量治理方法；包括：
配电网末端电压电流采集模块，用于采集配电网末端的电压电流信号。
第一电能质量计算模块，用于根据配电网末端的电压电流信号计算得到配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流。
工作模式判定模块，用于判定电能质量治理集群系统的工作模式。
容量比较模块，用于当判定为自动切换工作模式时，将计算得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和与电能质量治理集群系统的总容量电流进行比较，根据比较结果确定电能质量治理集群系统的补偿算法，补偿算法包括全频段谐波补偿、低次谐波优先补偿和特定次谐波补偿；
具体地说，当电能质量治理集群系统的总容量电流大于计算得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和时，电能质量治理集群系统进行全频段谐波补偿；当电能质量治理集群系统的总容量电流不大于计算得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和时，电能质量治理集群系统进行低次谐波优先补偿。
特定次谐波补偿模块，用于当判定为人工工作模式时，选用特定次谐波补偿。
第二电能质量计算模块，用于根据补偿算法计算电能质量治理集群系统所需的补偿电流，并将补偿电流平均分配给电能质量治理集群系统中的功率子模块。
功率子模块，用于向配电网输出对应的补偿电流。
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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.电能质量治理方法，其特征在于，包括：
采集配电网末端的电压电流信号，根据所述配电网末端的电压电流信号计算得到配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流；
判断电能质量治理系统的工作模式，所述工作模式包括人工工作模式和自动切换工作模式；
当判定为自动切换工作模式时，将计算得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和与电能质量治理系统的总容量电流进行比较，根据比较结果确定电能质量治理系统的补偿算法，所述补偿算法包括全频段谐波补偿和低次谐波优先补偿；
根据补偿算法计算电能质量治理系统所需的补偿电流，并将补偿电流平均分配给电能质量治理系统中的功率子模块，功率子模块向配电网输出对应的补偿电流。
2.根据权利要求1所述的电能质量治理方法，其特征在于，所述根据比较结果确定电能质量治理系统的补偿算法，具体为：当电能质量治理系统的总容量电流大于计算得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和时，电能质量治理系统进行全频段谐波补偿；当电能质量治理系统的总容量电流不大于计算得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和时，电能质量治理系统进行低次谐波优先补偿。
3.根据权利要求1所述的电能质量治理方法，其特征在于，所述补偿算法还包括特定次谐波补偿，当判定为人工工作模式时，电能质量治理系统的补偿算法为所述特定次谐波补偿。
4.根据权利要求1所述的电能质量治理方法，其特征在于，所述全频段谐波补偿具体为：从配电网末端电流中减去FFT检测的基波正序电流，得到全频段谐波补偿所需的全频段谐波补偿电流。
5.根据权利要求1所述的电能质量治理方法，其特征在于，所述低次谐波优先补偿具体为：先补偿三相不平衡电流，再补偿5至25次谐波电流，最后补偿无功电流，直至电能质量治理系统总容量用完为止。
6.根据权利要求3所述的电能质量治理方法，其特征在于，所述特定次谐波补偿具体为：根据人工操作指令选择需要补偿的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流中的一种或多种。
7.配电网末端电能质量治理集群系统，其特征在于，电能质量治理集群系统配置有人工工作模式和自动切换工作模式，用于实现如权利要求1至6任一项所述的电能质量治理方法；包括：
配电网末端电压电流采集模块，用于采集配电网末端的电压电流信号；
第一电能质量计算模块，用于根据所述配电网末端的电压电流信号计算得到配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流；
工作模式判定模块，用于判定电能质量治理集群系统的工作模式；
容量比较模块，用于当判定为自动切换工作模式时，将计算得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和与电能质量治理集群系统的总容量电流进行比较，根据比较结果确定电能质量治理集群系统的补偿算法，所述补偿算法包括全频段谐波补偿和低次谐波优先补偿；
第二电能质量计算模块，用于根据补偿算法计算电能质量治理集群系统所需的补偿电流，并将补偿电流平均分配给电能质量治理集群系统中的功率子模块；
功率子模块，用于向配电网输出对应的补偿电流。
8.根据权利要求7所述的配电网末端电能质量治理集群系统，其特征在于，所述补偿算法还包括特定次谐波补偿；
治理集群系统还包括：
特定次谐波补偿模块，用于当判定为人工工作模式时，选用所述特定次谐波补偿。
9.根据权利要求7所述的配电网末端电能质量治理集群系统，其特征在于，所述根据比较结果确定电能质量治理集群系统的补偿算法，具体为：当电能质量治理集群系统的总容量电流大于计算得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和时，电能质量治理集群系统进行全频段谐波补偿；当电能质量治理集群系统的总容量电流不大于计算得到的配电网末端的三相不平衡电流、无功电流和谐波电流之和时，电能质量治理集群系统进行低次谐波优先补偿。
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