CN110824282A - 一种高压充电桩电能质量监测*** - Google Patents

一种高压充电桩电能质量监测*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压充电桩电能质量监测***，包括电能质量扰动信号采集模块，用于实现目标段电能质量扰动信号的采集；去噪模块，基于数学形态学构造自适应LMS算法的广义形态滤波器，对电能质量扰动信号进行去噪处理；特征提取模块，用于提取电能质量扰动信号不同频段的能量分布以及电能质量扰动信号的分形维数；电能质量扰动类型识别模块，基于在线训练支持向量机实现质量扰动类型的评估；电能质量评估模块，用于完成当前所有电能质量扰动类型参数的统计，并基于统计结果输出对应的电能质量评估结果。本发明可以实现高压充电桩电能质量的有效监测，且可以实现高压充电桩电能质量的自动优化调控。

Description

一种高压充电桩电能质量监测***
技术领域
本发明涉及电力监测领域，具体涉及高压充电桩电能质量。
背景技术
随着电动汽车大规模接入直流配电网，可能导致直流配电网的电压闪络、电压偏差、电压暂降暂升，严重时甚至会造成***崩溃。从而致使线路损坏、电容器烧坏、直流断路器或继电器误动、负荷烧毁等设备端故障。另外，由电动汽车大规模接入直流配电网产生的电能质量污染还会影响直流配电网正常运行、周边电动汽车蓄电池以及其他负荷，会导致充入电动汽车蓄电池的电能质量受到影响，导致蓄电池的使用寿命严重缩减。而现行的电能质量监测***仍存在针对的对象单一，监测结果精度低，治理的自动化程度低，多数情况还需要人工调节治理的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种高压充电桩电能质量监测***，可以实现高压充电桩电能质量的有效监测，且可以实现高压充电桩电能质量的自动优化调控。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种高压充电桩电能质量监测***，包括：
电能质量扰动信号采集模块，用于通过电子式互感器实现目标段电能质量扰动信号的采集；
去噪模块，基于数学形态学构造自适应LMS 算法的广义形态滤波器，对电能质量扰动信号进行去噪处理；
特征提取模块，用于通过小波变换提取电能质量扰动信号不同频段的能量分布，并依据分形理论提取电能质量扰动信号的分形维数，将能量分布、分形维数共同作为扰动信号的特征数据；
电能质量扰动类型识别模块，基于在线训练支持向量机实现质量扰动类型的评估；
电能质量评估模块，用于完成当前所有电能质量扰动类型参数的统计，并基于统计结果输出对应的电能质量评估结果。
进一步地，还包括：
电能质量扰动信号定位模块，用于对降噪后的信号进行Hilber变化，提取扰动信号的幅值包络，然后对提取的幅值包络进行向后差分处理，形成定位脉冲，从而实现对扰动信号起止时刻和持续时间的定位。
进一步地，还包括：充电桩工况接入模块，用于接入充电桩的工况数据。
进一步地，还包括：
电能治理措施输出模块，用于基于电能质量扰动类型识别结果以及电能质量扰动信号定位模块的定位结果通过Simulink搭建的相关电能质量仿真分析模型输出对应的电能治理措施。
进一步地，还包括：反馈执行终端，包括动态电压调节器DVR、电压补偿器和不间断电源UPS，用于根据电能治理措施调整自身工作状态，从而实现当前电能质量的有效调节。
进一步地，还包括：
GSM预警模块，用于在电能质量评估的结构落入预设的门限时启动进行预警短信的发送，该门限为危险门限。
进一步地，还包括数据预处理模块，基于各电子式互感器的误差模型实现电能质量扰动信号数据的校正。
本发明具有以下有益效果：
本发明可以提高电能质量扰动识别的速度和精度，从而实现了高压充电桩电能质量的有效监测，***自带电能治理措施输出模块和执行模块，从而实现了高压充电桩电能质量的自动优化调控，从而提高了高压充电桩使用的安全性。
附图说明
图1为本发明实施例一种高压充电桩电能质量监测***的***框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。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。
如图1所示，本发明实施例提供了一种高压充电桩电能质量监测***，包括电能质量扰动信号采集模块以及配置有XBee无线通信模块的监测终端，电能质量扰动信号采集模块与监测终端之间通过无线串口XBee相连并进行通信，所述电能质量扰动信号采集模块，用于通过电子式互感器实现目标段电能质量扰动信号的采集；所述监测终端内设有：
数据预处理模块，基于各电子式互感器的误差模型实现电能质量扰动信号数据的校正；
去噪模块，基于数学形态学构造自适应LMS 算法的广义形态滤波器，对电能质量扰动信号进行去噪处理；
特征提取模块，用于通过小波变换提取电能质量扰动信号不同频段的能量分布，并依据分形理论提取电能质量扰动信号的分形维数，将能量分布、分形维数共同作为扰动信号的特征数据；
电能质量扰动类型识别模块，基于在线训练支持向量机实现质量扰动类型的评估；
电能质量评估模块，用于完成当前所有电能质量扰动类型参数的统计，并基于统计结果输出对应的电能质量评估结果；所述电能质量评估结果以EXCEL表格的形式汇总目标段电能质量扰动类型。
电能质量扰动信号定位模块，用于对降噪后的信号进行Hilber变化，提取扰动信号的幅值包络，然后对提取的幅值包络进行向后差分处理，形成定位脉冲，从而实现对扰动信号起止时刻和持续时间的定位，为后续的电能治理措施提供参考数据。
充电桩工况接入模块，用于接入充电桩的工况数据，实现当前充电桩工况的监测，为后续的电能治理措施提供参考数据；
电能治理措施输出模块，用于基于电能质量扰动类型识别结果以及电能质量扰动信号定位模块的定位结果通过Simulink搭建的相关电能质量仿真分析模型输出对应的电能治理措施；所述电能治理措施至少包括：
当存在谐波时，可通过安装附加的谐波治理设备来抵消减少***中已有的谐波，优选混合型有源滤波器HAPF。
当存在电压波动与闪变的情况时，可以从提高电网供电能力和安装补偿设备来的控制电压波动和闪变，提高供电能力措施主要包括1、提高供电电压等级2、架设特殊大型负荷群的专用线路；3、在敏感负荷附近采用分散发电技术；安装补偿设备的措施主要包括1、安装静止无功补偿器SVC，其采用用晶闸管组成无触点的电力电子开关快速投切电容器组，来实现容性无功功率的调节。其关键技术是在电容器电流过零时的瞬间切除；2、安装静止无功发生器SVG，其为由自换相的电力电子桥式整流器来进行动态无功补偿的装置，具有自整流充电能力，SVG实际上是将自换相桥式电路通过电抗器并联在电网上，形成可以产生超前相位或者滞后相位电流的逆变器。
当存在电压中断和骤降的情况时，短时间的电压中断可通过不间断电源UPS来给负荷供电， UPS的成本较高，通常只在容量不大的重要负荷上使用。当***发生电压骤降故障时，电压迅速跌落，此时可采用动态电压调节器DVR，其能在毫秒级内将电压跌落补偿至正常值，保证负荷不受电压跌落的影响；
增加换流装置相数或脉动数可以减少注入电网的谐波电流；在谐波源附近装设单调谐、C型、双调谐及高通滤波器等无源滤波器支路或有源滤波器可以减少注入电网的谐波电流，FC可同时兼顾功率因数补充和电压调整；装设TCR、MCR、TSC（或TSF）型SVC，或STATCOM可以抑制谐波、三相不平衡、电压波动和闪变，补偿功率因数。
反馈执行终端，包括动态电压调节器DVR、电压补偿器和不间断电源UPS，用于根据电能治理措施调整自身工作状态，从而实现当前电能质量的有效调节；
GSM预警模块，用于在电能质量评估的结构落入预设的门限时启动进行预警短信的发送，该门限为危险门限；
中央处理器，用于协调上述模块工作，可采用ARM微控制器，基于使用Matlab和DSP实现协同控制。
本实施例中，所述自适应LMS 算法的广义形态滤波器为：
定义输入信号x(n)为一维时间序列，g(n)为结构元素，结构元素g(n)的长度小于信号x(n)的长度。对于两个结构元素g1(n)和g2(n)，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，且g1(n)的长度小于g2(n)的长度，则构成广义形态开-闭、闭-开运算；
其中，o代表开运算，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
代表闭运算。那么广义形态滤波器的输出表达式如下：
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
是加权系数，且
Figure DEST_PATH_IMAGE012
假设无噪声信号为Q，则最小均方误差为：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
。
本实施例中，特征提取模块通过 Matlab 程序对采样后的扰动波形进行傅里叶变换，提取基波分量、相角偏移、总谐波畸变率、低频谐波畸变率的特征向量；采用小波对扰动信号进行两尺度小波变换提取小波系数能量；采用分形理论提取扰动时刻的盒维数组成6维扰动信号的特征量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高压充电桩电能质量监测***，其特征在于：包括：
电能质量扰动信号采集模块，用于通过电子式互感器实现目标段电能质量扰动信号的采集；
去噪模块，基于数学形态学构造自适应LMS 算法的广义形态滤波器，对电能质量扰动信号进行去噪处理；
特征提取模块，用于通过小波变换提取电能质量扰动信号不同频段的能量分布，并依据分形理论提取电能质量扰动信号的分形维数，将能量分布、分形维数共同作为扰动信号的特征数据；
电能质量扰动类型识别模块，基于在线训练支持向量机实现质量扰动类型的评估；
电能质量评估模块，用于完成当前所有电能质量扰动类型参数的统计，并基于统计结果输出对应的电能质量评估结果。
2.如权利要求1所述的一种高压充电桩电能质量监测***，其特征在于：还包括：
电能质量扰动信号定位模块，用于对降噪后的信号进行Hilber变化，提取扰动信号的幅值包络，然后对提取的幅值包络进行向后差分处理，形成定位脉冲，从而实现对扰动信号起止时刻和持续时间的定位。
3.如权利要求1所述的一种高压充电桩电能质量监测***，其特征在于：还包括：充电桩工况接入模块，用于接入充电桩的工况数据。
4.如权利要求1所述的一种高压充电桩电能质量监测***，其特征在于：还包括：
电能治理措施输出模块，用于基于电能质量扰动类型识别结果以及电能质量扰动信号定位模块的定位结果通过Simulink搭建的相关电能质量仿真分析模型输出对应的电能治理措施。
5.如权利要求1所述的一种高压充电桩电能质量监测***，其特征在于：还包括：反馈执行终端，包括动态电压调节器DVR、电压补偿器和不间断电源UPS，用于根据电能治理措施调整自身工作状态，从而实现当前电能质量的有效调节。
6.如权利要求1所述的一种高压充电桩电能质量监测***，其特征在于：还包括：
GSM预警模块，用于在电能质量评估的结构落入预设的门限时启动进行预警短信的发送，该门限为危险门限。
7.如权利要求1所述的一种高压充电桩电能质量监测***，其特征在于：还包括：
数据预处理模块，基于各电子式互感器的误差模型实现电能质量扰动信号数据的校正。
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