CN102435836A

CN102435836A - 电量仪表利用计算机程序实现电流互感器同名端互换的方法

Info

Publication number: CN102435836A
Application number: CN2011103384052A
Authority: CN
Inventors: 束龙胜; 俞超超; 秦小州; 陈坚伟; 孙传峰; 钱田义; 张春芽; 董雪晴
Original assignee: Anhui Xinlong Electrical Co Ltd
Current assignee: Anhui Zhongdian Xingfa and Xinlong Technology Co Ltd
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2031-11-01
Also published as: CN102435836B

Abstract

本发明公开了一种电量仪表利用计算机程序实现电流互感器同名端互换的方法，利用电量仪表的软件功能处理来自动实现电流互感器同名端互换，在电量仪表的操作界面中，配置相应的控制菜单，软件会自动做电流互感器同名端互换工作。将当前四象限所积累的电度值进行对角象限互换的操作，这一互换恰好纠正了同名端接线反向带来的错误，使得四象限电度重新按同名端正确方式分配，达到互换同名端的效果，现场操作人员在不需要打开柜体的情况下，在仪表的操作面板上进行相应的功能菜单配置，即可瞬间实现同名端互换，解决这一本来复杂的现场问题，不需要人为调换接线就可以恢复仪表的正常计量功能，给工程项目节约了成本，提高效率。

Description

电量仪表利用计算机程序实现电流互感器同名端互换的方法

技术领域

本发明涉及电力计量仪表，具体地说涉及一种电量仪表利用计算机程序实现电流互感器同名端互换的方法

背景技术

随着现代电力电子技术的日益发展，电子式电量仪表的使用也在与日俱增。智能化、便捷式的仪表越来越受到重点工程项目的青睐，实际使用环境的复杂多变性对仪表的功能设计和技术参数也提出了更高的要求。仪表的功能在实际探索中不断升级提高，以满足当前工程现场的需求。

我们实际使用的仪表电流接线端子常涉及到电流互感器同名端的规定，即电流的进出线顺序规定；而在现场工程项目中，由于人为等因素经常不可避免的会出现同名端接线反向，致使仪表计量的相关电量参数错误。通常的习惯做法是打开柜体人工对换电流线的进出顺序，现场操作起来极为不便！但目前这种解决办法已成为业界的一个共识，尚未找到更优化的解决途径。当大量的仪表出现该问题时，每个仪表都需要重新接线，工作量之大让操作人员烦恼不堪，不仅消耗大量的人力物力，还无意识的增加了仪表的故障率。

如何在不更改电流互感器接线的情况下，通过其他便捷的方式来恢复仪表的正常计量功能，已成为亟需解决的行业问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种电量仪表利用计算机程序实现电流互感器同名端互换的方法，对于电子式电量仪表与电流互感器同名端特性，在同名端错误的情况下，通过软件算法，即可达到在不更改电流互感器接线的情况下，恢复电量仪表的正常计量功能。

根据电工原理，功率因数Pf＝cos(Pg)，其中Pg为电压与电流的相角，取值范围可表示为Pg∈[0，2π]或者Pg∈(0，π]∪(-π，0]。在实际工程使用中，一般当负载成感性时电压超前电流相角Pg∈[0，π/2]，当负载成容性时电压滞后电流相角Pg∈[-π/2，0]。

故对于电子式电量仪表：

在电流进出线端子接线正确(即同名端使用正确)时，

功率因数Pf＝cos(Pg)，Pg∈(0，π/2]∪(-π/2，0]，则Pf∈[0，1]。

有功功率P＝UIcos(Pg)。当Pg∈(0，π/2]，P＞0；当Pg∈(-π/2，0]，P＞0。

无功功率Q＝UIsin(Pg)。当Pg∈(0，π/2]，Q＞0；当Pg∈(-π/2，0]，Q＜0。

视在功率S＝UI。

正有功电度绝对值+Ph、负有功电度绝对值-Ph、正无功电度绝对值+Qh、负无功电度绝对值-Qh。

根据电工原理，电度是功率对时间的积分，

有功电度Ph＝∫P(t)dt，无功电度Qh＝∫Q(t)dt，△P、△Q分别为有功电度和无功电度在单位时间dt内的绝对值增量。

当Pg∈(0，π/2]，P(t)＞0，Q(t)＞0，则

Ph＝∫P(t)dt＝△P＞0，...................................①

Qh＝∫Q(t)dt＝△Q＞0，...................................②

故+Ph＝△P、-Ph＝0、+Qh＝△Q、-Qh＝0；

当Pg∈(-π/2，0]，P(t)＞0，Q(t)＜0，则

Ph＝∫P(t)dt＝△P＞0，...................................③

Qh＝∫Q(t)dt＝-△Q＜0，..................................④

故+Ph＝△P、-Ph＝0、+Qh＝0、-Qh＝△Q；

在电流进出线端子接线反向(即同名端使用错误)时，电流信号在电子式电量仪表前端采样电路中产生的对应电压信号被反向了，根据数学三角函数原理，正弦函数的波形反向后相当于右移了π。

注：带下标“_f”的均为同名端接反情况下的电量符号。

当电压超前电流相角Pg∈[0，π/2]，Pg_f＝Pg+π，

Pf_f＝cos(Pg_f)＝cos(Pg+π)＝-cos(Pg)＝-Pf，则Pf_f∈[-1，0]；

当电压滞后电流相角Pg∈[-π/2，0]，Pg_f＝π+Pg，

Pf_f＝cos(Pg_f)＝cos(π+Pg)＝-cos(Pg)＝-Pf，则Pf_f∈[-1，0]。

故Pf_f＝-Pf。

有功功率P_f＝UIcos(Pg_f)＝UI＊(-cos(Pg))＝-UIcos(Pg)＝-P，故P_f＝-P。

当Pg∈(0，π/2]，P_f＝-P＜0；

当Pg∈(-π/2，0]，P_f＝-P＜0。

无功功率Q_f＝UIsin(Pg_f)＝UI＊(-sin(Pg))＝-UIsin(Pg)＝-Q，故Q_f＝-Q。

当Pg∈(0，π/2]，Q_f＝-Q＜0；

当Pg∈(-π/2，0]，Q_f＝-Q＞0。

视在功率S_f＝UI，故S_f＝S。

正有功电度绝对值+Ph_f、负有功电度绝对值-Ph_f、正无功电度绝对值+Qh_f、负无功电度绝对值-Qh_f。

有功电度Ph_f＝∫P_f(t)dt，无功电度Qh_f＝∫Q_f(t)dt，P_f(t)＝-P(t)，Q _f(t)＝-Q(t)。

当Pg∈(0，π/2]，P(t)＞0，Q(t)＞0，则由公式①和②可得：

Ph_f＝∫P_f(t)dt＝∫(-P(t))dt＝-∫P(t)dt＝-△P＜0，

Qh_f＝∫Q_f(t)dt＝∫(-Q(t))dt＝-∫Q(t)dt＝-△Q＜0，

故+Ph_f＝0、-Ph_f＝△P、+Qh_f＝0、-Qh_f＝△Q；

当Pg∈(-π/2，0]，P(t)＞0，Q(t)＜0，则由公式③和④可得：

Ph_f＝∫P_f(t)dt＝∫(-P(t))dt＝-∫P(t)dt＝-△P＜0，

Qh_f＝∫Q_f(t)dt＝∫(-Q(t))dt＝-∫Q(t)dt＝-(-△Q)＝△Q＞0，

故+Ph_f＝0、-Ph_f＝△P、+Qh_f＝△Q、-Qh_f＝0；

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种电量仪表利用计算机程序实现电流互感器同名端互换的方法，所述的电量仪表包括与微处理器相连接的电量采集单元，微处理器还与操作面板相连接，其特征在于，所述的微处理器中存贮自动实现同名端互换的程序，所述的方法包括下列步骤；

1)数学建模，用“有功功率P”作为横轴，用“无功功率Q”作为纵轴，引入一个平面直角坐标系，将电度四象限分布；

当有功功率为正时，无功功率为正，相角位于第I象限；

当有功功率为负时，无功功率为正，相角位于第II象限；

当有功功率为负时，无功功率为负，相角位于第III象限；

当有功功率为正时，无功功率为负，相角位于第IV象限；

当Pg∈(0，π/2]，位于第I象限，

同名端正确，位于第I象限积累的电度：+Ph＝△P、-Ph＝0、+Qh＝△Q、-Qh＝0；

同名端错误，位于第III象限积累的电度：+Ph_f＝0、-Ph_f＝△P、+Qh_f＝0、-Qh_f＝△Q；

比较可得出：在同名端错误时，正向电度变成了对应的负向电度，即本该在第I象限积累的电度转移到第III象限去积累了；

当Pg∈(-π/2，0]，位于第IV象限，

同名端正确，位于第IV象限积累的电度：+Ph＝△P、-Ph＝0、+Qh＝0、-Qh＝△Q；

同名端错误，位于第II象限积累的电度：+Ph_f＝0、-Ph_f＝△P、+Qh_f＝△Q、-Qh_f＝0；

比较可得出：在同名端错误时，正向电度变成了对应的负向电度，负向电度变成了对应的正向电度，即本该在第IV象限积累的电度转移到第II象限去积累了；

综上所述，当同名端错误时，电度积累将会转移到其对角象限中进行；反之，可以根据同名端错误时的电度，转换为其对角象限的电度，即可得到实际电度；对于电子式电量仪表的电流互感器同名端特性，在同名端错误的情况下，根据以上论述得出以下结论：

视在功率与电流互感器同名端正确情况下相同；

功率因数、有功功率、无功功率均为电流互感器同名端正确情况下的相反数；

电度积累转移到电流互感器同名端正确情况下的对角象限中进行。

2)电量采集子程序步骤；用于采集计算频率、电压、电流的值，并计算功率因数、有功功率、无功功率的值；根据同名端互换与否的判断，执行功率因数、有功功率、无功功率取反的操作；

4)定时中断子程序步骤；用于电度的更新，根据同名端互换与否的判断，将电度换算为其对角象限中的电度。

所述的同名端互换与否的判断，在配置菜单程序中设置同名端互换与否的标志位，当条件成立，执行功率因数、有功功率、无功功率取反的操作，将原有变量寄存器中的数值全部本身取反；

所述的定时中断子程序步骤，电度的更新，即固定时间段后电度值更新一次，保证电度的显示同步更新，在配置菜单中设置同名端互换与否的标志位，当条件成立，即将当前四象限所积累的电度值进行对角象限互换的操作，使得四象限电度重新按同名端正确方式分配，达到互换同名端的效果。

本发明利用电量仪表的软件功能处理来自动实现电流互感器同名端互换，在电量仪表的操作界面中，配置相应的控制菜单，软件会自动做电流互感器同名端互换工作。现场操作人员在不需要打开柜体的情况下，在仪表的操作面板上进行相应的功能菜单配置，即可瞬间实现同名端互换，解决这一本来复杂的现场问题，不需要人为调换接线就可以恢复仪表的正常计量功能，给工程项目节约了成本，提高效率，为现场仪表故障分析处理提供了全新理念的解决方案。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；

图1为本发明数学建模中电度四象限分布示意图；

图2为本发明电量采集子程序流程图；

图3为本发明定时中断子程序流程图。

具体实施方式

为了更加直观的分析问题，用“有功功率P”作为横轴，用“无功功率Q”作为纵轴，引入一个平面直角坐标系。

不同象限的相角范围如图1所示

当有功功率为正时，无功功率为正，相角位于第I象限；

当有功功率为负时，无功功率为正，相角位于第II象限；

当有功功率为负时，无功功率为负，相角位于第III象限；

当有功功率为正时，无功功率为负，相角位于第IV象限；

由于电度与功率符号的一致性，在只考虑符号性的情况下各象限功率可看做对应的电度。

当Pg∈(0，π/2]，位于第I象限，

比较可得出：在同名端错误时，正向电度变成了对应的负向电度，即本该在第I象限积累的电度转移到第III象限去积累了。

当Pg∈(-π/2，0]，位于第IV象限，

比较可得出：在同名端错误时，正向电度变成了对应的负向电度，负向电度变成了对应的正向电度，即本该在第IV象限积累的电度转移到第II象限去积累了。

综上所述，推而广之，当同名端错误时，电度积累将会转移到其对角象限中进行；反之，可以根据同名端错误时的电度，转换为其对角象限的电度，即可得到实际电度。

对于电子式电量仪表的电流同名端特性，在同名端错误的情况下，根据以上论述得出以下结论：

视在功率与同名端正确情况下相同；

功率因数、有功功率、无功功率均为同名端正确情况下的相反数；

电度积累转移到同名端正确情况下的对角象限中进行。

根据该结论，可以考虑在电子式电量仪表的操作界面中，配置相应的控制菜单，通过软件算法将功率因数、有功功率、无功功率取反，将电度换算为其对角象限中的电度，即可达到在不更改电流接线的情况下，恢复仪表的正常计量功能。

下面分别从受同名端影响的功率因数、有功功率、无功功率和电度这两类电量参数的软件处理方式来叙述。

根据以上理论分析的结论，功率因数、有功功率、无功功率在同名端错误情况下，值均会反向，故在电量采集子程序中做处理来恢复它们正确的值。如图2所示，首先频率、电压、电流的值照常计算不受同名端的影响，接下来也照常计算功率因数、有功功率、无功功率的值，紧随其后是条件判断，条件是配置菜单中人为设置同名端互换与否的标志位，标志位为1代表Y，标志位为0代表N。当标志位为1时，执行功率因数、有功功率、无功功率取反的操作，将原有变量寄存器中的值全部本身取反；当标志位为0时，则直接执行后面的代码，不做任何操作。最后结束该电量采集子程序。一直显示在仪表上的功率因数、有功功率、无功功率值就是通过该子程序来时刻更新的，只要人为进入菜单设置将标志位置1，就可以立即将本来错误的电量值取反转变为正确的值，显示在仪表上。很明显，软件中依靠编写相应代码来实现变量值取反，简单易行，只要合理编写设置菜单通过人机交互界面，即可完成同名端的互换。

同样，根据上述理论分析得出在同名端错误的情况下，电度会跑到其对角象限中去积累。如图3所示，电度的更新是在定时中断子程序中实现的，即固定时间段后电度值更新一次，在每次电度更新后，其变量寄存器的值也相应更新，保证电度的显示同步更新。首先进入中断定时子程序，执行一些其他中断定时任务，接下来就是电度更新，紧接着是一个条件判断，该条件是配置菜单中人为设置同名端互换与否的标志位。当条件成立，即将当前四象限所积累的电度值进行对角象限互换的操作，这一互换恰好纠正了同名端接线反向带来的错误，使得四象限电度重新按同名端正确方式分配，达到互换同名端的效果；当条件不成立，即同名端没有错误，则不做任何操作，继续执行下面的程序。最终结束中断定时子程序。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电量仪表利用计算机程序实现电流互感器同名端互换的方法，所述的电量仪表包括与微处理器相连接的电量采集单元，微处理器还与操作面板相连接，其特征在于，所述的微处理器中存贮自动实现同名端互换的程序，所述的方法包括下列步骤；

当有功功率为正时，无功功率为正，相角位于第I象限；

当有功功率为负时，无功功率为正，相角位于第II象限；

当有功功率为负时，无功功率为负，相角位于第III象限；

当有功功率为正时，无功功率为负，相角位于第IV象限；

当Pg∈(0，π/2]，位于第I象限，

当Pg∈(-π/2，0]，位于第IV象限，

综上所述，当同名端错误时，电度积累将会转移到其对角象限中进行；反之，可以根据同名端错误时的电度，转换为其对角象限的电度，即可得到实际电度；

2.根据权利要求1所述的电量仪表利用计算机程序实现电流互感器同名端互换的方法，其特征在于，所述的同名端互换与否的判断，在配置菜单程序中设置同名端互换与否的标志位，当条件成立，执行功率因数、有功功率、无功功率取反的操作，将原有变量寄存器中的数值全部本身取反；

3.根据权利要求1所述的电量仪表利用计算机程序实现电流互感器同名端互换的方法，其特征在于，所述的定时中断子程序步骤，电度的更新，即固定时间段后电度值更新一次，保证电度的显示同步更新，在配置菜单中设置同名端互换与否的标志位，当条件成立，即将当前四象限所积累的电度值进行对角象限互换的操作，使得四象限电度重新按同名端正确方式分配，达到互换同名端的效果。