专利名称：大功率整流系统的电能质量及损耗综合监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力系统的监测装置，特别涉及一种大功率整流系统的电能质量及损耗综合监测系统。
背景技术：
大功率整流系统主要由整流变压器(含移相、调压变压器)、整流柜及滤波器等关键设备组成，可分为6脉波和多重化联结(12脉波、18脉波、24脉波等)结构，存在以下三种整流方式二极管加饱和电抗器不可控整流、晶闸管可控整流和基于感应滤波技术的晶闸管可控整流，它们在电解、化工及轨道交通领域取得了广泛应用。多重化技术通过换流器的多重化联结(12脉波、18脉波、24脉波等)，使得由每个换流桥产生的主要含量的特征谐波电流在电网侧的汇流处通过移相作用而相互抵消，从而降低电网侧的谐波含量。针对电能质量及效率问题，本发明的主要发明人提出了一种绿色节能直流电站(授权公告号CN、101557116 B)，可大大缩减谐波及无功电流的流通流经，有效降低谐波对变压器振动与噪音等不良影响，减少变压器的损耗，达到节能降噪的目的。但是，由于直流大电流一般为数万安培到数十万安培，变压器低压阀侧普遍采用双反星或者双反三角加同相逆并联结构，对于6脉波系统，变压器输出母排为6根(整流柜处母排一分为二)或者12根(变压器输出母排一分为二)，而目前没有相应的多点测量的效率分析设备，整流系统各功耗部件的损耗及运行效率无法核算。另外，由于整流环境具有强腐蚀性和电磁干扰、谐波污染严重以及直流电流大等特点，现有直流大电流的测量精度一直不高，大大约束了系统效率核算，影响了系统节能措施的实施及新方法的推广应用。
发明内容
为了解决现有大功率整流系统电能质量在线评估、系统及各功耗部件运行损耗实时监测存在的上述技术问题，本发明提出了一种多测量点、多通道的一种大功率整流系统的电能质量及损耗综合监测系统。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是包括调压整流变压器、整流柜、直流负载、感应滤波装置、数据采集单元、串口光纤转换器、光纤转TCP/IP转换器、后台PC机，所述的数据采集单元包括网侧交流电压与电流采集单元、滤波侧交流电压与电流采集单元、阀侧交流电压与电流采集单元、直流侧电压与电流采集单元，三相电源分别与网侧交流电压与电流采集单元、调压整流变压器相连，调压整流变压器、整流柜、直流负载依次串联，所述滤波侧交流电压与电流采集单元与调压整流变压器的滤波绕组端相接，所述阀侧交流电压与电流采集单元与调压整流变压器的输出相接，所述直流侧电压与电流采集单元与整流柜的输出相接，所述网侧交流电压与电流采集单元、滤波侧交流电压与电流采集单元、阀侧交流电压与电流采集单元、直流侧电压与电流采集单元分别与光纤同步触发信号相连，网侧交流电压与电流采集单元、滤波侧交流电压与电流采集单元、阀侧交流电压与电流采集单元和直流侧电压与电流采集单元的输出信号经串口光纤转换器、光纤转TCP/IP转换器转输到后台PC机。本发明的技术效果在于
(1)、本发明通过网侦彳、滤波侦彳、低压阀侧及直流侧的电压、电流监测，可实现对系统及各供电装备的运行效率分析与核算，有利于供电设备技术指标考核、节能效果检验及节能新方法的推广；
(2)、本发明进行网侧电流谐波分析及功率因数监测，可以评估系统的电能质量运行情况，为有载调压开关档位及触发角调节控制、谐波抑制、无功功率补偿等措施的实施提供依据；
(3)、对于绿色节能直流电站，本发明可验证实施感应滤波后系统各功耗部件的损耗减小及系统效率提升效果，同时还可对比常规方案，验证绿色节能直流电站的节能效果。在整流系统网侧、滤波侧、低压阀侧及直流侧4个测量点分别安装电压、电流互感器及相应多通道数据采集单元，采集单元统一发送同步采集信号，通过光纤传输实现同步信号的无损、无、延时传输，从而实现多测量点、多组数据的同步采集。采集的数据通过TCP/IP通讯传至后台PC机，后台控制同步采集信号的触发，以及采集的数据与数据库的连接。同时，分析平台对各侧的采集数据进行分析，可实时数据显示系统电能质量、各功耗部件的损耗、平均效率等，并可显示相应的电压、电流波形及相量图。此外，通过网侧电流的测量，可实时监测系统网侧的谐波畸变率及功率因数，为系统进一步的电能质量优化控制提供参考依据。
图I是本发明的系统结构图。图2是本发明6脉波低压阀侧绕组(变压器输出处母排一分为二)与整流柜连接及测量接线图。图2中各部件说明如下
I :变压器绕组，2 :交流电压与电流互感器，3 :晶闸管，4 :直流负载，5 :多通道数据采集单元，6 :PC机。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。参见图1，本发明包括调压整流变压器、整流柜、直流负载、感应滤波装置、数据采集单元、串口光纤转换器、光纤转TCP/IP转换器、后台PC机，所述的数据采集单元包括网侧交流电压与电流采集单元、滤波侧交流电压与电流采集单元、阀侧交流电压与电流采集单元、直流侧电压与电流采集单元，三相电源分别与网侧交流电压与电流采集单元、调压整流变压器相连，调压整流变压器、整流柜、直流负载依次串联，所述滤波侧交流电压与电流采集单元与调压整流变压器的滤波绕组端相接，所述阀侧交流电压与电流采集单元与调压整流变压器的输出相接，所述直流侧电压与电流采集单元与整流柜的输出相接，所述网侧交流电压与电流采集单元、滤波侧交流电压与电流采集单元、阀侧交流电压与电流采集单元、直流侧电压与电流采集单元分别与光纤同步触发信号相连，网侧交流电压与电流采集单元、滤波侧交流电压与电流采集单元、阀侧交流电压与电流采集单元和直流侧电压与电流采集单元的输出信号经串口光纤转换器、光纤转TCP/IP转换器转输到后台PC机。
本发明中根据数据同步采集要求，各多通道数据采集单元需由后台PC机统一发送同步数据采集指令，通过光纤传送至各个多通道数据采集单元，从而实现数据的同步采集。交流侧的多通道数据采集单元输入信号为三相实时交流电压、电流，直流侧的多通道数据采集单元输入信号为实时直流电压，其输出均为采集数据，并通过串口转光纤转换器实现采集数据的远距离高速光纤传输，再通过光纤转TCP/IP转换器将采集数据传送给后台PC机，后台分析软件实现数据的分析与处理，最终以数据、表格及波形形式显示。通过网侧的数据处理，可体现系统实时谐波畸变与功率因数情况，从而可进行电能质量评估，为系统进一步的谐波治理及功率因数提高提供依据，以达到电能质量的优化控制。
图I中的调压变与整流变可根据实际情况集成在一起，它们是通过有载调压开关档位及晶闸管触发角控制实现稳流调节。对于二极管不可控整流方式，需将图I中的整流柜中的晶闸管替换为二极管，且在变压器与整流柜之间加入饱和电抗器，通过有载调压开关档位及饱和电抗器控制绕组电压控制实现稳流调节。另外，对于常规的可控与不可控整流方式，相对于图1，仅是去除了调压变+整流变压器中的整流变压器滤波绕组，且将滤波装置及相应滤波侧数据采集单元前移至调压变+整流变压器的输入网侧。参见图2，6脉波系统低压阀侧绕组在变压器输出侧一分为二，每根母排每周期仅有半波的电流，因此需要采集12个电压信号及12个电流信号，这里12个电流信号需合成为6个全波的电流信号进行测量，仅需要采集6个电压信号及6个电流信号，相应需要2个6通道的数据采集单元，即可计算阀侧功率。但是，仅通过所有正半波电流即可实现直流电流波形反演。对于多重化联结结构，每多一套低压阀侧绕组，阀侧测量量及相关设备都需相应增加。以上所述实施例仅表达了本发明的大功率整流系统电能质量及系统与部件运行损耗综合监测系统的测试方案及步骤，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.ー种大功率整流系统的电能质量及损耗综合监测系统，其特征在于包括调压整流变压器、整流柜、直流负载、感应滤波装置、数据采集単元、串ロ光纤转换器、光纤转TCP/IP转换器、后台PC机，所述的数据采集単元包括网侧交流电压与电流采集単元、滤波侧交流电压与电流采集単元、阀侧交流电压与电流采集単元、直流侧电压与电流采集単元，三相电源分别与网侧交流电压与电流采集単元、调压整流变压器相连，调压整流变压器、整流拒、直流负载依次串联，所述滤波侧交流电压与电流采集単元与调压整流变压器的滤波绕组端相接，所述阀侧交流电压与电流采集単元与调压整流变压器的输出相接，所述直流侧电压与电流采集単元与整流柜的输出相接，所述网侧交流电压与电流采集単元、滤波侧交流电压与电流采集単元、阀侧交流电压与电流采集単元、直流侧电压与电流采集単元分别与光纤同步触发信号相连，网侧交流电压与电流采集単元、滤波侧交流电压与电流采集単元、阀侧交流电压与电流采集単元和直流侧电压与电流采集単元的输出信号经串ロ光纤转换器、光纤转TCP/IP转换器转输到后台PC机。
全文摘要
本发明公开了一种大功率整流系统的电能质量及损耗综合监测系统。它包括调压整流变压器、整流柜、直流负载、感应滤波装置、数据采集单元、串口光纤转换器、光纤转TCP/IP转换器、后台PC机，所述的数据采集单元包括网侧交流电压与电流采集单元、滤波侧交流电压与电流采集单元、阀侧交流电压与电流采集单元、直流侧电压与电流采集单元，本发明通过对电源网侧、滤波侧、低压阀侧及直流侧多测量点的电压、电流信号的实时、同步测量，并将采集的数据通过TCP/IP协议传送至后台PC机进行后台软件处理，实现网侧电能质量评估、系统与各功耗部件的效率分析等功能，可为系统绿色、节能、高效运行提供良好的数据与技术支持。
文档编号G01R21/06GK102735979SQ20121024341
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月16日 优先权日2012年7月16日
发明者张志文, 张晓虎, 罗隆福 申请人:中铝华大科技股份有限公司
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