CN103439614A - 电力监测装置及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电力监测装置及其监测方法，电力监测装置包括数据采集部、数据处理部、接口电路以及电力分析部，其中：数据采集部包括三相电压互感器和三相电流互感器，其输出端分别分为三路接入数据处理部；数据处理部包括鉴相器和模数转换器，鉴相器分别进行鉴相处理并通过模数转换器将相关参数转换为数字量，模数转换器的输出端连接至接口电路；电力分析部包括一微处理器和存储器，该微处理器读取接口电路传输的数字量并调用电力参数分析软件进行电力综合分析，并将分析结果存入存储器内。本发明的装置和方法可有效减轻了处理器的负担，提高电力监测装置的响应速度，全面了解用电设备电力运行状态。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统运行监测领域，具体而言涉及一种电力监测装置及其监测方法。
背景技术
现有的电力监测仪表通常采用互感器进行电力参数采集，工控机或单片机进行数据分析，这类仪表分析数据内容较少，功能单一，实时性较差，且显示界面单调，一般适用于特定用途。随着电能管理的深入发展，电能管理网络逐步推广使用，需要长期稳定运行的在线监测仪表，实现电力用户本地监管和电能管理网络系统集中监控。
发明内容
针对现有技术的缺陷和不足，本发明旨在提供一种改进的电力监测装置及其监测方法，可有效减轻了处理器的负担，提高电力监测装置的响应速度，全面了解用电设备电力运行状态。
为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种电力监测装置，包括数据采集部、数据处理部、接口电路以及电力分析部，其中：数据采集部包括三相电压互感器和三相电流互感器，其输出端分别分为三路接入数据处理部；数据处理部包括鉴相器和模数转换器，鉴相器分别对电压相位、电流相位和功率因数进行鉴相处理并通过模数转换器将电压相位、电流相位、功率因数、电压值和电流值分别转换为数字量，模数转换器的输出端连接至接口电路；电力分析部包括一微处理器和存储器，该微处理器读取接口电路传输的数字量并调用电力参数分析软件进行电力综合分析，并将分析结果存入存储器内。
进一步，所述装置中，电力综合分析的过程如下：
a）微处理器将读取的三相电压信号、三相电流信号、电压相位差信号、电流相位差信号、电压电流相位差信号存入存储器中的原始数据库内；
b）功率因数计算：根据电压电流相位差计算各相功率因数及总功率因数；
c）频率计算：采用过零计数法计算各相电压、电流频率，并进行频差分析；
d）有功功率计算：根据各相电压、电流以及功率因数计算各相有功功率及总有功功率；
e）无功功率计算：根据各相电压、电流以及功率因数计算各相无功功率及总无功功率；
f）漏电流计算：根据各相电流值及零线电流值，采用平衡法漏电流值；
g）负荷率计算：根据有功功率计算当前负荷率；
h）有功电量计算：采用数值积分方法计算有功电量；
i）无功电量计算：采用数值积分方法计算无功电量；
j）将计算结果存储在存储器中的计算量数据库内。
进一步，所述装置中，微处理器调取原始数据库中的三相电压、三相电流、电压相位差、电流相位差数据，以及计算量数据库中的功率因数、频率频差、有功功率、无功功率、漏电流、负荷率、有功电量、无功电量数据，进行可视化处理，生成各参数的时间变化曲线图表，存入存储器中的可视化图表库。
进一步，所述装置还包括一显示模块，连接至前述微处理器，用于将电力参量曲线图以可视化的方式表征出来。
进一步，所述装置还包括一通信模块，连接至前述微处理器，通信模块包括无线通信子模块、现场总线接口模块以及互联网接口模块中的至少一种。
为实现上述目的，本发明的另一方面提出一种应用上述装置实现电力监控的方法，包括以下步骤：
三相电压互感器和三相电流互感器采集用电设备的运行参数并分别分为三路接入数据处理部；
数据处理部对运行参数进行鉴相处理和模数转换处理，并将转换后的数字量传输至接口电路；以及
微处理器读取接口电路传输的数字量并调用电力参数分析软件进行电力综合分析，并将分析结果存入存储器内。
进一步，前述方法中，电力综合分析的过程如下：
a）微处理器将读取的三相电压信号、三相电流信号、电压相位差信号、电流相位差信号、电压电流相位差信号存入存储器中的原始数据库内；
b）功率因数计算：根据电压电流相位差计算各相功率因数及总功率因数；
c）频率计算：采用过零计数法计算各相电压、电流频率，并进行频差分析；
d）有功功率计算：根据各相电压、电流以及功率因数计算各相有功功率及总有功功率；
e）无功功率计算：根据各相电压、电流以及功率因数计算各相无功功率及总无功功率；
f）漏电流计算：根据各相电流值及零线电流值，采用平衡法漏电流值；
g）负荷率计算：根据有功功率计算当前负荷率；
h）有功电量计算：采用数值积分方法计算有功电量；
i）无功电量计算：采用数值积分方法计算无功电量；
j）将计算结果存储在存储器中的计算量数据库内。
进一步，前述方法中，所述微处理器根据计算结果生成各参数的时间变化曲线图表并控制一显示模块以可视化的形式将分析结果表征出来。
进一步，前述方法中，所述微处理器可根据用户操作切换所需显示的项目。
进一步，前述方法中，所述微处理器还连接一通讯模块，可通过该通讯模块与外部装置或网络实现数据通讯。
由以上本发明的技术方案可知，本发明的有益效果在于通过将数据的采集、处理过程交由硬件处理，而减轻处理器的负担，加快了数据处理速度，提高电力监测装置的响应速度，全面了解用电设备电力运行状态。
附图说明
图1为本发明较优实施例的电力监测装的模块示意图。
图2为电力监测数据处理流程图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
如图1所示，根据本发明的较优实施例，电力监测装置包括数据采集部、数据处理部、接口电路以及电力分析部，其中：数据采集部包括三相电压互感器1和三相电流互感器2，其输出端分别分为三路接入数据处理部；数据处理部包括鉴相器（3、6、10）和模数转换器（4、5、8、9、11），鉴相器分别对电压相位、电流相位和功率因数进行鉴相处理并通过模数转换器将电压相位、电流相位、功率因数、电压值和电流值分别转换为数字量，模数转换器的输出端连接至接口电路13；电力分析部包括一微处理器15和存储器14，该微处理器读取接口电路13传输的数字量并调用电力参数分析软件进行电力综合分析，并将分析结果存入在存储器14内。
参考图1所示，三相电压互感器1的输出端分三路连接，一路经电压模/数转换器5与接口电路13连接，一路通过电压相位鉴相器3后经电压相位模/数转换器4与接口电路13连接，一路与功率因数鉴相器6连接。
电流互感器2的输出端分三路连接，一路经电流模/数转换器9与接口电路13连接，一路通过电流相位鉴相器10后经电流相位模/数转换器11与接口电路13连接，一路与功率因数鉴相器6连接。
功率因数鉴相器6输入端分别与电流互感器2、电压互感器1连接，输出端经功率因数模/数转换器8与接口电路13连接。功率因数鉴相器6内包括3个单相功率因数子鉴相器7。
接口电路13的输入端分别与电压模/数转换器5、电压相位模/数转换器4、电流模/数转换器9、电流相位模/数转换器11、功率因数模/数转换器8连接，其输出端与微处理器15连接；微处理器15一端与接口电路13连接，一端与存储器14连接，一端与通信模块16连接，一端与显示模块17连接。
电力监测装置进行电力监测分析的过程包括以下步骤：三相电压互感器和三相电流互感器采集用电设备的运行参数并分别分为三路接入数据处理部；数据处理部对运行参数进行鉴相处理和模数转换处理，并将转换后的数字量传输至接口电路；以及微处理器读取接口电路传输的数字量并调用电力参数分析软件进行电力综合分析，并将分析结果存入存储器内。
参考图1并结合图2所示，具体地，工作时其执行以下步骤：
1、电压互感器1检测的电压模拟量信号经电压模/数转换器5转换为数字量后通过接口电路13传输给微处理器15；
2、电压相位鉴相器3对电压互感器1检测的电压模拟量信号进行鉴相处理，得到各相电压之间相位差信号后，经电压相位模/数转换器4转换为电压相位差数字量信号，并通过接口电路13传输给微处理器15；
3、电流互感器2检测到的电流模拟量信号经电流模/数转换器9转换为数字量信号后，经接口电路13传输给微处理器15；
4、电流相位鉴相器10对电流模拟量信号进行鉴相处理，得到各相电流相位差模拟量信号后，经电流相位模/数转换器11转换为电流相位差数字量信号，并通过接口电路13传输给微处理器15；
5、功率因数鉴相器6对对应各相电压、电流信号进行鉴相处理，得到各相电压电流相位差模拟量信号后，经功率因数模/数转换器8转换为数字量后经接口电路13传输给微处理器15；
6、微处理器15采用循环扫描方式读取各数字量，并调用电力参数分析软件进行相应的数据分析；
所述电力参数分析软件所进行的数据分析，具体流程如图2所示，包括以下步骤：
a）微处理器15将读取的三相电压信号、三相电流信号、电压相位差信号、电流相位差信号、电压电流相位差信号存入存储器中的原始数据库内；
b）功率因数计算：根据电压电流相位差计算各相功率因数及总功率因数；
c）频率计算：采用过零计数法计算各相电压、电流频率，并进行频差分析；
d）有功功率计算：根据各相电压、电流以及功率因数计算各相有功功率及总有功功率；
e）无功功率计算：根据各相电压、电流以及功率因数计算各相无功功率及总无功功率；
f）漏电流计算：根据各相电流值及零线电流值，采用平衡法漏电流值；
g）负荷率计算：根据有功功率计算当前负荷率；
h）有功电量计算：采用数值积分方法计算有功电量；
i）无功电量计算：采用数值积分方法计算无功电量；
j）微处理器15将计算结果存入存储器14中的计算量数据库内；
7、微处理器15调取存储器14中的原始数据库中的三相电压、三相电流、电压相位差、电流相位差数据，以及计算量数据库中的功率因数、频率频差、有功功率、无功功率、漏电流、负荷率、有功电量、无功电量数据，进行可视化处理，生成各参数的时间变化曲线图表，存入存储器14中的可视化图表库内，并通过一显示模块以可视化的形式表征出来当前时间段的电力参量曲线图。
优选地，用户可通过电力监测仪面板按钮切换所需显示的项目。
微处理器15还连接一通讯模块16，用户还可以通过该通讯模块16与外部计算机或网络实现数据通讯，读取电力监测装置存储的数据，进行进一步处理。
通过电力监测装置的通信模块16，可与电能管理系统联网，进行进一步的电能质量分析。
综上所述，本发明技术方案提供的电力监测装置及其电力监控方法，将数据的采集、处理过程交由硬件处理，而减轻处理器的负担，加快了数据处理速度，提高电力监测装置的响应速度，全面了解用电设备电力运行状态。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (10)
1.一种电力监测装置，其特征在于，包括数据采集部、数据处理部、接口电路以及电力分析部，其中：数据采集部包括三相电压互感器和三相电流互感器，其输出端分别分为三路接入数据处理部；数据处理部包括鉴相器和模数转换器，鉴相器分别对电压相位、电流相位和功率因数进行鉴相处理并通过模数转换器将电压相位、电流相位、功率因数、电压值和电流值分别转换为数字量，模数转换器的输出端连接至接口电路；电力分析部包括一微处理器和存储器，该微处理器读取接口电路传输的数字量并调用电力参数分析软件进行电力综合分析，并将分析结果存入存储器内。
2.根据权利要求1所述的电力监测装置，其特征在于，所述电力综合分析的过程如下：
a）微处理器将读取的三相电压信号、三相电流信号、电压相位差信号、电流相位差信号、电压电流相位差信号存入存储器中的原始数据库内；
b）功率因数计算：根据电压电流相位差计算各相功率因数及总功率因数；
c）频率计算：采用过零计数法计算各相电压、电流频率，并进行频差分析；
d）有功功率计算：根据各相电压、电流以及功率因数计算各相有功功率及总有功功率；
e）无功功率计算：根据各相电压、电流以及功率因数计算各相无功功率及总无功功率；
f）漏电流计算：根据各相电流值及零线电流值，采用平衡法漏电流值；
g）负荷率计算：根据有功功率计算当前负荷率；
h）有功电量计算：采用数值积分方法计算有功电量；
i）无功电量计算：采用数值积分方法计算无功电量；
j）将计算结果存储在存储器中的计算量数据库内。
3.根据权利要求2所述的电力监测装置，其特征在于，所述微处理器调取原始数据库中的三相电压、三相电流、电压相位差、电流相位差数据，以及计算量数据库中的功率因数、频率频差、有功功率、无功功率、漏电流、负荷率、有功电量、无功电量数据，进行可视化处理，生成各参数的时间变化曲线图表并存入存储器中的可视化图表库。
4.根据权利要求3所述的电力监测装置，其特征在于，所述电力监测装置还包括一显示模块，连接至前述微处理器，用于将电力参量曲线图以可视化的方式表征出来。
5.根据权利要求1所述的电力监测装置，其特征在于，所述电力监测装置还包括一通信模块，连接至前述微处理器，通信模块包括无线通信子模块、现场总线接口模块以及互联网接口模块中的至少一种。
6.一种应用权利要求1-5中任意一项所述的装置电力监测装置实现电力监控的方法，其特征在于，包括以下步骤：
三相电压互感器和三相电流互感器采集用电设备的运行参数并分别分为三路接入数据处理部；
数据处理部对运行参数进行鉴相处理和模数转换处理，并将转换后的数字量传输至接口电路；以及
微处理器读取接口电路传输的数字量并调用电力参数分析软件进行电力综合分析，并将分析结果存入存储器内。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电力综合分析的过程如下：
a）微处理器将读取的三相电压信号、三相电流信号、电压相位差信号、电流相位差信号、电压电流相位差信号存入存储器中的原始数据库内；
b）功率因数计算：根据电压电流相位差计算各相功率因数及总功率因数；
c）频率计算：采用过零计数法计算各相电压、电流频率，并进行频差分析；
d）有功功率计算：根据各相电压、电流以及功率因数计算各相有功功率及总有功功率；
e）无功功率计算：根据各相电压、电流以及功率因数计算各相无功功率及总无功功率；
f）漏电流计算：根据各相电流值及零线电流值，采用平衡法漏电流值；
g）负荷率计算：根据有功功率计算当前负荷率；
h）有功电量计算：采用数值积分方法计算有功电量；
i）无功电量计算：采用数值积分方法计算无功电量；
j）将计算结果存储在存储器中的计算量数据库内。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，前述方法中，所述微处理器根据计算结果生成各参数的时间变化曲线图表并控制一显示模块以可视化的形式将分析结果表征出来。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，前述方法中，所述微处理器可根据用户操作切换所需显示的项目。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，前述方法中，所述微处理器还连接一通讯模块，可通过该通讯模块与外部装置或网络实现数据通讯。
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