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一種用電負荷監(jiān)測裝置、系統(tǒng)及其監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種通過測量變壓器一次側(cè)的磁場并將其轉(zhuǎn)換為一次側(cè)電流值，通過對比一次側(cè)、二次側(cè)的視在功率來實現(xiàn)用電負荷監(jiān)測的方法及其裝置、系統(tǒng)。本發(fā)明提供的用電負荷監(jiān)測方法及其裝置、系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)中通過電流互感器測量電流通常要將電流互感器套接在輸電線路上，需斷開電力線且安裝時需斷電相比，不需電力線斷電即可安裝，磁通不易飽和。
【專利說明】—種用電負荷監(jiān)測裝置、系統(tǒng)及其監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力設(shè)備領(lǐng)域，更具體地涉及一種用電負荷監(jiān)測裝置、系統(tǒng)及其監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有電能計量系統(tǒng)一般由計量互感器和電能表組成，用戶的負荷由電能表讀取，但電能表極易被破壞或改裝，導致讀出的負荷并不是實際的負荷。于是出現(xiàn)了通過對比專變一次側(cè)的視在功率和電能表讀出的視在功率來實現(xiàn)負荷監(jiān)測的裝置和方法，但這需要根據(jù)輸電線路的負荷及電壓等級將設(shè)備劃分成許多型號，設(shè)計和實現(xiàn)起來都比較復(fù)雜，且安裝方式需要破壞原輸電線路，供電部門難免會質(zhì)疑其實用性和安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中通過電流互感器測量電流通常要將電流互感器套接在輸電線路上，需斷開電力線且安裝時需斷電，磁通易飽和等缺點，不需電力線斷電即可安裝，磁通不易飽和。本發(fā)明提出了測量一次側(cè)磁場并轉(zhuǎn)換為一次側(cè)電流值來實現(xiàn)負荷監(jiān)測的方法及其裝置、系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明提供了一種用電負荷監(jiān)測方法，其包括測量一次側(cè)磁場值，利用該磁場值計算一次側(cè)相電流值、相視在功率；通過GPRS通信方式讀取用電終端的相電流值、相視在功率；計算一次側(cè)相視在功率和負控終端的相視在功率之間的差值，當該差值超過預(yù)定值一段時間后，即認為用電負荷異常，發(fā)出報警信息。
[0005]本發(fā)明提供的用電負荷監(jiān)測方法，其一次側(cè)的視在功率是可以通過預(yù)置的輸電線路電壓等級及獲得的一次側(cè)電流值而計算得出的。
[0006]本發(fā)明提供的用電負荷監(jiān)測方法，其通過一次側(cè)的磁場值計算電流值是通過磁場標定實現(xiàn)的，所述磁場標定方法如下:
[0007](I)將磁場傳感器放置在可變電流源附近，與其相隔預(yù)定距離處，
[0008](2)改變電流源輸出，用標準磁場測量儀測量磁場傳感器所處位置的磁場大小，并記錄磁場傳感器輸出電壓，
[0009](3)多次執(zhí)行步驟(2)，記錄電流-磁場-電壓值，
[0010]( 4)用回歸分析法分析步驟(3 )中得到的電流-磁場-電壓數(shù)據(jù)，得出被測磁場和電流之間的關(guān)系，確定標定系數(shù)。
[0011]本發(fā)明提供的用電負荷監(jiān)測方法，視在功率等于三相視在功率之和，即視在功率等于線電壓乘以各相相電流有效值之和，再除以根號3，如下列公式所示:
[0012]P = V*I/-V3
[0013]其中:P為視在功率；
[0014]V為線電壓；
[0015]I為各相電流有效值的和。[0016]本發(fā)明還提供了一種用電負荷監(jiān)測裝置，包括:處理器單元、GPRS單元、一次側(cè)磁場采集單元。一次側(cè)磁場采集單元用于測量一次側(cè)磁場，處理器單元讀取一次側(cè)磁場采集單元傳送的磁場數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成一次側(cè)相電流，進一步根據(jù)電壓等級計算相視在功率；同時通過GPRS單元讀取負控終端的相電流和相視在功率，并計算一次側(cè)相視在功率和負控終端的相視在功率之間的差值，當該差值超過預(yù)定值一段時間時，即認為用電負荷異常，發(fā)出報警信息。
[0017]本發(fā)明提供的用電負荷監(jiān)測裝置，其中一次側(cè)磁場采集單元的磁場傳感器單元可以使用單軸線圈設(shè)計，平行設(shè)置在電力線下方預(yù)定距離處。
[0018]本發(fā)明提供的用電負荷監(jiān)測裝置，其可以包括SMS單元，處理器單元通過該單元和用電管理者的手機進行用電負荷數(shù)據(jù)的交流。
[0019]本發(fā)明提供的用電負荷監(jiān)測裝置，其處理器單元可以按時間記錄用電負荷數(shù)據(jù)，包括一次相側(cè)電流、相視在功率、所讀負控終端的相視在電流和視在功率，以及時鐘信息。
[0020]本發(fā)明提供的用電負荷監(jiān)測裝置，其一次側(cè)、二次側(cè)的視在功率差值的預(yù)定值可以為一次側(cè)視在功率的30%。
[0021]本發(fā)明還提供了一種用電負荷監(jiān)測系統(tǒng)，包括本發(fā)明的用電負荷監(jiān)測裝置和上位機服務(wù)器。
[0022]本發(fā)明通過利用磁場采集單元安裝方便，無需斷電安裝的優(yōu)點，測量專變用戶的一次側(cè)輸電線路的磁場，并通過本發(fā)明的磁場-電流轉(zhuǎn)換方法獲得電流值，再通過對比一次側(cè)、二次側(cè)的功率來實現(xiàn)用電負荷監(jiān)測，解決了現(xiàn)有負荷監(jiān)測裝置的安裝復(fù)雜、用戶接受度不高等缺點，并且本發(fā)明采用的一、二次側(cè)的功率比對方法可更好地監(jiān)測用電負荷，及時發(fā)現(xiàn)用電異常事件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的用電負荷監(jiān)測裝置的實施例結(jié)構(gòu)框圖；
[0024]圖2為本發(fā)明的磁場傳感器與電力線安裝實施例示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面描述本發(fā)明的用電負荷監(jiān)測裝置的工作方法。一次側(cè)磁場采集單元采集電力線周圍的磁場強度值，并將所測數(shù)據(jù)發(fā)送到處理器單元，處理器單元對此數(shù)據(jù)進行處理，首先計算出相對應(yīng)的一次電流值，并進一步通過預(yù)置的輸電線路電壓等級及上述計算出的電流值計算出視在功率；同時處理器單元通過GPRS單元讀取負控終端的電流值(二次側(cè)電流)和視在功率。處理器單元記錄并比較同一時刻一次側(cè)和二次側(cè)的視在功率，當持續(xù)一段時間例如15分鐘，兩個視在功率之間的差超過預(yù)定值(例如30%)時通過SMS單元發(fā)出報警信息到用電管理者手機或管理平臺上，報警某負荷失調(diào)。
[0026]其中，處理器單元采用Cortex_M3內(nèi)核ARM處理器，具有功耗低、速度快、功能豐富的特點，主要完成磁場數(shù)據(jù)的接收，SMS單元的控制，數(shù)據(jù)的處理及備份，時鐘的設(shè)定，GPRS的控制。處理器單元自帶模-數(shù)轉(zhuǎn)換器AD，將磁場采集單元采集的模擬值轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。處理器單元通過采集到的磁場計算電流，并進一步由預(yù)設(shè)在處理器中的電壓等級值計算出實際的用電視在功率。每相視在功率等于線電壓(即電壓等級如IOkV)乘以每相相電流有效值，再除以根號3，如公式I所示:
[0027]P=V*I/VI(公式 I)
[0028]其中:P為視在功率；
[0029]V為線電壓；
[0030]I為各相的電流有效值。
[0031]處理器單元通過GPRS單元讀取負控終端數(shù)據(jù)，即二次側(cè)數(shù)據(jù)，并計算所讀取的專變用電終端的視在功率，再計算與一次側(cè)的視在功率的差值，當差值超出線損值時，即例如實際負荷的30%即認為負荷失調(diào)。處理器單元隨即將此信息通過SMS單元發(fā)送到用電管理者的手機。用電管理者手機號碼通過預(yù)設(shè)的方式保存在存儲單元中。
[0032]處理器每隔一預(yù)定時間(例如15分鐘)計算一次側(cè)相電流、相視在功率，同時讀取負控終端的相視在功率和相電流，之后經(jīng)處理后按時間記錄負荷數(shù)據(jù)，包括一次側(cè)相電流，相視在功率，所讀取的用電終端的相電流和相視在功率，及時鐘信息，并將這些數(shù)據(jù)信息保存在存儲單元中。用電管理者需要查看用戶的用電信息時，可通過手機或管理平臺向用電負荷監(jiān)控裝置發(fā)送請求，SMS單元接收到該請求時，通過處理器單元從存儲單元中獲取用電負荷數(shù)據(jù)，再通過SMS單元傳送到用電管理者的手機或管理平臺。
[0033]根據(jù)交變電流產(chǎn)生交變的電場，交變的電場產(chǎn)生磁場，電力線周圍將產(chǎn)生隨電流變化的磁場，這樣只要磁場傳感器單元接近電力線即可測量電力線周圍的磁場。處理器單元根據(jù)磁場的大小就可計算出電力線上的電流。其中通過磁場計算電流的方法需要先進行磁場標定，標定方法如下:
[0034]1、將磁場傳感器單元放置在可變電流源附近，與其相隔一預(yù)定距離處，
[0035]2、改變電流源輸出，用標準磁場測量儀測量磁場傳感器所處位置的磁場大小，并記錄磁場傳感器輸出電壓，
[0036]3、多次執(zhí)行步驟2，記錄電流-磁場-電壓值，
[0037]4、用回歸分析法分析步驟3中得到的電流-磁場-電壓數(shù)據(jù)，得出被測磁場和電流之間的關(guān)系，確定標定系數(shù)。
[0038]該標定系數(shù)預(yù)置于存儲單元中，根據(jù)標定系數(shù)和磁場傳感器單元輸出的電壓值，即可計算出實際電流值。
[0039]本裝置在安裝時，不需要輸電線路斷電，可使用絕緣桿將其安裝在電力線上即可。其中，磁場傳感器單元使用單軸線圈設(shè)計，無需套接在電力線上，只要平行設(shè)置在電力線下方預(yù)定距離即可，如圖2所示。
[0040]這種安裝方式避免了傳統(tǒng)的電流互感器測電流需將互感器套接在輸電線路上，需斷開電力線且安裝時需斷電，磁通易飽和。而使用單軸線圈的磁場傳感器單元不需電力線斷電即可安裝，磁通不飽和。安裝時，只需通過絕緣桿將磁場采集單元的頂部卡環(huán)卡在電力線上即可。
[0041]本發(fā)明的負荷監(jiān)控裝置無需斷電安裝，實施簡單、方便，比現(xiàn)有技術(shù)中的同類裝置更先進、更新穎，安裝更安全，實用性更強。
[0042]而且本發(fā)明的負荷監(jiān)控裝置能實現(xiàn)一次側(cè)磁場數(shù)據(jù)采集，根據(jù)磁場數(shù)據(jù)計算相視在功率，并通過GPRS方式讀取二次側(cè)相視在功率，通過對比及時發(fā)現(xiàn)用電異常，并發(fā)送報
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目I R尼、o[0043]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所述領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者同等替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1.一種用電負荷監(jiān)測方法，其特征在于:所述方法包括測量一次側(cè)磁場值，利用該磁場值計算一次側(cè)相電流值、相視在功率；通過GPRS通信方式讀取負控終端的相電流值、相視在功率；計算一次側(cè)相視在功率和負控終端的相視在功率之間的差值，當該差值超過預(yù)定值一段時間后，即認為用電負荷異常，發(fā)出報警信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用電負荷監(jiān)測方法，其特征在于:一次側(cè)的視在功率是通過預(yù)置的輸電線路電壓等級及獲得的一次側(cè)電流值而計算得出的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用電負荷監(jiān)測方法，其特征在于:通過一次側(cè)的磁場值計算電流值是通過磁場標定實現(xiàn)，所述磁場標定包括: (1)將磁場傳感器放置在可變電流源附近，與其相隔預(yù)定距離處， (2)改變電流源輸出，用標準磁場測量儀測量磁場傳感器所處位置的磁場大小，并記錄磁場傳感器輸出電壓， (3)多次執(zhí)行步驟(2)，記錄電流-磁場-電壓值， (4 )用回歸分析法分析步驟(3 )中得到的電流-磁場-電壓數(shù)據(jù)，得出被測磁場和電流之間的關(guān)系，確定標定系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的用電負荷監(jiān)測方法，視在功率等于三相視在功率之和，即視在功率等于線電壓乘以各相相電流有效值之和，再除以根號3，如下列公式所示:
P = Y*l/yf3 其中:P為視在功率； V為線電壓； I為各相電流有效值的和。
5.一種用電負荷監(jiān)測裝置，包括:處理器單元、GPRS單元、一次側(cè)磁場采集單元；一次側(cè)磁場采集單元包括測量一次側(cè)磁場的磁場傳感器，處理器單元讀取一次側(cè)磁場采集單元傳送的磁場數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成一次側(cè)相電流，根據(jù)電壓等級計算相視在功率；同時通過GPRS單元讀取負控終端的相電流和相視在功率，并計算一次側(cè)相視在功率和負控終端的相視在功率之間的差值，當該差值超過預(yù)定值一段時間時，即認為用電負荷異常，發(fā)出報警信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用電負荷監(jiān)測裝置，其中所述磁場傳感器單元使用單軸線圈設(shè)計，平行設(shè)置在電力線下方預(yù)定距離處。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的用電負荷監(jiān)測裝置，其包括SMS單元，處理器單元通過該單元和用電管理者的手機進行用電負荷數(shù)據(jù)的交流。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的用電負荷監(jiān)測裝置，其處理器單元按時間記錄用電負荷數(shù)據(jù)，包括一次相側(cè)電流、相視在功率、所讀負控終端的相視在電流和視在功率，以及時鐘信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8任一所述的用電負荷監(jiān)測裝置，其一次側(cè)、二次側(cè)的視在功率差值的預(yù)定值為一次側(cè)視在功率的30%。
10.一種用電負荷監(jiān)測系統(tǒng)，包括權(quán)利要求5-9任一所述的用電負荷監(jiān)測裝置和上位機服務(wù)器。
【文檔編號】G01R31/00GK103675490SQ201210320451
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月31日
【發(fā)明者】王維彬, 趙羨龍, 成小瑛 申請人:國網(wǎng)電力科學研究院, 國家電網(wǎng)公司