一种基于物联网的配变台区智能监控系统及方法与流程

本发明涉及电力监管，具体为一种基于物联网的配变台区智能监控系统及方法。

背景技术：

1、台区配电系统由变压器、开关设备、配电盘等构成，负责将发电站的高压电能转变为适合城市、工业、商业和农村使用的低压电能，为台区覆盖范围内的用户提供稳定的电力供应。

2、台区一般通过三相四线制对用户进行供电，三相电力系统中的三相电压和电流应该是相等且相位相差120度，在发现相位不符合供电规则时，就需要打开调相开关进行相位调整。但在常规调相过程中，调相前后的电力数据会发生突变，造成功率的损失，在需要频繁调相的场景中，会影响台区供电的稳定性。

3、此外，由于用户负载在接入电路或接出电路时，会对输电系统造成扰动，特别是在用户大规模进行电路投切的时段内，这种扰动会对输电质量产生明显的影响，但不同配电台区供电的稳定性不同，相同扰动带来的影响也不同，难以进行精确的电力补偿，并且电路扰动带来的谐波畸变也是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于物联网的配变台区智能监控系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于物联网的配变台区智能监控系统，包括：检测识别模块、蓄电模块、谐波补偿模块、相位补偿模块和瞬态稳定模块；

3、所述检测识别模块用于检测配变台区的输出电力数据，从台区的输出电力曲线中分离出高次谐波，通过分析高次谐波的频域特征，从而识别出电力数据中的畸变谐波；

4、所述蓄电模块用于计算电路中谐波带来的无功功率，根据无功功率计算补偿电能，并在电池组中存储相应的调节电能；

5、所述谐波补偿模块用于根据高次谐波与畸变谐波的实时损失功率，计算补偿电能，对电力系统进行电能补偿，并判断电路的过欠压状态，调节每次补偿时的补偿量；

6、所述相位补偿模块用于检测三相供电线中的电力相位是否符合平衡标准，在三相电力不平衡时，根据相位偏移量，计算不同时间的调相损失功率，在通过调相开关进行调相的过程中对损失功率进行动态补偿；

7、所述瞬态稳定模块用于根据历史用电数据，分析负载的投切变化量，计算用电数据的时域稳定性，根据时域稳定性与配电箱用电数据间的拟合度，分析谐波扰动带来的电力波动大小，并进行相应补偿。

8、进一步的，所述检测识别模块包括：电能检测单元和谐波过滤单元；

9、所述电能检测单元用于检测从配电箱输出的电力数据，所述电力数据包括：电压数据和电流数据；

10、所述谐波过滤单元用于对检测到的电力数据进行频谱分析，从电力输出曲线分离出高次谐波，根据高次谐波的特性进一步识别出畸变谐波。

11、进一步的，所述蓄电模块包括：功率计算单元和电池组单元；

12、所述功率计算单元用于计算电路中的谐波带来的无功功率，得到系统的补偿电能；

13、所述电池组单元用于存储电能，并在电路需要补偿时向电路中输出电能。

14、进一步的，所述谐波补偿模块包括：功率补偿单元和过欠压保护单元；

15、所述功率补偿单元用于计算电路系统的补偿功率，利用蓄电池中存储的电能对输出功率进行补偿；

16、所述过欠压保护单元用于评估功率补偿后配电系统的电压是否存在过压、欠压状态，并将输出电压调整到标准电压。

17、进一步的，所述相位补偿模块包括：相位检测单元、缺波计算单元和变波补偿单元；

18、所述调相单元检测三根输电线中输电电流的相位，确认输电线中传输的电流是否存在相位不平衡现象；

19、所述缺波计算单元用于计算当前电流相位与标准相位间的相位差，计算出调相过程中供电系统损失的功率与时间的变化关系；

20、所述变波补偿单元用于针对调相过程中的输电损失，生成功率补偿电流，在调相过程中，对调相电流进行实时功率补偿。

21、进一步的，所述瞬态稳定模块包括：稳定性评估单元和瞬态预测单元；

22、所述稳定性评估单元用于根据接入负载的历史变化数据，分析负载的最小投切变化量，并计算当前电流的时域稳定性；

23、所述瞬态预测单元用于在当前电流的时域稳定性小于负载的最小投切变化量时，计算电流的偏移量，根据电力偏移量对配电箱的输出电流进行进一步瞬态补偿。

24、一种基于物联网的配变台区智能监控方法，包括以下步骤：

25、s100.检测配电台区的输出电力数据，从所述输出电力中分离出有功分量与谐波分量，通过分析谐波分量的频域特征，识别出有功分量中的畸变分量，并计算电路中的损失功率，对输出功率进行补偿；

26、s200.监测三相输电线中的电流相位，分析相位的平衡情况，在相位不平衡时，根据电流相位的实际偏移量，计算调相开关进行调相的过程中的调相损失电流，利用谐波带来的无功功率，对调相损失电流进行补偿；

27、s300.记录补偿后的输出电力数据，根据配电台区的历史输出电力数据，对配电系统的输出电力数据进行分析，确定配电台区的状态方程；

28、s400.检测电路中用户负载的投切状态，根据负载的变化与配电台区的状态方程，计算当前时刻的稳态输出电流；

29、s500.对所述稳态输出电流与标准电流间的关系进行分析，计算出电流补偿值，对配电台区的输出电流进行瞬态补偿。

30、进一步的，步骤s100包括：

31、步骤s101.实时检测配电台区的输出电力，所述输出电力包括：输出电压和输出电流，输出电压与时间的关系记作u(t)，输出电流与时间的关系记作i(t)，其中t为时间；

32、步骤s102.对输出电压u(t)进行滤波，分离出高次谐波：

33、

34、

35、其中，f(ω)为u(t)的频域函数，f-1为傅里叶逆变换函数，e-iωt为傅里叶算子，eiωt为傅里叶逆变换算子，u0(t)为有功分量，u1(t)为谐波分量，ω为频率，ω0为交流电额定频率；

36、按以下公式计算出电流的有功分量i0(t)与无功分量i1(t)：

37、

38、

39、其中，f(ω)为i(t)的频域函数，i0(t)为电流有功分量，i1(t)为电流谐波分量；

40、步骤s103.对电压的有功分量u0(t)进行二次求导，得到u0(t)的二阶导数u0”(t)，若当前时间点t0，满足电压畸变判定条件，则将当前时间点记为电压畸变点，所述电压畸变判定条件为：

41、n·ω02·sin(ω0·t0)-u0”(t0)>a0

42、其中，n代表峰值电压，a0为预设的畸变阈值；

43、步骤s104.对电流的有功分量i0(t)进行二次求导，得到i0(t)的二阶导数i0”(t)，若当前时间点t0，满足电压畸变判定条件，则将当前时间点记为电压畸变点，所述电压畸变判定条件为：

44、m·ω02·sin(ω0·t0)-i0”(t0)>a0

45、其中，m代表峰值电流；

46、若当前时间点不是电压或电流畸变点，则补偿功率w0＝u1(t0)·i1(t0)；

47、若当前时间点是电压或电流畸变点，则补偿功率w1＝u1(t0)·i1(t0)+n·m·sin2(ω0·t0)-u0(t0)·i0(t0)；

48、按计算出的补偿功率向电路中输入额外电力，对输出功率进行补偿。

49、本步骤能够从不同配电箱的总功率波形中过滤出谐波分量，检测到配电箱功率输出曲线出现谐波畸变时，根据计算畸变量，使用蓄电池中的电力在畸变电压输出端予以补偿，在保证输出功率稳定性的同时，有助于减少供电系统中的损耗，降低电网运行成本。

50、进一步的，步骤s200包括：

51、步骤s201.检测三相电线中的电流相位，输电线、裸线与控制线中的电流相位分别为r1、r2和r3，若三线相位差为120°，转到步骤s301，若三线相位差不是120°，转到步骤s202；

52、步骤s202.以输电线相位r1为相位基准，打开相位调整开关，对裸线与控制线中的电流进行相位调整，并按以下公式，计算调相过程中的调相损失电流i3：

53、

54、其中，ω0为交流电额定频率，m为峰值电流，代表输电线的相位差占一个周期的比例；

55、步骤s203.根据步骤s202中计算出的损失电流，向电路中投入补偿电流，补偿电流的大小与i3相同，使电路输出的总功率不变。

56、本步骤能够检测配电系统中三相不平衡的情况，根据现有电力相位与标准相位间的功率差，利用蓄电池中的电力对投切过程中损失的波形进行暂态补偿，直到换相电流稳定为止，保证换相时电路功率不受损失

57、进一步的，步骤s300包括：

58、步骤s301.记录补偿后的输出电力数据，所述输出电力数据包括：输出电压数据、输出电流数据和接入负载数据，其中，接入负载数据由输出电压数据和输出电流数据按欧姆定律计算而来；

59、步骤s302.将接入负载随时间的变化关系记作r(t)，其中r(t)为阶梯函数，t代表时间，且0≤t＜t0，t0为当前时间点；

60、列出输电系统的状态方程：

61、i'(t)＝a(t)·i(t)+b(t)·r'(t)

62、其中，i’(t)代表电流变化函数i(t)在区间[0，t)内的导数，i(t)代表电流变化函数，r’(t)代表负载变化函数r(t)在区间[0，t)内的导数，a(t)代表系统变换函数，b(t)代表激励变换函数；

63、将历史数据输入状态方程进行数据拟合，得到a(t)与b(t)的函数表达式。

64、进一步的，步骤s400包括：

65、步骤s401.判断电路中用户负载的投切情况，检测到用户在当前时刻t0处投切电阻值为r0，则将r(t0)＝r0的数据拟合到函数r(t)中，并计算函数r(t)在t0时刻的导数r’(t0)；

66、步骤s402：将r’(t0)代入状态方程，得到i’(t0)＝a(t0)·i(t0)+b(t0)·r’(t0)，解上述方程，得到i(t0)的值，则电路系统的稳态输出电流值i稳＝i(t0)。

67、本步骤能够根据历史用电数据，分析用电数据的时域稳定性，预测瞬态电压波动，并进行谐波扰动补偿，能够提高电力系统的稳定性，减少电压波动和电流波动，降低系统故障率，提高系统的安全性和可靠性，提高系统的能效，稳定性和供电质量

68、进一步的，在步骤s500中，检测当前电流值，将其记作i当前，则电流补偿值i补偿＝i稳-i当前，若i补偿≥0,则向电路中输出大小为i补偿的补偿电流，若i补偿<0，则从电路中吸收大小为i补偿的电流存入蓄电池，完成电力补偿流程。

69、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

70、1.本发明能够从不同配电箱的总功率波形中过滤出谐波分量，并将谐波功率存储到蓄电池中，检测到配电箱功率输出曲线出现谐波畸变时，根据计算畸变量，使用蓄电池中的电力在畸变电压输出端予以补偿，利用了电力系统中的无功功率进行稳定性补偿，在保证输出功率稳定性的同时，有助于减少供电系统中的损耗，降低电网运行成本，并减少对发电设备的负荷。

71、2.本发明能够检测配电系统中三相不平衡的情况，根据现有电力相位与标准相位间的功率差，利用蓄电池中的电力对投切过程中损失的波形进行暂态补偿，直到换相电流稳定为止，保证换相时电路功率不受损失，可以改善电能质量，减少对设备的影响，提高设备的可靠性和使用寿命。

72、3.本发明根据历史用电数据，分析用电数据的时域稳定性，预测瞬态电压波动，并进行谐波扰动补偿，能够提高电力系统的稳定性，减少电压波动和电流波动，降低系统故障率，提高系统的安全性和可靠性，提高系统的能效，稳定性和供电质量。