專利名稱：一種電能質量優化與控制系統和方法
技術領域：
本發明涉及電能質量控制領域，特指一種用于廠礦企業的電能質量優化與控制的
方法與系統，根據實時檢測的企業配網的電力參數，以電能質量標準數據和企業用電設備的電能質量敏感度數據為目標參數，通過模糊神經網絡系統對電能質量進行優化計算，輸出相應的控制量，調節電能質量控制設備，從而達到企業配網電能質量實時控制與調節的目的。
背景技術：
隨著電子技術的發展，廠礦企業大量采用自動控制技術，而各類自動控制設備對電能質量的波動比較敏感，劣質電能質量不僅會導致能耗的增加，更嚴重的是往往引起電子控制裝置的誤操作，甚至造成設備損壞和生產中斷。因此電能質量的控制與調節已成為電力管理的一個重要領域，產生了許多的控制方法與系統，如兼具無功補償和綜合電能質量調節功能的發明專利——"分布式綜合電能質量調節裝置"(專利發明人盧強；梅生偉；陳菊明；桂小陽；劉鋒，申請號200410004527. 8，申請日2004. 02. 20);在系統與負荷之間起隔離作用，保證系統不受負荷諧波電流的影響，也使負荷不受系統側電能質量影響的發明專利——"統一電能質量控制器"(專利發明人姜齊榮；沈斐；虞蒼壁；黃煒，申請號200410070072. X，申請日2004. 08. 11);進行分相控制的發明專利——"電能質量監測控制器"(發明(設計)人吳為麟，申請號200241704.9，申請日2000.07.01);模塊化控制的實用新型專利——"動態電能質量檢測控制裝置"(發明人陳德彪；衛建勛，申請號200720085618.8，申請日2007.07.02);在解決相間無功不平衡問題的同時，解決電力系統中交流電壓陷落(瞬間下降)問題和無功補償問題的發明專利——"電能質量和無功補償綜合控制器"(發明人孫元章；李國杰；黎雄。申請號200410009536. 6。申請日2004.09. 10);以及具有抑制諧波、動態無功補償、三相平衡調節及寬范圍穩壓四大功能的實用新型專利——"低壓配電系統電能質量綜合控制器"(發明人南權芳；譚國林；張振祥；徐斌裕，申請號200720003507. 8，申請日2007. 02. 08)。 上述各種調節方法和裝置在進行電能質量調控時，只考慮了輸配網電能質量對設備的影響，而沒有考慮到即使輸配網電能質量符合標準，但某些非線性用電設備在投入使用后也會造成局部區域的電能質量下降，從而影響該區域的設備運行；另外，這些裝置在調控電能質量時，都是按照電能質量國家標準規定的指標參數值進行調節的，沒有考慮到具體設備的電能質量敏感度問題，這樣就會造成某些指標參數在滿足設備正常運行條件后仍進行過度調節，增加電能質量控制設備的額外負擔。 與本發明最為接近的技術是南權芳等人的發明專利——"低壓配電系統電能質量綜合控制器"(發明人南權芳；譚國林；張振祥；徐斌裕，申請號200720003507. 8，申請日2007. 02. 08)。 本發明提供一種以各用電設備電能質量敏感度指標參數為依據，以設備受電點處的電能質量滿足設備運行條件為原則的電能質量優化與控制方法與系統，可以動態調節與控制企業電能質量的功能，以滿足不同電能質量敏感度的設備的運行要求，同時還具有能 耗審計與實時監控的功能。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種用于廠礦企業的電能質量優化 與控制的系統與方法，該系統和方法具備能耗審計、電能質量分析、根據設備電能質量敏感 度要求動態調控企業配網電能質量的功能。 實現本發明目的的技術方案是電能質量優化與控制系統，由電能監測儀、互聯網 或企業局域網、系統服務器、工業PC機、和電能質量調節設備組成，所述電能監測儀設置在 電設備受電點以及電能質量調控設備輸出點，電能監測儀的輸出通過互聯網或企業局域網 連接系統服務器，系統服務器的控制信號經互聯網或企業局域網傳輸給相應電能質量調控 設備的工業PC機；所述電能質量調節設備包括有源電力濾波器、靜止無功發生器、基于相 電壓補償且各相相互獨立的串并聯組合式動態電壓調節器。 所述系統服務器中包括數據采集系統、數據庫、數據處理模塊、電能質量控制模塊 以及顯示和通信模塊；所述數據庫包括原始數據庫、電能質量標準數據庫、企業設備電能質 量敏感度數據庫和決策庫4個子庫；所述數據處理模塊包括可視化處理模塊、電能審計模 塊、電能質量分析模塊3個子模塊；所述電能質量控制模塊包括預處理和模糊神經網絡控 制器；所述數據采集系統的信號經原始數據庫、可視化處理模塊、電能審計模塊、電能質量 分析模塊、預處理和模糊神經網絡控制器輸出至通信模塊，通信模塊將系統服務器的控制 信號傳輸至互聯網或局域網；同時可視化處理模塊、電能審計模塊和電能質量分析模塊的 信號輸出還分別送入決策庫和顯示和通信模塊。 實現本發明的方法發明目的技術方案是，一種電能質量優化與控制方法，包括下
列步驟電能監測儀采集各用電設備受電點以及電能質量調控設備輸出點的基本電力參
數，通過互聯網或企業局域網傳輸給電能質量優化與控制系統服務器，系統服務器通過數
據采集系統模塊接收基本電力參數，并進行電能質量分析，計算各項電能質量指標參數的
當前值；從設備電能質量敏感度數據庫中調用各設備正常運行所需要的各項電能質量指標
參數值，以其中要求最高的參數值作為電能質量調控目標值，并與指標參數的當前值進行
比較，得到指標參數偏差值；對于那些用電設備沒有特殊要求的指標參數，則調用電能質量
標準庫中相應的國家標準值作為調控目標值，并與當前值進行比較從而得到該指標參數的
偏差值；將各指標參數的偏差值作為模糊神經網絡控制器的輸入變量，經模糊化后由系統
內嵌的神經網絡模型處理后進行解模糊，得到實際控制量，由通信模塊經互聯網或企業局
域網將控制信號傳輸給相應電能質量調控設備的工業PC機，工業PC機控制相應的電能質
量調控設備，來改善企業輸配網的電能質量，以滿足不同用電設備的運行要求。 本發明的有益效果在于，企業和車間的電能管理人員通過互聯網或局域網訪問企
業節電空間評估統服務器，通過系統的通信模塊訪問系統的決策庫，查看和了解本企業、車
間的設備、配網運行狀況、能耗狀況以及電能質量。
圖1是企業電能質量優化與控制系統硬件構成框圖
1-區域電力輸配網2-企業配電變壓器3-互聯網或企業局域網4-企業輸配網5-企業用電設備6-有源電力濾波器7-工藝PC機8-電能質量優化與控制系統服務器9-動態電壓調節器10-靜止無功發生器11-企業部門管理計算機12-電能監測儀
圖2是企業電能質量優化與控制系統控制原理框圖
圖3是企業電能質量優化與控制統軟件流程圖
具體實施例方式
下面結合附圖具體說明本發明的具體實施過程。 本發明的企業電能質量優化與控制系統硬件構成如圖1所示，由安裝在用電設備受電點和企業變壓器二次側和電能質量調控設備(包括有源電力濾波器、動態電壓調節器、靜止無功發生器)輸出端的電能監測儀12、互聯網或局域網3、企業節電空間評估系統服務器8、工業PC機等部分組成。 本發明的企業電能質量優化與控制系統軟件結構如圖3所示，主要包括數據采集
系統、數據庫、數據處理模塊、控制模塊、顯示和通信模塊組成。 本發明的具體實施過程如下 1 、數據采集安裝在用電設備受電點、企業變壓器二次側以及電能質量調控設備輸出端的電能監測儀12不間斷的采集各監測點的三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、諧波量等基本電力參數，并短時存儲在電能監測儀12的存儲器中，然后按一定時間間隔，通過互聯網或局域網3向系統服務器8發送數據。電能質量調控設備包括有源電力濾波器、動態電壓調節器、靜止無功發生器，電能質量調控設備。 2、數據接收安裝在服務器中系統軟件內的數據采集系統模塊，以掃描方式與各監測點的電能監測儀12進行通信，并根據相應的數據傳輸協議接收電能監測儀12發送的數據，并存入原始數據庫中； 3、可視化處理可視化處理模塊從原始數據庫中提取原始數據，并生成各監測點的基本電力參數的實時動態顯示圖表，通過顯示模塊在顯示器上實時動態顯示各種電力參數，達到實時監控的目的，同時將實時顯示圖表存入決策庫； 4、能耗審計數據處理系統中的能耗審計模塊根據原始數據計算各用電設備、車間、企業的能耗，按日、周、旬、月、季、年方式生成各用電設備、車間、整個企業的能耗報表，并存入決策庫； 5、電能質量分析電能質量分析模塊根據各監測點的基本電力參數，利用內嵌的數學模型計算頻率偏差、電壓偏差、電壓波動和閃變、波形、功率因素、零序電流、電壓三相不平衡、諧波和間諧波等電能質量指標參數，并以圖表形式通過顯示模塊在顯示器上顯示，同時將各指標參數值存入決策庫中； 6、電能質量優化與調控根據電能質量分析的結果，系統服務器的控制模塊經過預處理、控制量計算得到用于控制電能質量調控設備的控制量，然后通過通信模塊經互聯網或企業局域網3與電能質量調控設備的工業PC機7進行通信，將控制量傳遞給工業PC機7，由工業PC機7控制電能質量調控設備，具體流程如下 a.預處理預處理模塊從數據庫中的設備電能質量敏感度數據庫中，提取企業各設備正常運行所需要的電能質量指標參數值，并以同類指標中要求最高的設備的指標參數值為該指標的優化控制的目標值(如設備1、設備2……設備n正常運行所要求的電壓允差
分別為A仏、AU2 AUn，則取電壓允差的最小值即AU = min(AU"......， AUn)為電
能質量調控的目標值，經本系統調控后企業輸配網的電壓允差值應保證在AU范圍以內)； 對于電能質量敏感度數據庫中沒有特殊要求的指標參數，則預處理模塊調用電能質量標準 數據庫中該指標的國家標準值作為目標值；預處理模塊將電能質量分析的結果與目標值進 行比較得到電能質量指標參數的偏差值，作為模糊神經網絡控制器的輸入變量傳遞給模糊 神經網絡控制器； b.控制量計算模糊神經網絡控制器先將各輸入變量進行模糊化，然后通過神經 網絡模型進行計算，得到分別用于控制有源電力濾波器6、動態電壓調節器9和靜止無功發 生器10的模糊控制量，經解模糊后得到具體的控制量； c.控制量傳輸通信模塊經互聯網或局域網分別與控制有源電力濾波器6、動態
電壓調節器9和靜止無功發生器10的工業PC機7進行通信，將控制量分別傳輸給控制有
源電力濾波器6、動態電壓調節器9和靜止無功發生器10的工業PC機7 ; d.電能質量調控設備的調控通過工業PC機7控制有源電力濾波器6，抑制企業
電網的電力諧波；通過工業PC機7控制動態電壓調節器9，抑制企業電網的電壓瞬變和三
相不平衡；通過工業PC機7控制靜止無功發生器10，抑制企業電網的波形畸變、電壓波動
與閃變。
權利要求
一種電能質量優化與控制系統，由電能監測儀、互聯網或企業局域網、系統服務器、工業PC機、和電能質量調節設備組成，其特征是，所述電能監測儀設置在電設備受電點和電能質量調控設備輸出點，電能監測儀的輸出通過互聯網或企業局域網連接系統服務器，系統服務器的控制信號經互聯網或企業局域網傳輸給相應電能質量調控設備的工業PC機；所述電能質量調節設備包括有源電力濾波器、靜止無功發生器、基于相電壓補償且各相相互獨立的串并聯組合式動態電壓調節器。
2. 根據權利要求1所述的電能質量優化與控制系統，其特征是，所述系統服務器中包括數據采集系統模塊、數據庫、數據處理模塊、電能質量控制模塊以及顯示和通信模塊；所述數據庫包括原始數據庫、電能質量標準數據庫、企業設備電能質量敏感度數據庫和決策庫4個子庫；所述數據處理模塊包括可視化處理模塊、電能審計模塊、電能質量分析模塊3個子模塊；所述電能質量控制模塊包括預處理和模糊神經網絡控制器；所述數據采集系統的信號經原始數據庫、可視化處理模塊、電能審計模塊、電能質量分析模塊、預處理和模糊神經網絡控制器輸出至通信模塊，通信模塊將系統服務器的控制信號傳輸至互聯網或局域網；同時可視化處理模塊、電能審計模塊和電能質量分析模塊的信號輸出還分別送入決策庫和顯示和通信模塊。
3. 根據權利要求2所述的電能質量優化與控制系統，其特征是，所述電能監測儀不間斷的采集各監測點的三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、諧波量等基本電力參數，并短時存儲在電能監測儀的存儲器中，然后按一定時間間隔，通過互聯網或局域網向系統服務器發送數據。
4. 根據權利要求2所述的電能質量優化與控制系統，其特征是，所述數據采集系統模塊，以掃描方式與各監測點的電能監測儀進行通信，并根據相應的數據傳輸協議接收所述電能監測儀發送的數據，并存入原始數據庫中。
5. 根據權利要求2所述的電能質量優化與控制系統，其特征是，所述可視化處理模塊從原始數據庫中提取原始數據，并生成各監測點的基本電力參數的實時動態顯示圖表，通過顯示模塊在顯示器上實時動態顯示各種電力參數，達到實時監控的目的，同時將實時顯示圖表存入決策庫。
6. 根據權利要求2所述的電能質量優化與控制系統，其特征是，所述數據處理系統中的能耗審計模塊根據原始數據計算各用電設備、車間、企業的能耗，按日、周、旬、月、季、年方式生成各用電設備、車間、整個企業的能耗報表，并存入決策庫。
7. 根據權利要求2所述的電能質量優化與控制系統，其特征是，所述電能質量分析模塊根據各監測點的基本電力參數，利用內嵌的數學模型計算頻率偏差、電壓偏差、電壓波動和閃變、波形、功率因素、零序電流、電壓三相不平衡、諧波和間諧波等電能質量指標參數，并以圖表形式通過顯示模塊在顯示器上顯示，同時將各指標參數值存入決策庫中。
8. 根據權利要求2所述的電能質量優化與控制系統，其特征是，根據電能質量分析模塊的分析結果，系統服務器的控制模塊經過預處理、控制量計算得到用于控制電能質量調控設備的控制量，然后通過通信模塊經互聯網或企業局域網與電能質量調控設備的工業PC機進行通信，將控制量傳遞給工業PC機，由工業PC機控制電能質量調控設備。
9. 根據權利要求8所述的電能質量優化與控制系統，其特征是，控制模塊執行具體流程如下a. 預處理預處理模塊從數據庫中的設備電能質量敏感度數據庫中，提取企業各設備 正常運行所需要的電能質量指標參數值，并以同類指標中要求最高的設備的指標參數值為 該指標的優化控制的目標值；對于電能質量敏感度數據庫中沒有特殊要求的指標參數，則 預處理模塊調用電能質量標準數據庫中該指標的國家標準值作為目標值；預處理模塊將電 能質量分析的結果與目標值進行比較得到電能質量指標參數的偏差值，作為模糊神經網絡 控制器的輸入變量傳遞給模糊神經網絡控制器；b. 控制量計算模糊神經網絡控制器先將各輸入變量進行模糊化，然后通過神經網絡 模型進行計算，得到分別用于控制有源電力濾波器、動態電壓調節器和靜止無功發生器的 模糊控制量，經解模糊后得到具體的控制量；C.控制量傳輸通信模塊經互聯網或局域網分別與控制有源電力濾波器、動態電壓調 節和靜止無功發生器的工業PC機進行通信，將控制量分別傳輸給控制有源電力濾波器、動 態電壓調節器和靜止無功發生器的工業PC機；d.電能質量調控設備的調控通過工業PC機控制有源電力濾波器，抑制企業電網的電 力諧波；通過工業PC機控制動態電壓調節器，抑制企業電網的電壓瞬變和三相不平衡；通 過工業PC機7控制靜止無功發生器，抑制企業電網的波形畸變、電壓波動與閃變。
10. —種電能質量優化與控制方法，其特征是，該方法包括下列步驟電能監測儀采集 各用電設備受電點以及電能質量調控設備輸出點的基本電力參數，通過互聯網或企業局域 網傳輸給電能質量優化與控制系統服務器，系統服務器通過數據采集系統模塊接收基本電 力參數，并進行電能質量分析，計算各項電能質量指標參數的當前值；從設備電能質量敏感 度數據庫中調用各設備正常運行所需要的各項電能質量指標參數值，以其中要求最高的參 數值作為電能質量調控目標值，并與指標參數的當前值進行比較，得到指標參數偏差值；對 于那些用電設備沒有特殊要求的指標參數，則調用電能質量標準庫中相應的國家標準值作 為調控目標值，并與當前值進行比較從而得到該指標參數的偏差值；將各指標參數的偏差 值作為模糊神經網絡控制器的輸入變量，經模糊化后由系統內嵌的神經網絡模型處理后進 行解模糊，得到實際控制量，由通信模塊經互聯網或企業局域網將控制信號傳輸給相應電 能質量調控設備的工業PC機，工業PC機控制相應的電能質量調控設備，來改善企業輸配網 的電能質量，以滿足不同用電設備的運行要求。
全文摘要
一種電能質量優化與控制系統和方法，電能質量優化與控制系統由電能監測儀、互聯網或企業局域網、系統服務器、工業PC機、和電能質量調節設備組成，所述電能監測儀設置在電設備受電點和電能質量調控設備輸出點，電能監測儀的輸出通過互聯網或企業局域網連接系統服務器，系統服務器的控制信號經互聯網或企業局域網傳輸給相應電能質量調控設備的工業PC機；所述電能質量調節設備包括有源電力濾波器、靜止無功發生器、基于相電壓補償且各相相互獨立的串并聯組合式動態電壓調節器。
文檔編號H02J13/00GK101777794SQ20101001728
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月8日 優先權日2010年1月8日
發明者毛衛平, 顧永玉 申請人:江蘇大學