一种基于电能质量治理装置的协调控制系统的制作方法

1.本发明涉及电能质量治理领域，尤其涉及一种基于电能质量治理装置的协调控制系统。


背景技术：

2.电能是当代不可或缺的重要能源，用户对于电能质量的要求日益提升。现有研究侧重于城市高密度供电区域单一电能质量问题的单点治理、农村地区低电压治理或三相不平衡治理等等。而为了抑制电力系统中存在的电网谐波、三相电压不平衡、电压波动和闪变等电能质量问题，通常是在配电网中投入dfacts装置。但是，当配电网中大量投入dfacts装置时，各装置之间会存在负交互影响，而当这种影响严重时，会导致电能质量装置失效，甚至电力系统失稳等问题。
3.目前，针对农村偏远地区地理位置，其主要是通过配置apf去改善含微网的配电网电能质量。而在电能质量治理的过程中，其伴随着非线性负载的大量分散性接入，以有源电力滤波器(apf)为代表的传统点对点补偿方式将不再高效，逐渐出现了“补偿点改善，其他点恶化”的现象，导致电能质量治理效率低下。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种基于电能质量治理装置的协调控制系统，以解决如何提高偏远地区电能质量治理效率的技术问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于电能质量治理装置的协调控制系统，包括主站层、通讯层、终端层和第一执行层；
6.其中，所述主站层包括服务器和交换机；所述通讯层包括加密网关和加密模块；所述终端层包括协调控制器；所述第一执行层包括逆变器、电能质量治理装置和协议适配器；
7.所述服务器和交换机与所述加密网关连接；所述加密网关通过无线公网与所述协调控制器连接；所述无线公网中设有加密模块；所述协调控制器与若干所述协议适配器连接；每一所述协议适配器与逆变器或电能质量治理装置连接；
8.所述电能质量治理装置包括动态无功补偿器、有源电力滤波器、静止无功补偿器、三相不平衡治理装置和电能质量检测设备。
9.作为优选方案，所述加密模块用于对所述协调控制器的数据进行加解密传输。
10.作为优选方案，所述加密网关用于对所述协调控制系统的网络流量进行加密和验证。
11.作为优选方案，所述每一所述协议适配器与逆变器或电能质量治理装置连接，具体为：
12.每一所述协议适配器与所述逆变器通过多种通信方式之一进行连接；每一所述协议适配器与所述电能质量治理装置通过多种通信方式之一进行连接；
13.所述协调控制器与若干所述协议适配器连接，具体为：所述协调控制器与若干所
述协议适配器通过多种通信方式之一进行连接；其中，所述多种通信方式包括光纤、无线公网、以太网、4g和rs485。
14.作为优选方案，所述协调控制系统还包括软件控制系统，所述软件控制系统包括决策层、控制层和第二执行层。
15.作为优选方案，所述控制层用于采集所述电能质量治理装置的运行数据，并向所述电能质量治理装置下发控制指令；
16.所述决策层用于根据电网当前时刻的电能指令状况，执行相应的电能质量协调治理策略，并控制下一时刻的所有所述电能质量治理装置。
17.作为优选方案，所述电能质量协调治理策略包括多目标协同调控策略和电压多层博弈协同调控策略。
18.作为优选方案，所述决策层包括数据采集功能、运行监控功能、电能质量监测功能、事件分析功能、策略管理功能、策略下发功能、策略评价功能、运行优化功能、安全分析功能和系统维护管理功能。
19.作为优选方案，所述控制层包括数据采集功能、数据处理功能、运行检测功能、遥控功能、阈值管理功能、策略控制功能、结果同步功能、策略同步功能和通讯传输功能。
20.相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
21.本发明实施例提供了一种基于电能质量治理装置的协调控制系统，包括主站层、通讯层、终端层和第一执行层；其中，所述主站层包括服务器和交换机；所述通讯层包括加密网关和加密模块；所述终端层包括协调控制器；所述第一执行层包括逆变器、电能质量治理装置和协议适配器；所述服务器和交换机与所述加密网关连接；所述加密网关通过无线公网与所述协调控制器连接；所述无线公网中设有加密模块；所述协调控制器与若干所述协议适配器连接；每一所述协议适配器与逆变器或电能质量治理装置连接；所述电能质量治理装置包括动态无功补偿器、有源电力滤波器、静止无功补偿器、三相不平衡治理装置和电能质量检测设备。相比于现有技术，本发明的协调控制系统包括主站层、终端层和第一执行层，电能质量治理装置囊括了多种类型的设备，以实现对电能质量问题的综合优化，对多类电能质量治理装置的协同优化控制，在构建一套适用于区域电网的电能质量综合优化闭环系统的同时，可以防止分布式电源对电网电能质量带来的冲击，并有效保证线路末端用户的用电质量，在提高了对偏远地区电能质量治理效率的同时，还有效保证了用电稳定性和安全性。
附图说明
22.图1：为本发明基于电能质量治理装置的提供的一种协调控制系统的一种实施例的系统架构示意图。
23.图2：为本发明提供的一种软件控制系统的一种实施例的功能框架示意图。
具体实施方式
24.下面将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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
25.实施例一：
26.根据相关技术记载：目前，针对农村偏远地区地理位置，其主要是通过配置apf去改善含微网的配电网电能质量。而在电能质量治理的过程中，其伴随着非线性负载的大量分散性接入，以有源电力滤波器(apf)为代表的传统点对点补偿方式将不再高效，逐渐出现了“补偿点改善，其他点恶化”的现象，导致电能质量治理效率低下。
27.而由于传统电能质量治理往往针对单点、单一问题进行局部的补偿，因此需要许多设备分别补偿各处负载，多台设备是相对分散的，这种局部、单点的治理方式，治理成本高昂，且治理效率低下。同时，由于分布式电源富集下的末端供电系统潮流复杂多变，补偿效果容易受到电源和负载波动的影响，不合理的配置方式，会严重影响到治理效果，甚至恶化电网整体电能质量水平。
28.对于农村等偏远地区，其电网范围大、面积广、供电半径大、山区多，而电网结构又以单辐射为主，因此存在线路老旧、线径小、距离远等实际情况，导致供电可靠性、稳定性都较低，电能质量问题突出。同时，农村偏远地区水电、光伏、沼气发电等可再生能源丰富，因此分布式电源数量多、分布广，发电可靠性低、随意性/波动性大，这种电源普遍存在抬高电压上网的问题，会给电网电能质量带来较大冲击，通过传统的单点治理的方式，容易导致整体的恶化。
29.针对上述一个或多个技术问题，请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种基于电能质量治理装置的协调控制系统，包括主站层、通讯层、终端层和第一执行层；
30.其中，所述主站层包括服务器和交换机；所述通讯层包括加密网关和加密模块；所述终端层包括协调控制器；所述第一执行层包括负荷、逆变器、电能质量治理装置和协议适配器；
31.所述服务器和交换机与所述加密网关连接；所述加密网关通过无线公网与所述协调控制器连接；所述无线公网中设有加密模块；所述协调控制器与若干所述协议适配器连接；每一所述协议适配器与逆变器或电能质量治理装置连接；
32.所述电能质量治理装置包括动态无功补偿器、有源电力滤波器、静止无功补偿器、三相不平衡治理装置和电能质量检测设备。除此以外还可以包括串联调压器、静止无功发生器、串联补偿装置等等。
33.在本实施例中，所述加密模块用于对所述协调控制器的数据进行加解密传输。具体地，加密模块与终端层的协调控制器对接，起到了对终端数据的加密和解密的作用，为本身不具备安全特性的数据终端提供无感知的数据加解密传输服务，以确保终端设备(协调控制器)的安全性、可维护性，提供可靠、安全、易用的保密服务。
34.所述加密网关用于对所述协调控制系统的网络流量进行加密和验证，以保护在公共网络上传输的私有信息不会被窃取和篡改，并确保网络具有较高的安全强度和运行性能。其通过严格的加密和认证措施，来保证通道中传输的数据的完整性、真实性和私有性，并起到保护各类电能质量治理装置的运行数据的作用。
35.在本实施例中，所述服务器指的是硬件，其载有操作系统，通过操作系统可以实现所述协调控制系统的有效运行。而交换机用于将多台、多种数量的设备连接到计算机网络中。其主要通过数据包交换的方式，将数据转发到目的地。它可以为接入交换机的任意两个
网络节点提供独享的电信号通路。而其连接的网络设备，主要是用于扩大网络，为子网络提供更多的连接接口，以便连接更多的网络设备。
36.作为进一步优选实施方式，所述每一所述协议适配器与逆变器或电能质量治理装置连接，具体为：
37.每一所述协议适配器与所述逆变器通过多种通信方式之一进行连接；每一所述协议适配器与所述电能质量治理装置通过多种通信方式之一进行连接；
38.所述协调控制器与若干所述协议适配器连接，具体为：所述协调控制器与若干所述协议适配器通过多种通信方式之一进行连接；其中，所述多种通信方式包括但不限于光纤、无线公网、以太网、4g和rs485等等。协议适配器支持包括但不限于动态无功补偿器、有源电力滤波器、静止无功补偿器、三相不平衡治理装置和电能质量检测设备这些类型电能质量治理设备的接入和控制，同时支持上述通讯方式，可以实现对各种电能质量治理装置的协议转换及适配。
39.进一步地，请参照图2，所述协调控制系统还包括软件控制系统，所述软件控制系统包括决策层、控制层和第二执行层。其中，
40.所述控制层用于采集所述电能质量治理装置的运行数据，并向所述电能质量治理装置下发控制指令；
41.所述决策层用于根据电网当前时刻的电能指令状况，执行相应的电能质量协调治理策略，并控制下一时刻的所有所述电能质量治理装置。而第二执行层则对应于所述第一执行层的功能。
42.具体地：也就是在治理装置配置完善的基础上，结合网架先验数据与在线监测信息，逐步进行系统电压质量控制特征提取与辨识，继而实现进行治理装置间的在线协调控制，实现偏远农村区域供电系统不同层级的供电品质自适应优化提升。
43.进一步为：区域内电能质量治理设备最优目标的响应与执行，例如控制方案的设计、各设备的协调运行策略，治理效果的反馈与调整等等；并且，在整个电网运行状态、分布式电源及负荷发生变化时，控制各电能质量治理设备对区域网络状态的在线识别与最优目标的动态调整。
44.优选地，所述决策层主要为多电能质量治理装置协同的控制系统(可以对应的所述服务器的软件部分)，其可执行多目标协同调控策略和电压多层博弈协同调控策略。其功能包括：数据采集功能、运行监控功能、电能质量监测功能、事件分析功能、策略管理功能、策略下发功能、策略评价功能、运行优化功能、安全分析功能和系统维护管理功能等等。
45.而所述控制层则主要为多电能质量治理装置协同的控制器(可以对应所述协调控制器的软件部分)，其执行的功能包括但不限于数据采集功能、数据处理功能、运行检测功能、遥控功能、阈值管理功能、策略控制功能、结果同步功能、策略同步功能和通讯传输功能。作为本实施例的进一步举例，该控制器对应的硬件部分还可以包括数据采集处理模块、协同优化控制模块、通信加密模块、中央处理单元等等。
46.进一地，所述控制指令指的是对各类电能质量治理装置工作状态进行切换的控制指令。例如以静止无功发生器svg和有源滤波器apf为例，其工作原理是通过反应器调整桥式转换器电路交流端的相位和幅值，或直接控制交流端电流，使电路能够吸收或释放无功电流以满足需求，实现动态无功补偿的目的。有源滤波器通过外部电流互感器，实时检测负
载电流，并通过内部dsp计算，提取出负载电流的谐波成分。然后通过pwm信号发送给内部igbt，控制逆变器产生一个和负载谐波大小相等、方向相反的电流注入到电网中补偿谐波电流，实现滤波功能。
47.静止无功发生器包括四种工作模式：恒无功操作模式、恒功率因数运行模式、恒压运行模式和负荷补偿操作模式。其中，
48.恒无功操作模式：用于使装置输出恒定尺寸的无功，相当于纯电抗或纯电容。
49.恒功率因数运行模式：根据设定的功率因数目标值，通过控制无功输出的大小来控制功率因数。
50.恒压运行模式：用于在一定水平上稳定系统的电压，并根据用户设定的电压值调整设备的无功输出。当系统电压低于用户设定的电压参考时，设备输出容性无功以提高系统电压；当系统电压高于该值时，设备输出感性无功以降低系统电压。
51.负荷补偿操作模式：通过检测负荷侧的电流自动调节电流输出，以提高负荷电流的电能质量。
52.通过设置内部控制单元的参数(也即下发控制指令)，可以切换静止无功发生器的工作模式。
53.在本实施例中，所述多目标协同调控策略以各类电能质量治理装置为实验模型，协调多电能质量治理装置联合系统，使其在电能质量动态变化过程中，例如无功和谐波连续调节的同时还具有快的响应速度。
54.所述电压多层博弈调协同调控策略，结合网络各节点电压质量监测数据，在存在网络节点电压越限时，采用电压多层博弈协同调控策略，控制目标为使电压恢复至正常运行范围。
55.相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
56.本发明实施例提供了一种基于电能质量治理装置的协调控制系统，包括主站层、通讯层、终端层和第一执行层；其中，所述主站层包括服务器和交换机；所述通讯层包括加密网关和加密模块；所述终端层包括协调控制器；所述第一执行层包括逆变器、电能质量治理装置和协议适配器；所述服务器和交换机与所述加密网关连接；所述加密网关通过无线公网与所述协调控制器连接；所述无线公网中设有加密模块；所述协调控制器与若干所述协议适配器连接；每一所述协议适配器与逆变器或电能质量治理装置连接；所述电能质量治理装置包括动态无功补偿器、有源电力滤波器、静止无功补偿器、三相不平衡治理装置和电能质量检测设备。相比于现有技术，本发明的协调控制系统包括主站层、终端层和第一执行层，电能质量治理装置囊括了多种类型的设备，以实现对电能质量问题的综合优化，对多类电能质量治理装置的协同优化控制，在构建一套适用于区域电网的电能质量综合优化闭环系统的同时，可以防止分布式电源对电网电能质量带来的冲击，并有效保证线路末端用户的用电质量，在提高了对偏远地区电能质量治理效率的同时，还有效保证了用电稳定性和安全性。
57.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。