[发明专利]基于现场总线的电能质量优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电能优化系统。

背景技术

电能是现代经济发展的基础和社会重要的制约因素，它关系到经济安全和国家安全。 当前电能大部分来源于不可再生燃料，基于该因素，电能还关系到节能、减排和环境保护 等问题。

因此，改善电能质量，节约电能是目前社会重点关注的问题。

随着电力电子装置日益广泛地应用，电网负载也日趋复杂。电网负载的非线性、冲击 性和不平衡的用电特性，使电网中的谐波污染日趋严重，同时，也给电网带来了额外的无 功负担，功率因数严重下降。从而，使用电设备及线路损耗增加，电压产生剧烈波动，供 电质量严重降低，谐波损耗还有可能影响设备正常工作，造成振动、热、噪声，自动装置 误动作，对通信系统产生干扰等。

目前存在很多改善电能质量的方法，例如，固定电容器组、自动功率因数控制器等， 但这些方案对于固定的负荷补偿性能良好，但对于动态负荷补偿性能较差，但是其控制器 件如FC、APFC的响应速度较慢。为解决响应速度慢的问题，使用基于晶闸管的静态无功 补偿器。但是，TSC/TCR中的电容器和电抗器组的容量是预先设定的，可能产生无功补偿 的欠补偿或过补偿，谐波作用不是很好。另外，由于设备中的电容器组和开关设备经常通 断，补偿特性呈阶梯形，且在补偿过程中产生谐波，同时补偿特性与负载有关，还可能发 生故障及降低使用寿命。

目前绝大多数用电设备没有无功补偿和谐波抑制装置，即使采用了简单的补偿和抑制 装置，效果也不理想。没有对用电设备的电量参数进行实时检测，没有及时评估电能状态。 因此，无法实时针对电网状态进行负荷分配、进行合理用电，无法及时对无功进行补偿和 谐波抑制。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，旨在提供一种基于现场总线的电能质量优化方 法，该方法可对用电网络的状态进行实时监测，达到合理用电的目的，并可对电网的无功 进行实时补偿，并可抑制谐波，达到对电网质量的优化作用。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于现场总线的电能质量优化方法，该方法通过电量检测装置对用电系统的电量 进行实时检测，通过工业局域网将电量参数传输到电能质量优化控制器，通过电能质量优 化控制器作出控制决策，再通过工业局域网实现电能质量优化控制器对用电控制器进行控 制，用电控制器对对应的用电系统进行用电优化控制；电能质量优化控制器还通过工业局 域网连接有无功和谐波治理系统，该系统具有低压静止型动态无功补偿和低压谐波治理功 能，通过低压动态无功补偿及谐波抑制装置来实现。

电量检测装置、电能质量优化控制器、用电控制器均具有Profibus-DP和Modbus现 场总线功能，通过工业局域网相互通讯。

电能质量优化控制器还接有GPRS无线通讯系统，可将电能质量优化控制器的信息以 无线方式传送到远距离监控系统。

电量检测装置包括控制单元、测量芯片、看门狗电路、时钟电路、测温元件、LCD屏， 控制单元分别与测量芯片、看门狗电路、时钟电路、测温元件、LCD屏相连接。控制单元 还连接有按键和蜂鸣器，按键具有输入功能；蜂鸣器具有报警功能。

用电控制器包括微处理器CPU1、微处理器CPU2、复位电路、晶振电路、继电器、SPC3 芯片、电源模块，微处理器CPU1分别与复位电路、无触点继电器输出相连接，微处理器 CPU1还连接20MHz晶振电路；微处理器CPU2分别与20MHz晶振电路、SPC3芯片、高速光 耦相连接；微处理器CPU1与微处理器CPU2均连接有总线驱动模块。

低压动态无功补偿及谐波抑制装置包括检测电路、控制电路、谐波抑制及无功补偿电 路，通过检测电路实时检测非线性负载产生的谐波电流和无功功率，信号送入控制电路进 行处理，并以脉宽调制PWM形式向谐波抑制及无功补偿电路发出驱动信号，驱动IGBT功 率模块，产生与谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流并注入电网系统。

谐波抑制及无功补偿电路为全控型或半控型开关器件组成的变流器，为非四象限两电 平结构或四象限两电平结构结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该方法可对用电网络的状态进行实时监测， 达到合理用电的目的，并可对电网的无功进行实时补偿，并可抑制谐波，达到对电网质量 的优化作用。

附图说明

图1是基于现场总线的电能质量优化方法的整体结构图；