智能電網(wǎng)終端用戶電能管理和污染治理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種智能電網(wǎng)終端用戶電能管理和污染治理系統(tǒng)。它包括可控濾波裝置、與所述可控濾波裝置分別相連的計(jì)算機(jī)控制單元、尖峰信號(hào)檢測(cè)單元、諧波檢測(cè)單元；所述的尖峰信號(hào)檢測(cè)單元用于捕捉智能電網(wǎng)的尖峰信號(hào)，采樣后的尖峰信號(hào)經(jīng)采樣保持單元、第一A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)，需要時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中；諧波檢測(cè)單元用于檢測(cè)智能電網(wǎng)中的高次諧波，采樣后的電壓、電流信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)處理后傳輸?shù)接?jì)算機(jī)控制單元中；所述的計(jì)算機(jī)控制單元用于處理并記錄尖峰信號(hào)檢測(cè)單元和諧波檢測(cè)單元采集的數(shù)據(jù)，并且根據(jù)實(shí)時(shí)的電網(wǎng)污染情況控制濾波器的參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的污染治理效果。
【專利說(shuō)明】智能電網(wǎng)終端用戶電能管理和污染治理系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開(kāi)一種智能電網(wǎng)終端用戶電能管理和污染治理系統(tǒng)，屬于電網(wǎng)用戶端領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]由于智能電網(wǎng)是當(dāng)代新技術(shù)，研究開(kāi)展時(shí)間不長(zhǎng)，各方差距不大，現(xiàn)各領(lǐng)域均為經(jīng)濟(jì)和技術(shù)大國(guó)積極競(jìng)爭(zhēng)研究，其中智能電網(wǎng)終端電能管理系統(tǒng)領(lǐng)域，主要包含智能電網(wǎng)終端用戶的電能管理和污染治理系統(tǒng)，因其與終端用戶直接影響最大，得到注重節(jié)能和電能質(zhì)量的各地關(guān)注。但在實(shí)際情況中，電能管理和電網(wǎng)污染治理是分離的。電能管理主要是對(duì)電網(wǎng)的工作情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并適時(shí)地進(jìn)行一些配電調(diào)度，而往往在用戶端僅僅起到了一個(gè)監(jiān)測(cè)的作用，至多附帶部分電路保護(hù)裝置。電網(wǎng)污染尤其是諧波的存在，需要有專門(mén)的治理裝置，如濾波器。而目前濾波器和電能管理系統(tǒng)之間缺乏直接的溝通，針對(duì)電網(wǎng)污染實(shí)時(shí)變化而控制濾波器狀態(tài)的裝置市場(chǎng)上比較缺乏，亟需有合適的智能電網(wǎng)終端用戶電能管理與污染治理集成控制的技術(shù)和設(shè)備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種提高電力質(zhì)量、具有高可靠性、高效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)電的智能電網(wǎng)終端用戶電能管理和污染治理系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種智能電網(wǎng)終端用戶電能管理和污染治理系統(tǒng)，其特征在于:包括計(jì)算機(jī)控制單元、可控濾波裝置、用于通過(guò)被測(cè)電網(wǎng)的電網(wǎng)接入端檢測(cè)被測(cè)電網(wǎng)尖峰信號(hào)的尖峰信號(hào)檢測(cè)單元、用于通過(guò)被測(cè)電網(wǎng)的電網(wǎng)接入端檢測(cè)被測(cè)電網(wǎng)的諧波信號(hào)的諧波檢測(cè)單元，所述計(jì)算機(jī)控制單元分別與所述可控濾波裝置、尖峰信號(hào)檢測(cè)單元、諧波檢測(cè)單元相連；
所述尖峰信號(hào)檢測(cè)單元包括依次相連的第一采樣單元、第一采樣保持單元、第一 A/D轉(zhuǎn)換電路、帶有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的第一單片機(jī)，所述第一單片機(jī)與所述計(jì)算機(jī)控制單元相連；所述第一采樣單元與所述電網(wǎng)輸入端相連；
所述諧波檢測(cè)單元包括第二電壓輸入采樣單元、第二電流輸入采樣單元、信號(hào)調(diào)理單元、第二 A/D轉(zhuǎn)換電路、第二單片機(jī)，所述第二電壓輸入采樣單元、第二電流輸入采樣單元分別與所述電網(wǎng)輸入端、所述信號(hào)調(diào)理單元相連，所述信號(hào)調(diào)理單元與所述第二 A/D轉(zhuǎn)換電路相連，所述第二 A/D轉(zhuǎn)換電路與所述第二單片機(jī)相連，所述第二單片機(jī)與所述計(jì)算機(jī)控制單元相連；
所述可控濾波裝置與所述計(jì)算機(jī)控制單元相連，并聯(lián)于所述被測(cè)電網(wǎng)的電網(wǎng)接入端；所述計(jì)算機(jī)控制單元用于處理并記錄所述尖峰信號(hào)檢測(cè)單元、諧波檢測(cè)單元的檢測(cè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)反映出來(lái)的電網(wǎng)污染情況控制所述可控濾波裝置的濾波參數(shù)。
[0005]所述可控濾波裝置是由電力電容器、電抗器、電阻器、外圍部件組成的π型濾波電路，所述電力電容器為有源可程控模擬電容，且所述電力電容器的控制端與所述計(jì)算機(jī)控制單元相連。所述電力電容器的電容值根據(jù)所述計(jì)算機(jī)控制單元的指令可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整改變，從而改變整個(gè)H型濾波電路的濾波特性。
[0006]所述第一單片機(jī)通過(guò)帶有紅外光耦隔離的RS232接口或RS485接口與所述計(jì)算機(jī)控制單元相連。
[0007]所述計(jì)算機(jī)控制單元上設(shè)有通訊端口拓展模塊，所述計(jì)算機(jī)控制單元通過(guò)所述通訊端口拓展模塊分別與所述可控濾波裝置、尖峰信號(hào)檢測(cè)單元、諧波檢測(cè)單元相連。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明可檢測(cè)電能的質(zhì)量狀況，包括常規(guī)參數(shù)、功率因數(shù)等。將高速數(shù)據(jù)采樣與現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合，可分析包括高次諧波和高頻高次諧波在內(nèi)的電網(wǎng)污染情況。能在采樣、分析的基礎(chǔ)上對(duì)一般諧波和高頻高次諧波分別進(jìn)行抑制諧波及諧波補(bǔ)償，顯著提升電能質(zhì)量。吸收瞬變信號(hào)(雷擊、浪涌)對(duì)電網(wǎng)的污染，提高電力質(zhì)量、整個(gè)用電系統(tǒng)的可靠性和效率，并具有節(jié)電效果。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明方框結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0010]根據(jù)圖1，本發(fā)明包括計(jì)算機(jī)控制單元、可控濾波裝置、用于通過(guò)被測(cè)電網(wǎng)的電網(wǎng)接入端檢測(cè)被測(cè)電網(wǎng)尖峰信號(hào)的尖峰信號(hào)檢測(cè)單元、用于通過(guò)被測(cè)電網(wǎng)的電網(wǎng)接入端檢測(cè)被測(cè)電網(wǎng)的諧波信號(hào)的諧波檢測(cè)單元，所述計(jì)算機(jī)控制單元上設(shè)有通訊端口拓展模塊，所述計(jì)算機(jī)控制單元通過(guò)所述通訊端口拓展模塊分別與所述可控濾波裝置、尖峰信號(hào)檢測(cè)單元、諧波檢測(cè)單元相連 。所述第一單片機(jī)通過(guò)帶有紅外光耦隔離的RS232接口或RS485接口與所述計(jì)算機(jī)控制單元的通訊端口拓展模塊相連。所述尖峰信號(hào)檢測(cè)單元、所述諧波檢測(cè)單元、所述可控濾波裝置分別并聯(lián)在所述電網(wǎng)接入端。
[0011]所述尖峰信號(hào)檢測(cè)單元包括依次相連的第一采樣單元、第一采樣保持單元、第一A/D轉(zhuǎn)換電路、帶有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的第一單片機(jī)，所述第一單片機(jī)與所述計(jì)算機(jī)控制單元相連。
[0012]所述諧波檢測(cè)單元包括第二電壓輸入采樣單元、第二電流輸入采樣單元、信號(hào)調(diào)理單元、第二 A/D轉(zhuǎn)換電路、第二單片機(jī)，所述第二電壓輸入采樣單元、第二電流輸入采樣單元分別與所述電網(wǎng)接入端、所述信號(hào)調(diào)理單元相連，所述信號(hào)調(diào)理單元與所述第二 A/D轉(zhuǎn)換電路相連，所述第二 A/D轉(zhuǎn)換電路與所述第二單片機(jī)相連，所述第二單片機(jī)與所述計(jì)算機(jī)控制單元相連；
所述可控濾波裝置是由電力電容器、電抗器、電阻器、外圍部件組成的η型濾波電路；所述電力電容器為有源可程控模擬電容，其控制端與所述計(jì)算機(jī)控制單元控制口相連，其電容值根據(jù)計(jì)算機(jī)控制單元的指令可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整改變，從而改變整個(gè)η型濾波電路的濾波特性。
[0013]所述計(jì)算機(jī)控制單元用于處理并記錄所述尖峰信號(hào)檢測(cè)單元、諧波檢測(cè)單元的數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)控制所述可控濾波裝置的濾波參數(shù)。
[0014]所述尖峰信號(hào)檢測(cè)單元的輸入端采用電阻分壓方式，并接入了補(bǔ)償電容，提高了所述尖峰信號(hào)檢測(cè)單元采樣瞬變信號(hào)的能力，使其既能采集到2500V高壓、?μ8的尖峰信號(hào)，又能檢測(cè)電網(wǎng)電壓的高低的變動(dòng)。在所述尖峰信號(hào)檢測(cè)單元中，通過(guò)所述第一采樣單元采樣后的電壓信號(hào)經(jīng)所述第一采樣保持單元進(jìn)行采樣保持，然后通過(guò)所述第一 A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)在所述第一單片機(jī)的非易失數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)、或經(jīng)存儲(chǔ)后的數(shù)據(jù)通過(guò)所述第一單片機(jī)傳送到計(jì)算機(jī)控制單元中。所述第一單片機(jī)通過(guò)具有紅外線光耦隔離的RS232或RS485接口與計(jì)算機(jī)控制單元連接，以防止高壓竄入計(jì)算機(jī)控制單元，提高系統(tǒng)通訊的抗干擾能力。
[0015]所述諧波檢測(cè)單元的第二電壓輸入采樣單元的輸入端采用電阻分壓及補(bǔ)償電容電路，具有高速、精確采樣電壓信號(hào)的能力，還提高了采樣信號(hào)的帶寬，以有利于對(duì)高頻信號(hào)的頻譜分析；為了高速、精確采樣電流信號(hào)，所述諧波檢測(cè)單元的第二電流輸入采樣單元的輸入端采用寬頻的電流鉗子，電流鉗子的頻率相應(yīng)達(dá)100kHz。采樣后的電壓、電流信號(hào)經(jīng)過(guò)所述信號(hào)調(diào)理單元進(jìn)行調(diào)理，然后通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)分別由第二 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。處理后的數(shù)據(jù)由所述第二單片機(jī)直接通過(guò)通訊端口發(fā)送至計(jì)算機(jī)控制單元，并保存在計(jì)算機(jī)控制單元自帶的存儲(chǔ)部件中。
[0016]所述計(jì)算機(jī)控制單元基于虛擬儀器技術(shù)，采用普通的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，疊加通訊端口拓展模塊，把所述可控濾波裝置、尖峰信號(hào)檢測(cè)單元、諧波檢測(cè)單元與工控計(jì)算機(jī)組建成總線式自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)。本發(fā)明能實(shí)時(shí)對(duì)三相電之一的線電壓(相線與中線)、對(duì)地電壓(中線與地線)、頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)；對(duì)采樣的三相線路上出現(xiàn)大于設(shè)定值的電壓下落、上揚(yáng)、瞬變、中斷、頻率變化事件進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄；對(duì)電網(wǎng)污染進(jìn)行波形顯示和頻譜顯示；對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔備份，或進(jìn)行二次處理再存檔備份，能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，打印輸出。
[0017]所述可控濾波裝置接受計(jì)算機(jī)控制單元的指令，實(shí)時(shí)改變?yōu)V波器參數(shù)，能有效地去除、抑制和吸收高頻率諧波、高頻噪聲、浪涌(雷電)、尖峰瞬變等污染，使電網(wǎng)電力波形變得較清潔光滑，起到清潔電網(wǎng)、提高電網(wǎng)質(zhì)量的作用，減少由于高頻諧波產(chǎn)生的“集膚效應(yīng)”和高頻干擾噪聲。
[0018]所述尖峰信號(hào)檢測(cè)單元、諧波檢測(cè)單元、可控濾波裝置是三個(gè)獨(dú)立的裝置部件，分別并聯(lián)在被測(cè)電網(wǎng)上。其各自接口的分壓、補(bǔ)償電路只對(duì)本部件有意義，不會(huì)影響到其他部件，所以可控濾波裝置的器件無(wú)法對(duì)另兩個(gè)裝置的性能發(fā)生作用。由于所述尖峰信號(hào)檢測(cè)單元、諧波檢測(cè)單元、可控濾波裝置已分別申請(qǐng)了實(shí)用新型專利并已授權(quán)，因此本發(fā)明不對(duì)這三個(gè)部件本身的結(jié)構(gòu)原理做詳述，而本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)體現(xiàn)在通過(guò)計(jì)算機(jī)控制單元與上述各部件之間結(jié)構(gòu)的連接和改進(jìn)將上述三個(gè)部件緊密地聯(lián)系起來(lái)并將其應(yīng)用在對(duì)電網(wǎng)的檢測(cè)和提高電網(wǎng)質(zhì)量上。同時(shí)，本發(fā)明對(duì)所述可控濾波裝置中的電力電容器進(jìn)行改進(jìn)，換成了有源可程控模擬電容，從而實(shí)現(xiàn)了可控濾波裝置的實(shí)時(shí)參數(shù)修正。
【權(quán)利要求】
1.一種智能電網(wǎng)終端用戶電能管理和污染治理系統(tǒng)，其特征在于:包括計(jì)算機(jī)控制單元、可控濾波裝置、用于通過(guò)被測(cè)電網(wǎng)的電網(wǎng)接入端檢測(cè)被測(cè)電網(wǎng)尖峰信號(hào)的尖峰信號(hào)檢測(cè)單元、用于通過(guò)被測(cè)電網(wǎng)的電網(wǎng)接入端檢測(cè)被測(cè)電網(wǎng)的諧波信號(hào)的諧波檢測(cè)單元，所述計(jì)算機(jī)控制單元分別與所述可控濾波裝置、尖峰信號(hào)檢測(cè)單元、諧波檢測(cè)單元相連； 所述尖峰信號(hào)檢測(cè)單元包括依次相連的第一采樣單元、第一采樣保持單元、第一 A/D轉(zhuǎn)換電路、帶有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的第一單片機(jī)，所述第一單片機(jī)與所述計(jì)算機(jī)控制單元相連；所述第一采樣單元與所述電網(wǎng)輸入端相連； 所述諧波檢測(cè)單元包括第二電壓輸入采樣單元、第二電流輸入采樣單元、信號(hào)調(diào)理單元、第二 A/D轉(zhuǎn)換電路、第二單片機(jī)，所述第二電壓輸入采樣單元、第二電流輸入采樣單元分別與所述電網(wǎng)輸入端、所述信號(hào)調(diào)理單元相連，所述信號(hào)調(diào)理單元與所述第二 A/D轉(zhuǎn)換電路相連，所述第二 A/D轉(zhuǎn)換電路與所述第二單片機(jī)相連，所述第二單片機(jī)與所述計(jì)算機(jī)控制單元相連； 所述可控濾波裝置與所述計(jì)算機(jī)控制單元相連，并聯(lián)于所述被測(cè)電網(wǎng)的電網(wǎng)接入端； 所述計(jì)算機(jī)控制單元用于處理并記錄所述尖峰信號(hào)檢測(cè)單元、諧波檢測(cè)單元的檢測(cè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)控制所述可控濾波裝置的濾波參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電網(wǎng)終端用戶電能管理和污染治理系統(tǒng)，其特征在于:所述可控濾波裝置是由電力電容器、電抗器、電阻器、外圍部件組成的η型濾波電路，所述電力電容器為有源可程控模擬電容，且所述電力電容器的控制端與所述計(jì)算機(jī)控制單元相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電網(wǎng)終端用戶電能管理和污染治理系統(tǒng)，其特征在于:所述第一單片機(jī)通過(guò)帶有紅外光耦隔離的RS232接口或RS485接口與所述計(jì)算機(jī)控制單元相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電網(wǎng)終端用戶電能管理和污染治理系統(tǒng)，其特征在于:所述計(jì)算機(jī)控制單元上設(shè)有通訊端口拓展模塊，所述計(jì)算機(jī)控制單元通過(guò)所述通訊端口拓展模塊分別與所述可控濾波裝置、尖峰信號(hào)檢測(cè)單元、諧波檢測(cè)單元相連。
【文檔編號(hào)】H02J3/01GK104078973SQ201410303014
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】滕華強(qiáng), 樓志斌, 吳維華, 郭佳偉, 章關(guān)明, 盧國(guó)成 申請(qǐng)人:上海儀器儀表研究所