專利名稱：一種非線性負載諧波風險評估系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種非線性負載分析系統，特別涉及一種非線性負載諧波風險評估系統。
背景技術：
電能的質量，通常以供電電壓的頻率、偏移、三相不平衡度、波動和閃變、諧波和畸變等5項穩態指標和電壓間斷、塌陷和尖峰、以及高頻干擾等項瞬態指標來表征。電能的質量，不僅僅取決于發電、輸電和供電系統本身，接入電網的半導體換流器和其它產生的非線性負載，會明顯地干擾或降低配電網中的電能質量。尤其是非線性負載產生的諧波是影響電能質量的主要因素。非線性負載包括(1)具有鐵磁飽和特性的鐵芯沒備，如變壓器、電抗器等；(2)以具有強烈非線性特性的電弧為工作介質的設備，如氣體放電燈、交流弧 焊機、煉鋼電弧爐等；(3)以電力電子元件為基礎的開關電源設備，如各種電力變流設備(整流器、逆變器、變頻器)、相控調速和調壓裝置，大容量的電力晶閘管可控開關設備等。這些非線性負載的顯著的特點是它們從電網取用非正弦電流，也就是說，即使電源給這些負荷供給的是正弦波形的電壓，但由于它們具有其電流不隨著電壓同步變化的非線性的電壓-電流特性，使得流過電網的電流是非正弦波形的，這種電流波形是由基波和與基波頻率成整數倍的諧波組成，而與基波頻率成整數倍的諧波，會使電網電壓嚴重失真，降低了供電系統的電能質量。如今，各種電力電子裝置的迅速發展使得供電系統的諧波污染日趨嚴重，由諧波引起的各種故障和事故也不斷發生，諧波對供電系統的危害大致有以下幾個方面①諧波使電網中的元件產生了附加的諧波損耗，降低了發電、輸電及用電設備的效率，大量的3次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發生火災諧波影響各種電氣設備的正常工作，如諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會產生機械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴重過熱，諧波使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞；③諧波會引起電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大，這就使上述①和②的危害大大增加，甚至引起嚴重事故；④諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并會使電氣測量儀表計量不準確諧波會對鄰近的通信系統產生干擾，輕者產生噪聲，降低通信質量；重者導致數據丟失，使通信系統無法正常工作。為控制諧波對供電系統電能質量的影響，設計配電系統前以及配電系統投入使用后，都需要對配電系統中非線性負載的諧波風險進行評估，以采取適宜的策略，保證供電系統的電能質量。目前，非線性負載諧波風險的評估方法，采用粗略估計單個非線性負載對電能質量的劣化指數，通過復雜的人工計算，對區域內非線性負載整體導致供電系統電能質量劣化風險進行簡單評估，不但工作量大，計算復雜，準確度和精度也很難保障，無法進行系統性的測算和評估。
發明內容本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種自動運算且精度和準確度比較高的非線性負載諧波風險評估系統。[0004]本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是一種非線性負載諧波風險評估系統，包括電能質量檢測裝置、信號傳輸裝置、諧波分析仿真模型裝置和電能質量劣化風險評估裝置；所述電能質量檢測裝置采集供電系統的電能質量信號，并通過所述信號傳輸裝置將采集的電能質量信號傳輸至所述諧波分析仿真模型裝置；所述諧波分析仿真模型裝置參照實測的電能質量信號，修正模型參數，產生供電系統的電能質量仿真信號，并輸出信號至所述電能質量劣化風險評估裝置；所述電能質量劣化風險評估裝置將所述電能質量仿真信號與相應的電能質量標準限值相比較，評估非線性負載對供電系統造成的電能質量劣化風險。所述電能質量檢測裝置的電能質量信號采集點為多個，所述采集點設置在非線性負載接入電網端或電網干路端。所述電能質量檢測裝置采集電能質量信號的方式為在線采集和/或離線采集。所述諧波分析仿真模型裝置為基于傅里葉FFT算法的諧波分析仿真模型裝置。所述信號傳輸裝置的傳輸方式為無線傳輸和/或有線組網傳輸。所述電能質量劣化風險評估裝置輸出電能質量的劣化指數信號，所述劣化指數信號輸出至供電系統的諧波處理裝置。所述電能質量劣化風險評估裝置包括電能質量動態實測數據的存儲、統計與顯示
>J-U ρ α裝直。本實用新型具有的優點和積極效果是采用基于傅里葉FFT算法諧波分析對供電系統中非線性負載造成的電能質量劣化數據進行仿真計算，精確度高，并通過采集實際供電網絡的電能質量信號，來修正諧波分析仿真模型的參數，使計算結果更準確，將仿真結果輸入電能質量劣化風險評估裝置進行評估，正確評估各類不同用電負荷的接入風險，以便及時在用戶側或供電側實施合理控制電能質量的措施，如間隔上電運行，或啟動濾波器等，保證系統電能質量總是符合國家標準規定的要求，避免電能質量事故的發生。本系統還可以在供電系統負載配置前進行非線性負載導致供電系統的電能質量劣化的風險進行仿真計算，以便合理的配置非線性負載以及設置適宜的諧波治理裝置。
圖I是本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
為能進一步了解本實用新型的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下請參見圖1，一種非線性負載諧波風險評估系統，包括電能質量檢測裝置、信號傳輸裝置、諧波分析仿真模型裝置和電能質量劣化風險評估裝置；所述電能質量檢測裝置采集供電系統的電能質量信號，并通過所述信號傳輸裝置將采集的電能質量信號傳輸至所述諧波分析仿真模型裝置；所述諧波分析仿真模型裝置參照實測的電能質量信號，修正模型參數，產生供電系統的電能質量仿真信號，并輸出信號至所述電能質量劣化風險評估裝置；所述電能質量劣化風險評估裝置將所述電能質量仿真信號與相應的電能質量標準限值相比較，評估非線性負載對供電系統造成的電能質量劣化風險。[0015]所述電能質量檢測裝置的電能質量信號采集點可為多個，所述采集點可設置在非線性負載接入電網端或電網干路端。所述電能質量檢測裝置可為在線采集方式和/或離線采集方式的電能質量檢測裝置。即所述電能質量檢測裝置采集電能質量信號的方式可為在線采集和/或離線采集。所述諧波分析仿真模型裝置可為基于傅里葉FFT算法的諧波分析仿真模型裝置。所述信號傳輸裝置的傳輸方式可為無線傳輸和/或有線組網傳輸。所述電能質量劣化風險評估裝置可輸出電能質量的劣化指數信號，所述劣化指數信號可輸出至供電系統的諧波處理裝置。所述電能質量劣化風險評估裝置可包括電能質量動態實測數據的存儲、統計與顯
示裝置。 以下是一種優選方案針對海洋石油平臺電力系統，建立多個在線監測點組成區域電能質量檢測裝置，由電能質量檢測裝置進行多點、全面的在線測量電能質量，由信號傳輸裝置通過GPRS等無線傳輸方式或通過RS485線或光纖組網的方式，將電能質量檢測裝置檢測的電能質量數據信號傳輸至諧波分析仿真模型裝置，諧波分析仿真模型裝置采用基于傅里葉FFT算法進行諧波分析仿真，根據接收到電能質量實際測量數據，及時修正仿真數據，并輸出仿真及實測數據至電能質量劣化風險評估裝置，由電能質量劣化風險評估裝置進行處理分析，自動給出非線性負載對供電系統造成風險的評估輸出；評估輸出能反映各種非線性負載作用下電能質量指標的劣化指數特征及其隨時間變化規律，精確描述實際的電能質量問題，從而提供對電能質量進行綜合治理的依據，評估輸出還可以發送至外部的供電系統的諧波處理裝置，由供電系統的諧波處理裝置作進一步處理。電能質量劣化風險評估裝置輸出具體風險評估指數如下①干路或負載接入側的諧波電流畸變率②干路或負載接入側的功率因數③干路或負載接入側的功率④干路或負載接入側的系統三相電壓(流)不平衡⑤干路或系統接入側的系統的短時間閃變和長時間閃變電能質量劣化風險評估裝置輸出的具體風險評估指數，可以作為供電系統配置非線性負載投入運行前進行風險評估的依據，也可以在供電系統投入運行后，輸出至諧波處理設備，使相應的設備啟動或停止。電能質量劣化風險評估裝置還可以包括電能質量實際檢測動態數據的存儲、統計與顯示裝置，其存儲、統計與顯示如下信息①電壓、電流、有功、無功、功率因數等電量的最值與均值；②電壓電流的(Γ127次諧波測量(包括THDI、THDU、HDI、HDU等)，同次諧波幅值與電壓和諧波電流之間的相位差；③三相電壓(流)不平衡度、電壓或電流負序極值及其對應時刻；④三相電壓的短時間(10分鐘)閃變PST、長時間(2小時)閃變PLT ；⑤可編程波形記錄(記錄頻率1200-25600HZ)；⑥電壓暫升、暫降、短時電壓中斷監測值；[0037]⑦電壓瞬態監測值；⑧SOE 事件；⑨控制輸出動作次數和越線報警。本實用新型的工作原理諧波分析仿真模型裝置采用基于基于傅里葉FFT算法的諧波參數估計方法，并推導了其諧波參數估計公式，然后利用基于傅里葉FFT算法仿真程序建立一個實際的電力系統的仿真模型。針對各種非線性負載的本身特性的不同，總體計算各非線性負載的諧波電流頻譜、幅值以及總體效應，包含對斷路器開關保護特性、發電機、變壓器、電動機的容量、電纜的線徑的影響，首先對各種非線性負載進行分類，將供電系統中的各種非線性負載細分為變頻驅動系統裝置，直流驅動用整流裝置、UPS、電力電子調壓系統裝置以及開關電源裝置，電腦與數字設備等，針對非線性負載的諧波頻譜特性建立各非線性負載的仿真模型，常見 非線性負載的諧波特性數學模型如下以上數學模型的建立，考慮了如下因素在平衡的三相系統中，由于對稱關系，偶次諧波已經被消除了，只有奇次諧波存在。對于三相整流負載，出現的諧波電流是6n± I次諧波，例如5、7、11、13、17、19等，變頻器主要產生5、7次諧波。一般地，包含單相整流電路的設備其特征諧波頻譜包含了所有奇次諧波。三相整流設備的特征諧波符合以下規律包含六脈動整流電路的設備，其特征諧波頻次為5，7，11，13，17，19，…等，即6K±1，其中K=l，2，3…為自然整數；當設備內部整流電路為12脈動時，其特征諧波頻次為11，13，23，25，…等，S卩12Κ± 1，其中K=l，2，3…為自然整數。各種非線性負載的諧波頻譜特性及諧波畸變率可以參考下表
—各類非線性負 1備名.................................................................................................I—論波嘯率
稱II7 I 11、1:5等《 貪敁范_
次
變頻驅動設備(6脈)， : · ·25 60%
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電力電子調Hi系統裝背 ··· ····2Γ90%
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權利要求1.一種非線性負載諧波風險評估系統，其特征在于，包括電能質量檢測裝置、信號傳輸裝置、諧波分析仿真模型裝置和電能質量劣化風險評估裝置；所述電能質量檢測裝置采集供電系統的電能質量信號，并通過所述信號傳輸裝置將采集的電能質量信號傳輸至所述諧波分析仿真模型裝置；所述諧波分析仿真模型裝置參照實測的電能質量信號，修正模型參數，產生供電系統的電能質量仿真信號，并輸出信號至所述電能質量劣化風險評估裝置；所述電能質量劣化風險評估裝置將所述電能質量仿真信號與相應的電能質量標準限值相比較，評估非線性負載對供電系統造成的電能質量劣化風險。
2.根據權利要求I所述的非線性負載諧波風險評估系統，其特征在于，所述電能質量檢測裝置的電能質量信號采集點為多個，所述采集點設置在非線性負載接入電網端或電網干路端。
3.根據權利要求I所述的非線性負載諧波風險評估系統，其特征在于，所述電能質量檢測裝置采集電能質量信號的方式為在線采集和/或離線采集。
4.根據權利要求I所述的非線性負載諧波風險評估系統，其特征在于，所述諧波分析仿真模型裝置為基于傅里葉FFT算法的諧波分析仿真模型裝置。
5.根據權利要求I所述的非線性負載諧波風險評估系統，其特征在于，所述信號傳輸裝置的傳輸方式為無線傳輸和/或有線組網傳輸。
6.根據權利要求I所述的非線性負載諧波風險評估系統，其特征在于，所述電能質量劣化風險評估裝置輸出電能質量的劣化指數信號，所述劣化指數信號輸出至供電系統的諧波處理裝置。
7.根據權利要求I所述的非線性負載諧波風險評估系統，其特征在于，所述電能質量劣化風險評估裝置包括電能質量動態實測數據的存儲、統計與顯示裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種非線性負載諧波風險評估系統，包括電能質量檢測裝置、信號傳輸裝置、諧波分析仿真模型裝置和電能質量劣化風險評估裝置；所述電能質量檢測裝置采集供電系統的電能質量信號，并通過所述信號傳輸裝置將采集的電能質量信號傳輸至所述諧波分析仿真模型裝置；所述諧波分析仿真模型裝置參照實測的電能質量信號，修正模型參數，產生供電系統的電能質量仿真信號，并輸出信號至所述電能質量劣化風險評估裝置；所述電能質量劣化風險評估裝置將所述電能質量仿真信號與相應的電能質量標準限值相比較，評估非線性負載對供電系統造成的電能質量劣化風險。本實用新型能夠準確仿真并評估非線性負載對供電系統造成的電能質量劣化風險。
文檔編號H02J3/01GK202651788SQ20122023898
公開日2013年1月2日 申請日期2012年5月24日 優先權日2012年5月24日
發明者蘇繼鋒, 李松梅, 呂應剛, 周新剛, 李建民, 王和順, 龍衛華, 胡小娟, 竇樹霞 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油能源發展股份有限公司, 天津中海油工程設計有限公司