CN103675490A - 一种用电负荷监测装置、系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种通过测量变压器一次侧的磁场并将其转换为一次侧电流值，通过对比一次侧、二次侧的视在功率来实现用电负荷监测的方法及其装置、系统。本发明提供的用电负荷监测方法及其装置、系统与现有技术中通过电流互感器测量电流通常要将电流互感器套接在输电线路上，需断开电力线且安装时需断电相比，不需电力线断电即可安装，磁通不易饱和。

Description

一种用电负荷监测装置、系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及电力设备领域，更具体地涉及一种用电负荷监测装置、系统及其监测方法。

背景技术

现有电能计量系统一般由计量互感器和电能表组成，用户的负荷由电能表读取，但电能表极易被破坏或改装，导致读出的负荷并不是实际的负荷。于是出现了通过对比专变一次侧的视在功率和电能表读出的视在功率来实现负荷监测的装置和方法，但这需要根据输电线路的负荷及电压等级将设备划分成许多型号，设计和实现起来都比较复杂，且安装方式需要破坏原输电线路，供电部门难免会质疑其实用性和安全性。

发明内容

与现有技术相比，本发明克服了现有技术中通过电流互感器测量电流通常要将电流互感器套接在输电线路上，需断开电力线且安装时需断电，磁通易饱和等缺点，不需电力线断电即可安装，磁通不易饱和。本发明提出了测量一次侧磁场并转换为一次侧电流值来实现负荷监测的方法及其装置、系统。

本发明提供了一种用电负荷监测方法，其包括测量一次侧磁场值，利用该磁场值计算一次侧相电流值、相视在功率；通过GPRS通信方式读取用电终端的相电流值、相视在功率；计算一次侧相视在功率和负控终端的相视在功率之间的差值，当该差值超过预定值一段时间后，即认为用电负荷异常，发出报警信息。

本发明提供的用电负荷监测方法，其一次侧的视在功率是可以通过预置的输电线路电压等级及获得的一次侧电流值而计算得出的。

本发明提供的用电负荷监测方法，其通过一次侧的磁场值计算电流值是通过磁场标定实现的，所述磁场标定方法如下：

（1）将磁场传感器放置在可变电流源附近，与其相隔预定距离处，

（2）改变电流源输出，用标准磁场测量仪测量磁场传感器所处位置的磁场大小，并记录磁场传感器输出电压，

（3）多次执行步骤（2），记录电流-磁场-电压值，

（4）用回归分析法分析步骤（3）中得到的电流-磁场-电压数据，得出被测磁场和电流之间的关系，确定标定系数。

本发明提供的用电负荷监测方法，视在功率等于三相视在功率之和，即视在功率等于线电压乘以各相相电流有效值之和，再除以根号3，如下列公式所示：

$P=V*I/\sqrt{3}$

其中：P为视在功率；

V为线电压；

I为各相电流有效值的和。

本发明还提供了一种用电负荷监测装置，包括：处理器单元、GPRS单元、一次侧磁场采集单元。一次侧磁场采集单元用于测量一次侧磁场，处理器单元读取一次侧磁场采集单元传送的磁场数据，并转换成一次侧相电流，进一步根据电压等级计算相视在功率；同时通过GPRS单元读取负控终端的相电流和相视在功率，并计算一次侧相视在功率和负控终端的相视在功率之间的差值，当该差值超过预定值一段时间时，即认为用电负荷异常，发出报警信息。

本发明提供的用电负荷监测装置，其中一次侧磁场采集单元的磁场传感器单元可以使用单轴线圈设计，平行设置在电力线下方预定距离处。

本发明提供的用电负荷监测装置，其可以包括SMS单元，处理器单元通过该单元和用电管理者的手机进行用电负荷数据的交流。

本发明提供的用电负荷监测装置，其处理器单元可以按时间记录用电负荷数据，包括一次相侧电流、相视在功率、所读负控终端的相视在电流和视在功率，以及时钟信息。

本发明提供的用电负荷监测装置，其一次侧、二次侧的视在功率差值的预定值可以为一次侧视在功率的30%。

本发明还提供了一种用电负荷监测系统，包括本发明的用电负荷监测装置和上位机服务器。

本发明通过利用磁场采集单元安装方便，无需断电安装的优点，测量专变用户的一次侧输电线路的磁场，并通过本发明的磁场-电流转换方法获得电流值，再通过对比一次侧、二次侧的功率来实现用电负荷监测，解决了现有负荷监测装置的安装复杂、用户接受度不高等缺点，并且本发明采用的一、二次侧的功率比对方法可更好地监测用电负荷，及时发现用电异常事件。

附图说明

图1为本发明的用电负荷监测装置的实施例结构框图；

图2为本发明的磁场传感器与电力线安装实施例示意图。

具体实施方式

下面描述本发明的用电负荷监测装置的工作方法。一次侧磁场采集单元采集电力线周围的磁场强度值，并将所测数据发送到处理器单元，处理器单元对此数据进行处理，首先计算出相对应的一次电流值，并进一步通过预置的输电线路电压等级及上述计算出的电流值计算出视在功率；同时处理器单元通过GPRS单元读取负控终端的电流值（二次侧电流）和视在功率。处理器单元记录并比较同一时刻一次侧和二次侧的视在功率，当持续一段时间例如15分钟，两个视在功率之间的差超过预定值（例如30%）时通过SMS单元发出报警信息到用电管理者手机或管理平台上，报警某负荷失调。

其中，处理器单元采用Cortex-M3内核ARM处理器，具有功耗低、速度快、功能丰富的特点，主要完成磁场数据的接收，SMS单元的控制，数据的处理及备份，时钟的设定，GPRS的控制。处理器单元自带模-数转换器AD，将磁场采集单元采集的模拟值转换成数字值。处理器单元通过采集到的磁场计算电流，并进一步由预设在处理器中的电压等级值计算出实际的用电视在功率。每相视在功率等于线电压（即电压等级如10kV）乘以每相相电流有效值，再除以根号3，如公式1所示：

$P=V*I/\sqrt{3}$ （公式1）

其中：P为视在功率；

V为线电压；

I为各相的电流有效值。

处理器单元通过GPRS单元读取负控终端数据，即二次侧数据，并计算所读取的专变用电终端的视在功率，再计算与一次侧的视在功率的差值，当差值超出线损值时，即例如实际负荷的30%即认为负荷失调。处理器单元随即将此信息通过SMS单元发送到用电管理者的手机。用电管理者手机号码通过预设的方式保存在存储单元中。

处理器每隔一预定时间（例如15分钟）计算一次侧相电流、相视在功率，同时读取负控终端的相视在功率和相电流，之后经处理后按时间记录负荷数据，包括一次侧相电流，相视在功率，所读取的用电终端的相电流和相视在功率，及时钟信息，并将这些数据信息保存在存储单元中。用电管理者需要查看用户的用电信息时，可通过手机或管理平台向用电负荷监控装置发送请求，SMS单元接收到该请求时，通过处理器单元从存储单元中获取用电负荷数据，再通过SMS单元传送到用电管理者的手机或管理平台。

根据交变电流产生交变的电场，交变的电场产生磁场，电力线周围将产生随电流变化的磁场，这样只要磁场传感器单元接近电力线即可测量电力线周围的磁场。处理器单元根据磁场的大小就可计算出电力线上的电流。其中通过磁场计算电流的方法需要先进行磁场标定，标定方法如下：

1、将磁场传感器单元放置在可变电流源附近，与其相隔一预定距离处，

2、改变电流源输出，用标准磁场测量仪测量磁场传感器所处位置的磁场大小，并记录磁场传感器输出电压，

3、多次执行步骤2，记录电流-磁场-电压值，

4、用回归分析法分析步骤3中得到的电流-磁场-电压数据，得出被测磁场和电流之间的关系，确定标定系数。

该标定系数预置于存储单元中，根据标定系数和磁场传感器单元输出的电压值，即可计算出实际电流值。

本装置在安装时，不需要输电线路断电，可使用绝缘杆将其安装在电力线上即可。其中，磁场传感器单元使用单轴线圈设计，无需套接在电力线上，只要平行设置在电力线下方预定距离即可，如图2所示。

这种安装方式避免了传统的电流互感器测电流需将互感器套接在输电线路上，需断开电力线且安装时需断电，磁通易饱和。而使用单轴线圈的磁场传感器单元不需电力线断电即可安装，磁通不饱和。安装时，只需通过绝缘杆将磁场采集单元的顶部卡环卡在电力线上即可。

本发明的负荷监控装置无需断电安装，实施简单、方便，比现有技术中的同类装置更先进、更新颖，安装更安全，实用性更强。

而且本发明的负荷监控装置能实现一次侧磁场数据采集，根据磁场数据计算相视在功率，并通过GPRS方式读取二次侧相视在功率，通过对比及时发现用电异常，并发送报警信息。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所述领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者同等替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种用电负荷监测方法，其特征在于：所述方法包括测量一次侧磁场值，利用该磁场值计算一次侧相电流值、相视在功率；通过GPRS通信方式读取负控终端的相电流值、相视在功率；计算一次侧相视在功率和负控终端的相视在功率之间的差值，当该差值超过预定值一段时间后，即认为用电负荷异常，发出报警信息。

2.根据权利要求1所述的用电负荷监测方法，其特征在于：一次侧的视在功率是通过预置的输电线路电压等级及获得的一次侧电流值而计算得出的。

3.根据权利要求1或2所述的用电负荷监测方法，其特征在于：通过一次侧的磁场值计算电流值是通过磁场标定实现,所述磁场标定包括：

（1）将磁场传感器放置在可变电流源附近，与其相隔预定距离处，

（2）改变电流源输出，用标准磁场测量仪测量磁场传感器所处位置的磁场大小，并记录磁场传感器输出电压，

（3）多次执行步骤（2），记录电流-磁场-电压值，

（4）用回归分析法分析步骤（3）中得到的电流-磁场-电压数据，得出被测磁场和电流之间的关系，确定标定系数。

4.根据权利要求1-3任一所述的用电负荷监测方法，视在功率等于三相视在功率之和，即视在功率等于线电压乘以各相相电流有效值之和，再除以根号3，如下列公式所示：

$P=V*I/\sqrt{3}$

其中：P为视在功率；

V为线电压；

I为各相电流有效值的和。

5.一种用电负荷监测装置，包括：处理器单元、GPRS单元、一次侧磁场采集单元；一次侧磁场采集单元包括测量一次侧磁场的磁场传感器，处理器单元读取一次侧磁场采集单元传送的磁场数据，并转换成一次侧相电流，根据电压等级计算相视在功率；同时通过GPRS单元读取负控终端的相电流和相视在功率，并计算一次侧相视在功率和负控终端的相视在功率之间的差值，当该差值超过预定值一段时间时，即认为用电负荷异常，发出报警信息。

6.根据权利要求5所述的用电负荷监测装置，其中所述磁场传感器单元使用单轴线圈设计，平行设置在电力线下方预定距离处。

7.根据权利要求5或6所述的用电负荷监测装置，其包括SMS单元，处理器单元通过该单元和用电管理者的手机进行用电负荷数据的交流。

8.根据权利要求5或6所述的用电负荷监测装置，其处理器单元按时间记录用电负荷数据，包括一次相侧电流、相视在功率、所读负控终端的相视在电流和视在功率，以及时钟信息。

9.根据权利要求5-8任一所述的用电负荷监测装置，其一次侧、二次侧的视在功率差值的预定值为一次侧视在功率的30%。

10.一种用电负荷监测系统，包括权利要求5-9任一所述的用电负荷监测装置和上位机服务器。

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