電能質量監測方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發明提出了一種電能質量監測方法和裝置。該電能質量監測方法包括：獲取至少一個周波的電壓或電流采樣值；基于所獲取的電壓或電流采樣值，計算出每半個周波的電壓或電流均方根值；記錄所述電壓或電流均方根值。優選地，僅記錄超出預定容限范圍的電壓或電流均方根值。由此，電能質量監測設備的數據記錄量得以大幅降低。
【專利說明】電能質量監測方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明總體涉及電能質量監測方法和裝置，尤其涉及一種能夠降低數據存儲容量的電能監測方法和裝置。
【背景技術】
[0002]電能質量是指通過電網(例如公共電網)供給用戶端的交流電能的品質。理想狀態的公用電網應以恒定的頻率、正弦波形和標準電壓對用戶供電。同時，在三相交流系統中，各相電壓和電流的幅值應大小相等、相位對稱且互差120°。但由于系統中的發電機、變壓器和線路等設備非線性或不對稱，負荷性質多變，加之調控手段不完善及運行操作、外來干擾和各種故障等原因，這種理想的狀態并不存在。由此，產生了電網運行、電力設備和供用電環節中的各種問題，也就產生了電能質量的概念。
[0003]從不同角度觀察，電能質量含義例如可以包括:
[0004](I)電壓質量:其以實際電壓與理想電壓的偏差，反映供電企業向用戶供應的電能是否合格的概念。這個定義能包括大多數電能質量問題，但不能包括頻率造成的電能質量問題，也不包括用電設備對電網電能質量的影響和污染。
[0005](2)電流質量:其反映了與電壓質量有密切關系的電流的變化，是電力用戶除對交流電源有恒定頻率、正弦波形的要求外，還要求電流波形與供電電壓同相位以保證高功率因素運行。這個定義有助于電網電能質量的改善和降低線損，但不能概括大多數因電壓原因造成的電能質量問題 。
[0006]為了分析得到電壓質量或電流質量，一般需要對供電網中的電壓和電流進行采樣，同時將監測到的電壓和電流數據保存下來，以供電能質量分析。為了確保電能質量分析的可靠性和準確性，電能質量監測中一個重要的環節就是以固定的時間周期持續記錄監測到的電壓或電流值。例如，記錄每個周期的電壓或電流采樣數據，或者每I分鐘、每個小時的電壓或電流采樣數據。假設以625微秒對50Hz的電力線的單相進行采樣，則每個周期得到32個采樣點。若記錄連續10秒的數據，則需記錄16K個采樣點數據，也就是例如16K*4字節=64Κ字節的數據。如此，如果記錄一天24小時的數據，則數據量將達到552Μ字節。這就需要電能質量監測設備具有相當的存儲容量，但這一點對于大多數電能質量監測設備而H是很難達到的。
[0007]同時，如果記錄每個采樣點的數據，一旦因例如電壓暫停或電壓(電流)的漲落而導致記錄數據超出預定的記錄范圍，則所記錄的數據將自此失效，或者得到不準確的記錄數據。為了解決這一問題，現有的一種方式是進一步縮小數據記錄間隔以得到更多或更為準確的數據。但是，這種方案給電能質量監測設備的存儲容量提出了更高的要求。另一種方案是在出現超出范圍的無效數據時記錄這一事件并在數據記錄中標記無效數據。但是，這種方法的缺點是因無效數據的存在連續的采樣數據將會出現中斷，并不利于電能質量的分析。
【發明內容】
[0008]本發明的一個目的在于提供一種電能質量監測方法，其能夠記錄連續的反應電流或電壓變化的數據，以供電能質量分析。
[0009]根據本發明一個實施例，本發明提出的用于電能質量監測的方法，包括:獲取至少一個周波的電壓或電流采樣值；基于所獲取的電壓或電流采樣值，計算出每半個周波的電壓或電流均方根值；記錄所述計算出的電壓或電流均方根值。
[0010]在本發明一個實施例中，優選地，記錄所述每半個周波電壓或電流均方根值的步驟還包括:判斷當前計算出的電壓或電流均方根值與半個周波前的電壓或電流均方根值之差是否超出一個預定的容限；如果當前計算出的電壓或電流均方根值與半個周波前的電壓或電流均方根值之差超出所述預定的容限，則記錄當前計算出的電壓或電流均方根值。
[0011]在本發明另一個實施例中，更為優選地，所述預定的容限為至少第一容限和第二容限中之一，且所述第一容限大于所述第二容限，以及記錄所述電壓或電流均方根值的步驟還包括:判斷當前計算出的電壓或電流均方根值與額定的電壓或電流值之差是否超出一個預定的容限閾值；如果當前計算出的電壓或電流均方根值與額定的電壓或電流值之差超出所述預定容限閾值，則所述預定的容限為第一容限，否則所述預定容限為第二容限，其中所述預定的容限閾值大于所述第一容限和第二容限中任一。優選地，所述預定的容限閾值為額定的電壓或電流均方值的8%?12%。更為優選地，所述第一容限是第二容限的兩倍。尤為優選地，所述預定容限為1%?6%。
[0012]在本發明又一個實施例中，用于電能質量監測的裝置包括:采樣模塊，用于獲取至少一個周波的電壓或電流采樣值；計算模塊，其基于所獲取的電壓或電流采樣值，計算出每半個周波的電壓或電流均方根值；記錄模塊，用于記錄計算模塊計算出的電壓或電流均方根值。
[0013]優選地，記錄模塊還包括:第一判斷模塊，用于判斷當前計算出的電壓或電流均方根值與半個周波前的電壓或電流均方根值是否超出一個預定的容限；記錄子模塊，在所述第一判斷模塊判斷出當前計算出的電壓或電流均方根值與半個周波前的電壓或電流均方根值之差超出所述預定的容限時，記錄當前計算出的電壓或電流均方根值。
[0014]更為優選地，所述預定的容限為至少第一容限和第二容限中之一，且所述第一容限大于所述第二容限，以及所述記錄模塊還包括:第二判斷模塊，用于判斷當前計算出的電壓或電流均方根值與額定的電壓或電流值之差是否超出一個預定的容限閾值；確定模塊，如果判斷出當前計算出的電壓或電流均方根值與額定的電壓或電流值之差超出所述預定的閾值，則所述預定的容限為第一容限，否則所述預定容限為第二容限，其中所述預定的容限閾值大于所述第一容限和第二容限中任一。
[0015]參考以下結合附圖對本發明各實施例的詳細描述，本發明的上述方面和優點將會更加清晰明了。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]以下附圖僅旨在于對本發明做示意性說明和解釋，并不限定本發明的范圍。其中，
[0017]圖1示出了電壓均方根的計算方式的示意圖；
[0018]圖2示出了每半個周波(瞬時半周波)電壓均方根的計算方式的示意圖；[0019]圖3示出了根據本發明一個實施例的電能質量監測方法的流程圖；
[0020]圖4示出了根據本發明另一個實施例的電能質量監測方法的流程圖；
[0021]圖5是采用圖4所示的電能質量監測方法得到的記錄數據的示意圖；
[0022]圖6示出了根據本發明又一個實施例的電能質量監測方法的流程圖；
[0023]圖7是采用圖6所示的電能質量監測方法得到的記錄數據的示意圖；
[0024]圖8是根據本發明一個實施例的電能質量監測裝置的結構框圖。
【具體實施方式】
[0025]為了對本發 明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照【專利附圖】
【附圖說明】本發明的【具體實施方式】。
[0026]在本發明一個實施例中，電能質量監測裝置不再記錄電流或電壓的采樣值，轉而僅記錄電壓或電流的均方根值，由此可較為有效地減少出于電能質量分析目的而記錄的數據量。以下將以記錄電壓數據為例來描述本發明所提出的解決方案。但是，本領域技術人員可以理解的，以下方案同樣可以應用于電流數據的記錄中。
[0027]圖1示意性地示出供電線路中單相的電壓波形，以及電壓均方根值(Urms)的計算方法。在圖1中，縱坐標為采樣到的電壓值，圖中用x(t)表示，橫坐標為時間軸，單位為秒
(S)。如圖1所示，電壓的均方根值Urms (即圖1中的y⑴)為電壓采樣值x⑴的平方在整個周期T內積分后除以周期時長T后的平方根。電壓的均方根值Urms亦稱為有效電壓。Urms的幅值變化足以反映電壓波形的變化，也就是電壓的狀態變化。這里所述的電壓狀態變化是指電壓值從一個穩定的幅值變化狀態變遷到一個新的狀態。這里狀態也可以指在幅值上以恒定的比率增加或減少的變化狀態。
[0028]在本發明的實施例中，為了進行電能質量分析，所記錄的是每半個周波的Urms。圖2示意性地示出了上述每半個周波的Urms的定義。圖2示出了至少兩個周期的正弦電壓波形。同時，圖2也示出了與該電壓波形對應的每半個周波的Urms，圖中用“X”表示。圖中左起第三到第五個“X”所指示的Urms可以分別以與之對應的第η個l/2Urms表示。在圖2中，第η個l/2Urms所指示的范圍為用于計算該相應Urms所使用的采樣數據的范圍。例如，第一個X點(Ist)的值是在第一個l/2Urms (即圖中的lstl/2Urms)指示的周期內按照圖1所示的公式計算出來的。第二個X點(2nd)的值是在第二個l/2Urms (即圖中的2ndl/2Urms)指示的周期內按照圖1所示的公式計算出來的。2ndl/2Urms比IstIz^Urms錯后半個周期。換言之，如果2ndl/2Urms所指示的范圍為當前周期Cur,則lstl/2Urms為半個周波前(Pre)。的Urms。如此，按照圖2所示的范圍可以依次計算出每半個周波的Urms，即圖2中“x”點。X點構成的曲線描述了電壓的變化趨勢。
[0029]圖3示出了根據本發明一個實施例的電能質量監測方法的流程圖。如圖3所示，該流程從步驟S310開始。在步驟S310中，電能質量監測設備獲取電壓采樣值，所獲得的電壓采樣值至少包括一個周波的采樣值。進而，在步驟S320中，按照圖1所示的公式計算出當前周期的l/2Urms。然后，在步驟S330中在存儲裝置中記錄下該l/2Urms。然后，流程可以返回到步驟S310繼續獲得至少下半個周波的采樣值，從而按照圖2所示的方式計算出下一個半周波的Urms。
[0030]采用如圖3所示的方法，由于僅記錄l/2Urms，所以所記錄數據在時間上的間隔為半個周波，從而降低了記錄數據的密度，即降低了記錄的數據量。同時，由于記錄的是l/2Urms,即使數據短時為零或者瞬間超出預定測量范圍，所得到的Urms依然可以在記錄范圍之內。因此，所記錄的數據與電壓是否出現漲落或暫停無關，從而所記錄的數據是連續的，且能夠真實地反映實際的電壓狀態變化。
[0031]圖4示出了根據本發明另一個實施例的電能質量監測方法的流程圖。如圖4所示，該流程中步驟S310和步驟S320與圖3所示情況相同，這里不再贅述。在記錄數據的步驟S430中，該流程進一步包括兩個子步驟S431和S432。如圖4所示，在步驟S431中，電能質量監測設備判斷當前計算出的l/2Urms與半個周波前的l/2Urms之差是否超出了一個預定的容限!Y。例如，假設當前計算出的l/2Urms為圖2中的2ndl/2Urms，則電能質量監測設備求2ndl/2Urms與lstl/2Urms之差的絕對值，即圖4所示的Λ l/2Urms。如果Λ l/2Urms大于預定的容限?Υ (例如在1%~6%)則進入步驟S435，將當前計算的例如2ndl/2Urms記錄下來。否則，不進行記錄，進而執行步驟S310，繼續獲取新的采樣值，以計算下一個電壓均方根值，例如圖2中的3rdl/2Urms。
[0032]圖5示出了采用圖4所示方法對出現漲落變化的電壓波形進行監測和數據記錄的結果。同樣地，在圖5中用“X”表示記錄下來的Urms。如圖5所示，僅記錄下了發生變化的l/2Urms，所以所記錄的數據量得以大幅減少。例如，如果電壓穩定的情況下，例如一個小時、一天或一周內Urms變化均未超出容限?Υ,則僅記錄一個Urms值即可。同時，當電壓幅值增加或下降時，圖4 所示的方法可以及時捕獲到電壓的變化，如圖5波形中部所示。由此，圖4所示的方法依賴于Urms的變化來記錄例如電壓波形的漲落、暫停等事件，從而所記錄的數據始終是連續且可信的，而不會受到例如電壓暫停等事件的干擾。
[0033]圖6示出了根據本發明又一個實施例的電能質量監測方法的流程圖。如圖6所示，該流程中步驟S310和步驟S320與圖3所示情況相同，這里不再贅述。記錄數據的步驟S630與圖3和圖4所示的情況不同。如圖6所示，在步驟S631中，電能質量監測設備判斷當前計算出的l/2Urms與一個額定的電壓值Unom之差是否超出了一個預定容限閾值Th。這里容限閾值Th的設定用于區分用戶感興趣的電壓變化范圍，以及不感興趣的電壓變化范圍。例如，如果電壓變化超出了閾值Th (Th例如為額定電壓值的8%~12%，優選為10%)，則數據用戶不關心的電壓變化范圍，無需提供高分辨率的數據記錄。相反，在該閾值以內電壓變化則需要較高分辨率的數據記錄，以便進行詳細的分析。在本實施例中，假設當前計算出的l/2Urms與Unom之差的絕對值小于閾值Th，則行進到步驟S633，選擇一個較小的容限T2作為容限!Y。相反，當前計算出的l/2Urms與Unom之差的絕對值大于閾值Th，則行進到步驟S632，選擇一個較大的容限Tl作為容限IV。優選地，Tl可以是T2的兩倍。例如，如果容限T2為2.5%，則Tl例如可以為大概5%。進而，在步驟S635中，根據所確定容限?Υ，按照與圖4中步驟S431相同的方式，確定是否需要記錄當前的Urms。如果需要，則按照與圖4類似的方式執行記錄步驟S636，否則返回到步驟S310。
[0034]圖7示出了采用圖6所示方法對出現漲落變化的電壓波形進行監測和數據記錄的結果。同樣地，在圖7中用“X”表示記錄下來的Urms。如圖7所示，不僅僅記錄下了發生變化的l/2Urms，而且在電壓相對于額定電壓變化幅度大的以更高的分辨率進行數據記錄。由此，采用圖6所示的方法可以在用戶關心的變化范圍內提供更多的數據記錄，以便進行進一步的電能質量分析。[0035]圖3、圖4和圖6所示的方法可以采用軟件來實現，也可以采用硬件或嵌入式編程來實現。圖8示意性地示出了一種用于電能質量監測的裝置(或稱電能質量監測設備)的結構框圖。如圖8所示，電能質量監測設備包括采樣模塊810，用于獲取至少一個周波的電壓采樣值；計算模塊820，其基于所獲取的電壓采樣值，計算出每半個周波的電壓均方根值；記錄模塊830，用于記錄計算模塊計算出的電壓或電流均方根值。
[0036]記錄模塊830可以有多種實現方式。可選地，記錄模塊830例如可以包括第一判斷模塊831和記錄子模塊832。其中，第一判斷模塊831用于判斷當前計算出的電壓均方根值與半個周波前的電壓均方根值是否超出一個預定的容限。如果第一判斷模塊831判斷出當前計算出的電壓或電流均方根值與半個周波前的電壓均方根值之差超出所述預定的容限，則記錄子模塊832記錄當前計算出的電壓均方根值。
[0037]可選地，記錄模塊830例如還可以包括第二判斷模塊833和確定模塊834。其中，第二判斷模塊833用于判斷當前計算出的電壓均方根值與額定電壓值之差是否超出一個預定的容限閾值。用于判斷當前計算出的電壓均方根值與半個周波前的電壓均方根值是否超出一個預定的容限。如果第二判斷模塊833判斷出當前計算出的電壓均方根值與額定的電壓值之差超出所述預定的閾值Th，則確定模塊834將第一容限Tl確定為預定的容限IV，否則確定模塊834將第二容限T2確定為所述預定容限?Υ，其中所述預定的容限閾值Th大于所述第一容限Tl和第二容限T2中任一。
[0038]應當理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但并非每個實施例僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
[0039] 以上所述僅為本發明示意性的【具體實施方式】，并非用以限定本發明的范圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結合，均應屬于本發明保護的范圍。
【權利要求】
1.一種用于電能質量監測的方法，包括: 獲取至少一個周波的電壓或電流采樣值； 基于所獲取的電壓或電流采樣值，計算出每半個周波的電壓或電流均方根值； 記錄所述計算出的電壓或電流均方根值。
2.如權利要求1所述的方法，其中，記錄所述每半個周波電壓或電流均方根值的步驟還包括: 判斷當前計算出的電壓或電流均方根值與半個周波前的電壓或電流均方根值之差是否超出一個預定的容限； 如果當前計算出的電壓或電流均方根值與半個周波前的電壓或電流均方根值之差超出所述預定的容限，則記錄當前計算出的電壓或電流均方根值。
3.如權利要求2所述的方法，其中，所述預定的容限為至少第一容限和第二容限中之一，且所述第一容限大于所述第二容限，以及 記錄所述電壓或電流均方根值的步驟還包括: 判斷當前計算出的電壓或電流均方根值與額定的電壓或電流值之差是否超出一個預定的容限閾值； 如果當前計算出的電 壓或電流均方根值與額定的電壓或電流值之差超出所述預定容限閾值，則所述預定的容限為第一容限，否則所述預定容限為第二容限， 其中所述預定的容限閾值大于所述第一容限和第二容限中任一。
4.如權利要求3所述的方法，其中，所述預定的容限閾值為額定的電壓或電流均方值的8%~12%。
5.如權利要求3所述的方法，其中，所述第一容限是第二容限的兩倍。
6.如權利要求2所述的方法，其中，所述預定容限為1%~6%。
7.一種用于電能質量監測的裝置，包括: 采樣模塊，用于獲取至少一個周波的電壓或電流采樣值； 計算模塊，其基于所獲取的電壓或電流采樣值，計算出每半個周波的電壓或電流均方根值； 記錄模塊，用于記錄計算模塊計算出的電壓或電流均方根值。
8.如權利要求7所述的裝置，其中，記錄模塊還包括: 第一判斷模塊，用于判斷當前計算出的電壓或電流均方根值與半個周波前的電壓或電流均方根值是否超出一個預定的容限； 記錄子模塊，在所述第一判斷模塊判斷出當前計算出的電壓或電流均方根值與半個周波前的電壓或電流均方根值之差超出所述預定的容限時，記錄當前計算出的電壓或電流均方根值。
9.如權利要求8所述的裝置，其中，所述預定的容限為至少第一容限和第二容限中之一，且所述第一容限大于所述第二容限，以及 所述記錄模塊還包括: 第二判斷模塊，用于判斷當前計算出的電壓或電流均方根值與額定的電壓或電流值之差是否超出一個預定的容限閾值； 確定模塊，如果判斷出當前計算出的電壓或電流均方根值與額定的電壓或電流值之差超出所述預定的閾值，則所述預定的容限為第一容限，否則所述預定容限為第二容限，其中所述預定的容限閾值大于所述第一容限和第二容限中任一。
10.如權利要求7所述的裝置，其中，所述預定容限為1%~6%。
【文檔編號】G01R19/02GK104020340SQ201310064937
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2013年2月28日 優先權日:2013年2月28日
【發明者】侯勇 申請人:西門子電力自動化有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
