本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶有現(xiàn)場振動告警功能的電能質(zhì)量智能綜合優(yōu)化裝置。

背景技術(shù)：

UPQC(Unified Power Quality Conditioner，統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置)通常由串聯(lián)型電壓源變流器和并聯(lián)型電壓源變流器通過公共直流母線結(jié)合而成，其安裝在用戶側(cè)的諧波負載附近，可以同時對電壓和電流進行補償。串聯(lián)型電壓源變流器起到DVR(Dynamic Voltage Restorer，動態(tài)電壓補償器)的作用，可抑制電壓波動，補償電源電壓諧波，消除配電系統(tǒng)中經(jīng)常發(fā)生的電壓暫升或電壓暫降問題，提高裝置的阻尼。并聯(lián)型電壓源變流器起到APF(Active Power Filter，有源電力濾波器)的作用，可濾除負載諧波電流，補償負載無功功率。

如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中UPQC結(jié)合了DVR和APF的變流器結(jié)構(gòu)，DVR變流器D1*和APF變流器F1*共用一個直流電容C1*，DVR變流器D1*經(jīng)串聯(lián)變壓器T1*接于電網(wǎng)系統(tǒng)側(cè)，具有維持連接點處電壓、補償電壓閃變和不對稱的功能，APF變流器F1*經(jīng)串聯(lián)電抗器L1*接于負載側(cè)，主要用于補償諧波和無功電流，同時維持DVR變流器D1*和APF變流器F1*之間的直流電壓恒定。其中，DVR變流器D1*和APF變流器F1*均為雙向PWM(Pulse-Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)變流器，既可以工作在整流狀態(tài)，也可以工作在逆變狀態(tài)；DVR變流器D1*經(jīng)串聯(lián)變壓器T1*輸出基波正序補償電壓，向電網(wǎng)注入功率，同時也可以輸出諧波補償電壓；APF變流器F1*向電網(wǎng)注入諧波補償，同時可以輸出無功電流。

UPQC工作過程中，需要協(xié)調(diào)DVR功能和APF功能，當(dāng)出現(xiàn)電壓跌落時，DVR功能啟動，此時APF功能有兩種選擇：一、同步穩(wěn)定直流電容C1*電壓，用于電壓跌落補償，但是缺點在于：UPQC不再有諧波和無功補償，當(dāng)串聯(lián)側(cè)正進行電壓補償時，電網(wǎng)的諧波和無功會出現(xiàn)峰值，需及時進行諧波處理和無功補償；二、補償諧波，不再維持直流電容C1*電壓，但是缺點在于：DVR補償功能受限，因DVR功能僅靠直流電容C1*及其附屬儲能裝置儲存的能量完成，能量用完則DVR補償功能結(jié)束，直至直流電容C1*恢復(fù)至正常狀態(tài)，才可進行下一次DVR補償動作。

通過檢索，中國專利公開號為CN 104393599 A公開了一種統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置及方法，較好地解決了上述問題，但是，該方案中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在上述兩種APF功能選擇中，直流電容C1*的電壓容易波動，不利于獲得高質(zhì)量輸出波形，且由于用戶負載的諧波和無功特性是有規(guī)律的，使得用戶無法獲得優(yōu)秀用電質(zhì)量補償?shù)难a償速度。因此有必要對此進行改進。

另外，電能質(zhì)量智能綜合優(yōu)化裝置的現(xiàn)場在沒有維護人員值守時，需要防止非法入侵，目前較為有效的防止非法入侵的手段是采用振動探測，通過振動探測器來感知非法入侵時發(fā)出的振動信號，通過電路對振動信號進行處理后發(fā)出現(xiàn)場告警，以提高其運行穩(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種帶有現(xiàn)場振動告警功能的電能質(zhì)量智能綜合優(yōu)化裝置，電網(wǎng)電壓跌落時補償電壓跌落，無跌落時進行諧波處理和無功補償，且能抑制電壓波動獲得高質(zhì)量輸出波形，并能提高對用戶進行用電質(zhì)量補償?shù)难a償速度。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供了一種帶有現(xiàn)場振動告警功能的電能質(zhì)量智能綜合優(yōu)化裝置，所述裝置包括DVR變流器、第一APF變流器、第二APF變流器、第一直流電容、第二直流電容、變壓器、第一電抗器、第二電抗器、網(wǎng)絡(luò)控制器、負載補償器和直流電壓波動抑制器；其中，

所述DVR變流器、第一直流電容及第一APF變流器三者并聯(lián)形成第一補償回路，且所述第一補償回路的一端從所述DVR變流器側(cè)通過所述變壓器與電網(wǎng)側(cè)相連，另一端從所述第一APF變流器側(cè)通過所述第一電抗器與負載側(cè)相連，用于在所述電網(wǎng)側(cè)的電壓跌落時，進行電壓補償，維持所述DVR變流器和所述第一APF變流器之間的直流電壓恒定；

所述DVR變流器、第二直流電容及第二APF變流器三者并聯(lián)形成第二補償回路，且所述第二補償回路的一端從所述DVR變流器側(cè)通過所述變壓器與所述電網(wǎng)側(cè)相連，另一端從所述第二APF變流器側(cè)通過所述第二電抗器與所述電網(wǎng)側(cè)相連，用于在所述電網(wǎng)側(cè)的無電壓跌落時，進行諧波處理和無功補償；

所述負載補償器至少有一個且均與所述網(wǎng)絡(luò)控制器相連，每一負載補償器均用于預(yù)存一負載在所有工作狀態(tài)下形成對負載側(cè)電網(wǎng)參數(shù)的變化規(guī)律，并根據(jù)所述負載當(dāng)前工作狀態(tài)，將對應(yīng)的負載側(cè)電網(wǎng)參數(shù)變化規(guī)律及對應(yīng)的補償啟動時間發(fā)送至所述網(wǎng)絡(luò)控制器中；其中，所述工作狀態(tài)包括切入狀態(tài)、切出狀態(tài)和正常工作狀態(tài)；

所述直流電壓波動抑制器與所述網(wǎng)絡(luò)控制器相連，用于獲取并修正所述第一直流電容和所述第二直流電容分別對應(yīng)的電壓波形；

所述網(wǎng)絡(luò)控制器還同時與所述DVR變流器、第一APF變流器及第二APF變流器相連，用于當(dāng)檢測到所述電網(wǎng)側(cè)的當(dāng)前電壓小于預(yù)設(shè)的閾值時，確定所述電網(wǎng)側(cè)的電壓跌落，啟動所述DVR變流器進行電壓補償，并控制所述第一APF變流器維持所述第一直流電容的電壓恒定，以及控制所述第二APF變流器進行諧波處理和無功補償；或當(dāng)檢測到所述電網(wǎng)側(cè)的當(dāng)前電壓大于預(yù)設(shè)的閾值時，確定所述電網(wǎng)側(cè)的電壓無跌落，切斷所述DVR變流器電壓補償，并控制所述第一APF變流器進行諧波處理和無功補償，以及控制所述第二APF變流器給所述第二直流電容充電；以及根據(jù)所述每一負載補償器發(fā)送的負載側(cè)電網(wǎng)參數(shù)變化規(guī)律預(yù)設(shè)有對應(yīng)的補償算法；

還包括有現(xiàn)場振動告警單元，包括振動信號探測器、RC濾波器、告警主控制器，振動信號探測器檢測到現(xiàn)場振動信號并通過RC濾波器輸入到告警主控制器，所述的告警主控制器連接有用于現(xiàn)場告警的聲光報警器。

其中，所述每一負載補償器均由ARM芯片、存儲器FLASH、顯示屏幕、通信接口及其外圍電路形成。

其中，所述直流電壓波動抑制器包括電壓波形篩選單元和電壓波形修訂單元；其中，

所述電壓波形篩選單元，用于獲取所述第一直流電容和所述第二直流電容分別對應(yīng)的電壓波形，并將所述獲取到的電壓波形分別模擬調(diào)制成對應(yīng)的正弦波波形，且進一步篩選出所述模擬后的第一直流電容和第二直流電容中正弦波波形的幅值分別不滿足篩選條件的時刻，確定出所述第一直流電容和所述第二直流電容的正弦波波形中分別對應(yīng)各自篩選時刻直流電壓分量及每一直流電壓分量的脈沖寬度；

所述電壓波形修訂單元，用于獲取所述第一直流電容和所述第二直流電容的正弦波波形中分別對應(yīng)各自篩選時刻諧波電壓分量的數(shù)值，并根據(jù)所述第一直流電容的正弦波波形在其對應(yīng)篩選時刻直流電壓分量的脈沖寬度及諧波電壓分量的數(shù)值，以及所述第二直流電容的正弦波波形在其對應(yīng)篩選時刻直流電壓分量的脈沖寬度及諧波電壓分量的數(shù)值，分別修訂所述第一直流電容的電壓波形和所述第二直流電容的電壓波形。

其中，所述電壓波形修訂單元包括諧波采樣模塊、諧波系數(shù)修訂模塊和波形修訂模塊；其中，

所述諧波采樣模塊，用于對所述第一直流電容和所述第二直流電容的電壓波形在各自篩選時刻諧波電壓分量進行采樣，確定所述第一直流電容和所述第二直流電容的正弦波波形在各自篩選時刻諧波電壓分量的數(shù)值；

所述諧波系數(shù)修訂模塊，用于在所述第一直流電容的正弦波波形中，將同一篩選時刻上的諧波電壓分量數(shù)值除以直流電壓分量的脈沖寬度值后并累加為所述第一直流電容的諧波系數(shù)；以及在所述第二直流電容的正弦波波形中，將同一篩選時刻上的諧波電壓分量數(shù)值除以直流電壓分量的脈沖寬度值后并累加為所述第二直流電容的諧波系數(shù)；

所述波形修訂模塊，用于通過所述第一直流電容的諧波系數(shù)分別乘以所述第一直流電容的電壓波形在其對應(yīng)篩選時刻的波形幅值來調(diào)整所述第一直流電容的電壓波形幅值；以及通過所述第二直流電容的諧波系數(shù)分別乘以所述第二直流電容的電壓波形在其對應(yīng)篩選時刻的波形幅值來調(diào)整所述第二直流電容的電壓波形幅值。

其中，所述參數(shù)包括負載在當(dāng)前工作狀態(tài)下的電壓電流指令、PI參數(shù)、濾波參數(shù)和諧波次數(shù)。

實施本發(fā)明實施例，具有如下有益效果：

1、在本發(fā)明實施例中，由于裝置中存在有兩個補償回路，在電網(wǎng)側(cè)電壓跌落時，第一補償回路中的第一APF變流器用于電壓補償，第二補償回路中的第二APF變流器用于諧波和無功補償，從而實現(xiàn)既能在第一補償回路中穩(wěn)定電壓恒定確保電壓跌落補償效果，又能在第二補償回路中及時進行諧波和無功補償；

2、在本發(fā)明實施例中，由于裝置中采用了與負載一一對應(yīng)的負載補償器，負載補償器中存儲有負載在所有工作狀態(tài)下對負載側(cè)電網(wǎng)參數(shù)的變化規(guī)律，而裝置中的網(wǎng)絡(luò)控制器則預(yù)先存儲有對應(yīng)每一負載所有工作狀態(tài)下的補償算法，從而使得裝置中的網(wǎng)絡(luò)控制器可以根據(jù)預(yù)先存儲的補償算法，減小從突變到治理的延時，同時可提高補償質(zhì)量；

3、在本發(fā)明實施例中，由于裝置中采用了直流電壓波動抑制器改善第一直流電容和第二直流電容的脈沖寬度，減少諧波電壓帶來的不利影響，從而更有效的降低第一直流電容和第二直流電容的直流電壓波動，獲得了質(zhì)量更優(yōu)的正弦波波形。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖仍屬于本發(fā)明的范疇。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的電能質(zhì)量智能綜合優(yōu)化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的電能質(zhì)量智能綜合優(yōu)化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3現(xiàn)場振動告警單元的原理框圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細描述。

如圖2所示，為本發(fā)明實施例提供的一種帶有現(xiàn)場振動告警功能的電能質(zhì)量智能綜合優(yōu)化裝置，該裝置包括DVR變流器D1、第一APF變流器F1、第二APF變流器F2、第一直流電容C1、第二直流電容C2、變壓器T1、第一電抗器L1、第二電抗器L2、網(wǎng)絡(luò)控制器M、負載補償器J和直流電壓波動抑制器K；其中，

DVR變流器D1、第一直流電容C1及第一APF變流器F1相并聯(lián)后三者間形成為第一補償回路11，且第一補償回路11的一端從DVR變流器D1側(cè)通過變壓器T1與電網(wǎng)側(cè)相連，另一端從第一APF變流器F1側(cè)通過第一電抗器L1與負載側(cè)相連，用于在電網(wǎng)側(cè)的電壓跌落時，進行電壓補償，維持DVR變流器D1和第一APF變流器F1之間的直流電壓恒定；

DVR變流器D1、第二直流電容C2及第二APF變流器F2相并聯(lián)后三者間形成為第二補償回路12，且第二補償回路12的一端從DVR變流器D1側(cè)通過變壓器T1與電網(wǎng)側(cè)相連，另一端從第二APF變流器F2側(cè)通過第二電抗器L2與電網(wǎng)側(cè)相連，用于在電網(wǎng)側(cè)的無電壓跌落時，進行諧波處理和無功補償；

負載補償器J至少有一個且均與網(wǎng)絡(luò)控制器M相連，每一負載補償器J均用于預(yù)存一負載在所有工作狀態(tài)下形成對負載側(cè)電網(wǎng)參數(shù)的變化規(guī)律，并根據(jù)負載當(dāng)前工作狀態(tài)，將對應(yīng)的負載側(cè)電網(wǎng)參數(shù)變化規(guī)律及對應(yīng)的補償啟動時間發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)控制器M中；其中，所述工作狀態(tài)包括切入狀態(tài)、切出狀態(tài)和正常工作狀態(tài)；

直流電壓波動抑制器K與網(wǎng)絡(luò)控制器M相連，用于獲取并修正第一直流電容C1和第二直流電容C2分別對應(yīng)的電壓波形；

網(wǎng)絡(luò)控制器M還同時與DVR變流器D1、第一APF變流器F1及第二APF變流器F2相連，用于當(dāng)檢測到電網(wǎng)側(cè)的當(dāng)前電壓小于預(yù)設(shè)的閾值時，確定電網(wǎng)側(cè)的電壓跌落，啟動DVR變流器D1進行電壓補償，并控制第一APF變流器F1維持第一直流電容C1的電壓恒定，以及控制第二APF變流器F2進行諧波處理和無功補償；或當(dāng)檢測到電網(wǎng)側(cè)的當(dāng)前電壓大于預(yù)設(shè)的閾值時，確定電網(wǎng)側(cè)的電壓無跌落，切斷DVR變流器D1電壓補償，并控制第一APF變流器F1進行諧波處理和無功補償，以及控制第二APF變流器F2給第二直流電容C2充電；以及根據(jù)每一負載補償器發(fā)送的負載側(cè)電網(wǎng)參數(shù)變化規(guī)律預(yù)設(shè)有對應(yīng)的補償算法。

在本發(fā)明實施例中，DVR變流器D1由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transisto，絕緣柵雙極型晶體管)模組、驅(qū)動電路及保護電路組成，其功能為檢測電網(wǎng)電壓的畸變和基波偏差，作為電壓指令，對DVR變流器D1進行控制，使得DVR變流器D1通過變壓器T1輸出一個與電網(wǎng)電壓畸變和基波偏差相抵消的補償電壓，從而保證負載電壓是一個額定的正弦電壓；

第一APF變流器F1同樣由IGBT模組、驅(qū)動電路及保護電路組成，其功能包括：1、檢測負載的無功和諧波電流，作為電流指令，對該變流器F1進行控制，使得該變流器F1輸出與負載無功和諧波電流大小相等的無功和諧波，從而實現(xiàn)對負載無功和諧波電流的補償，使得電網(wǎng)輸入電流為正弦波電流，功率因數(shù)為1；2、當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動，系統(tǒng)工作在DVR狀態(tài)時，該變流器F1停止無功補償功能，只負責(zé)有功輸入，為DVR穩(wěn)定第一直流電容C1的直流電壓，不再參與電網(wǎng)的諧波和無功治理；

第二APF變流器F2同樣由IGBT模組，驅(qū)動電路及保護電路組成，其功能包括：1、檢測負載在切入、實時工作、切出條件下通過局域網(wǎng)發(fā)送的狀態(tài)信息，在網(wǎng)絡(luò)控制器M中查找對應(yīng)負載的切入、實時工作、切出的固化APF程序，根據(jù)固化程序作為電流指令，對該變流器F2進行控制，使得該變流器F2輸出與負載無功和諧波電流大小相等的無功和諧波，從而實現(xiàn)對負載無功和諧波電流的補償，使得電網(wǎng)輸入電流為正弦波電流，功率因數(shù)為1；2、當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動需要進行DVR補償時，則該變流器F2進行無功和諧波補償。

網(wǎng)絡(luò)控制器M作為裝置的控制核心，基于總線結(jié)構(gòu)的DSP+FPGA架構(gòu)，用于完成電網(wǎng)電壓采集，控制策略調(diào)試，補償算法實現(xiàn)，電壓電流指令輸出及其他系統(tǒng)功能。除包含上述基本功能外，網(wǎng)絡(luò)控制器M還控制負載補償器R進行特定負載的錄波，并將錄波數(shù)據(jù)存儲于負載補償器R中，負載補償器R安裝在用戶的特定負載側(cè)與網(wǎng)絡(luò)控制器M通信，從而基于局域網(wǎng)的UPQC就可以根據(jù)用戶的用電習(xí)慣、實時用電策略，調(diào)整控制器輸出，對用戶進行用電質(zhì)量補償。

應(yīng)當(dāng)說明的是，網(wǎng)絡(luò)控制器M還要存儲用戶用電設(shè)備信息，與用戶用電設(shè)備進行TCP/IP通信，通信內(nèi)容包括命令傳輸包和參數(shù)傳輸包；其中，命令傳輸包內(nèi)容包括設(shè)備ID號，設(shè)備動作指令(切入或切出或正在運行中)，動作預(yù)期時間，時間校準(zhǔn)，數(shù)據(jù)校驗等，因此網(wǎng)絡(luò)控制器M中預(yù)設(shè)的補償算法可根據(jù)用戶用電設(shè)備信息，為任一負載設(shè)置有負載在任一工作狀態(tài)下對應(yīng)的補償算法，從而使得裝置中的網(wǎng)絡(luò)控制器M可以根據(jù)預(yù)先存儲的補償算法，減小從突變到治理的延時，同時可提高補償質(zhì)量。

作為一個例子，負載每次切入、切出及正常使用狀態(tài)下，都需設(shè)置UPQC工作于錄波狀態(tài)，則UPQC檢測負載動作對負載側(cè)電網(wǎng)造成的電能質(zhì)量波動影響，并將數(shù)據(jù)錄入負載補償器J，前后存取時間可由用戶設(shè)置，可以并不限于錄制電壓跌落的前后1.5秒時間，切入、切出的后2秒時間，正常工作狀態(tài)的2～5秒時間，作為負載設(shè)備的跌落、諧波、切入切出影響的參考。負載補償器記錄負載設(shè)備參數(shù)后，與負載設(shè)備的切入、切出或正常使用狀態(tài)關(guān)聯(lián)，當(dāng)負載側(cè)準(zhǔn)備啟動、停止設(shè)備時，首先通過局域網(wǎng)口與UPQC通信，將裝置錄波參數(shù)通過TCP/IP傳送給網(wǎng)絡(luò)控制器，網(wǎng)絡(luò)控制器裝載算法，等待設(shè)備啟動。當(dāng)檢測到設(shè)備啟動后，根據(jù)預(yù)先計算的電壓電流指令對負載產(chǎn)生的諧波無功進行補償，可大大減小低通濾波帶來的時間延遲，同時減小PI參數(shù)調(diào)節(jié)延時，顯著提高電能質(zhì)量智能綜合優(yōu)化裝置的軟件、硬件延時，加快針對特定負載的電能質(zhì)量治理反應(yīng)速度。其中，負載補償器J的參數(shù)包括負載在當(dāng)前工作狀態(tài)下的電壓電流指令、PI參數(shù)、濾波參數(shù)和諧波次數(shù)。

為了克服第一直流電容C1和第二直流電容C2的直流電壓波動，降低諧波帶來的沖擊，因此直流電壓波動抑制器K包括電壓波形篩選單元和電壓波形修訂單元；其中，

電壓波形篩選單元，用于獲取第一直流電容和第二直流電容分別對應(yīng)的電壓波形，并將獲取到的電壓波形分別模擬調(diào)制成對應(yīng)的正弦波波形，且進一步篩選出模擬后的第一直流電容和第二直流電容中正弦波波形的幅值分別不滿足篩選條件的時刻，確定出第一直流電容和第二直流電容的正弦波波形中分別對應(yīng)各自篩選時刻直流電壓分量及每一直流電壓分量的脈沖寬度；

電壓波形修訂單元，用于獲取第一直流電容和第二直流電容的正弦波波形中分別對應(yīng)各自篩選時刻諧波電壓分量的數(shù)值，并根據(jù)第一直流電容的正弦波波形在其對應(yīng)篩選時刻直流電壓分量的脈沖寬度及諧波電壓分量的數(shù)值，以及第二直流電容的正弦波波形在其對應(yīng)篩選時刻直流電壓分量的脈沖寬度及諧波電壓分量的數(shù)值，分別修訂第一直流電容的電壓波形和第二直流電容的電壓波形。

其中，電壓波形修訂單元包括諧波采樣模塊、諧波系數(shù)修訂模塊和波形修訂模塊；其中，

諧波采樣模塊，用于對第一直流電容和第二直流電容的電壓波形在各自篩選時刻諧波電壓分量進行采樣，確定第一直流電容和第二直流電容的正弦波波形在各自篩選時刻諧波電壓分量的數(shù)值；

諧波系數(shù)修訂模塊，用于在第一直流電容的正弦波波形中，將同一篩選時刻上的諧波電壓分量數(shù)值除以直流電壓分量的脈沖寬度值后并累加為第一直流電容的諧波系數(shù)；以及在第二直流電容的正弦波波形中，將同一篩選時刻上的諧波電壓分量數(shù)值除以直流電壓分量的脈沖寬度值后并累加為第二直流電容的諧波系數(shù)；

波形修訂模塊，用于通過第一直流電容的諧波系數(shù)分別乘以第一直流電容的電壓波形在其對應(yīng)篩選時刻的波形幅值來調(diào)整第一直流電容的電壓波形幅值；以及通過第二直流電容的諧波系數(shù)分別乘以第二直流電容的電壓波形在其對應(yīng)篩選時刻的波形幅值來調(diào)整第二直流電容的電壓波形幅值。

在本發(fā)明實施例中，第一直流電容C1和第二直流電容C2的電壓波形所含的電壓分量相同。因此，以第一直流電容C1的電壓波形V(t)為例來說明直流電壓波動的抑制，該電壓波形V(t)可分解成直流電壓分量、諧波電壓分量和總畸變分量，具體展開如下公式(1)：

其中，V(t)為第一直流電容C1的電壓波形，V₀為第一直流電容C1的直流電壓分量，即電壓目標(biāo)值，可為一固定值；為第一直流電容C1的諧波電壓分量；n為諧波序列；p為檢測最高階諧波次數(shù)；為諧波初相位；V_ψ為第一直流電容C1的波動影響較低的總畸變分量；

由于第一直流電容C1的直流側(cè)電壓每一個諧波分量都會對脈沖的高度產(chǎn)生影響，有影響較大的諧波分量，也有不同諧波分量的影響相互抵消的情形和相互加強的情形，因此為了確定諧波電壓對第一直流電容C1的電壓波形的影響，需要先通過電壓波形模擬出被調(diào)制后的正弦波波形，并與正常的正弦波進行比較，從而找到諧波電壓引起的畸變時刻，并進一步消除。鑒于畸變時刻模擬出被調(diào)制后的正弦波波形的脈沖高度(即幅值)已經(jīng)被影響，因此可以調(diào)整畸變時刻直流電壓分量的脈沖寬度，以確保脈沖的面積一致，從而修正正弦波在畸變時刻的輸出波形。

可通過篩選模擬的輸出正弦波波形的脈沖高度(即幅值)來確定畸變時刻，即篩選出模擬后的正弦波波形中幅值不滿足篩選條件的時刻(如N個)，同時為了調(diào)整畸變時刻直流電壓分量的脈沖寬度，達到修正輸出正弦波的目的，因此需要確定電壓波形中直流電壓分量篩選時刻(N個)分別對應(yīng)的脈沖寬度，以便進行波形一一修復(fù)。

根據(jù)周期信號的頻譜特性，諧波次數(shù)越高，諧波分量越小，諧波電壓分量進行有限次數(shù)采樣。

以一個篩選時刻為例(即畸變時刻)k,k＝1,2...m，其中，m為脈沖周期總時間；假如采樣數(shù)M＝10，則采樣10次諧波作為一組對象，為每一個諧波加一個系數(shù)，以表示對調(diào)制脈沖寬度的影響。根據(jù)公式(2)，得到該時刻k上每一采樣數(shù)對應(yīng)的諧波系數(shù)β_ik：

其中，i為10，因此可推導(dǎo)出在本實施例中檢測最高階諧波次數(shù)p≥10；

并根據(jù)計算出的每一采樣數(shù)對應(yīng)的諧波系數(shù)β_ik，把所有10個系數(shù)累積起來，得出第一直流電容C1在時刻k上諧波系數(shù)β_k，即再進一步將第一直流電容C1在時刻1-m上分別計算出的諧波系數(shù)進行累加，得到第一直流電容C1的諧波系數(shù)β，即

設(shè)定第一直流電容C1時刻k的電壓波形幅值T_on(k),將諧波系數(shù)β與k時刻的電壓波形幅值T_on(k)相乘，修訂k時刻電壓波形幅值T_on(k)為相對應(yīng)的乘積依次類推，將所有的篩選時刻的電壓波形幅值均修訂為相對應(yīng)的乘積(即諧波系數(shù)補償后的脈沖寬度)，待所有的篩選時刻都補償完成后，將電壓波形調(diào)制成正弦波輸出，從而能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的局限性，更有效的降低直流電壓波動，獲得了質(zhì)量更優(yōu)的正弦波波形。

同理，第二直流電容C2的直流電壓抑制，與第一直流電容C1的直流電壓抑制相同，在此不再贅述。

在本發(fā)明實施例中，每一負載補償器J均由ARM芯片、存儲器FLASH、顯示屏幕、通信接口及其外圍電路形成。其中，通信接口包括LAN口、USB/SD卡口、I/O口、RS232接口等，該LAN口負責(zé)與網(wǎng)絡(luò)控制器M進行通信，通信內(nèi)容包括建立連接，錄波時存儲錄波數(shù)據(jù)，工作時上傳負載信息；RS232接口用于與PC通信調(diào)試；USB/SD用于外部介質(zhì)下載數(shù)據(jù)；I/O口用于接收負載控制信號；ARM芯片負責(zé)整個負載補償器J的處理器功能；FLASH用于存儲負載補償器J的ID數(shù)據(jù)及對應(yīng)負載相關(guān)參數(shù)；顯示屏幕由數(shù)碼管形成，用于顯示當(dāng)前負載補償器J的工作狀態(tài)(待機，數(shù)據(jù)下載，數(shù)據(jù)上傳)。

在本發(fā)明實施例中，電能質(zhì)量智能綜合優(yōu)化裝置有如下幾種工作狀態(tài)：

(1)啟動狀態(tài)：UPQC上電，UPQC完成網(wǎng)絡(luò)控制器自檢，I/O口狀態(tài)初始化，系統(tǒng)參數(shù)初始化，直流電容電壓穩(wěn)定，LAN通信測試及負載補償器掃描等工作；

(2)第一APF變流器補償狀態(tài)：當(dāng)UPQC自檢通過，且未檢測到設(shè)定的電壓跌落范圍時(以單相電壓檢測為例)，裝置工作在第一APF變流器補償狀態(tài)。在此狀態(tài)下，UPQC負責(zé)進行對負載的無功補償、諧波抑制及第一直流電容的電壓穩(wěn)定三個部分工作；

(3)第二APF變流器補償狀態(tài)：工作模塊包括DVR變流器、第二APF變流器、網(wǎng)絡(luò)控制器、第二電抗器及IGBT功率器件。在此狀態(tài)下，UPQC只根據(jù)用戶的負載特性，利用固化在網(wǎng)絡(luò)控制器中的控制策略(即補充算法)進行無功和諧波的治理，包括針對負載啟動的補償固化策略執(zhí)行，負載切出的補償固化程序以及特定負載工作過程中的補償固化程序。當(dāng)電網(wǎng)側(cè)發(fā)生電壓跌落時，第二APF變流器功能轉(zhuǎn)為被動無功治理和諧波治理，輸出電流為無功輸出電流和諧波治理電流的失量和。此時，第一APF變流器在網(wǎng)絡(luò)控制器的控制下只負責(zé)吸收電網(wǎng)有功功率，將第一直流存儲電容的電壓穩(wěn)定至但不限于800V，為DVR功能提供持續(xù)不斷的有功支撐；

(4)被動補償狀態(tài)：工作模塊包括DVR變流器、第一APF變流器、網(wǎng)絡(luò)控制器及IGBT功率器件。在此狀態(tài)下，UPQC利用DVR變流器和第一APF變流器進行被動補償，即只通過檢測到的電網(wǎng)參數(shù)進行被動補償，不考慮負載側(cè)負載特性；此時第二APF變流器利用IGBT反向二極管進行布控整流，將第二直流村能電容充電至但不限于500V，為系統(tǒng)增加無功補償能力；

(5)UPQC主動被動混合狀態(tài)：工作模塊包括DVR變流器、第一APF變流器、第二APF變流器、網(wǎng)絡(luò)控制器、第一電抗器、第二電抗器及IGBT功率器件。在此狀態(tài)下，UPQC即執(zhí)行被動狀態(tài)，同時兼顧系統(tǒng)的固化補償功能，即被動補償?shù)倪^程中如果收到主動補償調(diào)節(jié)指令(如負載有切入、切出等動作時，負載補償器通過局域網(wǎng)發(fā)送信號給網(wǎng)絡(luò)控制器)，則會在被動補償狀態(tài)下切換到主動補償狀態(tài)，基于錄波數(shù)據(jù)進行有針對的無功和諧波補償；

(6)跌落狀態(tài)下的第二APF變流器補償狀態(tài)：當(dāng)電網(wǎng)側(cè)出現(xiàn)電壓跌落時，APF功能由第二APF變流器完成，此時第一APF變流器只負責(zé)為第一直流存儲電容提供有功輸入，維持該電容的直流電壓穩(wěn)定，第二APF變流器進入無功和諧波補償狀態(tài)，優(yōu)點在于可以將電壓補償DVR功能工作時產(chǎn)生的無功有效屏蔽，使電力系統(tǒng)與DVR有效隔離；

(7)錄波及補償狀態(tài)：工作模塊包括DVR變流器、第一APF變流器、第二APF變流器、網(wǎng)絡(luò)控制器、第一電抗器、第二電抗器、IGBT功率器件及多個負載補償器。在此狀態(tài)下，UPQC的補償功能工作在被動補償狀態(tài)下，網(wǎng)絡(luò)控制器利用第二APF變流器對特定負載進行錄波。錄波內(nèi)容包括負載切入、切出及負載正常工作狀態(tài)等條件下的負載側(cè)電網(wǎng)參數(shù)變化規(guī)律。負載補償器在完成錄波數(shù)據(jù)載入后，安裝在負載側(cè)，當(dāng)負載設(shè)備發(fā)生切入、切出動作時，負載補償器通過局域網(wǎng)口向UPQC發(fā)送控制命令，UPQC接收到負載補償器發(fā)送的命令后，會在通信數(shù)據(jù)內(nèi)容中的設(shè)定時間內(nèi)啟動基于錄波數(shù)據(jù)的控制策略，即啟動局域網(wǎng)口傳過來的錄波數(shù)據(jù)，并在UPQC內(nèi)執(zhí)行，以補償特定負載產(chǎn)生的無功和諧波。

(8)直流電壓抑制狀態(tài)：工作模塊包括直流電壓抑制器。在此狀態(tài)下，UPQC只根據(jù)第一直流電容C1和第二直流電容C2分別對應(yīng)的電壓波形，降低第一直流電容C1和第二直流電容C2分別對應(yīng)電壓波形的諧波沖擊，從而，獲得了質(zhì)量更優(yōu)的正弦波波形。

如圖3所示，本發(fā)明還具有現(xiàn)場振動告警單元，包括振動信號探測器、RC濾波器、告警主控制器，振動信號探測器檢測到現(xiàn)場振動信號并通過RC濾波器輸入到告警主控制器，所述的告警主控制器連接有用于現(xiàn)場告警的聲光報警器。另外，所述的主控制器上還連接有LCD顯示屏、鍵盤接口和存儲單元。本實施例所述的告警主控制器采用NXP公司的ARM7TDMI-S微控制器LPC2368。

實施本發(fā)明實施例，具有如下有益效果：

1、在本發(fā)明實施例中，由于裝置中存在有兩個補償回路，在電網(wǎng)側(cè)電壓跌落時，第一補償回路中的第一APF變流器用于電壓補償，第二補償回路中的第二APF變流器用于諧波和無功補償，從而實現(xiàn)既能在第一補償回路中穩(wěn)定電壓恒定確保電壓跌落補償效果，又能在第二補償回路中及時進行諧波和無功補償；

2、在本發(fā)明實施例中，由于裝置中采用了與負載一一對應(yīng)的負載補償器，負載補償器中存儲有負載在所有工作狀態(tài)下對負載側(cè)電網(wǎng)參數(shù)的變化規(guī)律，而裝置中的網(wǎng)絡(luò)控制器則預(yù)先存儲有對應(yīng)每一負載所有工作狀態(tài)下的補償算法，從而使得裝置中的網(wǎng)絡(luò)控制器可以根據(jù)預(yù)先存儲的補償算法，減小從突變到治理的延時，同時可提高補償質(zhì)量；

3、在本發(fā)明實施例中，由于裝置中采用了直流電壓波動抑制器改善第一直流電容和第二直流電容的脈沖寬度，減少諧波電壓帶來的不利影響，從而更有效的降低第一直流電容和第二直流電容的直流電壓波動，獲得了質(zhì)量更優(yōu)的正弦波波形。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，所述的存儲介質(zhì)，如ROM/RAM、磁盤、光盤等。

以上所揭露的僅為本發(fā)明一種較佳實施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。