本申请涉及电能优化技术领域，特别涉及一种电能质量保护系统。
背景技术：
传统的电能质量保护系统是采用大功率可关断型电力电子技术，可以快速连续补偿无功、准确控制系统电压和功率因数、滤除电力谐波净化电源、平衡三相负荷等功能，可有效降低线路损耗，延长电力设备使用寿命，解决配网中的无功、谐波、电压波动以及三相不平衡等电能质量问题。
但是，现有的电能质量保护系统，抗干扰的性能较差，容易受到其他电力元件的干扰；同时，不能适应恶劣环境，可靠性低，在电力系统中的电力元件发生故障后通知值班人员的范围较小，值班人员不能及时发现电力系统中的电力元件或电力系统的重大故障；对保障安全生产，安全用电占有很重要的地位，在用于对大中型电机的保护方面，其保护范围和动作时间都会受到电机启动电流的限制，不是保护范围过大，就是动作时间太长，以致不能可靠地保障机电设备的安全，而造成不必要的损失。
技术实现要素：
本申请的主要目的在于提供一种新型的电能质量保护系统，以解决目前传统电能质量保护系统抗干扰性能差、可靠性低、在对大型电机的保护方面，保护范围和动作时间会受到电机启动电流的限制，而导致的保护范围过大，不能可靠地保障几点设备的安全等技术问题。
为了实现申请目的，本申请提供了一种新型的电能质量保护系统，包括滤波器模块、补偿模块、继电保护模块、监控模块；
其中，所述滤波器模块，用于实时检测电网上负载产生的谐波电流，并产生与负载谐波相等、相位相反的补偿电流施加于电网，以便抵消谐波电流；
所述补偿模块，用于利用并联电容电抗投切方式实现无功补偿、谐波治理以及平衡三相负荷，所述补偿模块包括有源滤波器apf以及静止无功发生器svg；
所述继电保护模块包括变换补偿单元、门限鉴别单元、控制输出单元；所述变换补偿单元，用于将输入的电流转变为线性的模拟直流电压；所述门限鉴别单元由逻辑门电路、门限鉴别电路组成；所述控制输出单元由保护输出、报警输出组成；
所述监控模块，用于实现对电能质量的实时监控，并对电能质量进行管理和保护；所述监控模块包括互感器件、a/d采样单元、数据处理单元、通信单元。
优选的，所述滤波器模块采用自换桥式电路通过电抗器并联在电网的电缆线上，具体用于通过所述电缆线采集三相电流谐波，并根据所述三相电流谐波生成一个反向电流谐波，反馈至所述补偿模块。
优选的，所述滤波器模块为采用小波神经网络去噪方法的三相可控电流源。
优选的，所述apf与svg采用并联补偿方式，所述补偿模块连接至所述滤波器模块，具体用于对谐波信号进行检测，并根据检测出的谐波信号生成对应的补偿信号，所述补偿模块包括谐波电流检测单元、滞环电流控制单元、由所述apf与svg组成的并联补偿单元。
优选的，所述变换补偿单元的输入端连接于电网上连接于负载的电缆线，用于将输入的三相电流转换为线性的模拟直流电压，并在所述模拟直流电压超出允许变化范围内时，进行电压补偿；所述门限鉴别单元，用于将来自所述变换补偿单元的模拟直流电压流经所述逻辑门电路的上限门电路、下限门电路，得到所述三相电流中的最大值和最小值，并将所述最大值确定为控制门输入，将所述最小值确定为缺相门和空载门输入；控制输出单元由双稳态触发器和可控硅断路器组成，所述报警输出采用晶体管控制的灵敏继电器。
优选的，所述门限鉴别单元采用由输入电流控制的开关电路。
优选的，所述调速控制单元，所述互感器件具体用于将所述电网上的电信号进行降流或降压，以便使所述电信号可以用于数据处理；所述a/d采样单元具体用于对所述降流或降压的电信号进行采样；所述数据处理单元具体用于对采样后的电信号进行指标计算，以便确定所述电网中的电力传输是否出现故障；所述通信单元具体用于将指标计算后的结果反馈至监控端。
本申请提供的一种新型的电能质量保护系统，与目前传统的电能质量保护系统相比，本新型的电能质量保护系统通过滤波器模块检测电网上的谐波电流，并产生补偿电流施加于电网中，实现优化电能质量的，补偿模块采用apf与svg组合方式，实现无功补偿、谐波治理、平衡三相负荷，通过继电保护模块实现三相保护、过流保护，以便在出现异常情况下进行报警输出，最后通过监控模块为电力系统的监控人员提供电能质量的历史记录，以便做出分析判断。本新型的电能质量保护系统解决了传统电能质量保护系统抗干扰性能差、可靠性低、在对大型电机的保护方面，保护范围和动作时间会受到电机启动电流的限制，而导致的保护范围过大，不能可靠地保障几点设备的安全等技术问题，是一种对电能质量进行优化的系统，该系统能提高功率因数、降低谐波畸变、解决三相不平衡、电压波动闪变。
附图说明
图1为本申请实施例中一种新型的电能质量保护系统的结构示意图；
图2为本申请实施例中补偿模块的结构示意图；
图3为本申请实施例中补偿模块硬件结构示意图；
图4为本申请实施例中监控模块的结构示意图；
图5为本申请实施例中监控模块硬件结构示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，并不用于限定本申请。
为了克服目前传统电能质量保护系统对于环境恶劣、干扰性强以及大中型电机在电能质量保护方面的缺点。本申请实施例提供了一种新型的电能质量保护系统，如图1所示，为本申请实施例中新型的电能质量保护系统的结构示意图，包括包括滤波器模块11、补偿模块12、继电保护模块13、监控模块14。
所述滤波器模块11，用于实时检测电网上负载产生的谐波电流，并产生与负载谐波相等、相位相反的补偿电流施加于电网，以便抵消谐波电流，其中，所述滤波器模块11中可以采取三相可控电流源，在滤波器模块11连接于电网时，可以采用自换桥式电路通过电抗器并联在电网的电缆线上，自换桥式电路是由4个二极管组成的桥式电路，用以实现自动换相。滤波器模块11通过从电缆线中采集三相电流谐波，通过三相可控电流源产生一个反向的电流谐波来抵消系统中的电流谐波，从而降低系统中的电流谐波含量。另外，由于电力系统的电压谐波是电流谐波作用在电力系统阻抗上所产生的谐波电压，该谐波电压叠加到电力系统电压上，会使规则的正弦波电压发送畸变，因此，当电力系统中的电流谐波含量降低后，电流系统中的电压谐波含量将同时降低。
优选的，由于电力系统中电力线上的噪声分别非人为噪声和人为噪声，而且阻抗变化以及传输线路造成的衰减都会对电信号质量产生严重影响，为了减少噪声、降低线路阻抗、避免电信号衰减、降低干扰，利用小波神经网络去噪的方法，在滤波器模块11中添加对电能质量信号的去噪处理，可以自适应的选取小波去噪分解层数和小波去噪的阈值，从而有效的去除电能质量信号的噪声，又可以较好的保留电能质量信号突变的信息。
所述补偿模块12，用于利用并联电容电抗投切方式实现无功补偿、谐波治理以及平衡三相负荷，所述补偿模块包括有源滤波器apf以及静止无功发生器svg。其中，通过采用并联电容电抗投切方式，即是指通过并联的电容电抗接入到补偿模块中，而为了解决负荷的平稳与否、功率因数的高低差异、谐波大小及电压的平衡与否，采用apf与svg组合方式，在高压侧采用svg集中无功补偿和治理谐波，在重要设备、生产线附近采用apf治理谐波。
所述继电保护模块13包括变换补偿单元、门限鉴别单元、控制输出单元；所述变换补偿单元，用于将输入的电流转变为线性的模拟直流电压；所述门限鉴别单元由逻辑门电路、门限鉴别电路组成；所述控制输出单元由保护输出、报警输出组成。其中，由于继电保护模块13的输入信号为三相电流，为满足鉴别电路的输入需求，通过变换补偿单元将输入电流转换成线性的模拟直流电压，并根据门限鉴别单元中的鉴别门槛和控制输出单元的过流保护的需求范围，确定与输入电流的变换系数，以便得到一定幅度的模拟电压。另外，继电保护模块13可以通过门限鉴别单元确定出过流保护以及报警门限，并通过控制输出单元进行报警。
所述监控模块14，用于实现对电能质量的实时监控，并对电能质量进行管理和保护；所述监控模块包括互感器件、a/d采样单元、数据处理单元、通信单元。其中，监控模块14可以通过连接监控界面对电能质量的正常运行进行监控，包括了故障诊断、决策等操作，管理员可以通过监控画面中提示的具体检测参数进行设定，并由当前的新型电能质量保护系统生成新的样本数据，以便管理员进行查看，从而对新的样本数据进行数据分析，如网络训练等。
本实施例中的新型的电能质量保护系统通过上述四个主要功能单元的相互协作，使得系统能提高功率因数、降低谐波畸变、解决三相不平衡、电压波动闪变。本新型的电能质量保护系统解决了传统电能质量保护系统抗干扰性能差、可靠性低、在对大型电机的保护方面，保护范围和动作时间会受到电机启动电流的限制，而导致的保护范围过大，不能可靠地保障几点设备的安全等技术问题。
下面说明本新型的电能质量保护系统各单元的具体结构，优选的，如图2所示，补偿模块12中的apf与svg采用并联补偿方式，具体包括：谐波电流检测单元1201、滞环电流控制单元1202、由所述apf与svg组成的并联补偿单元1203。其中，谐波电流检测单元1201的输出端接入滞环电流控制单元1202的输入端，滞环电流控制单元1202的输出端接入并联补偿单元1203的输入端，从而实现对谐波信号的检测，并根据检测出的谐波信号生成对应的补偿信号。另外，针对相间电容进行三相不平衡调整的方法，由于电力系统负荷的多变性，难以匹配出合适的相间电容，对不平衡度的控制效果比较差，利用本实施例中的谐波电流检测单元1201、滞环电流控制单元1202、由所述apf与svg组成的并联补偿单元1203可以起到改善作用，从而实现利用低成本的器件解决无功补偿、平衡三相的问题。实体硬件结构如图3所示。
优选的，由于继电保护模块13包括变换补偿单元1301、门限鉴别单元1302、控制输出单元1303，变换补偿单元1301、门限鉴别单元1302、控制输出单元1303之间的连接结构，如图3所示，所述变换补偿单元1301的输入端连接于电网上连接于负载的电缆线，用于将输入的三相电流转换为线性的模拟直流电压，并在所述模拟直流电压超出允许变化范围内时，进行电压补偿；其中，变换补偿单元1301通过过流门槛减去模拟直流电压，再除以模拟直流电压，即可以得到输入电流的允许变化范围，并通过增设电压补偿器件减少电压波动造成的影响，同时，只有在电压变化过大时，才会越出门槛输出。
优选的，所述门限鉴别单元1302，用于将来自所述变换补偿单元1301的模拟直流电压流经所述逻辑门电路的上限门电路、下限门电路，得到所述三相电流中的最大值和最小值，并将所述最大值确定为控制门输入，将所述最小值确定为缺相门和空载门输入。其中，由于电压补偿主要用于过流保护和下限报警门限，作为判断电流有无的控制门和缺相门，仅仅需要通过电流有效而无需电压补偿。门限鉴别电路可以为一个由输入电流控制的开关电路，由于开关电路的门槛值很低，而且输入为三相电流中的最大值，从而确保了开关电路的开启和关断，保障了本新型的电能质量保护系统的正常工作。例如，当输入电流为0，电子开关电路关闭，当前电能质量保护系统，没有输出，当输入电流只要大于0，模拟直流电压超过规定值，电子开关电路开启，当前电能质量保护系统的开始输出。
本新型的电能质量保护系统的实施例中，缺相、空载和过电流是三个门限鉴别门，可以把电机的运转电流依次划分为停机(即缺相)、空载、正常和过电流四个范围，在正常运转电流的最大值和最小值都在正常范围内，越出上限或下限时，即会有相应的输出。其中，缺相门的门限与控制门相同，输出条件与控制门相反，即输入小于门限而不是大于门限才会有输出，并且，缺相门的输入是三相电流中的最小值而不是最大值，保证了在电网系统中负载电机缺相时，可以可靠的进行缺相输出。而空载门限即为电流的可调下限门，若负载电机电流正好略低于下限门，形成了空载门，则下限门可以作为对额定负载要求的下限向控制输出单元1303发送信号，以便进行报警。
本新型的电能质量保护系统的实施例中，控制输出单元1303由双稳态触发器和可控硅断路器组成，所述报警输出采用晶体管控制的灵敏继电器。为了避开正在启动电流对过流范围的限制，同时又不使其他输出到延时开门的影响，缺相运转随时都会有烧坏负载的可能，因此，需要通过控制输出单元1303进行停机报警，实现新型的电能质量保护系统可以在短时间内承受过流冲击，适当调节继电保护的输出时间，并通过设置输出时间调节单元，更加灵活有效的实现保护与报警。另外，本新型的电能质量保护系统可以通过控制输出单元1303利用来自缺相或过流保护的输出信号，触发双稳态触发器，使其翻转，可控硅断路器中的可控硅由导通变为截止，从而直接切断负载的控制电源。同时，翻转后的双稳态触发器熄灭指示灯，输出灯光信号，并通过报警输出进行报警。本新型的电能质量保护系统的报警输出为一个晶体管控制的小型灵敏继电器，若在非保护输出状态，即下限报警时，在输入撤销后，报警也自行撤销。
优选的，如图4所示，所述监控模块14包括互感器件1401、a/d采样单元1402、数据处理单元1403、通信单元1404，所述互感器件1401具体用于将所述电网上的电信号进行降流或降压，以便使所述电信号可以用于数据处理；所述a/d采样单元1402具体用于对所述降流或降压的电信号进行采样；所述数据处理单元1403具体用于对采样后的电信号进行指标计算，以便确定所述电网中的电力传输是否出现故障；所述通信单元1404具体用于将指标计算后的结果反馈至监控端。其中，通过互感器件1401连接至电网上，通过a/d采样单元1402对电信号进行采样，以便接入至数据处理单元1403中，数据处理单元1403的输出端接入至通信单元1404，以便通过网络连接向客户端进行通信。
本新型的电能质量保护系统，监控模块14中的监控界面可以对电能质量正常运行状态进行监控，其中，故障诊断、决策和退出等操作都需要进行激活触发。实体硬件结构如图5所示。
状态监控界面具备对电能质量正常运行状态进行监控的功能，其中故障诊断、决策和退出按钮需要激活，管理员可以根据画面中出现的提示进行检测参数的设定，并由系统生成新样本数据，管理员进行按钮点击，从而使新样本数据加入到网络训练样本集当中。此外，管理员还可以通过网络训练的样本集调取来查阅历史记录，对电能运行的历史阶段进行检验。在系统中，系统内部可以利用时间顺序进行运行状态的概括，并针对部分异常情况作出分析和判断，这样可以保证在管理和保护的过程中更加清晰明朗。
本实施例中的新型的电能质量保护系统使得系统能提高功率因数、降低谐波畸变、解决三相不平衡、电压波动闪变。本新型的电能质量保护系统解决了传统电能质量保护系统抗干扰性能差、可靠性低、在对大型电机的保护方面，保护范围和动作时间会受到电机启动电流的限制，而导致的保护范围过大，不能可靠地保障几点设备的安全等技术问题。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。