技术领域
[0001] 本发明属于电能检测技术领域，具体涉及一种分布式电能质量监测系统和方法。
相关背景技术
[0002] 随着分布式光伏、充电桩等非传统负荷大量接入配电台区，有源台区的电能质量、电力平衡问题日益突出。由于分布式光伏易受天气影响，具有随机性和波动性的特点，这些特点对台区的电能质量尤其是电压质量带来了一定的冲击，威胁到了配电网的稳态和暂态电压质量。
[0003] 电压的暂态扰动与电压波动有显著的区别，电压暂态扰动是在极短的时间内电压发生大幅度的变化，可能直接或间接地引起多种事故，包括电机停机、变频器出现电压保护、计算机存储的数据丢失等。在分布式光伏发电系统中，由于大量户用光伏发电系统以分散方式接入配电台区，电压暂态事件会引起光伏逆变器端口电压跌落，从而导致逆变器注入电网电流激增，进而引发电网波动出现故障，给电网的正常运行管理带来风险，所以，必须高度重视光伏电压暂态的监测与分析，为此需要一种电能质量监测系统。
具体实施方式
[0059] 下面结合附图对本发明做进一步的说明。
[0060] 应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0061] 下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚‑完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0062] 需要说明，本发明的实施例中所有方向性指示(诸如上‑下‑左‑右‑前‑后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系‑运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。
[0063] 如图1‑4所示，本发明的一种分布式电能质量监测系统，包括电压互感器、低通滤波器、模数转换模块和DSP芯片；
[0064] 所述电压互感器依次连接所述低通滤波器、所述模数转换模块和所述DSP芯片；
[0065] 所述DSP芯片上设置有用于连接显示器的显示接口和用于连接通讯模块的通讯接口；
[0066] 所述分布式电能质量监测系统的输入信号为监测点A/B/C三相电压，经所述电压互感器转化为小电压信号后，通过所述低通滤波器滤除信号中的高频成分，然后输入到所述模数转换模块进行模数转换，所述DSP芯片按照设定的采样频率将采样脉冲信号传递给16BIT采样，所述模数转换模块进行同步采样，当所述模数转换模块采样完成时，输出AD_busy信号，当所述DSP芯片监测到所述模数转换模块状态转为空闲，立刻将采样数据从所述模数转换模块读出，存储到所述DSP芯片自身设有的RAM中进行计算后通过显示接口和通讯接口进行显示和传输。
[0067] 进一步的，在一个实施例中，DSP芯片采用TI公司TMS320F28335芯片，具有TM150MIPS、512KB闪存、EMIF、12位ADC的C2000 32位MCU，内部包括一个单精度(32位)的IEEE754浮点运算单元(FPU)，采用浮点方式进行编程，满足多数据处理能力和高精度处理任务的需求。
[0068] 进一步的，在一个实施例中，模数转换模块采用AD7606芯片，是一个8通道的16bitAD，输入范围正负10V,单5V供电，输入阻抗1MΩ，满足最大采样率为200KSPS。内置模拟输入箝位保护、二阶抗混叠滤波器、采样保持放大器、16位电荷再分配逐次逼近模数转换器(ADC)、灵活的数字滤波器、2.5V基准电压源、基准电压缓冲以及高速串行和并行接口。
[0069] 一种分布式电能质量监测方法，使用所述的一种分布式电能质量监测系统，并利用所述DSP芯片的RAM内储存的数据进行计算，包括以下步骤：
[0070] S1、对扰动起始时刻进行判定；
[0071] S2、对扰动终止时刻进行判定；
[0072] S3、对扰动种类进行判别；
[0073] S4、储存并进行显示和传输。
[0074] 电压暂态监测指标包括：瞬时过电压事件，暂时过电压事件，电压暂降事件，短时中断事件和一般扰动事件。
[0075] 电压暂态监测算法具体为先对扰动的起止时刻进行判定，并进行记录，根据扰动满足的条件进行分类，判定事件的类型。其数据来源为DSP芯片的离散采样数据，其每周波采样200点，并进行连续采样。
[0076] 对于扰动起始时刻的判定，具备两种方法；第一种方法为：
[0077] 通过根据当前周期的电压信号与前一个周期信号之间的差值信号来进行检测，离散化的电压采样差值数字信号表示为，
[0078] Δuk＝|u(k+n+1)‑u(k+n)|＞kdumax (1)
[0079] 其中u(k+n+1)指第n+1个周期的第k个点的采样值，u(k+n)指第n个周期的第k个点的采样值，kd为灵敏度系数，一般取0.05，umax为最大幅值电压对应的数字量
[0080] 当Δuk＝0，没有扰动发生，反之则存在扰动现象；由于实际信号即使没有扰动发生也会有很小的波动，为此设定Δuk与其门槛指进行比较，当大于门槛值时认定扰动发生，门槛值设定为0.05倍的信号最大幅值电压。
[0081] 第二种方法为：
[0082] 根据电压偏差大于设定的扰动定值的方法来判断，采样值可靠系数δ的大小直接关系到它的检测灵敏性和可靠性，考虑固定阈值的判定其相对采样值幅值的线性度检测效果不好，令δ＝2ukiα+ε，形成基于采样信号的自适应线性阈值判定式，即，[0083] ξ＞2kk|uki+1|α+ε (2)
[0084] 其中ξ为电压偏差，uki为第i个周期的第k个采样点的电压，uki+1指第i个周期的第k+1个采样点的电压；2uki+1α称为估值系数， 表示采样间隔角度；
[0085] kk≥1，为可靠系数，0＜ε＜1，考虑采样信号为零的特例；
[0086] 当提取的扰动信号大于δ时，即判定为发生扰动。
[0087] 根据以上两种方法，当Δuk大于门槛值或提取的扰动信号大于δ，即判定为发生扰动，发出一个扰动开始信号，开始计时。
[0088] 所述步骤S2对扰动终止时刻进行判定包括，
[0089] 收到一个过渡到另一种状态的扰动信号起动脉动后，采样点与前一个采样点和后一个采样点进行比较，利用反推法，判断偏差电压是否满足下式条件，
[0090] ξ＜2kk|uki+1α+ε (3)
[0091] 当提取的扰动信号小于δ时，终止条件满足，发出终止脉冲；
[0092] 满足上述公式(3)条件后，再与扰动前的同周期的数据比较已复位，即连续的5个点是否满足下式，
[0093] Δuk＝|u(k+n)‑u(k+n‑i)|＜kdumax (4)
[0094] 若满足，则记录为扰动结束；
[0095] 或满足上述公式(3)条件后，对连续的5个相邻的3点采样值计算出的有效值：
[0096]
[0097] 其中U1m,U2m,U3m,U4m,U5m分别为连续5次计算的3点有效值，u1,u2,u3分别指每次计算时连续三点的采样值；
[0098] 当U1m,U2m,U3m,U4m,U5m之间的相对误差不超过1％～3％时，则记录为扰动结束；
[0099] 当采样值满足公式(3)和公式(4)或公式(3)和公式(5)情况时，都认为扰动结束，记录终止时间，以上都不满足的记录，则在经过设定的一定时间后自动结束并记录。
[0100] 所述S3对扰动种类进行判别包括：
[0101] 对平滑突变点与含谐波量的灵敏度问题，可采用平均值方法进一步校正。正常情况下，正弦量绝对值的平均值为其最大值的0.637倍。
[0102] 当uk满足
[0103]
[0104] 即在半个周期(10ms)内，采样的电压值的平均值的绝对值大于110％的正弦量绝对值的平均值，且持续时间Td＞20ms，N为采样的点数，则记录为暂时过电压事件；
[0105] 当至少有5个连续采样点电压uk满足
[0106] |uk|＞kd|umax| (7)
[0107] 即采样点的电压值的绝对值大于kd倍的电压的最大值，且持续时间0.3ms＜Td＜20ms，记录为瞬时过电压事件，其中kd指可靠系数，取1.3‑1.5；
[0108] 当uk满足
[0109]
[0110] 即半个周期内采样的电压值绝对值的平均值小于90％的正弦量平均值90％×0.637umax，且持续的时间为10ms＜Td＜3s，N指采样的点数，则记录为电压暂降事件；
[0111] 当至少有20个连续采样点uk满足
[0112] 0＜|uk|＜10％|umax| (9)
[0113] 即当连续采样20点的采样的电压值的绝对值大于0小于10％的电压的最大值0＜uk＜10％|umax|，且持续时间2ms＜Td＜1min，则记录为短时中断事件；
[0114] 当有扰动发生，但是不满足瞬时过电压、暂时过电压、电压暂降、短时中断的条件时，则记录为一般扰动事件。
[0115] 如图4所示，在暂态电压监测过程中，需要区分正常运行时的稳态特性电压波动和故障时的电压暂态扰动。电压波动为某一时段内一系列电压(均方根值)的变动或连续的改变，电压波动值为相邻方均根值的两个极值(最大值)和(最小值)之差，相对标称电压的百分值，可表示为：
[0116]
[0117] 电压暂态扰动问题在电力系统中产生是随机的，持续时间较短，其信号体现为时变性。对暂态电压质量特别是电压凹陷、电压暂升的评价，通常采用凹陷(暂升)程度和持续时间两个特征来描述。暂态指标包括：瞬时过电压、暂时过电压、电压暂降和短时中断事件。
[0118] 为此暂态指标包括：瞬时过电压、暂时过电压、电压暂降和短时中断事件，其中瞬时过电压为振荡或非振荡的，通常衰减很快，持续时间只有几毫秒且为缓波前的(例如操作过电压)或几十个微妙且为快波前的(例如雷电过电压)过电压。暂时过电压是指其频率为工频或某谐波频率，且在其持续时间范围内无衰减或衰减慢的过电压。电压暂降指电力系统中某一点的电压突然下降，经历半个周期到几秒钟的短暂持续期后恢复正常。电压短时中断是指供电电压消失一段时间，一般不超过一分钟，短时中断可以认为是100％幅值的电压暂降。其波形图如图3所示。
[0119] 如图4所示的连接检测装置，为验证电压暂态监测装置的正确性，采用三相可编程电压信号源进行测试，并通过显示器进行记录波形的绘制和事件识别的显示，通过可编程电压信号源分别在三相电压上施加电压暂升、电压暂降和电压终端信号，均可准确识别，并记录波形，本发明通过分布式电压暂态监测系统的建立进行数据的积累、统计、挖掘和关联分析，后续还可进行深入研究分布式电能质量的归因定位、风险预测及辅助决策等智能分析功能。
[0120] 综述，本发明的一种分布式电能质量监测系统，包括电压互感器、低通滤波器、模数转换模块和DSP芯片；所述电压互感器依次连接所述低通滤波器、所述模数转换模块和所述DSP芯片；分布式电能质量监测方法，使用所述的一种分布式电能质量监测系统，并利用所述DSP芯片的RAM内储存的数据进行计算，包括步骤：S1、对扰动起始时刻进行判定；S2、对扰动终止时刻进行判定；S3、对扰动种类进行判别；S4、储存并进行显示和传输；通过分布式电能质量监测系统作为有源台区分布式电力监测的基础模块，将分布式电压信号通过电压互感器和调理电路，经AD转换后供DSP处理器采集和计算通过电压暂态算法，将暂态信号提取和识别，可精确监测电压暂态事件并记录波形，通过对光伏电压暂态的监测与分析，来帮助管理人员进行监控，方便运行管理，从而减少风险。
[0121] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0122] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
