发电系统的负载监测方法和系统

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种发电系统的负载监测方法和系统。

背景技术

随着人们环境保护意识的不断加强、国家推动绿色低碳发展政策的实施及光伏发电技术的不断发展，发电系统将会被大量的投入使用。而物联网、云计算、大数据、边缘计算等新兴技术的不断发展，使得智慧能源管理系统的实现也成为可能，因此，对发电系统的电量信息及负载用电信息的收集显得更为重要。

现有的发电系统负载监测方法主要有：

1、将监测装置的测量点仅设置在负载侧，监测到的电能信息传输至本地管理系统。该方法不便于远程管理，仅监测了负载侧的用电信息，并不能得到负载侧所用电能的来源信息。为达到这一目的，还需要根据同一时刻逆变侧、电网侧的电能信息进行分析。

2、将监测装置的测量点仅设置在电网侧，采集到的电量信息通过本地通信传输至系统中的其他设备，由其他设备将接收到的数据和自身数据一起传输至服务器，进而得到负载的电能信息。该方法增加了设备之间的耦合度，降低了系统的柔性，不利于系统功能的扩展与调整；不利于用户对监测装置进行本地数据访问和设置；无法同步地获取发电系统的逆变侧、负载侧及电网侧的电能信息。

综上所述，目前对发电系统的负载进行监测的策略似乎还未出现系统耦合度低、监测数据同步、便于用户使用和符合智慧能源管理系统发展潮流的方法和装置，所以提供一种新的用于发电系统的负载的监测方法和装置显得十分重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实时、高精度、同步监测发电系统的负载侧电能信息，能够提供稳定、可靠的数据信息的发电系统的负载监测方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种发电系统的负载监测方法，包括以下步骤：

步骤S21：实时、同步获取发电系统的逆变侧和电网侧的电能数据；

步骤S22：利用所述发电系统的逆变侧和电网侧的电能数据计算所述发电系统的负载侧的电能数据，从而实现对所述发电系统的负载监测。

所述发电系统的负载监测方法还包括以下步骤：

步骤S23：对所述负载侧的电能数据进行电能特征提取，对所述发电系统的负载侧的电能数据进行存储。

所述发电系统的负载监测方法还包括以下步骤：

步骤S24：上传所述发电系统的负载侧的电能数据。

所述步骤S21中，在电压采样点获取采样电压，在电流采样点获取采样电流，所述电压采样点为所述发电系统的逆变侧至电网侧的输电线路上的任意一点，所述电流采样点为所述发电系统的逆变侧的任意一点和所述发电系统的电网侧的任意一点，则所述步骤S22中利用所述采样电压和所述采样电流计算所述发电系统的逆变侧和电网侧的电能数据。

所述步骤S22中，根据能量守恒定律和基尔霍夫电流定律计算所述发电系统的负载侧的电能数据。

本发明还提供一种采用上述发电系统的负载监测方法的发电系统的负载监测装置，其方案是：

一种发电系统的负载监测装置，包括：

数据获取单元，所述数据获取单元用于实时、同步获取发电系统的逆变侧和电网侧的电能数据；

主控单元，所述主控单元用于利用所述发电系统的逆变侧和电网侧的电能数据计算所述发电系统的负载侧的电能数据，从而实现对所述发电系统的负载监测；

所述主控单元与所述数据获取单元相连接。

所述数据获取单元包括：

电压互感器，所述电压互感器用于在电压采样点获取采样电压，所述电压采样点为所述发电系统的逆变侧至电网侧的输电线路上的任意一点；

电流互感器，所述电流互感器用于在电流采样点获取采样电流，所述电流采样点为所述发电系统的逆变侧的任意一点和所述发电系统的电网侧的任意一点；

电压采样模块，所述电压采样模块与所述电压互感器相连接，用于将所述采样电压转换为所需的电压信号；

电流采样模块，所述电流采样模块与所述电流互感器相连接，用于将所述采样电流转换为所需的电流信号；

测量模块，所述测量模块分别与所述电压采样模块、所述电流采样模块相连接，用于根据所述电压信号和所述电流信号计算所述发电系统的逆变侧和电网侧的电能数据；

所述主控单元包括：

主控模块，所述主控模块与所述测量模块相连接，用于利用所述发电系统的逆变侧和电网侧的电能数据计算所述发电系统的负载侧的电能数据。

发电系统的负载监测装置还包括：

存储模块，所述存储模块与所述主控模块相连接，用于对所述发电系统的负载侧的电能数据进行存储。

所述发电系统的负载监测装置还包括：

通信模块，所述通信模块与所述主控模块相连接，用于上传所述发电系统的负载侧的电能数据。

所述通信模块包括：

无线通信模块，所述无线通信模块与所述主控模块相连接，用于将所述发电系统的负载侧的电能数据上传至服务器、由所述服务器获取指令并发送给所述主控模块；

有线通信模块，所述有线通信模块与所述主控模块相连接，用于将所述发电系统的负载侧的电能数据传送给本地监测装置。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明能够实时、高精度、同步监测发电系统的负载侧电能信息。

附图说明

附图1为本发明的发电系统的负载监测装置的原理框图。

附图2为本发明的发电系统的负载监测方法的流程图。

附图3为本发明的发电系统的负载监测装置的工作流程图。

附图4为本发明的发电系统的负载监测装置的本地设置、访问流程图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：如附图2所示，发电系统包括并网逆变器12，并网逆变器12连接至电网，而负载15连接在并网逆变器12与电网之间的线路上。

一种由负载监测装置11实现的发电系统的负载监测方法，包括以下步骤：

步骤S21：实时、同步获取发电系统的逆变侧和电网侧的电能数据；

步骤S22：利用发电系统的逆变侧和电网侧的电能数据，计算发电系统的负载侧的电能数据，并分析电能质量，从而实现对发电系统的负载监测；

步骤S23：对负载侧的电能数据进行加工、处理，以进行电能特征提取，对发电系统的负载侧的电能数据，尤其是故障信息进行存储；

步骤S24：上传发电系统的负载侧的电能数据。

步骤S21中，在电压采样点获取采样电压，在电流采样点获取采样电流，电压采样点为发电系统的逆变侧至电网侧的输电线路上的任意一点，即并网逆变器12与电网之间的任意一点，电流采样点为发电系统的逆变侧的任意一点和发电系统的电网侧的任意一点，则步骤S22中利用采样电压和采样电流计算发电系统的逆变侧和电网侧的电能数据。

步骤S22中，根据能量守恒定律和基尔霍夫电流定律计算发电系统的负载侧的电能数据。

步骤S23中，对故障信息进行存储，用于为运维和本地访问提供故障信息。

步骤S24中，使用负载监测装置11的通信功能对负载侧的电能数据进行上传，不借助发电系统中的其他设备，降低了系统的耦合度，提高了系统的柔性。

实现上述发电系统的负载监测方法的发电系统的负载监测装置11如附图1所示，其包括数据获取单元、主控单元、存储模块115、通信模块以及常规的电源模块111。负载监测装置11根据逆变侧和电网侧的电能数据，完成对负载侧用电情况的监测。该负载监测装置11不限于应用在本实施例中的光伏发电系统10中。

数据获取单元用于实时、同步获取发电系统的逆变侧和电网侧的电能数据。数据获取单元包括电压互感器、电流互感器13和14、电压采样模块118、电流采样模块119、测量模块117。电压互感器用于在电压采样点获取采样电压，电压采样点为发电系统的逆变侧至电网侧的输电线路上的任意一点，即将电压互感器设置在发电系统的逆变侧至电网侧的输电线路上的任意一点处。电流互感器13、14用于在电流采样点获取采样电流，电流采样点为发电系统的逆变侧的任意一点和发电系统的电网侧的任意一点，即将两个电流互感器13、14分别间接（无损的）接入至发电系统的逆变侧和电网侧。电压采样模块118与电压互感器相连接，其用于将采样电压转换为测量模块117所要求的所需的电压信号。电流采样模块119与电流互感器13、14相连接，其用于将采样电流转换为测量模块117所要求的所需的电流信号。测量模块117分别与电压采样模块118、电流采样模块119相连接，采用高精度计量芯片，其用于同步、高精度地根据电压信号和电流信号计算发电系统的逆变侧和电网侧的电能数据，并由其内部ADC产生离散数据，对电能质量进行分析。

主控单元与数据获取单元相连接，用于从测量模块117获取逆变侧和电网侧的电能数据并进行加工、处理，利用发电系统的逆变侧和电网侧的电能数据计算发电系统的负载侧的电能数据，从而实现对发电系统的负载监测，还用于控制、协调各个功能模块。其中，对逆变侧和电网侧的电能数据的加工、处理，除了包括由发电系统的逆变侧和电网侧的电能数据计算发电系统的负载侧的电能数据，还可以包括通过傅里叶变换对离散数据进行电能特征提取，并结合测量模块117给出的电能质量信息对特征数据进行筛选、压缩。

存储模块115与主控模块116相连接，其采用存储芯片，用于在服务器中断通信时，对发电系统的负载侧的电能数据进行本地存储，还用于存储负载监测装置11的原始出厂数据。

通信模块与主控模块116相连接，用于上传发电系统的负载侧的电能数据。通信模块包括两部分，分别为无线通信模块113和有线通信模块114。无线通信模块113与主控模块116相连接，用于接收主控模块116发出的发电系统的负载侧的电能数据，将发电系统的负载侧的电能数据上传至服务器、由服务器获取指令并发送给主控模块116，以便主控模块116实现控制功能。有线通信模块114与主控模块116相连接，用于将发电系统的负载侧的电能数据传送给本地监测装置，以实现本地设置、给运维人员提供负载监测装置11的工作状态、作为负载监测装置11融入发电系统的接口而将电能数据提供给发电系统中的其他设备。

主控模块116还连接有用于指示负载监测装置11工作状态和通信状态的指示灯112。

电源模块111的输入与电压互感器相连接，输出与需要供电的各个功能模块相连接，从而对从电压采样点获得的电能进行处理、转换，并提供给负载监测装置11中的各功能模块使用。

上述负载监测方法的具体工作过程如附图3所示，包括以下步骤：

步骤S31：电压采集模块通过电压互感器采集电网侧和逆变侧的电压，电流采集模块通过电流互感器13、14同步采集电网侧和逆变侧的电流；

步骤S32：测量模块117利用高精度计量芯片对电能信息进行计算，获得发电系统的电网侧和逆变侧的电能数据；

步骤S33：主控模块116读取测量模块117，获取发电系统的电网侧和逆变侧的电能数据，包括电压、电流、功率、电能、相序、过流等测量数据，并读取测量模块117的ADC缓冲区数据；

步骤S34：主控模块116对读取到的数据信息进行加工、处理，得到发电系统的负载侧的电能数据，并对关键信息进行存储，主要是对电量信息和电能质量问题信息进行存储；

步骤S35：主控模块116定时将电能数据通过无线通信模块113发送至服务器；

步骤S36：主控模块116判断是否成功将电能数据上传至服务器；

步骤S37：如果电能数据上传成功，则判断有本地存储数据需要上传；

步骤S38：如果电能数据上传失败，则对电能数据进行本地存储；

步骤S39：如果有本地数据需要上传，则传输本地存储的数据。

如附图4所示，该负载监测装置11的本地设置和访问过程如下：

步骤S41：判断是否存在主机申请访问的实时信息和存储的信息；

步骤S42：如果有，则主控模块116通过有线通信模块114发送负载监测数据。

由以上技术方案可知，本发明的负载监测方法，通过互感器采集电流信号，可以较方便的接入系统；负载监测装置11具有远程通信功能，不需要借助系统中其他设备即可完成数据通信；可以通过负载监测装置11的本地通信功能同时获取光伏发电系统10的电网侧、逆变侧、负载侧的电能数据；通过负载监测装置11的高精度计量芯片可以同步获取逆变侧和电网侧数据。

从而，本发明所解决的技术问题是实现对光伏发电系统10的负载监测。使用该方法能够实时、高精度、同步的监测光伏发电系统10的负载的电能信息，为支持智慧能源管理系统的发展提供稳定、可靠的数据信息；能够在任何光伏发电系统10中动态的增加和裁剪该监测装置，不受系统中其他设备功能的限制。具有非常好地实际应用价值，且有助于推动智慧能源管理系统实时监测机制的完善。

本发明提供了一种能够实时、高精度、同步、综合地监测光伏发电系统10的负载电能信息的方法，安装较为方便，对系统其它设备无依赖性，便于系统的扩展和维护。另外，负载监测装置11对数据的计算、分析、存储的功能，也可以为智慧能源管理系统的构建提供可靠、精准、有效的数据。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。