一種電能質量諧波監測方法、系統和設備與流程
2024-04-12 14:10:05 2
1.本發明涉及光伏發電技術和電能質量監測技術領域，特別涉及一種電能質量諧波監測方法、系統和設備。
背景技術：
2.隨著低壓分布式光伏電網系統的普及，分布式光伏爆發式增長帶來的用電安全問題、新能源消納問題、電能質量問題、供電服務問題等愈發凸顯。太陽能光伏發電過程簡單，不消耗燃料，不排放包括溫室氣體在內的任何物質，無噪音，無汙染，但同傳統化石能源相比，光伏發電容易受到自然因素的影響，具有一定的隨機性和波動性。同時，光伏電站併網後，配電網由原來的單電源系統轉變為多電源系統，導致配電網中諧波增加，影響配電網的安全運行和電力設備的正常工作。諧波對電網的汙染不可忽視，諧波使公用電網中的元件產生了附加的諧波損耗，降低了發輸電及用電設備的效率，大量的3次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發生火災。鄰近的通信系統受到諧波的幹擾，會產生噪聲，降低通信質量，甚至癱瘓。因此，加強對分布式光伏用戶電能中諧波含量的監測，才能從源頭治理電能質量。
3.目前常用的多種諧波監測方法，僅單純適用於監測電能諧波中的穩態分量或暫態分量，能夠同時準確監測兩種諧波分量的方法較少。針對電力系統的現狀，為了更準確的監測諧波，須採取一種適合的方法來解決這一問題。：
技術實現要素：
4.為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供了一種電能質量諧波監測方法、系統和設備。所述技術方案如下：
5.一方面，提供了一種電能質量諧波監測方法，應用於物聯網電能表的電能質量監測模組，所述物聯網電能表應用於分布式光伏系統中，所述方法包括：
6.對逆變器輸出的電能進行採樣，獲取待測電能原始信號；
7.檢測出所述待測電能原始信號中是否包含暫態分量信號；
8.若包含暫態分量信號，則根據所述暫態分量信號和穩態分量信號，生成電能質量參數表；
9.若不包含暫態分量信號，則根據穩態信號，生成電能質量參數表。
10.可選的，所述檢測出所述待測電能原始信號中是否包含暫態分量信號包括：
11.根據小波變換的模極大值檢測法，判斷待檢測電能原始信號是否包含暫態分量信號。
12.可選的，所述待測電能原始信號包含暫態分量信號，所述根據所述暫態分量信號和穩態分量信號，生成電能質量參數表包括：
13.分離所述暫態分量信號和穩態分量信號；
14.獲取並監測所述暫態分量信號的信息參數；
15.獲取所述穩態分量信號的諧波參數；
16.根據所述信息參數和所述諧波參數，生成所述電能質量參數表。
17.可選的，所述分離所述暫態分量信號和穩態分量信號包括：
18.通過小波重構待檢測信號，獲得暫態分量波形和穩態分量波形。
19.可選的，所述獲取並監測所述暫態分量信號的信息參數包括：
20.通過奇異性和模極大值，獲取並監測所述暫態分量信號的信息參數，所述信息參數包括擾動位置、開始時間、結束時間和類型。
21.可選的，所述獲取所述穩態分量信號的諧波參數包括：
22.通過快速傅立葉變換進，分析出所述穩態分量信號的諧波參數。
23.可選的，所述待測電能原始信號不包含暫態分量信號，所述根據穩態信號，生成電能質量參數表包括：
24.對待所述穩態信號，採用加窗插值，並進行快速傅立葉變換，得到包括各次諧波的幅值相位在內的的諧波參數；
25.根據所述諧波參數，生成所述電能質量參數表。
26.可選的，所述對待所述穩態信號，採用加窗插值，並進行快速傅立葉變換，得到包括各次諧波的幅值相位在內的的諧波參數包括：
27.通過牛頓插值法，獲取生成準同步化序列信號；
28.對所述準同步化序列信號，進行短時傅立葉變換進行運算，得到包括各次諧波的幅值相位在內的的諧波參數。
29.另一方面，提供了一種電能質量諧波監測系統，所述系統包括為包括多個物聯網電能表和逆變器的分布式光伏系統，所述物聯網電能表至少配置電能質量監測模組，其中：
30.所述逆變器用於輸出電能；
31.所述電能質量監測模組用於對逆變器輸出的電能進行採樣，獲取待測電能原始信號；
32.所述電能質量監測模組用於檢測出所述待測電能原始信號中是否包含暫態分量信號；
33.若包含暫態分量信號，則所述電能質量監測模組用於根據所述暫態分量信號和穩態分量信號，生成電能質量參數表；
34.若不包含暫態分量信號，則所述電能質量監測模組用於根據穩態信號，生成電能質量參數表。
35.可選的，所述電能質量監測模組具體用於：
36.根據小波變換的模極大值檢測法，判斷待檢測電能原始信號是否包含暫態分量信號。
37.可選的，所述電能質量監測模組具體用於：
38.分離所述暫態分量信號和穩態分量信號；
39.獲取並監測所述暫態分量信號的信息參數；
40.獲取所述穩態分量信號的諧波參數；
41.根據所述信息參數和所述諧波參數，生成所述電能質量參數表。
42.可選的，所述電能質量監測模組具體用於：
43.通過小波重構待檢測信號，獲得暫態分量波形和穩態分量波形。
44.可選的，所述電能質量監測模組具體用於：
45.通過奇異性和模極大值，獲取並監測所述暫態分量信號的信息參數，所述信息參數包括擾動位置、開始時間、結束時間和類型。
46.可選的，所述電能質量監測模組具體用於：
47.通過快速傅立葉變換，分析出所述穩態分量信號的諧波參數。
48.可選的，所述電能質量監測模組具體用於：
49.對待所述穩態信號，採用加窗插值，並進行快速傅立葉變換，得到包括各次諧波的幅值相位在內的的諧波參數；
50.根據所述諧波參數，生成所述電能質量參數表。
51.可選的，所述電能質量監測模組具體用於：
52.通過牛頓插值法，獲取生成準同步化序列信號；
53.對所述準同步化序列信號，進行短時傅立葉變換進行運算，得到包括各次諧波的幅值相位在內的的諧波參數。
54.另一方面，提供了一種電能質量諧波監測設備，所述電能質量諧波監測設備包括：
55.採集模塊，用於對逆變器輸出的電能進行採樣，獲取待測電能原始信號；
56.處理模塊，用於檢測出所述待測電能原始信號中是否包含暫態分量信號；
57.監測模塊，用於在包含暫態分量信號時，根據所述暫態分量信號和穩態分量信號，生成電能質量參數表；
58.所述監測模塊還用於在不包含暫態分量信號時，根據穩態信號，生成電能質量參數表。
59.可選的，所述處理模塊具體用於：
60.根據小波變換的模極大值檢測法，判斷待檢測電能原始信號是否包含暫態分量信號。
61.可選的，所述監測模塊具體用於：
62.分離所述暫態分量信號和穩態分量信號；
63.獲取並監測所述暫態分量信號的信息參數；
64.獲取所述穩態分量信號的諧波參數；
65.根據所述信息參數和所述諧波參數，生成所述電能質量參數表。
66.可選的，所述監測模塊具體用於：
67.通過小波重構待檢測信號，獲得暫態分量波形和穩態分量波形。
68.可選的，所述監測模塊具體用於：
69.通過奇異性和模極大值，獲取並監測所述暫態分量信號的信息參數，所述信息參數包括擾動位置、開始時間、結束時間和類型。
70.可選的，所述監測模塊具體用於：
71.通過快速傅立葉變換進，分析出所述穩態分量信號的諧波參數。
72.可選的，所述監測模塊具體用於：
73.對待所述穩態信號，採用加窗插值，並進行快速傅立葉變換，得到包括各次諧波的幅值相位在內的的諧波參數；
74.根據所述諧波參數，生成所述電能質量參數表。
75.可選的，所述監測模塊具體用於：
76.通過牛頓插值法，獲取生成準同步化序列信號；
77.對所述準同步化序列信號，進行短時傅立葉變換進行運算，得到包括各次諧波的幅值相位在內的的諧波參數。
78.本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：
79.通過採用快速傅立葉變換的電能質量檢測方法結合小波變換能夠精確分析待檢測諧波信號中的穩態和暫態分量，針對信號中不同頻帶的信號分量採取不同措施進行分析，顯著提高監測精度。
附圖說明
80.為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
81.圖1是本發明實施例提供的一種電能質量諧波監測方法流程圖；
82.圖2是本發明實施例提供的一種電能質量諧波監測系統示意圖；
83.圖3是本發明實施例提供的一種電能質量諧波監測設備結構示意圖。
具體實施方式
84.為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
85.參照圖1所示，提供了一種電能質量諧波監測方法，應用於物聯網電能表的電能質量監測模組，物聯網電能表應用於分布式光伏系統中，方法包括：
86.101、對逆變器輸出的電能進行採樣，獲取待測電能原始信號；
87.102、檢測出待測電能原始信號中是否包含暫態分量信號；
88.若包含暫態分量信號，在步驟102之後，執行步驟103；
89.103、根據暫態分量信號和穩態分量信號，生成電能質量參數表；
90.若不包含暫態分量信號，在步驟102之後，執行步驟103；
91.104、根據穩態信號，生成電能質量參數表。
92.可選的，檢測出待測電能原始信號中是否包含暫態分量信號包括：
93.根據小波變換的模極大值檢測法，判斷待檢測電能原始信號是否包含暫態分量信號。
94.可選的，待測電能原始信號包含暫態分量信號，根據暫態分量信號和穩態分量信號，生成電能質量參數表包括：
95.分離暫態分量信號和穩態分量信號；
96.獲取並監測暫態分量信號的信息參數；
97.獲取穩態分量信號的諧波參數；
98.根據信息參數和諧波參數，生成電能質量參數表。
99.可選的，分離暫態分量信號和穩態分量信號包括：
100.通過小波重構待檢測信號，獲得暫態分量波形和穩態分量波形。
101.可選的，獲取並監測暫態分量信號的信息參數包括：
102.通過奇異性和模極大值，獲取並監測暫態分量信號的信息參數，信息參數包括擾動位置、開始時間、結束時間和類型。
103.可選的，獲取穩態分量信號的諧波參數包括：
104.通過快速傅立葉變換進，分析出穩態分量信號的諧波參數。
105.可選的，待測電能原始信號不包含暫態分量信號，根據穩態信號，生成電能質量參數表包括：
106.對待穩態信號，採用加窗插值，並進行快速傅立葉變換，得到包括各次諧波的幅值相位在內的的諧波參數；
107.根據諧波參數，生成電能質量參數表。
108.可選的，對待穩態信號，採用加窗插值，並進行快速傅立葉變換，得到包括各次諧波的幅值相位在內的的諧波參數包括：
109.通過牛頓插值法，獲取生成準同步化序列信號；
110.對準同步化序列信號，進行短時傅立葉變換進行運算，得到包括各次諧波的幅值相位在內的的諧波參數。
111.參照圖2所示，提供了一種電能質量諧波監測系統，系統包括為包括多個物聯網電能表和逆變器的分布式光伏系統，物聯網電能表至少配置電能質量監測模組，其中：
112.逆變器用於輸出電能；
113.電能質量監測模組用於對逆變器輸出的電能進行採樣，獲取待測電能原始信號；
114.電能質量監測模組用於檢測出待測電能原始信號中是否包含暫態分量信號；
115.若包含暫態分量信號，則電能質量監測模組用於根據暫態分量信號和穩態分量信號，生成電能質量參數表；
116.若不包含暫態分量信號，則電能質量監測模組用於根據穩態信號，生成電能質量參數表。
117.可選的，電能質量監測模組具體用於：
118.根據小波變換的模極大值檢測法，判斷待檢測電能原始信號是否包含暫態分量信號。
119.可選的，電能質量監測模組具體用於：
120.分離暫態分量信號和穩態分量信號；
121.獲取並監測暫態分量信號的信息參數；
122.獲取穩態分量信號的諧波參數；
123.根據信息參數和諧波參數，生成電能質量參數表。
124.可選的，電能質量監測模組具體用於：
125.通過小波重構待檢測信號，獲得暫態分量波形和穩態分量波形。
126.可選的，電能質量監測模組具體用於：
127.通過奇異性和模極大值，獲取並監測暫態分量信號的信息參數，信息參數包括擾動位置、開始時間、結束時間和類型。
128.可選的，電能質量監測模組具體用於：
129.通過快速傅立葉變換進，分析出穩態分量信號的諧波參數。
130.可選的，電能質量監測模組具體用於：
131.對待穩態信號，採用加窗插值，並進行快速傅立葉變換，得到包括各次諧波的幅值相位在內的的諧波參數；
132.根據諧波參數，生成電能質量參數表。
133.可選的，電能質量監測模組具體用於：
134.通過牛頓插值法，獲取生成準同步化序列信號；
135.對準同步化序列信號，進行短時傅立葉變換進行運算，得到包括各次諧波的幅值相位在內的的諧波參數。
136.參照圖3所示，提供了一種電能質量諧波監測設備，電能質量諧波監測設備包括：
137.採集模塊，用於對逆變器輸出的電能進行採樣，獲取待測電能原始信號；
138.處理模塊，用於檢測出待測電能原始信號中是否包含暫態分量信號；
139.監測模塊，用於在包含暫態分量信號時，根據暫態分量信號和穩態分量信號，生成電能質量參數表；
140.監測模塊還用於在不包含暫態分量信號時，根據穩態信號，生成電能質量參數表。
141.可選的，處理模塊具體用於：
142.根據小波變換的模極大值檢測法，判斷待檢測電能原始信號是否包含暫態分量信號。
143.可選的，監測模塊具體用於：
144.分離暫態分量信號和穩態分量信號；
145.獲取並監測暫態分量信號的信息參數；
146.獲取穩態分量信號的諧波參數；
147.根據信息參數和諧波參數，生成電能質量參數表。
148.可選的，監測模塊具體用於：
149.通過小波重構待檢測信號，獲得暫態分量波形和穩態分量波形。
150.可選的，監測模塊具體用於：
151.通過奇異性和模極大值，獲取並監測暫態分量信號的信息參數，信息參數包括擾動位置、開始時間、結束時間和類型。
152.可選的，監測模塊具體用於：
153.通過快速傅立葉變換進，分析出穩態分量信號的諧波參數。
154.可選的，監測模塊具體用於：
155.對待穩態信號，採用加窗插值，並進行快速傅立葉變換，得到包括各次諧波的幅值相位在內的的諧波參數；
156.根據諧波參數，生成電能質量參數表。
157.可選的，監測模塊具體用於：
158.通過牛頓插值法，獲取生成準同步化序列信號；
159.對準同步化序列信號，進行短時傅立葉變換進行運算，得到包括各次諧波的幅值相位在內的的諧波參數。
160.需要說明的是，在實際應用中，
161.在分布式光伏發電系統中：
162.對逆變器輸出的電能進行採樣，獲取電能原始信號f(t)；
163.用小波變換的模極大值檢測方法判斷待檢測信號成分；
164.採用小波基函數ψ(t)對待檢測信號f(t)在尺度a做小波變換：
[0165][0166]
計算得到上述小波函數後，變換得到一階導數，對一階導數進行小波變換後計算其極大值，極大值對應點為信號的突變點。
[0167]
判斷信號成分是否包含暫態分量，若包含，執行下述操作：
[0168]
通過奇異性和模極大值的內在關聯準確監測擾動的信息參數，信息參數包括擾動位置、開始時間、結束時間和類型；
[0169][0170]
上述公式為小波重構算法，通過公式重構待檢測信號的暫態分量波形和穩態分量波形，提取出穩態分量波形使用快速傅立葉變換進行運算，分析出諧波參數並記錄。提取出暫態分量波形擾動並記錄。進一步地，輸出電能質量參數表；
[0171]
用小波變換的模極大值檢測方法判斷待檢測信號是否包含暫態分量，若不包含，執行下述操作；
[0172]
電能的頻率存在小幅波動，並不是一直保持在50hz，當受到暫態幹擾時，硬體鎖相環電路採樣頻率根據電網頻率調整時會產生延遲。參照圖2所示，採用雙向牛頓插值法對待檢測信號數據進行修正，實現採樣頻率與實際頻率吻合，解決非同步採樣的問題，採樣信號經過準同步化處理後獲得準同步化採樣序列，與直接採用傅立葉計算相比有效減少頻譜洩露。
[0173]
準同步化採樣序列信號進行加窗處理，用一個時間函數g(t)做窗口函數，用g(t-τ)與待分析信號f(t)相乘；g(ω,τ)
[0174][0175]
g(ω,τ)是窗口函數的傅立葉變換結果，對結果進行快速傅立葉變換運算，精確提取諧波幅值、相位等信息；
[0176]
輸出電能質量參數表。
[0177]
在分布式光伏發電系統中：
[0178]
對逆變器輸出的電能進行採樣，獲取電能原始信號f(t)；
[0179]
用小波變換的模極大值檢測方法判斷待檢測信號成分；
[0180]
採用小波基函數ψ(t)對待檢測信號f(t)在尺度a做小波變換：
[0181]
[0182]
計算得到上述小波函數後，變換得到一階導數，對一階導數進行小波變換後計算其極大值，極大值對應點為信號的突變點。
[0183]
判斷信號成分是否包含暫態分量，若包含，執行下述操作：
[0184]
通過奇異性和模極大值的內在關聯準確監測擾動的信息參數，信息參數包括擾動位置、開始時間、結束時間和類型；
[0185][0186]
上述公式為小波重構算法，通過公式重構待檢測信號的暫態分量波形和穩態分量波形，提取出穩態分量波形使用快速傅立葉變換進行運算，分析出諧波參數並記錄。提取出暫態分量波形擾動並記錄。進一步地，輸出電能質量參數表；
[0187]
用小波變換的模極大值檢測方法判斷待檢測信號是否包含暫態分量，若不包含，執行下述操作；
[0188]
電能的頻率存在小幅波動，並不是一直保持在50hz，當受到暫態幹擾時，硬體鎖相環電路採樣頻率根據電網頻率調整時會產生延遲。參照圖2所示，採用雙向牛頓插值法對待檢測信號數據進行修正，實現採樣頻率與實際頻率吻合，解決非同步採樣的問題，採樣信號經過準同步化處理後獲得準同步化採樣序列，與直接採用傅立葉計算相比有效減少頻譜洩露。
[0189]
準同步化採樣序列信號進行加窗處理，用一個時間函數g(t)做窗口函數，用g(t-τ)與待分析信號f(t)相乘，
[0190][0191]
g(ω,τ)是窗口函數的傅立葉變換結果，對結果進行快速傅立葉變換運算，精確提取諧波幅值、相位等信息；
[0192]
輸出電能質量參數表。
[0193]
上述所有可選技術方案，可以採用任意結合形成本發明的可選實施例，在此不再一一贅述。
[0194]
需要說明的是：上述實施例提供的系統和設備在執行電能質量諧波監測方法時，僅以上述各功能模塊的劃分進行舉例說明，實際應用中，可以根據需要而將上述功能分配由不同的功能模塊完成，即將系統和設備的內部結構劃分成不同的功能模塊，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述實施例提供的一種電能質量諧波監測方法、系統和設備實施例屬於同一構思，其具體實現過程詳見方法實施例，這裡不再贅述。
[0195]
本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例的全部或部分步驟可以通過硬體來完成，也可以通過程序來指令相關的硬體完成，所述的程序可以存儲於一種計算機可讀存儲介質中，上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁碟或光碟等。
[0196]
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。