CN109873498A - 一种含分布式光伏的低压配电网电能质量综合监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含分布式光伏的低压配电网电能质量综合监测方法，通过将智能电表、光伏逆变器和电能质量在线监测终端采集到的电能质量运行数据，实现低压台区供电首端、光伏接入点和负荷接入点的全面覆盖，克服了传统电能质量监测装置价格高，监测点难以全面覆盖的缺陷，降低了低压台区电能质量在线监测的成本投入。
Description
技术领域
本发明涉及电能质量在线监测相关技术领域，尤其涉及一种含分布式光伏的低压配电网电能质量综合监测方法，是针对分布式光伏接入的低压配电网进行多类型数据采集终端融合的电能质量综合在线监测方法，能够有效扩大低压配电网电能质量在线监测范围，显著降低电能质量在线监测***的建设成本。
背景技术
随着国家对分布式光伏发电的大力扶持和推广，配电网中分布式光伏发电的渗透率不断增大，其对配电网电能质量影响日趋严重。分布式光伏接入低压配电网对其电能质量影响主要体现在以下几个方面：
1)电压偏差问题。对于供电距离较长的低压台区，分布式光伏接入会改变配电网的功率潮流，且会导致一些光伏接入点存在电压偏高的问题，不利于用电负荷的安全稳定运行。
2)功率因数问题。分布式光伏接入低压配电网，在发电高峰期，低压用电负荷从配电网中汲取的有功功率大幅降低甚至出现有功倒送，但汲取的无功功率变化不大，可能导致总进线的功率因数偏低。
3)三相不平衡问题。随着单相扶贫光伏的深入推进，其在低压配电网中的无序接入加剧了低压配电网的三相不平衡问题，三相负荷不平衡不仅会增加配电网损耗，还会恶化供电末端的电压偏差问题。
4)谐波问题。分布式光伏逆变器采用电力电子开关器件，是典型的非线性负荷，会产生高次谐波注入电网，造成供电电压畸变。
随着分布式光伏发电渗透率的提高，以上电能质量问题还会进一步恶化。同时，随着电力电子技术的发展，特别是一些高精尖设备的大量应用，其对配电网电能质量的要求更加严格。因此，有必要加强对分布式光伏接入的低压配电网进行电能质量在线监测。
由于分布式光伏的无序接入，改变了传统配电网中电压沿配电线路潮流方向逐渐降低的规律，仅在供电首末端进行电压监测难以满足分布式电源接入的配电网监测需求。但低压配电网中负荷节点众多，电能质量在线监测终端价格较高，电能质量监测点难以全面覆盖低压配电网的所有供电节点。
发明内容
本发明针对含分布式光伏的低压配电网存在的电能质量在线监测终端难以全面覆盖的技术现状，提出一种含分布式光伏的低压配电网电能质量综合监测方法，降低电能质量在线监测***的成本投入。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种含分布式光伏的低压配电网电能质量综合监测方法，包括：
根据含分布式光伏的低压配电网架构，确定电能质量监测点为低压供电首端、光伏接入点和用户接入点；
对于低压供电首端，安装电能质量在线监测终端，实现对低压台区母线电压和总进线电流全电能质量指标的在线监测；
对于光伏接入点，利用光伏逆变器的计算和数据传输功能，实现对光伏接入点供电电压、发电功率和谐波的监测；
对于用户接入点，利用智能电表的监测功能，实现对低压用户接入点的供电电压、负荷电流、用电功率和电量的监测；
智能电表、光伏逆变器和电能质量在线监测终端采集到的数据经过一定的通讯方式传输到电能质量监测后台服务器，从而实现多种监测终端相融合的电能质量综合监测。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过将智能电表、光伏逆变器和电能质量在线监测终端采集到的电能质量运行数据，实现低压台区供电首端、光伏接入点和负荷接入点的全面覆盖，克服了传统电能质量监测装置价格高，监测点难以全面覆盖的缺陷，降低了低压台区电能质量在线监测的成本投入。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种含分布式光伏的低压配电网电能质量综合监测方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的含分布式光伏的低压配电网架构及多类型电能质量监测终端分布示意图；
图3为本发明实施例提供的***架构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种含分布式光伏的低压配电网电能质量综合监测方法，如图1所示，其主要包括：
步骤1、根据含分布式光伏的低压配电网架构，确定电能质量监测点为低压供电首端、光伏接入点和用户接入点。
如图2所示，由于低压配电网电压最高的节点必然是光伏接入点(节点3)或低压***供电首端(节点1)，而低压配电网电压最低的节点必然是用户接入点(节点2或节点4)或低压***供电首端(节点1)。谐波电压和三相不平衡电压最严重的节点必然是低压用户(节点2或节点4)或光伏接入点(节点3)。因此针对低压配电网的电能质量在线监测点位置需要考虑低压供电首端、光伏接入点和用户接入点。
此外，根据监测点位置及存在电能质量问题，确定各监测点的电能质量监测内容。由于低压台区最主要的电能质量问题是电压偏差问题，且分布式光伏的无序接入改变了传统配电网中电压沿配电线路潮流方向逐渐降低的规律，因此供电首端、用户接入点和光伏接入点的电压偏差均属于重点监测内容；而谐波、无功和不平衡补偿装置一般均安装在配变供电首端，因此低压台区供电首端需要实现对谐波、无功和不平衡电流的在线监测；此外，为了监测不同用户对电网谐波污染的贡献，可以增加对单个用户谐波发生量的监测。
步骤2、对于低压供电首端，安装电能质量在线监测终端，实现对低压台区母线电压和总进线电流全电能质量指标的在线监测。
本发明实施例中，所述电能质量在线监测终端实现的全电能质量指标的在线监测，包括电压偏差、三相不平衡电压和电流、无功功率和功率因数、谐波电压和谐波电流的监测，完全满足供电首端电能质量运行指标的监测需求。
步骤3、对于光伏接入点，利用光伏逆变器的计算和数据传输功能(3G/4G、以太网)，实现对光伏接入点供电电压、发电功率和谐波的监测。
步骤4、对于用户接入点，利用智能电表的监测功能，实现对低压用户接入点的供电电压、负荷电流、用电功率和电量的监测。
步骤5、智能电表、光伏逆变器和电能质量在线监测终端采集到的数据经过一定的通讯方式传输到电能质量监测后台服务器，从而实现多种监测终端相融合的电能质量综合监测。
如图3所示，为***架构示意图；智能电表、光伏逆变器和电能质量在线监测终端采集到的数据可以经过RS485、以太网或3G/4G网络等方式传输到电能质量监测后台服务器，由电能质量监测后台服务器结合接收到的数据进行电能质量综合监测。
本发明实施例中，电能质量综合监测主要包括：低压用户谐波发生量的监测、负荷功率监测、三相不平衡、以及电压偏差监测等，不同监测点的监测内容不同。
下面以对用户接入点进行低压用户谐波发生量的监测与负荷功率监测为例进行说明。
本发明实施例中，由于低压用户谐波发生量与负荷运行功率存在一定的相关性，可利用谐波与用电功率的对应关系，通过智能电表采集数据实现对低压用户谐波发生量的监测，即：
对于单相用户：
对于三相用户：
其中，IH、IH'对应为单相用户、三相用户产生的总谐波电流；IL,max、IL,max'对应为单相用户、三相用户的最大负荷电流；U相、U线对应为单相用户的相电压、三相用户的线电压；S单相，max为单相用户的最大视在功率；P单相，max为单相用户的最大有功功率；S三相，max为三相用户的最大三相视在功率；P三相，max为三相用户的最大三相有功功率；PF为用户的功率因数；TDDi％为电流总需量畸变率(其取值可以通过现场测试统计或根据不同负荷的经验值进行选取)。
本发明实施例中，电能质量监测后台服务器基于智能电表传输的数据实现对用户接入点电压和负荷功率的监测。对于无法上传数据的智能电表，则利用相连两次上传的累计电量数据近似计算相应用户接入点的负荷功率，计算公式如下：P＝(W2-W1)/tD，其中W1是第一次上传的累计电量数据，W2是第二次上传的累计电量数据，tD为两次上传电量数据的时间间隔。低压用户的平均功率因数PF一般在0.9以上，可计算出低压用户的视在功率S＝P/PF。
为了便于理解，下面结合一具体的示例进行说明；需要说明的是，下述示例中所采用的数值仅为举例，用户可根据实际的需求做相应的更改。
本示例中，低压台区配电变压器为150kVA，共有2条出线，其中线路1供电距离500米，共有20户居民用户(其中，A相有7户居民用户，B相有6户居民用户，C相有7户居民用户)和3个3kW单相光伏发电装置(A相2个，B相1个)；线路2供电距离650米，共有25户居民用户(其中，A相有8户居民用户，B相有9户居民用户，C相有8户居民用户)和5个3kW单相光伏发电装置(A相1个，B相2个，C相2个)，各居民用户的电流总需量畸变率TDDi％均为15％，各居民用户的功率因数PF均为0.90。居民用户的单相智能电表均采用电力载波表，通过电力线传输到数据采集器，采集器通过GPRS上传读数到远抄服务器；屋顶3kW光伏含有RS485接口，利用GPRS或3G/4G网络或wifi将光伏变流器采集的电压、电流、功率、发电量等信息传输至后台服务器。
基于该低压台区的网络架构、电力用户和分布式光伏分布情况，将两条线路上的居民用户和分布式光伏进行编号，其中X线路Y相上的第N个电力用户编号为CXYN，如线路1A相上的第03号电力用户编号为C1A03用户，线路2B相上的第12号电力用户编号为C2B12；同理，X线路Y相上的第N个分布式光伏编号为PXYN，如线路1A相上的第05号分布式光伏户编号为P1A05光伏。其电能质量指标也参考上述标准方法，如X线路Y相上的第N个电力用户的功率因数和电流总需量畸变率分别为PFXYN和TDDi_XYN％。
低压台区供电首端安装具有一路电压和一路电流的电能质量在线监测装置，监测0.4kV母线电压和0.4kV总进线电流的全部电能质量指标，并通过3G/4G或GPRS将监测的电能质量运行数据传输到电能质量监测***后台的服务器，各电能质量指标标注为电能质量监测数据传输间隔可设置为1min，3min或5min；
将线路1和线路2中的8户3kW光伏变流器监测到的光伏逆变器接入点的电压以及发电电流、发电功率和电量等信息通过3G/4G或GPRS等通讯方式传输至电能质量监测***后台服务器，电能质量监测数据传输间隔可设置为1min，3min或5min。
将线路1和线路2中的45户居民用户电力载波智能电表监测的电压、电流、功率和电量等信息通过电力载波传输到数据集中器，数据集中器能够集中抄读本台区45户居民用户的电表数据并且保持相关数据，同时通过3G/4G或GPRS等通讯方式将监测数据传输至电能质量监测***后台服务器，电能质量监测数据传输间隔可设置为1min，3min或5min。
根据各居民用户智能电表上传的功率运行数据PXYN，以及各居民用户的实际运行功率因数PFXYN，可以计算出相应居民用户产生的总谐波电流含量为
将电能质量在线监测终端、光伏逆变器、智能电表上传至电能质量监测***后台服务器的相关运行数据进行处理和展示，实现低压台区电能质量的综合监测。
本发明实施例上述方案，通过将智能电表、光伏逆变器和电能质量在线监测终端采集到的电能质量运行数据，实现低压台区供电首端、光伏接入点和负荷接入点的全面覆盖，克服了传统电能质量监测装置价格高，监测点难以全面覆盖的缺陷，降低了低压台区电能质量在线监测的成本投入。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种含分布式光伏的低压配电网电能质量综合监测方法，其特征在于，包括：
根据含分布式光伏的低压配电网架构，确定电能质量监测点为低压供电首端、光伏接入点和用户接入点；
对于低压供电首端，安装电能质量在线监测终端，实现对低压台区母线电压和总进线电流全电能质量指标的在线监测；
对于光伏接入点，利用光伏逆变器的计算和数据传输功能，实现对光伏接入点供电电压、发电功率和谐波的监测；
对于用户接入点，利用智能电表的监测功能，实现对低压用户接入点的供电电压、负荷电流、用电功率和电量的监测；
智能电表、光伏逆变器和电能质量在线监测终端采集到的数据经过一定的通讯方式传输到电能质量监测后台服务器，从而实现多种监测终端相融合的电能质量综合监测。
2.根据权利要求1所述的一种含分布式光伏的低压配电网电能质量综合监测方法，其特征在于，所述电能质量在线监测终端实现的全电能质量指标的在线监测，包括电压偏差、三相不平衡电压和电流、无功功率和功率因数、谐波电压和谐波电流的监测。
3.根据权利要求1所述的一种含分布式光伏的低压配电网电能质量综合监测方法，其特征在于，电能质量监测后台服务器基于智能电表传输的数据实现对用户接入点电压和负荷功率的监测。
4.根据权利要求3所述的一种含分布式光伏的低压配电网电能质量综合监测方法，其特征在于，对于无法上传数据的智能电表，则利用相连两次上传的累计电量数据近似计算相应用户接入点的负荷功率，计算公式如下：P＝(W2-W1)/tD，其中W1是第一次上传的累计电量数据，W2是第二次上传的累计电量数据，tD为两次上传电量数据的时间间隔。
5.根据权利要求1或3所述的一种含分布式光伏的低压配电网电能质量综合监测方法，其特征在于，利用谐波与用电功率的对应关系，通过智能电表采集数据实现对低压用户谐波发生量的监测：
对于单相用户：
对于三相用户：
其中，IH、IH'对应为单相用户、三相用户产生的总谐波电流；IL,max、IL,max'为对应为单相用户、三相用户的最大负荷电流；U相、U线对应为单相用户的相电压、三相用户的线电压；S单相，max为单相用户的最大视在功率；P单相，max为单相用户的最大有功功率；S三相，max为三相用户的最大三相视在功率；P三相，max为三相用户的最大三相有功功率；PF为用户的功率因数；TDDi％为电流总需量畸变率。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190611 |