CN113708383A - 电能损耗和电能质量综合处理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电能损耗和电能质量综合处理方法及系统，属于电力系统技术领域。所述方法包括：获取厂区电网的运行参数；根据所述运行参数获得厂区电力设备的综合运行工况；根据所述综合运行工况生成补偿方案；根据所述补偿方案进行各电力设备的电力补偿。本发明方案根据厂区电网的实时运行状态进行针对性的电力补偿，避免了大量变频器使用对电网质量的影响，保护了电气设备安全运行，节省了电能损耗。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，具体地涉及一种电能损耗和电能质量综合处理方法及一种电能损耗和电能质量综合处理系统。
背景技术
随着环保和节能要求越来越高，传统水泥厂区生产设备已经无法满足需求，为了符合节能减排的需求，越来越多的水泥厂区开始了变频改造。变频器的作用主要是调整电机的功率、实现电机的变速运行，以达到省电的目的。虽然变频器的大量使用显著改善了厂区的节能减排效果，但也加剧了配电系统的波形畸变。谐波产生谐振，由于电力网中存在电容补偿，它与系统的感性部分组合，在一定的频率下，可能存在串联或并联的谐振条件，当系统中某次频率的谐波足够大时，就会造成危险的过电压或过电流，导致电容器损坏，从而导致企业功率因数降低。为了应对变频器大量使用导致水泥厂区电能质量降低的问题，需要创造一种电能损耗和电能质量综合处理方法。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种电能损耗和电能质量综合处理方法及系统，以至少解决变频器大量使用导致水泥厂区电能质量降低的问题。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种电能损耗和电能质量综合处理方法，应用于水泥厂区，所述方法包括：获取厂区电网的运行参数；根据所述运行参数获得厂区电力设备的综合运行工况；根据所述综合运行工况生成补偿方案；根据所述补偿方案进行各电力设备的电力补偿。
可选的，所述厂区电网的运行参数包括：厂区电网的电流信号。
可选的，所述补偿方案包括：无功补偿方案和谐波滤出方案。
可选的，所述根据所述综合运行工况生成补偿方案，包括：对所述厂区电网的电流信号进行分析，获得无功补偿电流值；根据所述无功补偿电流值生成无功补偿方案；所述无功补偿方案包括无功补偿电流校正方案和电流动态调节方案。
可选的，所述根据所述综合运行工况生成补偿方案，还包括：对所述厂区电网的电流信号进行基波成分分离，获得谐波成分；对所述谐波成分和预设补偿电流求差，获得比较差值；根据所述比较差值获得谐波补偿电流，并根据所述谐波补偿电流生成谐波滤出方案。
本发明第二方面提供一种电能损耗和电能质量综合处理系统，所述系统包括：采集单元，用于获取厂区电网的运行参数；处理单元，用于：根据所述运行参数获得厂区电力设备的综合运行工况；根据所述综合运行工况生成补偿方案；执行单元，用于根据所述补偿方案进行各电力设备的电力补偿。
可选的，所述采集单元为电流互感器，用于获取连接各电力设备的电路中的电流信号。
可选的，所述厂区电网的运行参数包括：厂区电网的电流信号；所述补偿方案包括：无功补偿方案和谐波滤出方案；所述处理单元包括：无功分析模块，用于：对所述厂区电网的电流信号进行分析，获得无功补偿电流值；根据所述无功补偿电流值生成无功补偿方案；分离控制模块，用于对所述厂区电网的电流信号进行基波成分分离；检测对比模块，用于对所述谐波成分和预设补偿电流求差，获得比较差值；滤波分析模块，用于根据所述比较差值获得谐波补偿电流，并根据所述谐波补偿电流生成谐波滤出方案。
可选的，所述执行单元包括：无功补偿校正模块，用于对所述无功补偿电流值进行校正；无功补偿驱动模块，用于根据校正后的无功补偿电流值对厂区电网进行无功补偿；滤波驱动电路，用于将所述谐波补偿电流注入厂区电网，进行电网谐波滤出。
另一方面，本发明提供一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的电能损耗和电能质量综合处理方法。
通过上述技术方案，根据厂区电网的电流信号进行电网运行工况模拟，判断当前电网需求的补偿容量，根据厂区电网的补偿需求，读音进行厂区电网质量补偿。从而保护电气设备安全运行，节省电能损耗。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是本发明一种实施方式提供的电能损耗和电能质量综合处理方法的步骤流程图；
图2是本发明一种实施方式提供的电能损耗和电能质量综合处理系统的系统结构图；
图3是本发明一种实施方式提供的处理系统的处理单元的结构示意图；
图4是本发明一种实施方式提供的处理系统的执行单元的结构示意图。
附图标记说明
10-采集单元；20-处理单元；30-执行单元；
201-无功分析模块；202-分离控制模块；
203-检测对比模块；204-滤波分析模块；
301-无功补偿校正模块；302-无功补偿驱动模块；
303-滤波驱动电路。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图2是本发明一种实施方式提供的一种电能损耗和电能质量综合处理系统的系统结构图。如图2所示，本发明实施方式提供一种电能损耗和电能质量综合处理系统，所述系统包括：采集单元10，用于获取厂区电网的运行参数；处理单元20，用于：根据所述运行参数获得厂区电力设备的综合运行工况；根据所述综合运行工况生成补偿方案；执行单元30，用于根据所述补偿方案进行各电力设备的电力补偿。
优选的，所述采集单元10为电流互感器，用于获取连接各电力设备的电路中的电流信号。
优选的，所述厂区电网的运行参数包括：厂区电网的电流信号；所述补偿方案包括：无功补偿方案和谐波滤出方案；如图3，所述处理单元20包括：无功分析模块201，用于：对所述厂区电网的电流信号进行分析，获得无功补偿电流值；根据所述无功补偿电流值生成无功补偿方案；分离控制模块202，用于对所述厂区电网的电流信号进行基波成分分离；检测对比模块203，用于对所述谐波成分和预设补偿电流求差，获得比较差值；滤波分析模块204，用于根据所述比较差值获得谐波补偿电流，并根据所述谐波补偿电流生成谐波滤出方案。
优选的，如图4，所述执行单元30包括：无功补偿校正模块301，用于对所述无功补偿电流值进行校正；无功补偿驱动模块302，用于根据校正后的无功补偿电流值对厂区电网进行无功补偿；滤波驱动电路303，用于将所述谐波补偿电流注入厂区电网，进行电网谐波滤出。
图1是本发明一种实施方式提供的一种电能损耗和电能质量综合处理方法的方法流程图。如图1所示，本发明实施方式提供一种电能损耗和电能质量综合处理方法，所述方法包括：
步骤S10：获取厂区电网的运行参数。
具体的，随着环保和节能要求越来越高，现有的水泥厂区的电力设备均进行了大量的变频改造，使用了大量的变频器。变频器的作用主要是调整电机的功率、实现电机的变速运行，以达到省电的目的。虽然变频器对于节能环保有着明显的优点，但是在变频器使用过程中，会产生谐波，谐波产生谐振，由于电力网中存在电容补偿，它与系统的感性部分组合，在一定的频率下，可能存在串联或并联的谐振条件，当系统中某次频率的谐波足够大时，就会造成危险的过电压或过电流,导致电容器损坏，从而导致企业功率因数降低。本发明方案的理念便是在保持变频器的使用下，根据电网中的电流信号进行对应的无功补偿和谐波滤出，保证节能环保的同时，提高水泥厂区的电网电力质量。首先，需要获取水泥厂区电网中的电流信号，并基于该电流信号判断电网的运行情况。优选的，为了获取总电网的电流信号，将采集单元10设置在进线柜的主线路上。优选的，采集单元10为电流互感器，电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器。通过电流互感器，可以保证进线柜大电流情况下的电流信号准确采集。
步骤S20：根据所述运行参数获得厂区电力设备的综合运行工况。
具体的，获得电流信号后，便可以根据该电流信号进行厂区电网运行工况模拟。谐波会通过电流体现，所以通过电网电流信号，可以获知实时电网工况。优选的，处理单元20还用于判断电网运行工况是否异常。若电网中的谐波和无功影响很小，在预设阈值范围内，为避免对电网造成干扰，直接停止后族补偿，保持当前状态运行。仅在电网需要补偿时，再进行后续补偿。提高系统的智能性，避免无用功造成的资源浪费。进行电网工况模拟时，需要了解电网中的无功补偿容量和有源滤波容量，然后根据该容量进行对应的补偿。优选的，需要获知电网的最大有源滤波容量和无功补偿容量，并基于该最大有源滤波容量和无功补偿容量设计电力补偿装置，保证在满补偿容量下，补偿装置有足够的补偿能力。具体的，包括：
获取厂区设备的运行组合参数，根据运行组合参数计算所述厂区设备需要的调整容量，根据调整容量选择对应的调整装置，并将调整装置扩展到厂区设备电路中。其中，厂区设备的运行组合参数包括：变频设备的型号及数量、系统谐波电流畸变率、各设备的用功功率、无功功率、各设备的负荷。根据所述运行组合参数计算所述厂区设备需要的调整容量，包括：计算有源滤波容量，包括：根据变频设备的型号及数量、系统谐波电流畸变率以及预设算法计算有源滤波容量，计算公式为：
其中，ITHD为有源滤波容量；P为变频设备的运行功率；THDi为系统谐波电流畸变率；
为功率因数；Kc为同时系数。例如，熟料冷却车间配置11台熟料冷却风机，均为变频风机，风机功率为2240kW,谐波电流畸变率为30％，功率因数为0.75，同时系数为0.8。根据上述关系式获得最终有源滤波容量为582A，则在进行装置选型时，电网的滤波容量至少大于582A，便于选型控制，优选为600A。
与上述类似，进行无功补偿容量估算时，其计算公式为：
其中，Qc为电容器的安装容量，kvar；P为系统的有功功率，kW；tanφ1为补偿前的功率因数角；cosf1为补偿前的功率因数；tanφ2为补偿后的功率因数角；cosf2为补偿后的功率因数。根据厂区电力设备的实际运行情况，获取无功补偿表，获得最终的无功补偿容量，然后根据所述无功补偿容量选择对应规格的无功补偿装置，保证最大无功容量补偿。
步骤S30：根据所述综合运行工况生成补偿方案。
具体的，进行无功补偿时，主要基于SVG(静止无功发生器)实现，其具体原理为将桥式交变电流电路通过电抗器并联在电网上，或直接并联在点网上，适当调节桥式变流电路交流侧输出电压的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流，使该电路吸收或者发出满足需求的无功电流，从而实现动态补偿的目的。无功功率的传输加重了电网负荷，使电网损耗增加，系统电压下降。故需对其进行就近和就地补偿。并联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。确定当前所需的无功补偿容量，将采集的厂区电网电流信号发送到无功分析模块201，无功分析模块201分析出无功补偿电流。然后根据补偿电流生成对应的无功补偿方案，包括补偿量和补偿时间。同时，分离控制模块202将采集的厂区电网电力信号进行基波成分分离，基波是指在复杂的周期性振荡中与该振荡最长周期相等的正弦波分量，相应于这个周期的频率称为基波频率。谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波，高次谐波的干扰是当前电力系统中影响电能质量的重要因素。分离控制模块202便需要将这些谐波分离出来，进行针对性的分析和处理。将分离出来的谐波送至检测对比模块203，监测对比模块将获取的谐波成分与谐波保护装置发出的预设补偿电流进行比较，获得二者的差值，滤波分析模块204便根据该差值获得谐波补偿电流，并生成包含该谐波补偿电流的谐波滤出方案。
步骤S40：根据所述补偿方案进行各电力设备的电力补偿。
具体的，获得无功补偿方案和谐波滤出方案后，执行模块开始对应补偿。根据无功补偿方案显示的无功补偿电流和不长时间，无功补偿校正模块301对无功补偿电流进行校正，然后通过无功补偿驱动模块302输出无功补偿电流进行电网无功补偿，实现了无功补偿的动态调节。通过补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数，减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cosΦ＝0.8增加到cosΦ＝0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW；反之，增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。无功补偿还可以降低线损，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。滤波驱动电路303根据谐波滤出方案生成补偿信号，并将补偿信号发送到IGBT(绝缘栅双极型晶体管)逆变器，IGBT逆变器将谐波补偿电流注入到电网中，实现滤波的功能。
在本发明实施例中，谐波对电力系统设备造成很大的危害，甚至会烧毁电容器和电抗器，在以往的由谐波引发的电力事故中，烧毁电容器和电抗器的比例非常高。电力系统中产生的谐波可能引起旋转电机和变压器的损耗和过热，另外，还可能产生机械共振、噪音以及电压持续过高，这会造成电机寿命大大缩短，严重时甚至直接损坏电机当谐波电流通过变压器时，会导致铁损耗和铜损耗增加随着谐波频率的不断增加，铁损耗也逐步扩大，同时，也会引起变压器外部设备、硅钢片以及紧固件的发热，就可能引起局部过热，从而影响电机使用寿命，甚至烧毁电机。随着电流融入电网另一方面，外部畸变会对换流器和整流装置的运行产生巨大的影响，可能导致整个电力系统失控，造成晶闸管损坏，进而严重影响换流装置的性能。如果流入电路中断路器的谐波频率过大，会造成断路器的断开能力减弱，甚至无法工作，对电网产生严重的影响和危害，且谐波的存在会造成继电保护装置性能发生很大的改变，可能导致各类保护装置功能失灵。综上所述，谐波对于厂区电网的危害非常大，在如今大量变频器使用的场景下，通过本发明的实施方式提供的谐波滤出方法，能够有效抑制谐波危害，提高厂区设备使用寿命，保证厂区用电安全。
在一种可能的实施方式中，某水泥企业配置有源滤波装置后低压系统谐波满足国标要求，SVG静止无功装置投入后提高了企业功率因数为0.95，减少了变压器的有功和无功损耗。节约了电能，节省企业经济效益。其具体收益对比如表一：
表一收益对照表
本发明实施方式还提供一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的电能损耗和电能质量综合处理方法。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。
Claims (10)
1.一种电能损耗和电能质量综合处理方法，应用于水泥厂区，其特征在于，所述方法包括：
获取厂区电网的运行参数；
根据所述运行参数获得厂区电力设备的综合运行工况；
根据所述综合运行工况生成补偿方案；
根据所述补偿方案进行各电力设备的电力补偿。
2.根据权利要求1所述的电能损耗和电能质量综合处理方法，其特征在于，所述厂区电网的运行参数包括：
厂区电网的电流信号。
3.根据所述权利要求1所述的电能损耗和电能质量综合处理方法，其特征在于，所述补偿方案包括：
无功补偿方案和谐波滤出方案。
4.根据权利要求3所述的电能损耗和电能质量综合处理方法，其特征在于，所述根据所述综合运行工况生成补偿方案，包括：
对所述厂区电网的电流信号进行分析，获得无功补偿电流值；
根据所述无功补偿电流值生成无功补偿方案；
所述无功补偿方案包括无功补偿电流校正方案和电流动态调节方案。
5.根据权利要求4所述的电能损耗和电能质量综合处理方法，其特征在于，所述根据所述综合运行工况生成补偿方案，还包括：
对所述厂区电网的电流信号进行基波成分分离，获得谐波成分；
对所述谐波成分和预设补偿电流求差，获得比较差值；
根据所述比较差值获得谐波补偿电流，并根据所述谐波补偿电流生成谐波滤出方案。
6.一种电能损耗和电能质量综合处理系统，其特征在于，所述系统包括：
采集单元，用于获取厂区电网的运行参数；
处理单元，用于：
根据所述运行参数获得厂区电力设备的综合运行工况；
根据所述综合运行工况生成补偿方案；
执行单元，用于根据所述补偿方案进行各电力设备的电力补偿。
7.根据权利要求6所述的电能损耗和电能质量综合处理系统，其特征在于，所述采集单元为电流互感器，用于获取连接各电力设备的电路中的电流信号。
8.根据权利要求6所述的电能损耗和电能质量综合处理系统，其特征在于，所述厂区电网的运行参数包括：厂区电网的电流信号；所述补偿方案包括：无功补偿方案和谐波滤出方案；
所述处理单元包括：
无功分析模块，用于：
对所述厂区电网的电流信号进行分析，获得无功补偿电流值；
根据所述无功补偿电流值生成无功补偿方案；
分离控制模块，用于对所述厂区电网的电流信号进行基波成分分离；
检测对比模块，用于对所述谐波成分和预设补偿电流求差，获得比较差值；
滤波分析模块，用于根据所述比较差值获得谐波补偿电流，并根据所述谐波补偿电流生成谐波滤出方案。
9.根据权利要求8所述的电能损耗和电能质量综合处理系统，其特征在于，所述执行单元包括：
无功补偿校正模块，用于对所述无功补偿电流值进行校正；
无功补偿驱动模块，用于根据校正后的无功补偿电流值对厂区电网进行无功补偿；
滤波驱动电路，用于将所述谐波补偿电流注入厂区电网，进行电网谐波滤出。
10.一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行权利要求1-5中任一项权利要求所述的电能损耗和电能质量综合处理方法。
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