一种配网设备综合能效检测系统及装置

技术领域

本申请涉及配电网设备优化检测技术领领域，特别是涉及一种配网设备综合能效检测系统及装置。

背景技术

配电网损耗是综合反映电力网规划设计、生产运行和经营管理水平的主要经济技术指标。由于线路分布广、电气设备多，配电网始终存在损耗率较高的问题，其中分析配电网中关键设备的损耗尤为重要。

当前配电网供电电压存在的电压谐波、电压偏差、电压暂降等稳态和暂态扰动，并且用电负荷存在的非线性、不平衡、低功率因数等电能质量问题也日益突出。配网设备的损耗受自身参数、运行方式及运行环境等多种因素影响，配电网上电能质量问题会引起设备的附加损耗增加，对电网企业的经济效益影响深远。

目前配网设备关于能效的测试数据基本上是在理想的供电环境或单一电能质量指标扰动下得到的，配网设备的能效分析系统对电能质量单一影响因素进行归纳和分析。实际配电网中包含复杂的电能质量问题，当多个电能质量指标共同作用时，存在相互间的耦合，导致复合电能质量扰动对配网设备能效分析的影响是十分复杂的。当配电网中存在复杂电能质量问题时不但会产生较大的计算及分析误差，同时配电设备在不同电能质量指标作用下表现出不同的能效特征。因此研究配电网中关键设备在复合电能质量扰动下的综合能效具有重要的意义。

鉴于上述技术，寻求一种配电网中关键设备在复合电能质量扰动下的综合能效是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种配网设备综合能效检测系统及装置。

为解决上述技术问题，本申请提供一种配网设备综合能效检测系统，包括：并网整流装置、电压扰动装置、电流扰动装置、输入侧能效测量装置、输出侧能效测量装置、能效综合分析控制系统；

其中，并网整流装置的第一端连接电源，并网整流装置的第二端连接电压扰动装置的第一端；

电压扰动装置的第二端连接输入侧能效测量装置的第一端；

电流扰动装置的第一端连接并网整流装置的第二端，电流扰动装置的第二端连接输出侧能效测量装置的第一端；

输入侧能效测量装置的第二端连接被测配网设备第一端，输出侧能效测量装置的第二端连接被测配网设备第二端，

其中，能效综合分析控制系统连接并网整流装置、电压扰动装置、电流扰动装置、输入侧能效测量装置、输出侧能效测量装置的第三端。

优选地，还包括：直流支撑装置、升压装置；

直流支撑装置的第一端连接并网整流装置的第二端，直流支撑装置的第二端连接电压扰动装置的第一端；

升压装置的第一端连接电压扰动装置的第二端，升压装置的第二端连接输入侧能效测量装置的第一端。

优选地，被测配网设备的类型为4种，分别为被测低压设备，被测变压器，被测高压设备，光伏逆变器；

其中，被测低压设备的第一端连接电压扰动装置的第二端，被测低压设备的第二端连接电流扰动装置的第二端；

被测变压器的第一端连接升压装置的第二端，被测变压器的第二端连接电流扰动装置的第二端；

被测高压设备的第一端连接升压装置的第二端，被测高压设备的第二端连接降压装置的第二端；

光伏逆变器的第一端连接光伏模拟方阵的第二端，光伏模拟方阵的第一端连接电压扰动装置的第二端，光伏逆变器的第二端连接并网变压器的第二端，并网变压器的第一端连接降压装置的第二端，降压装置的第一端连接电流扰动装置的第二端。

优选地，并网直流装置为晶体管构成的三相全桥逆变器。

优选地，电压扰动装置为晶体管构成的三相全桥逆变器。

优选地，电流扰动装置为晶体管构成的三相全桥逆变器。

优选地，直流支撑装置由电容并联电阻组成。

优选地，升压装置由变压器和整流桥组成。

为解决上述问题，本申请还提供一种配网检测装置，包括上述配网设备综合能效检测系统。

本申请所提供的一种配网设备综合能效检测系统，包括：并网整流装置、电压扰动装置、电流扰动装置、输入侧能效测量装置、输出侧能效测量装置、能效综合分析控制系统，其中，并网整流装置的第一端连接电源，第二端连接电压扰动装置的第一端，电压扰动装置的第二端连接输入侧能效测量装置的第一端，电流扰动装置的第一端连接并网整流装置的第二端，第二端连接输出侧能效测量装置的第一端，输入侧能效测量装置的第二端连接被测配网设备第一端，输出侧能效测量装置的第二端连接被测配网设备第二端，能效综合分析控制系统连接并网整流装置、电压扰动装置、电流扰动装置、输入侧能效测量装置、输出侧能效测量装置的第三端。本申请中的装置和系统具备开展电能质量扰动对典型配电设备能效影响的分析能力，并且可以量化各类电能质量扰动与配电设备能效的关联度，实现对电能质量影响的配电设备能效的测量、计算、分析方法和验证。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为本申请实施例提供的配网设备综合能效检测系统的框图；

图2为本申请实施例提供的配网设备综合能效检测系统测试系统图；

图3为本申请实施例提供的配网设备综合能效检测工作模式图；

图4为本申请实施例提供的电能质量扰动装置组成示意图；

图5为本申请实施例提供的电能质量扰动装置控制策略图；

图6为本申请实施例提供的配网设备综合能效检测系统流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护范围。

本申请的核心是提供一种配网设备综合能效检测系统及装置。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

图1为本申请实施例提供的配网设备综合能效检测系统的框图，如图1所示，一种配网设备综合能效检测系统，包括：并网整流装置、电压扰动装置、电流扰动装置、输入侧能效测量装置、输出侧能效测量装置、能效综合分析控制系统，其中，并网整流装置的第一端连接电源，第二端连接电压扰动装置的第一端，电压扰动装置的第二端连接输入侧能效测量装置的第一端，电流扰动装置的第一端连接并网整流装置的第二端，第二端连接输出侧能效测量装置的第一端，输入侧能效测量装置的第二端连接被测配网设备第一端，输出侧能效测量装置的第二端连接被测配网设备第二端，能效综合分析控制系统连接并网整流装置、电压扰动装置、电流扰动装置、输入侧能效测量装置、输出侧能效测量装置的第三端。

在具体实施例中，电源为1，并网整流装置为2，电压扰动装置为3，输入侧能效测量装置为4、被测配网设备为5、输出侧能效测量装置为6、电流扰动装置为7，能效综合分析控制系统为8。

在具体实施例中，并网整流装置2的第一端连接电源1，电压扰动装置3的第二端连接并网整流装置2的第二端，电压扰动装置3的第二端输入侧能效测量装置4的第一端，用于输出低压复合电压扰动波形；电流扰动装置7的第一端连接并网整流装置2的第二端，电流扰动装置7的第二端连接输出侧能效测量装置6的第一端，用于输出低压复合电流扰动波形；输入侧能效测量装置4及输出侧能效测量装置6用于检测数据；能效综合分析控制系统8用于完成对各个设备的功能及参数设置、启停控制、状态显示、信号采集存储、数据分析等功能。。

在具体实施例中，本申请不限定并网整流装置、电压扰动装置，电流扰动装置，能效检测装置的具体电路连接关系，可以根据用户的需要，自行选择，其中，能效综合分析控制系统由可以是由微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)实现，本申请不限定。

其中，能效检测装置可以是电压、电流互感器及电能质量分析仪器，本申请不做限定，可以根据用户的需要，自行设置。

本实施例中的被测配网设备的能效分析在复合电能质量扰动环境下完成；并且被测配网设备的可同时进行电压及电流扰动；并且在满足被测配网设备额定工作条件下，扰动装置的能量通过直流环节进行交换。

本申请所提供的一种配网设备综合能效检测系统，包括：并网整流装置、电压扰动装置、电流扰动装置、输入侧能效测量装置、输出侧能效测量装置、能效综合分析控制系统，其中，并网整流装置的第一端连接电源，第二端连接电压扰动装置的第一端，电压扰动装置的第二端连接输入侧能效测量装置的第一端，电流扰动装置的第一端连接并网整流装置的第二端，第二端连接输出侧能效测量装置的第一端，输入侧能效测量装置的第二端连接被测配网设备第一端，输出侧能效测量装置的第二端连接被测配网设备第二端，能效综合分析控制系统连接并网整流装置、电压扰动装置、电流扰动装置、输入侧能效测量装置、输出侧能效测量装置的第三端。本申请中的装置和系统具备开展电能质量扰动对典型配电设备能效影响的分析能力，并且可以量化各类电能质量扰动与配电设备能效的关联度，实现对电能质量影响的配电设备能效的测量、计算、分析方法和验证。

在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施例，配网设备综合能效检测系统还包括：直流支撑装置、升压装置；

直流支撑装置的第一端连接并网整流装置的第二端，直流支撑装置的第二端连接电压扰动装置的第一端；

升压装置的第一端连接电压扰动装置的第二端，升压装置的第二端连接输入侧能效测量装置的第一端。

在具体实施例中，本检测平台需提供0.4kV低压交流电源，并网整流装置交流侧接入交流电源，其直流侧接入直流支撑装置，输出直流电压为1000V，电压扰动装置直流侧接入直流支撑装置，交流侧输出低压复合电压扰动波形，升压至10kV，经输入侧能效测量装置接入被测配电设备的高压侧，其0.4kV低压侧经输出侧能效测量装置接入电流扰动装置交流侧，电流扰动装置直流侧接入直流支撑装置。能效综合分析控制系统通过交换机分别与并网整流装置、电压扰动装置、电流扰动装置、输入侧能效测量装置、输出侧能效检测装置连接，完成对各个设备的功能及参数设置、启停控制、状态显示、信号采集存储、数据分析等功能。

在具体实施例中，如图2所示，电源为1，并网整流装置为2，电压扰动装置为3，输入侧能效测量装置为4、被测配网设备为5、输出侧能效测量装置为6、电流扰动装置为7，能效综合分析控制系统为8、直流支撑装置为9、升压装置为10。其中AC代表交流电，DC代表直流电。

在具体实施例中，输入侧能效检测装置4检测被测配网设备5中高压侧的数据，输出侧能效检测装置6检测被测配网设备5中低压侧的数据。

在具体实施例中，本申请不限定并网直流装置、直流支撑装置、升压装置的具体器件和电路的连接关系，可以根据用户的需要，自行选择。并且上述实施例的连接关系仅是一种可以实现的方式，并不代表只有该种实现方式，可以根据用户的需要，自行选择。

本实施例中的并网直流装置、直流支撑装置、升压装置，只需为后端设备提供其有功损耗，检测平台对电源的容量要求较低，不对交流侧电网产生较大影响。

在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施例，被测配网设备的类型为4种，分别为被测低压设备，被测变压器，被测高压设备，光伏逆变器；

其中，被测低压设备的第一端连接电压扰动装置的第二端，被测低压设备的第二端连接电流扰动装置的第二端；

被测变压器的第一端连接升压装置的第二端，被测变压器的第二端连接电流扰动装置的第二端；

被测高压设备的第一端连接升压装置的第二端，被测高压设备的第二端连接降压装置的第二端；

光伏逆变器的第一端连接光伏模拟方阵的第二端，光伏模拟方阵的第一端连接电压扰动装置的第二端，光伏逆变器的第二端连接并网变压器的第二端，并网变压器的第一端连接降压装置的第二端，降压装置的第一端连接电流扰动装置的第二端。

在具体实施例中，如图3所示，被测低压设备为12，被测变压器为13，被测高压设备为14，光伏逆变器为15，降压装置为16，并网变压器为17，光伏模拟方阵为18。

在具体实施例中，被测低压设备12，被测变压器13，被测高压设备14，光伏逆变器15代表四种模式，模式一的检测对象为被测低压设备12，其中被测低压设备12可能是低压开关、低压电缆线路等设备，其一次回路为：电源1-并网整流装置2-电压扰动装置3-被测低压设备12-电流扰动装置7-并网整流装置2。用于测量被测低压设备12中的相关数据。

模式二的检测对象为被测变压器13，其中被测变压器13可以是配电变压器设备等，其一次回路为：电源1-并网整流装置2-电压扰动装置3-升压装置10-被测变压器13-电流扰动装置7-并网整流装置2。用于测量被测变压器13中的相关数据。

模式三的检测对象为被测高压设备14，其中，被测高压设备14可以是高压开关、高压电缆线路等设备，其一次回路为：电源-1并网整流装置2-电压扰动装置3-升压装置10-被测高压设备14--降压装置16-电流扰动装置-7并网整流装置2。用于测量被测高压设备14中的相关数据。

模式四的检测对象为光伏逆变器15，其一次回路为：电源1-并网整流装置2-电压扰动装置3-光伏模拟方阵18-光伏逆变器15-并网变压器17-降压装置16-电流扰动装置7-并网整流装置2。用于检测光伏逆变器15是否符合使用标准。

其中，每一种模式的选择，对应的一种开关，可以根据用户的需要，自行选择需要测量的设备，四种模式可以任意配合开启，本申请不做限定，可以根据用户的需要，自行选择。

本申请中的被测低压设备12，被测变压器13，被测高压设备14，光伏逆变器15，降压装置16，并网变压器17，光伏模拟方阵18本申请不限定具体器件的选择和型号，可以根据用户的需要，自行选择，秩序满足上述要求即可。

本申请中的四种模式对应的四种检测方式仅是一种可以实现的方式，但是不代表只有该种实现方式，可以根据用户的需要，自行选择。

本实施例主要配置电能质量扰动源、能效测量装置、能效综合分析控制系统，其中电能质量扰动源为电压扰动装置和电流扰动装置，具备开展电能质量扰动对被测低压设备，被测变压器，被测高压设备，光伏逆变器等典型配电设备能效影响的分析能力，可以量化各类电能质量扰动与配电设备能效的关联度，并且实现对电能质量影响的配电设备能效的测量、计算、分析方法和验证。

在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施例，并网直流装置为晶体管构成的三相全桥逆变器，电压扰动装置为晶体管构成的三相全桥逆变器，电流扰动装置为晶体管构成的三相全桥逆变器，直流支撑装置由电容并联电阻组成，升压装置由变压器组成。

在具体实施例中，图4为本申请实施例提供的电能质量扰动装置组成示意图，如图4所示，其中电能质量扰动装置包括并网直流装置2、电压扰动装置3、电流扰动装置7、直流支撑装置9、预充电装置。其中并网整流装置2、电压扰动装置3和电流扰动装置7均为由绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)构成的三相全桥逆变器，组成背靠背拓扑结构。直流支撑装置9由电解电容串并联和均压电阻组成，为逆变器提供的直流支撑和能量交换。预充电装置由变压器组成，为直流支撑电容预充电。

其中，V1-V18均为IGBT，电阻R1，电容C1，L1-L9均为电感，D1-D6均为二极管，Q1为变压器。

在具体实施例中，L1的第一端连接电源1的第一相，L1的第二端连接V1的第一端，及V4的第一端，L2的第一端连接电源1的第二相，L2的第二端连接V2的第一端，及V5的第一端，L3的第一端连接电源1的第三相，L3的第二端连接V3的第一端，及V6的第一端，V1、V2、V3的第二端连接C1的第一端，及R1的第一端，V4、V5、V6的第二端连接C1的第二端，及R1的第二端。

L4的第一端连接升压装置10，L4的第二端连接V9的第一端，及V12的第一端，L5的第一端连接升压装置10，L5的第二端连接V8的第一端，及V11的第一端，L6的第一端连接升压装置10，L6的第二端连接V7的第一端，及V10的第一端，其中，V7、V8、V9的第二端与V1、V2、V3的第二端连接，及C1的第一端，及R1的第一端，V10、V11、V12的第二端连接V4、V5、V6的第二端，及C1的第二端，及R1的第二端。

L7的第一端连接降压装置16，L7的第二端连接V15的第一端，及V18的第一端，L8的第一端连接降压装置16，L8的第二端连接V14的第一端，及V17的第一端，L9的第一端连接降压装置16，L9的第二端连接V13的第一端，及V16的第一端，V13、V14、V15的第二端连接V7、V8、V9的第二端，及C1的第一端，及R1的第一端，及V1、V2、V3的第二端；V15、V17、V18的第二端连接V10、V11、V12的第二端，及V4、V5、V6的第二端，及C1的第二端，及R1的第二端。

Q1的第一输入端连接电源1的第一相，及L1的第一端，Q1的第二输入端连接电源1的第二相，及L2的第一端，Q1的第三输入端连接电源1的第三相，及L3的第一端，Q1的第一输出端连接D1的第一端，及D4的第一端，Q2的第二输出端连接D2的第二端，及D5的第二端，Q1的第三输出端连接D3的第一端，及D6的第一端，其中，D1、D2、D3的第二端连接V13、V14、V15的第二端，D4、D5、D6的第二端连接V15、V17、V18的第二端。

其中，如图5所示，并网整流装置2控制方式：将给定直流母线电压V

电压扰动装置3可以对输出电压进行调幅调频调相，可同时模拟电源侧多种电压质量问题及其任意组合。其控制方式为：将电压扰动给定信号分解为电压正序有功分量v

电流扰动装置7可以对输出电流进行调幅调频调相，可同时模拟负载侧多种电流质量问题。其控制方式为：将电流扰动给定信号分解为电流正序有功分量i

本实施例中的一种配网设备检测平台的输入电压为0.4kV，输出电压为0～13kV，额定容量为1MVA，支持能量的全功率回馈。通过电压扰动装置得到需要的电压扰动输出波形，如电压暂降、电压骤升、三相不平衡、电压谐波、电压频率变化、电压波动与闪变等，可实现上述扰动的组合输出。通过电流扰动装置得到需要的电流扰动输出波形，如输出电流三相不平衡、电流谐波、电流波动、功率因数偏差及冲击性扰动等，可实现上述扰动的组合输出。

一种配网设备检测平台在运行过程中，只需电网提供较低的能量，且基本不对电网产生的电能质量扰动。检测平台可对被测设备同时提供额定电压及额定电流的满载应用工况，并可分别对被测设备输入及输出端口产生可控制的复合电能质量扰动。配网设备在复杂电能质量扰动下的能效分析有利于测试和识别不同电能质量干扰下对设备性能参数的影响，使设备功率损耗降低，以提高设备性能降低配电网的运行和检修成本，提高经济效益和用户的电能质量，降低配电网的故障率。检测平台既可有效模拟真实配电网中各种分布式电源、动态装置、用电负荷运行产生的各类电能质量扰动，又可以模拟局域配电网等效节点上的传播扰动，结合了未来新能源发电的发展方向，可完成光伏逆变器电气性能检测及光伏电站评估验收等相关技术工作。

在上述实施例中，对于一种配网设备综合能效检测系统进行了详细描述，本申请还提供一种配网检测装置对应的实施例。由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

在具体实施例中，一种配网检测装置，包括一种配网设备综合能效检测系统，其中一种配网设备综合能效检测系统包括：并网整流装置、电压扰动装置、电流扰动装置、输入侧能效测量装置、输出侧能效测量装置、能效综合分析控制系统，其中，并网整流装置的第一端连接电源，第二端连接电压扰动装置的第一端，电压扰动装置的第二端连接输入侧能效测量装置的第一端，电流扰动装置的第一端连接并网整流装置的第二端，第二端连接输出侧能效测量装置的第一端，输入侧能效测量装置的第二端连接被测配网设备第一端，输出侧能效测量装置的第二端连接被测配网设备第二端，能效综合分析控制系统连接并网整流装置、电压扰动装置、电流扰动装置、输入侧能效测量装置、输出侧能效测量装置的第三端。本申请中装置和系统具备开展电能质量扰动对典型配电设备能效影响的分析能力，并且可以量化各类电能质量扰动与配电设备能效的关联度，实现对电能质量影响的配电设备能效的测量、计算、分析方法和验证。

本申请中的一种配网设备综合能效检测系统的具体流程如图6所示：

S10：根据测试模式，调整开关状态。

S20：直流支撑装置中的电容预充电。

S30：启动并网整流装置。

S40：启动电压扰动装置。

S50：启动电流扰动装置。

S60：测试数据，建立数据模型。

S70：验证和修正理论计算及仿真模型。

其中，S40中，启动电压扰动装置包括：调整k

在具体实施例中，首先根据用户的选择测试模式，调整对应的开关状态，然后对直流支撑装置中的电容充电，依次启动并网整流装置，电压扰动装置，和电流扰动装置，根据测试的数据，建立模型，并验证。

其中模型可以根据用户的需要，自行选择模型的类型，本申请不做限定。

以上对本申请所提供的一种配网设备综合能效检测系统及装置进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。