CN101006348B

CN101006348B - 电力质量监测

Info

Publication number: CN101006348B
Application number: CN2004800427783A
Authority: CN
Inventors: 波尔·尼森布拉特; 阿米尔·莫德哈伊·布罗什; 奥菲尔·埃弗拉蒂
Original assignee: ELSPEC Ltd
Current assignee: ELSPEC Ltd
Priority date: 2004-04-18
Filing date: 2004-04-18
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2024-04-18
Also published as: WO2005101032A1; EP1738184A4; JP5416350B2; EP1738184A1; DK1738184T3; US7415370B2; CN101006348A; US20060212238A1; JP2007532898A; ES2442379T3; EP1738184B1

Abstract

一种用于压缩所监测的电力信号的波形的值的方法。该方法包括获取表示所述波形的多个时期的数据(202)，在所述波形的多个时期内，将所述电力信号的波形分解成多个分量(连续步骤204，206，208，210，212，214)，以及在多个时期之内，分别地压缩至少一些分量的值(216)。以及存储这些值和范围(218)。

Description

电力质量监测

技术领域

本发明涉及电力质量监测领域，尤其涉及对用于以后参考的电力质量数据的存储。

背景技术

为了提供高质量的电力服务，期望沿着一个电力网络在不同的位置监测电信号的质量。特别是，当一个特定事件(举例来说，断电)发生时，期望知道网络中各个位置的电流和电压的波形，以便理解事件发生的原因。

VanDoom以及其他人的美国专利5,736,847，其公开内容在此被引入作为参考，描述了用于读出和显示电力波形以及计算波形参数的电力仪表(powermeter)。这些参数可以包括例如电流，电压，功率，多相信号波形之间的相位关系，功率因子，频率，千瓦时(KWH)，无功千伏安(KVAR)，千乏时(KVARH)，千伏安(KVA)和千伏安时(KVAH)。

然而，在有些情况下，在线显示波形和/或推出的参数是不够的。Griffin，Jr.以及其他人的美国专利6,675,071，其公开内容在此被引入作为参考，声明期望实现一种电力质量设备，其在任何时候都可以捕获所有电压波形数据，但是因为所涉及的数据量太大，这样的设备是行不通的。在每个周期32个采样的采样率的情况下，每秒收集1920个采样。对于测量电压和电流波形两者的三相仪表，数据为6-8倍。专利6,675,071建议检测波形中的变化并且捕获与所检测到的变化的倍数相关的数据。

Forth以及其他人的美国专利6,671,654，其公开内容在此被引入作为参考，描述了用于测量配电系统的电力参数的电子设备。如同专利6,675,071中，仅在一个事件发生时(举例来说，电流或电压中的突发变化)存储数据。

Curtis的美国专利6,639,518，其公开内容在此被引入作为参考，描述了一种电路监测器，用来监测电路中的一个或多个计量值。该监测器包括用来选择告警设定点的系统。

一些监测系统仅存储电信号的均方根(RMS)和/或功率。然而，这些数据通常不足以确定问题的准确本性。

发明内容

本发明一些实施例的一个方面涉及用于连续地存储一个或多个电力信号的波形而不管感兴趣的事件是否被识别的装置。该装置可选择地包括存储器，所述存储器足以在正常电力条件下长期地存储波形，至少一个月，两个月或甚至一年。在这样长的时期内存储波形，这允许回顾事件来确定与在一个事件时被认为重要的不同的参数，和/或允许回顾一些在它们发生时没有被认为是重要的或者根本没有被识别的事件。

在本发明的一些实施例中，通过使用可选地考虑了电力信号特性的压缩方法来对连续存储的信号的数据进行压缩。可选择地，该压缩方法可以在获取所述信号时实时地执行，从而在接收到所有压缩数据之前，执行压缩判定。可选择地，所述数据的任何特定段的压缩可以基于一小段所述数据而执行。在本发明的一些实施例中，在生成任何一条压缩数据时，由执行压缩的处理器所观看到的未压缩数据的量相对小，例如小于未压缩数据中的一分钟，一秒钟，或甚至十分之一秒。可选择地，压缩处理器可用的以及/或者实际用于压缩的存储器的量小于100KB或者甚至10KB。

依照本发明的一些实施例，迄今为止花费在事件识别上的处理能力和/或研发资源都意在压缩和存储与在存储波形数据时相关的大量数据。

可选择地，可以采用每个电子周期时间(通常1/50或1/60秒)内至少64个，128个，256个，或者甚至512个采样的高精度，来执行波形的存储。

本发明一些实施例的一个方面涉及在压缩所监测的电力信号时使用有损压缩的方法。对于电力信号使用有损压缩的方法能够实现高压缩比，从而允许在相对小的质量缩减的情况下存储大量的数据。依照本发明的一些实施例，通过损失很小的精度来存储整个电力波形，而不是高精度地存储有限数目的参数。可选择地，当需要更精确的信息时，一个或多个非常有用的参数的精确值与波形一起存储。所述有损压缩可选择地包括损失最多大约1-2％的精度，优选为大约0.1％，同时实现1∶500，1∶1000或更高的压缩比。

可选择地，所述有损压缩被实时执行。在一些情况下，实时压缩可能需要具有相对高的处理能力需求的压缩单元。

本发明一些实施例的一个方面涉及所监测的电力信号的实时压缩。该实时压缩可以飞速地执行，而不需要压缩单元具有大量的内部存储器。作为选择或者此外，当每个采样被获取时，可以在小于一秒或者甚至二分之一秒之内对每个采样执行该实时压缩。

本发明一些实施例的一个方面涉及通过把电力信号分解成多个分量(举例来说，频率分量)并且在一个相对长的时间范围上对每个分量分别进行压缩，来压缩电力信号。在本发明的一些实施例中，该压缩把每个分量随时间变化的值拟合成一个模型，该模型可以通过少量的数据来表示。例如，具有相同值的分量可选择地可以通过声明该值以及该值出现的时间范围来一起表示。每个分量的值可选择地被单独压缩，而不涉及任何其它分量的值。可选择地，每个周期中的电力信号被分解成它的各个分量并且各个分量的值在多个周期上一起被压缩。

可选择地，该压缩包括有损压缩，该有损压缩在将该分量的值拟合为模型时忽略小的误差。在本发明的一些实施例中，该有损压缩忽略小于所述装置的测量精确度的误差。

在本发明的一些实施例中，所述多个分量包括频率分量(即，谐波)。该频率分量可选择地可以通过对时域采样应用变换，例如傅立叶变换(例如，DFT，FFT)，余弦变换(DCT)或者Z变换，而生成。作为选择或者此外，该频率分量可以通过对应于不同的频率的滤波器阵列来生成，该滤波器阵列可以是数字或模拟的。更进一步地作为选择或者此外，该频率分量可以通过使用时间模式识别来生成。除了频率分量外，作为选择，该分量还可以包括时间分量，例如电力信号周期的时间段。

可选择地，通过对每个谐波存储平均值以及相应的连续周期的数目来表示该电力信号，在这些周期内，该谐波具有与平均值接近的值。虽然执行傅立叶变换需要相对大量的处理，但是可以达到的压缩比，以及因此产生的存储长时期内的电力信号的能力，都被认为是具有优势的。

在本发明的一些实施例中，电力信号周期长度是被连续监测的(也就是，它是如何接近额定的50或60Hz)，从而，可以对一个周期内的信号精确地执行傅立叶变换，而不会偏斜出该周期。在本发明的一些实施例中，根据该周期长度调整电力信号的采样率，因此，无论每个周期的长度如何，每个周期具有基本上相同数目的采样。可选择地，每个周期可以具有适合于快速傅立叶变换的预定数目的采样(例如，256个采样)。

通过精确地跟随电力信号的周期，该谐波值在很长一段信号范围内通常具有相同或者非常相似的值。因此，只要存储值的变化，对于正常的电信号，该压缩可以达到非常高的压缩比(例如，1∶10,000)，这允许存储大量的数据。

在本发明的一些实施例中，具有非常低的值的谐波的值(也就是，接近零)没有被存储。通常，电力信号周期的许多谐波基本上具有零值，因此不需要存储空间，特别是当所监测的电力线在正常运行时。

本发明一些实施例的一个方面涉及通过存储电信号的谱分量，来存储该电信号在一个相当长的时期(至少一周或者甚至一个月)内的波形。可选择地，该谱分量是被压缩的。

因此，根据本发明的一个典型实施例，提供了用于压缩所监测的电力信号的波形的值的方法，包括：获取表示波形的多个时期(period)的数据，在波形的多个时期内将电力信号波形分解成多个分量，以及在多个时期内，分别地压缩所述多个分量中的至少一些分量的值。

可选择地，将电力信号的波形分解成多个分量包括将电力信号的波形分解成频率分量。可选择地，压缩所述多个分量中的至少一些分量的值包括将该分量的时间段拟合成模型并且记录所述拟合的系数。可选择地，该模型包括随时间为常数的常数函数。可选择地，对于随时间为常数的常数函数的所记录的系数包括一个单一的值和一个长度。可选择地，该模型包括一个随时间变化的单调函数。可选择地，获取表示波形的多个时期的数据包括获取电力信号的采样并且将采样分割为与电力信号的多个周期(cycle)对应的多个分组。可选择地，分解波形包括将每个分组的采样变换为谐波分量值。

可选择地，分别地压缩所述多个分量中的至少一些分量包括对每个谐波存储由平均值和周期数组成的对，在这些周期里，该值与该平均值接近。可选择地，其中该值与该平均值接近的该周期数是通过确定一列谐波值中的最小值和最大值以及确定何时最小值和最大值之间的距离大于预定的距离来确定的。可选择地，该预定的距离为谐波的平均最近值的配置的百分比。可选择地，该预定的距离是谐波的配置期望值的配置的百分比。

可选择地，获取采样包括获取模拟信号并且对信号进行采样。可选择地，将该采样分割为多个分组包括重复地确定信号的主电源频率并且相应地确定电力信号的周期。

可选择地，对信号进行采样包括以响应于主电源频率而确定的采样率进行采样。可选择地，重复地确定该主电源频率包括根据所获取的采样进行确定。作为选择或者此外，重复地确定该主电源频率包括根据模拟信号进行确定，所述获取的采样是根据此模拟信号生成的。可选择地，变换每个分组的采样包括使用快速傅立叶变换进行的变换。

可选择地，该方法包括对压缩后的谐波值应用无损压缩方法。可选择地，该方法包括将至少一些压缩后的分量存储在表示多个电力信号的文件结构中。可选择地，该方法包括把该压缩后的分量存储在表示连续超过一个月内的电力信号的文件结构中。可选择地，该方法包括在一个通信链路上传输该压缩后的分量。可选择地，压缩所述多个分量中的至少一些分量包括分别地压缩每个分量。可选择地，压缩所述多个分量中的至少一些分量包括实时压缩和/或使用有损压缩进行压缩。可选择地，分别地压缩所述多个分量中的至少一些分量包括在波形的至少三个周期上分别地进行压缩。可选择地，该电力信号包括电流信号或电压信号。可选择地，获取表示波形的多个时期的数据包括获取表示波形的多个周期的数据。

可选择地，获取表示波形的多个时期的数据包括获取表示比波形的多个周期短或长的多个时期的数据。

可选择地，把波形分解成多个分量包括分解成时域同延的分量。

此外，根据本发明的一个典型实施例，提供了用于压缩所监测的电力信号的值的方法，包括：获取电力信号的采样，将采样分割为与电力信号的周期对应的多个分组，把每个分组的采样变换为谐波分量值以及将谐波分量值的表示持续地存储在非易失性存储介质上持续至少一个星期。

可选择地，存储该表示包括存储压缩后的谐波分量值的表示。可选择地，存储该压缩后的表示包括存储基于在多个周期内将各谐波分量的值一起压缩的压缩。

此外，依照本发明的一个优选实施例，提供了用于监测电力信号的设备，该设备包括用于测量电力线信号的电力线接口，非易失性存储介质，以及处理器，用于把测量到的电力线信号的波形信息的表示持续地存储在存储介质上，而不管是否识别出特殊的事件。

可选择地，该电力线信号包括至少一个电流信号和/或至少一个电压信号。可选择地，该处理器被用于持续地存储该表示至少超过一个星期。可选择地，该设备并不是用于识别特定事件。可选择地，该存储介质的容量小于1GB。或者，该存储介质的容量大于1GB。可选择地，该处理器被用于以至少一个预定的最小压缩比来压缩所测量的电力信号。

可选择地，该处理器用于调整压缩的损失级别以便到达该预定的最小压缩比。可选择地，该处理器用于实时压缩所测量的电力信号。可选择地，该处理器用于使用有损压缩方法来压缩所测量的电力信号。可选择地，该接口用于以每个电力信号的周期内至少8个采样的采用率提供电力信号的采样。

此外，依照本发明的一个典型实施例，提供了用于压缩所监测的电力信号值的方法，包括：获取电力信号的采样，以及使用有损压缩方法对电力信号的采样进行压缩。可选择地，压缩该采样包括实时压缩。可选择地，获取该采样包括以每个电力信号周期至少50个采样的采样率进行获取。

附图说明

本发明的特定典型实施例将会参照下面结合附图进行的实施例的描述来进行描述，其中在所有附图中，出现在超过一个附图中相同的结构，元件或部件通常被标识为相同或相近的数字，其中：

图1是根据本发明的一个典型实施例的压缩单元的示意图；

图2是根据本发明的一个典型实施例的压缩方法的流程图；

图3是根据本发明的一个典型实施例的确定时间范围的方法的流程图，在该时间范围内，谐波的值或参数基本相同；以及

图4是根据本发明的一个典型实施例的压缩后的数据的存储排列的示意图。

典型实施例的详细描述

图1是根据本发明的一个典型实施例的压缩单元100的示意图。为了质量监测，压缩单元100可选择地连接到电线上来监测其上通过的信号，例如连接到三相线102和中线(neutralline)104。压缩单元100对从电线上感测的信号进行压缩，使得允许存储很长持续时间内的监测数据，可选择地，可以持续地存储而不管是否识别到感兴趣的事件。在本发明的一些实施例中，压缩单元100包括电流测量连接130和电压测量连接132。该连接可以包括物理连接，磁场连接和/或使用任何其它耦合。

可选择地，压缩单元100包括用于感测监测信号的模拟传感器110，用于将所感测的模拟信号转换为数字采样的模/数(A/D)转换器114，以及用于执行压缩的压缩器112。在本发明的一些实施例中，压缩单元100还包括处理器118，该处理器确定原始感测数据的一个或更多参数，例如一个或更多功率，多相信号的波形之间的相位关系，功率因子，主电源频率，千瓦时(KWH)，无功千伏安(KVAR)，千乏时(KVARH)，千伏安(KVA)，总谐波失真(THD)，均方根(RMS)电流，均方根(RMS)电压，和千伏安时(KVAH)。对于每个相而言，这些参数中至少有一些被可选择地计算出。作为选择或者此外，所监测的参数包括凹陷(sag)，隆起(swell)和/或闪烁参数以及/或者在确定这些参数时使用的数据。在一些情况下，各相的值之间的比值被计算出。处理器118所计算出的参数可以被压缩器112压缩，并且/或者可以被用来生成告警，如本领域中公知的。可选择地，处理器118所计算出的参数可以是具有高有用性的参数，并且/或者可以是受波形中的低的不精确性相当大地影响的参数。为了避免由于应用于波形的有损压缩而产生的不精确性，除了波形本身之外，还可选择地存储这些参数。

可选择地，压缩器112执行实时压缩，从而可以在自信号被获取时起的小于一秒或甚至十分之一秒内被压缩。压缩器112的压缩数据可选择地被存储到本领域中公知的任何一种存储单元120上，例如磁盘驱动器，闪存卡(CF)或者任何其它非易失性存储器。在本发明的一些实施例中，存储单元120相对很大，从而它可以存储几个月或者甚至超过一年时间内累积的数据。可选择地，存储单元120相对很大，即大于1GB，10GB或者甚至40GB。作为选择或者此外，压缩器112的压缩是非常高的，从而相对小的存储单元120，甚至小于1GB，就已经足够。

在本发明的一些实施例中，压缩器112包括高速缓冲存储器，该高速缓冲存储器暂时存储数据直到数据被存储到存储单元120。作为选择或者此外，该高速缓冲存储器存储压缩所需要的数据。可选择地，该高速缓冲存储器具有小于10MB，1MB或者甚至小于100KB的大小。

除了压缩信号被存储外，作为选择或者此外，该压缩信号可以被传送到发射机124，以用于传输到远程单元。在被传输之前对所述信号进行压缩，以便允许在一个合理的带宽内进行传输。该传输可以通过使用本领域中已知的任何通信链路来执行，包括通过所监测的电力线，无线链路，电缆和/或电话线。在远程单元，所传输的信号可以被存储，显示和/或分析。在本发明的一些实施例中，存储单元120中存储的压缩信号可以从控制单元126存取，该控制单元可以被用来显示和/或分析该压缩信号。如下文所示，可选择地，以允许快速读取具有特定时间和/或类型的信号的方式来存储该信号。可选择地，控制单元126也被用来配置压缩单元100的操作属性。

模拟传感器110可以是本领域中任何已知的类型，包括在上文中提到的美国专利5,736,847中所描述的那些类型。可选择地，压缩器112具有足够的处理能力，以便对于电力信号的每个周期，可以对每个监测信号执行傅立叶变换(例如，FFT)。

可选择地，A/D转换器114以一个速率进行操作，该速率足够覆盖所感测的信号的期望数目的谐波。在本发明的一些实施例中，A/D转换器114以预定的足够高的速率进行操作。或者，A/D转换器114的采样率可以根据测量信号的主电源频率进行调整。可选择地，对于不同的线路和/或同一条线路上的不同信号(例如，电流，电压)，可以使用不同的采样率。或者，可以对于所有模拟传感器110所采样的信号使用相同的采样率。

A/D转换器114基本上可以具有任何合适的采样字长，例如16位。可选择地，可以按照测量装置的精确度选择所述采样字长。

图2是根据本发明的一个典型实施例的压缩方法的流程图。基于所采样(202)的信号，通过使用本领域中已知的任何方法，例如任何锁相环(PLL)方法，可选择地，利用比如过零检测或自相关的特征，可以确定(204)该主电源频率。与该主电源频率相应的采样率被计算(206)出。如果(208)所计算出的采样率和A/D转换器114的当前采样率完全不同，那么当确认采样率需要改变后立即或者经过一个或多个周期后，采样率被变成(210)所计算出的采样率。或者，可以通过使用例如滞后算法来逐步地进行改变。

所感测的信号的每个周期的采样被变换(212)到频域(也就是，变换为由实数值和虚数值组成的谐波矢量)，可选择地，可以使用快速傅立叶变换(FFT)。作为选择或者此外，确定该感测的信号的一个或多个参数值(214)。对于每个参数和谐波，压缩器112确定(216)时间(或采样)范围，在此范围内它的值完全不变，并持续跟踪这些值以及各自的等值范围的长度。通过参考图3，下文中将描述一个确定(216)时间范围的优选实施例。以合适的文件格式可选择地存储(218)所确定(216)的值和范围，例如下面参考图4所描述的。在本发明的一些实施例中，通过使用本领域中已知的任何合适的无损和/或通用(也就是，不依赖于被压缩信号表示的数据类型)压缩方法，例如Lempel Ziv Welch(LZW)压缩，该文件格式会被进一步地压缩。

关于计算(206)相应频率的采样率的更多细节，在本发明的一些实施例中，该采样率是基于在压缩中使用的谐波数的。在本发明的一个典型实施例中，使用了128个谐波，尽管可以使用更多的谐波以达到更精确的压缩，并且/或者可以捕获高频率和/或瞬时事件。例如，在50Hz的主电源频率下，1MHz的采样率对应于大约20,000个谐波，其可以被用来捕获所监测的电信号上的快速瞬时事件。由于高谐波通常具有零值，压缩信号的大小基本上不会受到使用如此大量谐波的影响。或者，当不需要高精度时，可以使用较少的谐波(例如，32个)，以减少在执行傅立叶变换时压缩器112所需要的处理能力。可选择地，所使用的采样率可以等于两倍的主电源频率乘以谐波数，从而，对于监测信号的每个周期，都有足够数目的采样来构造谐波的预期数目。例如，为了达到128个谐波，对于以50Hz频率运行的电力线，可以使用12.8KHz的采样率，而对于60Hz的频率，可以使用15.36KHz的采样率。

关于确定所计算出的采样率是否(208)基本上不同于当前采样率的更多细节，在本发明的一些实施例中，基于该差别对压缩所产生的影响，该值被认为完全不同。可选择地，当即使该监测信号的周期完全相同，该差别具有造成连续FFT周期的值不同时，那么A/D转换器114的采样率被改变(210)。

除了基于采样值来确定该主电源频率，作为选择，该主电源频率可以通过使用本领域中的已知方法根据模拟信号确定。可选择地，当压缩单元100在多条电力线上操作时，采样率可以基于所述多条线的主频率的平均值来确定，或者通常当相关电力线的频率相同时，可以基于被用来作为电力线的代表的一条线的主频率来确定。作为选择或者此外，例如当不同的电力线不相关时，对于不同的电力线可以使用不同的采样率。

除了根据主频率的改变来调整采样率外，作为选择，可以使用一个比所需要的采样率高的采样率，并且该主频率被用来将采样分组为多个周期。可选择地，根据这种选择方案，可以使用数字傅立叶变换(DFT)或例如Z变换或DCT变换的任何其它变换，而不是FFT。或者，所述采样会被再采样成FFT所需要的多个采样。

在本发明的一些实施例中，如果与用于确定主电源频率的信号的同步被丢失，那么上一次所确定的主电源频率被用来确定周期长度(针对其它监测信号)，直到该同步恢复为止。

除了使用FFT变换，作为选择，可以使用任何其它的方法来将每个周期的值转换成谐波。这些可供选择的方法可以包括例如其它变换，如DCT变换或Z变换。作为选择或者此外，滤波器阵列和/或时间模式识别可被用来将每个周期的值转换成谐波。关于确定(216)其中该值基本上不改变的时间范围的细节，在本发明的一些实施例中，当该值根据预定的模式有很小的改变时，这会在压缩格式中被声明。因此，这允许更加准确地重构信号和/或可以使用更高的容差值。

除了确定(216)其中谐波值基本上不改变的时间范围外，作为选择或者此外，压缩器112还可以尝试将测量值拟合成预定的函数或模式，例如拟合为单调递增或递减的线和/或低阶的多项式。更进一步地作为选择或者此外，压缩器112可以从一组预定的函数中选择一个函数，该函数能够实现将该值最好地拟合为所述函数。压缩的结果包括所选函数和所使用的系数的指示。

图3是根据本发明的一个典型实施例的用于确定(216)时间范围的方法的流程图，在该时间范围内，一个谐波或一个参数(以下作为参考，为了简明，共同使用统称术语“谐波”)的值完全相同。在图3的过程中，在一个该值完全相同的运行期间(也就是，min和max之间的差别很小)，变量min，max，acc和average分别存储谐波值的最小值，最大值，和值和平均值。变量count存储在值的当前运行(run)中的值的数目。

在启动(300)时，当一个新的信号记录开始时(如同参考图4在下文所描述的)并且当(330)针对一个谐波接收到完全不同的值时，变量min，max和acc被设置(302)成最新收到的值，在此使用变量new来提及，也就是，min＝max＝acc＝new。然后，接收到另外一个新近收到的值(new)(303)。将后一个收到(304)的值new与min以及max进行比较，以便确定是否这两个变量中的任何一个应该被改变，也就是，

如果new＜min则min＝new

否则如果new＞max则max＝new

将最小值和最大值的差与最大容差值进行比较(306)，该最大容差值依然被认为是属于值的同一次运行。如果(306)最小值和最大值的差比所允许的容差大(330)(即，|max-min|＞容差)，那么先前的运行就会关闭(310)，并且一个新的运行从动作302开始执行。关闭(310)先前的运行包括将该运行的采样的平均值(avg)以及该运行的采样计数一起存储。除了存储平均值外，作为选择或者此外，也可以存储该和值(acc)。如果(306)最小值和最大值的差在所允许的容差范围内，new的值被加(315)到acc，并且count加一。然后，接收(303)到该谐波的另外一个值。

在运行了多轮图3中的方法后，由avg和count的值组成的多个对所组成的一个数组就被接收到。通常，在电力信号中，相同或非常相似的谐波值出现在主电源频率的许多连续的周期上。因此，通过使用一个相对小数目的由值以及其中它们出现的连续周期的数目组成的对，就可以得到一个电力信号的多个周期的表示。

值得注意的是，对一些谐波而言，其值的同等性是非常真实的，从而，即使对于一些谐波通过使用本发明的压缩方法而得到的节省相对很小，另外一些谐波中的节省会非常大。

在本发明的一些实施例中，不是存储谐波值本身，而是存储被已知为相关的两个谐波之间的比值。在有些情况下，该比值比该值本身更加稳定。在本发明的一个典型实施例中，使用了高阶谐波和基本谐波之间的比值。作为选择或者此外，压缩单元100根据哪一个选项当前提供更加稳定的值，来实时选择是存储谐波值本身还是该比值。

在本发明的一些实施例中，该容差值被设定成谐波额定值的百分比。作为选择，该容差值被设定成基本谐波或该总信号的百分比。可选择地，可以根据精确度和压缩比之间所期望的一个折衷来配置该容差值。在该配置中，信号测量的误差被可选择地考虑，从而，该容差百分比不会小于信号测量的误差。值得注意的是，在该误差相对较高(举例来说，测量值的0.1％)的情况下，该容差值可以被设定成仪器固有的测量误差，从而，信息不会因为有损压缩而丢失。在本发明的一个典型实施例中，使用了额定值的0.1-1％之间的容差。除了使用预先设定的容差值，作为选择，该容差值可以根据压缩的参数随时间而进行调整。在本发明的一个典型实施例中，该容差值根据所实现的压缩比进行调整。可选择地，每次完成数据记录414(图4)后，该记录414的压缩比就被确定并且相应地选择下一个数据记录的容差，以便实现所期望的压缩比。

可选择地，对所有所压缩的信号，可以使用相同的容差。或者，可以对不同的谐波和/或参数使用不同的容差值，例如，根据每个谐波和/或参数的重要性。该额定值可选择地可以是该谐波的一个配置的期望值。或者，该额定值可以是一个平均值，该平均值是基于在最近一些周期上谐波的值来确定的。

在本发明的一些实施例中，对于具有复数值的谐波，图3中的方法将针对谐波的实部和虚部分别进行处理。或者，可以对于谐波复数值一起执行该方法，与容差的比较是基于min和max的差的振幅来执行的。更进一步地作为选择或者此外，将针对谐波值的振幅和相位分别执行图3中的方法。

图4是根据本发明一个典型实施例的压缩数据存储排列400的示意图。可选择地，该压缩数据被组织在属于会话402的多个文件404中。连续获取单个会话402的多个文件404，从而，单个会话402的多个文件404之间没有数据间隙。然而在多个会话402之间，可以存在数据间隙，例如因为瞬间的停电和/或用户的停止/开始命令。

可选择地，每个文件404包括报头410，用于识别文件所承载的数据类型的信息记录412，以及包括压缩数据的数据块记录414。在本发明的一些实施例中，每个数据块记录414包括报头420和信号字段422(被标记成422A，422B，422C等)，每个信号字段422对应于被压缩单元100监测的单个信号。对于与单值参数有关的信号，比如信号字段442B所例示的，信号字段442B包括长度字段430和数组432，该数组中具有多个由平均值(avg，图3)和其在监测信号中持续出现的次数(count，图3)组成的对。该数组432的值在图3的动作310中被存储。在本发明的一些实施例中，该平均值是通过指示信号平均值和额定值之间的一个比值而声明的。使用比值通常可以减少存储该平均值所需要的存储空间。

涉及被它们的谐波所表示的波形信号的信号字段422在图4中以信号字段422D来代表，信号字段422D包括多个与信号的谐波对应的谐波字段438，以及数目字段434，该数目字段434用来指示在该信号字段422D中的谐波字段438的数目。每个谐波字段438可选择地包括身份(ID)字段436，用来指示该谐波字段438和哪一个谐波相关，数组字段432，其包括多个由平均值和其持续出现的次数组成的对，以及长度字段430，用来指示在该数组字段432中所述对的数目。在本发明的一些实施例中，具有零值的谐波没有列在信号字段422D中。在电力线信号中许多高阶谐波通常具有零值，从而，不存储零值的谐波是有利的。或者，对于每个所计算的谐波，信号字段422D包括谐波字段438，从而，所有信号字段422D具有相同数目的谐波，而不需要ID字段436和数目字段434。进一步地作为选择，当有利时，数目字段434指示对于所有谐波都存在值，并且不使用ID字段436。

可选择地，当在一个相当长的时期(举例来说，超过10个周期)上的每个周期谐波值完全改变时，那么可以使用不同的存储格式，例如单独存储测量值和/或存储连续值之间的差。可选择地，特殊的指示被用于发信号来使用不同的格式。

在本发明的一些实施例中，在信号字段422D中的谐波的顺序是任意选择的，例如从基本谐波按顺序向上到最高谐波(例如，127)。或者，可以选择谐波的顺序而期望达到一个文件的更好的无损压缩，例如，使用LZW压缩。可选择地，谐波顺序是根据在文件404上使用的无损压缩方法以及预期的谐波的类似性来选择的。在本发明的一个典型实施例中，奇数谐波和偶数谐波被分开存储。作为选择或者此外，该谐波以降序存储。

在本发明的一些实施例中，基本上所有数据记录414包括同一信号的数据。在本发明的一个典型实施例中，在记录414中存储的信号包括电流波形信号和电压波形信号，它们由长信号字段422D来表示。另外，被记录414存储的信号可选择地包括均方根(RMS)电压和均方根电流。或者，不同的数据记录414涉及不同的信号集。

数据记录414的报头420可选择地指示与记录414相关的数据的起始时间和/或结束时间。在本发明的一些实施例中，在报头420里，该时间指示使用压缩单元100的内部时间方案。如下所示，每个文件的信息记录412可选择地声明一个地区时间(也就是，一个标准时间)和一个相应的内部时间，以用来把内部时间转换成标准(地区)时间。在报头420中使用内部时间允许使用一个较短的时间字段，和/或在获取单个文件数据的过程中，可以消除因为人工错误设置地区时间而造成时间矛盾的可能性。该地区时间允许比较该压缩数据和其它压缩单元100的数据，和/或比较压缩数据和其它事件。该地区时间可选择地在每个文件404中被声明，从而，内部时间的时钟偏差并不会造成获取数据的时间指示的大的漂移。

文件404的每个数据记录414可选择地涉及唯一时期中的信号，从而，特定时期中的所有信号都被包括在单个数据记录414中。单个文件404的数据记录414可选择地根据与它们相关的时期进行排序。可选择地，不同的数据记录414涉及不同长度的时期。在本发明的一些实施例中，数据记录414被限制只能涉及最多预定长度的时期中的数据，例如2-10分钟，举例来说，5分钟。在本发明的一些实施例中，该预定的最大时期被选择来限制主电源频率随时间改变的范围，因此，该数组432使用周期数作为时间指示的类型。

作为选择或者此外，数据块记录414不超过最大尺寸，例如大约0.5-2MB之间。更进一步地作为选择或者此外，数据记录414受到原始未压缩数据的大小限制，从而，可以简单地在单个处理器上来操作单个记录414的数据。在本发明的一个典型实施例中，数据记录414被限制最多只能涉及2-20MB之间的数据。

文件404可选择地被限制不大于被计算(举例来说，解压缩)和存储单元实际上管理的尺寸，例如最多20-40MB。作为选择或者此外，文件404被限制在与它们相关的时间范围(举例来说，不超过一天或一星期)内，和/或被限制在它们所包括的数据记录414的数目。在本发明的一些实施例中，文件404未被限制在与它们相关的时间范围内，和/或未被限制在它们所包括的记录数目内。

在本发明的一些实施例中，当压缩单元100的配置参数改变和/或信息记录412中的任何其它信息改变时，当前文件404被关闭并且一个新的文件404被打开。因此，在单个文件404的报头410和信息记录412中的数据涉及该整个文件而没有变化。作为选择或者此外，信息记录412中的一个或多个字段包括空间来为不同的数据记录414和/或不同信号422声明不同的配置值。

文件报头410可选择地识别文件404所属的会话402，以及该文件404在该会话中的位置。在本发明的一些实施例中，如本领域中所公知的，文件报头410还声明类型和版本。作为选择或者此外，文件报头410声明文件数据开始和/或结束的地区时间。更进一步地作为选择或者此外，文件报头410声明文件数据开始和/或结束的内部时钟点。在本发明的一些实施例中，文件报头410包括字符串字段，其可以被用户用来识别该文件。

信息记录412可选择地包括所有需要的配置信息，以便理解该文件404的内容，从而，每个文件404都是独立的单元。或者，通常不改变的一些信息仅包括在每个会话402的第一个文件中。可选择地，当在会话中发生改变时，所改变的信息被包括在发生该改变的文件404中，或者包括在所有具有与它们的会话402的第一个文件的指示的不同值的文件404中。

信息记录412可选择地包括是否文件中的数据被加密和/或压缩以及/或者所使用的加密和/或压缩的类型的一个指示。可选择地，信息记录412还包括产品类型指示，例如涉及所使用的设备的类型，网络的拓扑信息和/或信号数目和/或被存储的数据的类型。在本发明的一个典型实施例中，信息记录412包括各种通用字符串，其声明数据上的用户可理解的信息，例如操作员以及公司的名称。信息记录412可选择地还指示与文件404相关的时期的开始时间和/或结束时间。可选择地，信息记录412可以通过用户或自动地指示内部时间和地区时间的对应关系被更新的事件。

在本发明的一些实施例中，对于数据被收集的每个信号，信息记录412指示信号的类型(举例来说，被多个谐波表示的一个波，一个实参数，一个复参数，一个瞬时参数之一)以及信号的唯一标识符，该标识符可选择地至少可部分地被人工判读。可选择地，对于每个信号，信息记录412还指示了图3方法中的信号所用的属性，例如该额定值和该容差。作为选择或者此外，对每个信号，一个变换值和/或函数被用来将该测量值变换成实振幅值(例如，因为变换器的变换率)。

信息记录412可选择地还可以包括特殊事件的信息，该事件没有被数据记录414中存储的压缩信息适当地表示。例如，在本发明的一些实施例中，压缩单元100包括适用于识别高频快速瞬间事件的接口。可选择地，该快速瞬间事件的数据和该事件发生的时间的指示被一起存储在信息记录412中。在本发明的一些实施例中，信息记录412包括调试信息。

值得注意的是，在此声明的被包括在信息记录412中的数据也可以部分或全部地包括在报头410和/或文件404的其它记录中。例如，信息记录412可以被分成涉及不同信息的多个记录。

在本发明的一个优选实施例中，八个信号(4个电流和4个电压)通过以12.6KHz的采样率进行的采样来监测。每个采样可选择地需要2比特，从而，每秒所获得的采样需要204.8KB，并且超过六个月所获取的采样需要大约6400GB。通过使用上述压缩方法，可以达到1∶1000的压缩比，并且通过使用一个附加的通用压缩(LZW)方法，总压缩比可以达到大约1∶10000。

在上述的实施例中，压缩单元100既包括模拟传感器110又包括压缩器112，但是不包括存储单元120，该存储单元是与压缩单元100分离的分离单元。在本发明的其它实施例中，模拟传感器110和A/D转换器114(可选择地)被包括在与压缩器112分离的分离单元中，例如当使用标准告警监测单元来执行感测时。该告警监测单元被改变来将它感测的所有数据提供给压缩器112，而不仅仅是在一个告警事件被识别时所读出的数据。作为选择或者此外，存储单元120可以被包括在压缩单元100中。

压缩单元100没有被局限于使用任何特定的电力线和/或网络拓扑。特别地，压缩单元100可以被使用于任何多相或单相电网。该测量也可以被应用于地线，可以包括比一个网络中所有电力线要少的电力线，和/或可以涉及电流和电压测量的任何组合。另外，压缩单元100可以被用于平衡或非平衡网络，并且基本上可用于任何网络拓扑，包括三角形(delta)/星形(star)或其它混合网络，以及其它电掣位(electrical point)。压缩单元100可以被用于基本上任何电压电平，包括低压，中压，高压和超高压。

虽然在上面的描述中对主电源频率的单个周期的参数和谐波执行压缩，但是，该相同的压缩方法可以用于被较少或更频繁确定的参数。在本发明的一些实施例中，每次对多个周期一起执行所述变换，并且针对多个周期中的每个周期比较所述谐波。或者，可以对表示小于一个电力线周期的采样执行所述变换，例如半个周期或六分之一个周期。这些实施例可以被用于，例如电网，该电网已知具有与电力线周期不同的频率间的反复的干扰。在本发明的一些实施例中，该变换的频率是预定的。或者，该变换的频率可以根据测量信号而进行调整。

作为选择或者此外，一个或多个参数例如凹陷，隆起和/或闪烁的值在每几个周期内确定一次，并且相应地执行压缩。更进一步地作为选择或者此外，一个或多个波形的数据可能会以高和低分辨率存储两次。该高分辨率拷贝可选择地使用一个相当高的压缩容差在每个周期进行存储，同时该低分辨率拷贝使用一个相当低的压缩容差，仅在每几个周期存储一次。

除了存储谐波或参数的值，作为选择，压缩单元100可以存储波形模式。可选择地，每次当该波形模式完全改变(例如，超过5-10％)时，新的模式被存储。

应当明白的是，上述方法可以以多种方式做出改进。也应当明白的是，对方法和装置的上述描述可以被解释为包括用于执行所述方法的装置以及用于使用所述装置的方法。

通过使用对于被提供作为例子的实施例的非限制具体的描述，对本发明了进行描述，并且不是意在局限于本发明的范围。例如，处理器118不需要包括在压缩单元100中。处理器118的功能可以不由压缩单元100执行，或者可以由压缩单元100的其它元件来执行，例如压缩器112。应当理解的是，相对于一个实施例所描述的特征和/或步骤可以被用于其它的实施例，并且不是所有本发明的实施例都具有在一个特定的附图中示出的或相对于一个实施例所描述的所有特征和/或步骤。本领域的技术人员可以想到所描述实施例的改进。

值得注意的是，上述的一些实施例可以描述发明者预期的最佳方式，并且因此，可以包括结构，动作或结构和动作的细节，它们对于本发明不是本质的并且被作为例子进行描述。如本领域所公知，这里所描述的结构和动作可以被执行同样功能的等价物所代替，即使该结构或动作是不同的。因此，本发明的保护范围应当仅由所附的权利要求书的要素和限制来确定。当在下面的权利要求书中使用时，词汇“包含(comprise)”，“包括(include)”，“具有(have)”以及它们的变型的含义是“包括但不限于”。

Claims

1.一种用于压缩被监测的电力信号的波形的值的方法，包括：

获取所述波形的多个时期内的电力信号的采样；

将所述采样分为多个分组，所述多个分组中的每个分组是基于所述组中所包括的所述电力信号的多个周期确定的；

在所述波形的多个时期内，将所述电力信号的波形分解成多个频率分量；以及

在所述多个时期内，分别地压缩所述多个频率分量中的至少一些频率分量的值，而不管是否识别出特定事件。

2.如权利要求1所述的方法，其中，压缩所述多个分量中的至少一些分量的值包括将所述多个分量的时间段拟合成模型并且记录所述拟合的系数。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述模型包括随时间为常数的常数函数。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述随时间为常数的常数函数的所记录的系数包括单一值和长度。

5.如权利要求2所述的方法，其中，所述模型包括随时间而变化的单调函数。

6.如权利要求1所述的方法，其中，分解所述波形包括将每个分组的采样变换为谐波分量值。

7.如权利要求6所述的方法，其中，分别地压缩所述多个分量中的至少一些分量包括针对每个谐波存储由平均值和周期的数目组成的多个对，在这些周期里所述谐波具有与所述平均值接近的值。

8.如权利要求7所述的方法，其中，其中所述谐波具有与所述平均值接近的值的所述周期的所述数目是通过确定一列谐波值中的最小值和最大值以及确定何时最小值和最大值之间的距离大于预定的距离来确定的。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述预定的距离是所述谐波的平均最近值的配置的百分比，该平均最近值是基于在最近一些周期上谐波的值来确定的平均值。

10.如权利要求8所述的方法，其中，所述预定的距离是所述谐波的所配置的期望值的配置的百分比。

11.如权利要求1所述的方法，其中，获取采样包括获取模拟信号并且基于由所述电力信号的主电源频率确定的采样率对所述模拟信号进行采样。

12.如权利要求1所述的方法，其中，将所述采样分为多个分组包括反复地确定所述电力信号的主电源频率并且相应地确定所述电力信号的周期。

13.如权利要求12所述的方法，其中，对所述信号进行采样包括以响应于所述主电源频率而确定的采样率进行采样。

14.如权利要求12所述的方法，其中，反复地确定所述主电源频率包括根据所述获取的采样确定所述主电源频率。

15.如权利要求12所述的方法，其中，反复地确定所述主电源频率包括根据模拟信号确定所述主电源频率，所述获取的采样是根据所述模拟信号生成的。

16.如权利要求6所述的方法，其中，变换每个分组的所述采样包括使用快速傅立叶变换进行变换。

17.如权利要求6所述的方法，包括对所压缩的谐波分量值应用无损压缩方法。

18.如权利要求1所述的方法，包括将所压缩的分量中的至少一些存储在表示多个电力信号的文件结构中。

19.如权利要求1所述的方法，包括将所压缩的分量存储在表示连续超过一个月的所述电力信号的文件结构中。

20.如权利要求1所述的方法，包括在通信链路上传输所压缩的分量。

21.如权利要求1所述的方法，其中，压缩所述多个分量中的至少一些分量包括分别地压缩每个所述分量。

22.如权利要求1所述的方法，其中，压缩所述多个分量中的至少一些分量包括实时压缩。

23.如权利要求1所述的方法，其中，压缩所述多个分量中的至少一些分量包括使用有损压缩进行压缩。

24.如权利要求1所述的方法，其中，分别地压缩所述多个分量中的至少一些分量包括在所述波形的至少三个时期上分别地进行压缩。

25.如权利要求1所述的方法，其中，所述电力信号包括电流信号。

26.如权利要求1所述的方法，其中，所述电力信号包括电压信号。

27.如权利要求1所述的方法，其中，获取所述电力信号的采样包括获取表示所述电力信号的每个周期的相同数目的采样的数据。

28.如权利要求1所述的方法，其中，将所述波形分解成多个分量包括分解成时域同延的分量。

29.如权利要求1所述的方法，其中，在所述多个时期内，分别地压缩所述多个频率分量中的至少一些频率分量的值包括使用有损压缩的方法对所述电力信号的采样进行压缩。

30.如权利要求29所述的方法，其中，压缩所述采样包括实时压缩。

31.如权利要求29所述的方法，其中，获取所述采样包括以每个所述电力信号的周期至少50个采样的采样率进行采样。

32.一种用于压缩并存储被监测的电力信号的表示的方法，包括：

获取所述电力信号的采样；

将所述采样分为多个分组，所述多个分组中的每个分组是基于所述分组中所包括的电力信号的多个周期确定的；

将每个分组的所述采样变换为谐波分量值；

多个周期上的每个谐波分量的值压缩在一起；以及

将被压缩的谐波分量值的表示存储在非易失性存储介质上，持续至少一个星期。

33.一种用于监测电力信号的设备，包括：

用于测量电力线信号的电力线接口；

非易失性存储介质；

模拟传感器，获取波形的多个时期内的电力信号的采样；

A/D转换器，将所述采样分为多个分组，所述多个分组中的每个分组是基于所述组中所包括的所述电力信号的多个周期确定的，并且在所述波形的多个时期内，将所述电力信号的波形分解成多个频率分量；

压缩器，在所述多个时期内，分别地压缩所述多个频率分量中的至少一些频率分量的值，而不管是否识别出特定事件；以及

处理器，用于将所测量的电力线信号的波形信息的表示持续地存储在所述存储介质上，而不管是否识别出特定事件。

34.如权利要求33所述的设备，其中，所述电力线信号包括至少一个电流信号。

35.如权利要求33所述的设备，其中，所述电力线信号包括至少一个电压信号。

36.如权利要求33所述的设备，其中，所述处理器被用于将所述表示持续地存储至少一个星期。

37.如权利要求33所述的设备，其中，所述设备不用于识别特定事件。

38.如权利要求33所述的设备，其中，所述存储介质的容量小于1GB。

39.如权利要求33所述的设备，其中，所述存储介质的容量大于1GB。

40.如权利要求33所述的设备，其中，所述处理器用于以至少一个预定的最小压缩比来压缩所测量的电力信号。

41.如权利要求40所述的设备，其中，所述处理器用于调整所述压缩的损失级别来实现所述预定的最小压缩比。

42.如权利要求33所述的设备，其中，所述处理器用于实时压缩所测量的电力信号。

43.如权利要求33所述的设备，其中，所述处理器用于使用有损压缩方法来压缩所测量的电力信号。

44.如权利要求33所述的设备，其中，所述接口用于以每个所述电力信号的周期内至少8个采样的采样率提供所述电力信号的采样。