專利名稱：基于現(xiàn)場總線的電能質(zhì)量優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電能優(yōu)化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電能是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)和社會重要的制約因素，它關(guān)系到經(jīng)濟(jì)安全和國家安 全。當(dāng)前電能大部分來源于不可再生燃料，基于該因素，電能還關(guān)系到節(jié)能、減排和環(huán)境保 護(hù)等問題。因此，改善電能質(zhì)量，節(jié)約電能是目前社會重點(diǎn)關(guān)注的問題。隨著電力電子裝置日益廣泛地應(yīng)用，電網(wǎng)負(fù)載也日趨復(fù)雜。電網(wǎng)負(fù)載的非線性、沖 擊性和不平衡的用電特性，使電網(wǎng)中的諧波污染日趨嚴(yán)重，同時(shí)，也給電網(wǎng)帶來了額外的無 功負(fù)擔(dān)，功率因數(shù)嚴(yán)重下降。從而，使用電設(shè)備及線路損耗增加，電壓產(chǎn)生劇烈波動，供電質(zhì) 量嚴(yán)重降低，諧波損耗還有可能影響設(shè)備正常工作，造成振動、熱、噪聲，自動裝置誤動作， 對通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾等。目前存在很多改善電能質(zhì)量的方法，例如，固定電容器組、自動功率因數(shù)控制器 等，但這些方案對于固定的負(fù)荷補(bǔ)償性能良好，但對于動態(tài)負(fù)荷補(bǔ)償性能較差，但是其控制 器件如FC、APFC的響應(yīng)速度較慢。為解決響應(yīng)速度慢的問題，使用基于晶閘管的靜態(tài)無功 補(bǔ)償器。但是，TSC/TCR中的電容器和電抗器組的容量是預(yù)先設(shè)定的，可能產(chǎn)生無功補(bǔ)償?shù)?欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償，諧波作用不是很好。另外，由于設(shè)備中的電容器組和開關(guān)設(shè)備經(jīng)常通斷， 補(bǔ)償特性呈階梯形，且在補(bǔ)償過程中產(chǎn)生諧波，同時(shí)補(bǔ)償特性與負(fù)載有關(guān)，還可能發(fā)生故障 及降低使用壽命。目前絕大多數(shù)用電設(shè)備沒有無功補(bǔ)償和諧波抑制裝置，即使采用了簡單的補(bǔ)償和 抑制裝置，效果也不理想。沒有對用電設(shè)備的電量參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，沒有及時(shí)評估電能狀 態(tài)。因此，無法實(shí)時(shí)針對電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行負(fù)荷分配、進(jìn)行合理用電，無法及時(shí)對無功進(jìn)行補(bǔ)償 和諧波抑制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，旨在提供一種基于現(xiàn)場總線的電能質(zhì)量優(yōu) 化方法，該方法可對用電網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，達(dá)到合理用電的目的，并可對電網(wǎng)的無 功進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，并可抑制諧波，達(dá)到對電網(wǎng)質(zhì)量的優(yōu)化作用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種基于現(xiàn)場總線的電能質(zhì)量優(yōu)化方法，該方法通過電量檢測裝置對用電系統(tǒng)的 電量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，通過工業(yè)局域網(wǎng)將電量參數(shù)傳輸?shù)诫娔苜|(zhì)量優(yōu)化控制器，通過電能質(zhì) 量優(yōu)化控制器作出控制決策，再通過工業(yè)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量優(yōu)化控制器對用電控制器進(jìn) 行控制，用電控制器對對應(yīng)的用電系統(tǒng)進(jìn)行用電優(yōu)化控制；電能質(zhì)量優(yōu)化控制器還通過工 業(yè)局域網(wǎng)連接有無功和諧波治理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有低壓靜止型動態(tài)無功補(bǔ)償和低壓諧波治 理功能，通過低壓動態(tài)無功補(bǔ)償及諧波抑制裝置來實(shí)現(xiàn)。
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電量檢測裝置、電能質(zhì)量優(yōu)化控制器、用電控制器均具有Profibus-DP和Modbus 現(xiàn)場總線功能，通過工業(yè)局域網(wǎng)相互通訊。電能質(zhì)量優(yōu)化控制器還接有GPRS無線通訊系統(tǒng)，可將電能質(zhì)量優(yōu)化控制器的信 息以無線方式傳送到遠(yuǎn)距離監(jiān)控系統(tǒng)。電量檢測裝置包括控制單元、測量芯片、看門狗電路、時(shí)鐘電路、測溫元件、IXD屏， 控制單元分別與測量芯片、看門狗電路、時(shí)鐘電路、測溫元件、LCD屏相連接?？刂茊卧€連 接有按鍵和蜂鳴器，按鍵具有輸入功能；蜂鳴器具有報(bào)警功能。用電控制器包括微處理器CPU1、微處理器CPU2、復(fù)位電路、晶振電路、繼電器、 SPC3芯片、電源模塊，微處理器CPU1分別與復(fù)位電路、無觸點(diǎn)繼電器輸出相連接，微處理器 CPU1還連接20MHz晶振電路；微處理器CPU2分別與20MHz晶振電路、SPC3芯片、高速光耦 相連接；微處理器CPU1與微處理器CPU2均連接有總線驅(qū)動模塊。低壓動態(tài)無功補(bǔ)償及諧波抑制裝置包括檢測電路、控制電路、諧波抑制及無功補(bǔ) 償電路，通過檢測電路實(shí)時(shí)檢測非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流和無功功率，信號送入控制電 路進(jìn)行處理，并以脈寬調(diào)制PWM形式向諧波抑制及無功補(bǔ)償電路發(fā)出驅(qū)動信號，驅(qū)動IGBT 功率模塊，產(chǎn)生與諧波電流大小相等、方向相反的補(bǔ)償電流并注入電網(wǎng)系統(tǒng)。諧波抑制及無功補(bǔ)償電路為全控型或半控型開關(guān)器件組成的變流器，為非四象限 兩電平結(jié)構(gòu)或四象限兩電平結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是該方法可對用電網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān) 測，達(dá)到合理用電的目的，并可對電網(wǎng)的無功進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，并可抑制諧波，達(dá)到對電網(wǎng)質(zhì) 量的優(yōu)化作用。


圖1是基于現(xiàn)場總線的電能質(zhì)量優(yōu)化方法的整體結(jié)構(gòu)圖；圖2是電量檢測裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是用電控制器的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是低壓動態(tài)無功補(bǔ)償及諧波抑制裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖5是變流器為非四象限兩電平結(jié)構(gòu)的電路圖；圖6是變流器為四象限兩電平結(jié)構(gòu)的電路圖。
具體實(shí)施例方式見圖1，一種基于現(xiàn)場總線的電能質(zhì)量優(yōu)化方法，該方法通過電量檢測裝置對用電 系統(tǒng)的電量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，通過工業(yè)局域網(wǎng)將電量參數(shù)傳輸?shù)诫娔苜|(zhì)量優(yōu)化控制器，通過 電能質(zhì)量優(yōu)化控制器作出控制決策，再通過工業(yè)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量優(yōu)化控制器對用電控 制器進(jìn)行控制，用電控制器對對應(yīng)的用電系統(tǒng)進(jìn)行用電優(yōu)化控制。電量檢測裝置、電能質(zhì)量優(yōu)化控制器、用電控制器均具有Profibus-DP和Modbus 現(xiàn)場總線功能，通過工業(yè)局域網(wǎng)相互通訊。用電系統(tǒng)為若干個，可為用電設(shè)備，如電機(jī)、電爐、加熱器；還可為用電機(jī)群、用電 車間；或一個用電部門、一個用電單位。電能質(zhì)量優(yōu)化控制器內(nèi)設(shè)有DSP組成的硬件系統(tǒng)、電能質(zhì)量優(yōu)化軟件和組態(tài)軟
4件，具有電能質(zhì)量優(yōu)化決策功能和驅(qū)動顯示器功能，顯示器顯示狀態(tài)畫面、電能參數(shù)及事故
報(bào)警等信息。電量檢測裝置可實(shí)時(shí)檢測用電系統(tǒng)的電量參數(shù)，為電能質(zhì)量控制器提供依據(jù)；多 個用電系統(tǒng)在電能質(zhì)量控制器的控制下，進(jìn)行合理用電。電能質(zhì)量優(yōu)化控制器還接有GPRS無線通訊系統(tǒng)，可將電能質(zhì)量優(yōu)化控制器的信 息以無線方式傳送到遠(yuǎn)距離監(jiān)控系統(tǒng)。見圖1，電能質(zhì)量優(yōu)化控制器還通過工業(yè)局域網(wǎng)連接有無功和諧波治理系統(tǒng)，該系 統(tǒng)具有低壓靜止型動態(tài)無功補(bǔ)償和低壓諧波治理功能，通過低壓動態(tài)無功補(bǔ)償及諧波抑制 裝置來實(shí)現(xiàn)。見圖2，電量檢測裝置包括控制單元、測量芯片、看門狗電路、時(shí)鐘電路、測溫元件、 LCD屏，控制單元分別與測量芯片、看門狗電路、時(shí)鐘電路、測溫元件、LCD屏相連接?？刂茊?元還連接有按鍵和蜂鳴器，按鍵具有輸入功能；蜂鳴器具有報(bào)警功能。見圖3，用電控制器包括微處理器CPU 1、微處理器CPU2、復(fù)位電路、晶振電路、繼電 器、SPC3芯片、電源模塊，微處理器CPU1分別與復(fù)位電路、無觸點(diǎn)繼電器輸出相連接，微處 理器CPU1還連接20MHz晶振電路；微處理器CPU2分別與20MHz晶振電路、SPC3芯片、高速 光耦相連接；微處理器CPU1與微處理器CPU2均連接有總線驅(qū)動模塊。見圖4，低壓動態(tài)無功補(bǔ)償及諧波抑制裝置，包括檢測電路、控制電路、諧波抑制及 無功補(bǔ)償電路，通過檢測電路實(shí)時(shí)檢測非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流和無功功率，信號送入 控制電路進(jìn)行處理，并以脈寬調(diào)制(PWM)形式向諧波抑制及無功補(bǔ)償電路發(fā)出驅(qū)動信號， 驅(qū)動IGBT功率模塊，產(chǎn)生與諧波電流大小相等、方向相反的補(bǔ)償電流并注入電網(wǎng)系統(tǒng)，達(dá) 到抑制諧波，補(bǔ)償無功功率的目的。諧波抑制及無功補(bǔ)償電路為全控型或半控型開關(guān)器件組成的變流器，為非四象限 兩電平結(jié)構(gòu)或四象限兩電平結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。見圖5，變流器為非四象限兩電平結(jié)構(gòu)，整流側(cè)為二極管Dl-1、D2-1、D3_l、D4_l、 D5-1、D6-1組成的非四象限結(jié)構(gòu)，電容C1-1組成直流濾波電路，逆變側(cè)為全控型功率半導(dǎo) 體開關(guān)器件Vl-1、V2-1、V3-1、V4-1、V5-1、V6-1組成的兩電平輸出結(jié)構(gòu)。見圖6，變流器為四象限兩電平結(jié)構(gòu)，整流側(cè)為全控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件V1-2、 V2-2、V3-2、V4-2、V5-2、V6-2組成的四象限結(jié)構(gòu)，電容C1-2組成直流濾波電路、逆變側(cè)為全 控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件^7-2^8-2^9-2^10-2^11-2^12-2組成的兩電平輸出結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
一種基于現(xiàn)場總線的電能質(zhì)量優(yōu)化方法，其特征在于，該方法通過電量檢測裝置對用電系統(tǒng)的電量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，通過工業(yè)局域網(wǎng)將電量參數(shù)傳輸?shù)诫娔苜|(zhì)量優(yōu)化控制器，通過電能質(zhì)量優(yōu)化控制器作出控制決策，再通過工業(yè)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量優(yōu)化控制器對用電控制器進(jìn)行控制，用電控制器對對應(yīng)的用電系統(tǒng)進(jìn)行用電優(yōu)化控制；電能質(zhì)量優(yōu)化控制器還通過工業(yè)局域網(wǎng)連接有無功和諧波治理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有低壓靜止型動態(tài)無功補(bǔ)償和低壓諧波治理功能，通過低壓動態(tài)無功補(bǔ)償及諧波抑制裝置來實(shí)現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于現(xiàn)場總線的電能質(zhì)量優(yōu)化方法，其特征在于，電量檢測 裝置、電能質(zhì)量優(yōu)化控制器、用電控制器均具有Profibus-DP和Modbus現(xiàn)場總線功能，通過 工業(yè)局域網(wǎng)相互通訊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于現(xiàn)場總線的電能質(zhì)量優(yōu)化方法，其特征在于，電能質(zhì)量 優(yōu)化控制器還接有GPRS無線通訊系統(tǒng)，可將電能質(zhì)量優(yōu)化控制器的信息以無線方式傳送 到遠(yuǎn)距離監(jiān)控系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于現(xiàn)場總線的電能質(zhì)量優(yōu)化方法，其特征在于，電量檢測 裝置包括控制單元、測量芯片、看門狗電路、時(shí)鐘電路、測溫元件、LCD屏，控制單元分別與測 量芯片、看門狗電路、時(shí)鐘電路、測溫元件、IXD屏相連接?？刂茊卧€連接有按鍵和蜂鳴器， 按鍵具有輸入功能；蜂鳴器具有報(bào)警功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于現(xiàn)場總線的電能質(zhì)量優(yōu)化方法，其特征在于，用電控制 器包括微處理器CPU1、微處理器CPU2、復(fù)位電路、晶振電路、繼電器、SPC3芯片、電源模塊， 微處理器CPUl分別與復(fù)位電路、無觸點(diǎn)繼電器輸出相連接，微處理器CPUl還連接20MHz晶 振電路；微處理器CPU2分別與20MHz晶振電路、SPC3芯片、高速光耦相連接；微處理器CPUl 與微處理器CPU2均連接有總線驅(qū)動模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于現(xiàn)場總線的電能質(zhì)量優(yōu)化方法，其特征在于，低壓動態(tài) 無功補(bǔ)償及諧波抑制裝置包括檢測電路、控制電路、諧波抑制及無功補(bǔ)償電路，通過檢測電 路實(shí)時(shí)檢測非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流和無功功率，信號送入控制電路進(jìn)行處理，并以脈 寬調(diào)制PWM形式向諧波抑制及無功補(bǔ)償電路發(fā)出驅(qū)動信號，驅(qū)動IGBT功率模塊，產(chǎn)生與諧 波電流大小相等、方向相反的補(bǔ)償電流并注入電網(wǎng)系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于現(xiàn)場總線的電能質(zhì)量優(yōu)化方法，其特征在于，諧波抑制 及無功補(bǔ)償電路為全控型或半控型開關(guān)器件組成的變流器，為非四象限兩電平結(jié)構(gòu)或四象 限兩電平結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于現(xiàn)場總線的電能質(zhì)量優(yōu)化方法，該方法通過電量檢測裝置對用電系統(tǒng)的電量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，通過工業(yè)局域網(wǎng)將電量參數(shù)傳輸?shù)诫娔苜|(zhì)量優(yōu)化控制器，通過電能質(zhì)量優(yōu)化控制器作出控制決策，再通過工業(yè)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量優(yōu)化控制器對用電控制器進(jìn)行控制，用電控制器對對應(yīng)的用電系統(tǒng)進(jìn)行用電優(yōu)化控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是該方法可對用電網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，達(dá)到合理用電的目的，并可對電網(wǎng)的無功進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，并可抑制諧波，達(dá)到對電網(wǎng)質(zhì)量的優(yōu)化作用。
文檔編號H02J3/01GK101814734SQ201010158938
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者何平, 莊小奕, 王忠良, 王春巖, 薛恩林, 雷雪 申請人:鞍山市宏源自動化工程有限公司