CN103842833A - 测量电力的系统、包含一个这样系统的变电站以及利用这样系统测量电力的方法 - Google Patents

Abstract

系统（20）适用于测量流入与初级导电体（34；36；38）电连接的至少一个次级导电体（42A，44A，46A，...，42N，44N，46N）中的电流的电能，该初级（34；36；38）和该次级（42A，...，46N）导体具有基本相同的电压。该测量系统（20）包含初级模块（60），其包含无线电发射器（70）和测量初级导体（34，36，38）的电压的电压测量单元（66）；至少一个次级模块（62A，...，62N），其包含无线电接收器（80A，...，80N）、测量流入次级导体（42A，...，46N）中的电流的强度的强度传感器（76A，...，76N）、和计算流入次级导体中的所述电流的电能的单元（126A，...，126N）。该初级模块（60）包含压缩电压（V1，V2，V3）的测量值的第一压缩部件（104）、和将包含测量电压的压缩值的第一消息（M1）发射给每个次级模块（62A，...，62N）的发射部件（106）。该测量系统（20）包含使每个强度传感器（76A，...，76N）与该电压测量单元（66）时间同步的同步部件（106，120A，...，120N，122A，...，122N）。该计算单元（126A，...，126N）与无线电接收器（80A，...，80N）连接，能够从自该初级模块（60）接收的测量电压（V1，V2，V3）的值和强度值中计算电能。

Description

测量电力的系统、包含一个这样系统的变电站以及利用这样系统测量电力的方法

技术领域

本发明涉及测量流入至少一个次级导电体中的电流的电能的系统，该次级导体与初级导电体电连接，该初级导体和该或每个次级导体具有基本相同的电压，这个测量系统包含：

-初级模块，其包含无线电发射器和测量初级导体的电压的测量单元；

-至少一个次级模块，其包含无线电接收器、测量流入相应次级导体中的电流的强度的强度传感器、和计算流入相应次级导体中的所述电流的电能的单元。

本发明进一步涉及将具有第一交流电压的电流变换成具有第二交流电压的电流的单元，这个变换单元包含这样的测量系统。

本发明进一步涉及利用这样的测量系统测量电能的方法。

背景技术

从文献WO2010/119332中可知上述类型的测量系统。该测量系统包含测量电能的模块、存储能量的测量值的数据库、和能够向远程客户机供应与测量和收集的值相对应的信息的管理模块。测量模块经由无线电链路与通信网关连接，该通信网关本身与网络连接。数据库、管理模块和远程客户机也与网络连接。每个测量模块能够测量流入导电体中的电流的电能。它包含强度传感器、能够计算电能的处理单元、和无线电发射器-接收器。每个测量模块经由时钟与通信网关同步。

但是，由于能量因子的计算通过检测电流和电压的最大值和计算将它们分开的时间来进行，所以这样的测量系统不是非常精确。这种系统不是非常精确还因为在计算中未考虑到存在于电压和电流信号中的任何谐波产生的能量。另外，这样的测量系统相对较复杂和较昂贵。

发明内容

因此，本发明的目的是提出更加精确、较不复杂和较不昂贵的测量系统。

为此，本发明的主题是上述类型的测量系统，其特征在于：

-该初级模块包含压缩电压的测量值的第一压缩部件、和将包含该测量单元测量的电压的压缩值的第一消息从无线电发射器发射给该或每个次级模块的无线电接收器的发射部件；

-该测量系统包含使该或每个强度传感器与该电压测量单元时间同步的同步部件；以及

-该计算单元与无线电接收器连接，能够从自该初级模块接收的测量电压值电压和该强度传感器测量的强度值中计算电能。

按照本发明的其它有利方面，该测量系统包含分别地或按照所有技术上可能组合获得的如下特征的一个或几个：

-该或每个次级模块适用于只测量流入相应次级导体中的电流的强度，而不测量流入相应次级导体中的所述电流的电压；

-该第一消息包含使该或每个强度传感器与该电压测量单元时间同步的同步数据；

-该第一压缩部件包含计算该初级模块的测量单元测量的所述电压值分解成傅里叶级数的系数的第一计算部件；

-该或每个次级模块包含压缩强度的测量值的第二压缩部件；

-该第二压缩部件包含计算该次级模块的传感器测量的所述强度值分解成傅里叶级数的系数的第二计算部件；

-该计算单元能够从测量强度和测量电压的压缩值中计算电能；

-该系统包含多个次级模块、和集中电能的计算值的集中模块，该集中模块包含无线电接收器，以及每个次级模块包含将包含该计算单元计算的能量的值的第二消息从无线电发射器发射给该集中模块的无线电接收器的发射部件。

-该初级模块包含将唯一令牌相继分配给该次级模块的部件，以及该次级模块的发射部件适用于只有当相应次级模块事先从该初级模块接收到唯一令牌时才发送第二消息；以及

-该第一消息包含计算所述测量电压值和/或所述测量强度值分解成傅里叶级数的系数的采样周期的值。

本发明的主题还包含将具有第一交流电压的电流变换成具有第二交流电压的电流的单元，其包含：

-包含能够与电网连接的至少一个入口导电体的第一面板，流入该入口导体中的电流具有第一交流电压；

-包含至少一个初级出口导电体和至少一个次级出口导电体的第二面板，该或每个次级出口导体与相应初级出口导体电连接，流入相应出口导体中的电流具有第二交流电压；

-连接在该第一面板与该第二面板之间和能够将具有第一交流电压的电流变换成具有第二交流电压的电流的变电器；以及

-测量流入该或每个次级出口导体中的电流的电能的测量系统，

其特征在于，该测量系统是如上文所定义那样的。

此外，本发明的主题是测量流入至少一个次级导电体中的电流的电能的方法，该次级导体与初级导电体电连接，该初级导体和该或每个次级导体具有基本相同的电压，

该方法包含如下步骤：

-（a）由初级模块测量流入初级导体中的电流的电压；

-（b）由次级模块测量流入相应次级导体中的电流的强度；以及

-（c）由次级模块计算流入相应次级导体中的所述电流的电能，

其特征在于，该方法进一步包含如下步骤：

-（i）压缩测量电压值和由初级模块经由初级模块与次级模块之间的无线电链路发射包含测量电压的压缩值的第一消息；以及

-（ii）使强度的测量与电压的测量在时间上同步，以及

在于在步骤（c）期间，从自初级模块接收的测量电压值中和从强度传感器测量的强度值中进行电能的计算。

按照本发明的另一个有利方面，该测量方法包含如下特征：

-由初级模块定期测量电压的周期，测量的周期优选的是等于10秒。

附图说明

当阅读仅仅通过例子给出和参考附图所作的如下描述时，本发明的这些特征和优点将表现出来，在附图中：

图1是包含第一面板、经由变换器与第一面板连接的第二面板、和测量输入第二面板的出口导体中的电流的电能的系统的变换单元的框图；

图2是图1的测量系统的框图，该测量系统包含测量电压的初级模块、测量强度的多个次级模块、和集中模块；

图3是图2的次级模块的框图；

图4是由图2的初级模块实现的按照本发明的测量方法的步骤的流程图；

图5是由图2和图3的次级模块实现的相同测量方法的步骤的流程图；

图6是由图2的集中模块实现的相同测量方法的步骤的流程图；以及

图7是示出第一消息的发射和接收瞬时的时序图，该第一消息由初级模块发射给次级模块。

具体实施方式

在图1中，与电网12连接的变换单元10包含第一面板14、第二面板16、连接在第一面板与第二面板之间的变电器18、和测量电流的电能的系统20。

变换单元10能够将网络12输送的和具有第一交流电压的电流变换成具有第二交流电压的电流。

电网12是像三相网络那样的交流网络。电网12是中压网络，即，电压大于1,000伏但小于50,000伏的网络。那么，第一三相电压是中压。

可替代地，电网12是高压网络，即，电压大于50,000伏的网络。换句话说，第一三相电压是高压。

第一面板14包含几个入口22，每个入口22包含第一（24A，24B）、第二（26A，26B）、和第三（28A，28B）入口导体。每个第一、第二、和第三入口导体（24A，24B，26A，26B，28A，28B）经由各自入口断路器32与电网连接。流入相应入口导体24A、24B、26A、26B、28A、28B中的三相电流具有第一三相电压。

第二面板16包含第一34、第二36、第三38和第四39初级导体和多（N）个出口40A、40B、...、40N，即，第一出口40A、第二出口40B、...、第N出口40N，每个出口40A、40B、...、40N都能够输送三相电压。

每个出口40A、40B、...、40N都是低压出口，即，电压小于1,000伏的输出。那么，第二三相电压是低压。

可替代地，每个出口40A、40B、...、40N都是中压出口，即，电压大于1,000伏但小于50,000伏的输出。换句话说，第二三相电压是中压。

第一出口40A包含第一42A、第二44A、第三46A和第四48A次级导体以及三个出口断路器50。第一、第二和第三次级导体42A、42B、42C经由相应出口断路器50分别与第一、第二和第三初级导体34、36、38连接。第四次级导体48A直接与第四初级导体39连接。

初级出口导体34、36、38和相应次级出口导体42A、44A、46A具有基本相同的电压，即，与第二三相电压的三相相对应的各自第一电压V1、第二电压V2、和第三电压V3。

其它出口40B、...、40N与上述的第一出口40A相同，包含每次用有关元件的标号的相应字母B、...、N取代字母A的相同元件。

变电器18能够将具有第一交流电压的来自电网的电流变换成输送给第二面板16和具有第二交流电压的电流。变电器18包含与第一面板14连接的初级绕组52和与第二面板16连接的次级绕组54。

测量系统20能够测量流入该或每个次级出口导体42A、44A、46A、42B、44B、46B、...、42N、44N、46N中的电流的电能。

可以在图2中看到的测量系统20包含初级模块60、多（N）个次级模块62A、62B、...、62N，即，第一次级模块62A、未示出的第二次级模块62B、...、第N次级模块62N、和集中模块64。

初级模块60包含测量流入相应初级导体34、36、38中的电流的电压的电压测量单元66、和信息处理单元68。初级模块60进一步包含无线电发射器-接收器70、无线电天线72、以及测量单元、信息处理单元和无线电发射器-接收器的供电单元74。

对于第一42A、第二44A和第三46A次级导体的每一个，第一次级模块62A包含测量流入相应次级导体42A、44A、46A中的电流的强度的强度传感器76A。第一次级模块62A包含信息处理单元78A、无线电发射器-接收器80A、和无线电天线82A。第一次级模块62A进一步包含信息处理单元和无线电发射器-接收器的供电单元84A。第一次级模块62A用也称为标识符的唯一编码标识。

其它次级模块62B、...、62N与上述的第一次级模块62A相同，包含每次用有关元件的标号的相应字母B、...、N取代字母A的相同元件。其它次级模块62B、...、62N的每一个也具有唯一标识符。

集中模块64包含信息处理单元86、数据库88和人机界面90。集中模块64包含无线电发射器-接收器92、无线电天线94和信息处理单元、数据库、人机界面和无线电发射器-接收器的供电单元96。

电压测量单元66能够测量流过第一初级导体34、也称为第一相和标注为Phase_1的相的第一电压V1、流过第二初级导体36、也称为第二相和标注为Phase_2的相的第二电压V2、和流过第三初级导体38、也称为第三相和标注为Phase_3的相的第三电压V3。测量单元66还能够测量流过初级导体34、36、38的三相电压的频率F。

信息处理单元68包含处理器98、以及能够存储用于测量测量电压V1、V2、V3的软件102、和用于压缩测量电压的样本的软件104的存储器100。存储器100能够存储将第一消息M1发射给每个次级模块62A、...、62N和集中模块64的发射软件106、和将唯一令牌相继分配给次级模块62A、...、62N的分配软件108。

无线电发射器-接收器70遵循基于IEEE-802.15.4标准的通信协议ZigBee。可替代地，无线电发射器-接收器70遵循IEEE-802.15.1标准或IEEE-802.15.2标准。作为进一步的替代物，无线电发射器-接收器70遵循IEEE-802-11标准。

无线电天线72适用于将无线电信号发射给次级模块的天线82A、...、82N和集中模块的天线94，并且接收来自所述天线82A、...、82N、94的无线电信号。换句话说，初级模块60通过相应无线电链路与次级模块62A、...、62N的每一个以及集中模块64连接。

供应单元74能够从流过初级导体34、36、38的三相电压对测量单元66、信息处理单元68和无线电发射器-接收器70供电。

第一次级模块62A的每个强度传感器76A能够从流入第一出口次级导体42A中的第一强度I1A、流入第二出口次级导体44A中的第二强度I2A、和流入第三出口次级导体46A中的第三强度I3A中测量各自强度。

每个强度传感器76A也被称为电流传感器，如图3所示，包含围绕相应次级出口导体42A、44A、46A安排的第一线圈110A、和围绕第一线圈安排的第一绕组112A。电流流过相应次级出口导体能够产生与第一绕组112A中的电流的强度成比例的感生电流。第一线圈110A是罗戈夫斯基（Rogowski）线圈。第一线圈110A优选的是开放型线圈，以便有助于其围绕相应导体安排。

可以在图2中看到的信息处理单元78A包含数据处理器114A和与数据处理器相联系的存储器116A，存储器116A能够存储测量各自强度的测量值的测量软件118A、接收第一消息M1的接收软件120A、和与测量电压的单元66相关地使每个电流传感器76A的时间同步的同步软件122A。存储器116A还能够存储用于压缩第一、第二和第三强度I1A、I2A、I3A的采样值的压缩软件124A、计算流入相应次级导体42A、44A、46A中的电流的电能的计算软件126A、和向集中模块64发射第二消息M2A的发射软件128A。

无线电发射器-接收器80A具有与无线电发射器-接收器70相同的类型。

具有与无线电天线72相同的类型的无线电天线82A适用于接收来自初级模块的天线72和来自集中模块的天线94的无线电信号，并且将无线电信号发射给天线72、94。

可以在图3中看到的供应单元84A能够向信息处理单元78A和无线电发射器-接收器80A供电。对于第一42A、第二44A和第三46A次级导体的每一个，供应单元84A包含围绕相应第二导体42A、44A、46A安排的第二线圈130A、和围绕第二线圈安排的第二绕组132A。电流流过相应次级导体42A、44A、46A能够在第二绕组132A中产生感生电流。

供应单元84A包含与每个第二绕组132A连接和能够将预定电压输送给信息处理单元78A和无线电发射器-接收器80A的转换器134A。每个第二线圈103A是铁芯。每个第二线圈130A优选的是开放型线圈，以便有助于其围绕相应导体安排。

换句话说，次级模块62A是经由包含第二线圈130A的供应单元84A自供电的，该第二线圈130A适用于恢复电流流入相应次级导体42A、44A、46A中引起的磁能。

其它次级模块62B、...、62N的元件与上述的第一次级模块62A的元件相同，包含每次用有关分元件的标号的相应字母B、...、N取代字母A的相同分元件。

可以在图2中看到的集中模块的信息处理单元86包含数据处理器136、和与处理器相联系的存储器138，存储器138能够存储接收第一和第二消息M1、M2A、...、M2N的接收软件140、和将包含在接收消息M1、M2A、...、M2N中的信息记录在数据库88中的记录软件142。存储器138还能够存储处理接收的所述信息的显示软件144、显示数据的软件146、和将数据发送给未示出的远程服务器的发送软件148。

人机界面90包含未示出的显示屏和键盘。可替代地，人机界面90包含触敏屏，以及数据的键输入经由显示在屏幕上的触觉按钮来进行。

无线电发射器-接收器92具有与无线电发射器-接收器70、80A、...、80N相同的类型。

具有与无线电天线72、82A、...、82N相同的类型的无线电天线94能够接收来自初级模块的天线72和来自次级模块的天线82A、...、82N的无线电信号，并且将无线电信号发射给所述天线72、82A、...、82N。

现在将使用图4、图5和图6说明测量系统20的操作，图4、图5和图6示出了分别通过初级模块60、次级模块62A、...、62N和集中模块64实现的测量方法的步骤的流程图。

如图4所示，在第一步骤200期间，初级模块60被初始化，经由测量软件102测量流过初级导体34、36、38的三相电压的频率F。三相电压的频率F等于50Hz。

然后，初级模块60在步骤210期间使用它的测量单元66和它的测量软件102测量第一、第二和第三电压V1、V2、V3。软件102更进一步地采样电压V1、V2、V3的测量值。测量电压的采样周期P_samp是三相电压的周期P_voltage的倍数，三相电压的周期P_voltage等于上面在步骤200期间测量的所述三相电压的频率F的倒数。三相电压的周期P_voltage等于20ms（毫秒）。

在步骤220期间，初级模块60使用它的压缩软件104压缩电压V1、V2、V3的测量值，以便限制经由初级模块60与次级模块62A、...、62N之间的无线电链路发送的数据的数量。压缩软件104能够计算三相的电压V1、V2、V3的每一个分解成傅里叶级数的预定K个的第一系数Re_j(Vi)，Im_j(Vi)，其中i是等于相的1、2或3的数字，j在1与K之间。预定个数K优选的是等于5。

分解成傅里叶级数的系数，例如，通过对测量值的样品进行相关性运算获得。更精确地说，标注为Re_1(Vi)的基波的实系数是等于三相电压的周期P_voltage的时段上、电压信号Vi的样本与等于三相电压的频率F的余弦频率之间的相关性，其中Vi示出了相电压，i等于1、2或3。标注为Im_1(Vi)的基波的虚系数是等于周期P_voltage的时段上、电压信号Vi的样本与等于频率F的正弦频率之间的相关性。

标注为Re_j(Vi)（j在2与K）的第j谐波的实系数是等于周期P_voltage的时段上、电压信号Vi的样本与等于频率F的j倍的余弦频率之间的相关性。标注为Im_j(Vi)的第j谐波的虚系数是等于周期P_voltage的时段上、电压信号Vi的样本与等于频率F的j倍的正弦频率之间的相关性。

因此，压缩软件104为基波和谐波2到K计算三个电压V1、V2、V3分解成傅里叶级数的复系数Re_j(Vi)，Im_j(Vi)。

最后，在步骤230期间，初级模块60将第一消息M1发射给次级模块62A、...、62N的每一个和集中模块64。第一消息M1优选的是周期性发射。发射周期P_emission是预定的，优选的是等于一秒。换句话说，每秒发射一次第一消息M1。

第一消息M1尤其包含同步数据、采样周期P_samp、上面在步骤220期间计算的三个电压V1、V2、V3分解成傅里叶级数直到谐波K的系数Re_j(Vi)，Im_j(Vi)、和在接收到第一消息M1之后授权将其第二消息发送给集中模块64的次级模块的标识符。授权发送其测量信息的次级模块的标识符使用分配唯一令牌108的软件来确定，包含在第一消息M1中的次级模块的标识符使得可以指定已经指定了唯一令牌的次级模块。

作为补充，第一消息M1包含三个电压V1、V2、V3每一个的、也标注为RMS的均方根的值。

在发射了第一消息M1之后，初级模块60返回到步骤210，以便再次测量流入初级导体34、36、38中的三相电压的相电压V1、V2、V3。

现在针对第一次级模块62A描述通过次级模块62A、...、62N实现的测量方法的可在图5中看到的步骤。

在步骤300期间，第一次级模块62A被初始化，使用它的接收软件120A打开接收第一消息M1的滑窗。接收窗口是第一次级模块62A随时间滑动的持续时间为几十毫秒的窗口。

在使用接收软件120A接收到第一消息M1之后，第一次级模块62A检验第一消息M1包含同步数据，然后转到与初级模块60时间同步的步骤320。

在步骤320期间，同步软件122A在接收第一消息M1的日期初始化旨在增加到与第一消息的发射周期P_emission相对应的值的度量。次级模块62A然后比下一个第一消息M1的预期接收早大约1毫秒自动返回到接收步骤310。同步软件122A还使用包含在第一消息M1中的采样周期P_samp的值和接收第一消息M1的日期进行采样的重新同步。

第一消息M1的接收日期是使第一次级模块62A与初级模块60同步，更精确地说，使强度I1A、I2A、I3A的测量与电压V1、V2、V3的测量有关地同步的参考日期。

如果第一次级模块62A未检测到第一消息M1，则关闭接收窗口并不进行同步。

第一次级模块62A然后在步骤330期间，经由它的电流传感器76A以及经由它的测量软件118A测量第一、第二和第三强度I1A、I2A、I3A的每一个。测量软件118更进一步地采样三个强度I1A、I2A、I3A的测量值，采样的开始瞬时已在前一个步骤320中初始化，以便保证强度传感器76A与电压测量单元66的时间同步。

压缩软件124A然后在步骤340期间压缩强度I1A、I2A、I3A的测量值。压缩软件124A以与针对步骤220所述，计算电压分解成傅里叶级数的复系数Re_j(Vi)，Im_j(Vi)相似的方式计算，例如，三相的三个电流I1A、I2A、I3A分解成傅里叶级数的预定K个第一复系数Re_j(IiA)，Im_j(IiA)。

也标注为Re_1(IiA)的基波的实系数是等于三相电压的周期P_voltage的时段上、强度IiA的信号的样本与等于三相电压的频率F的余弦频率之间的相关性，其中IiA示出了第i相的强度，i等于1、2或3。也标注为Im_1(IiA)的基波的虚系数是等于周期P_voltage的时段上、强度IiA的信号的样本与等于频率F的正弦频率之间的相关性。

标注为Re_j(IiA)（j在2与K之间）的第j谐波的实系数是等于周期P_voltage的时段上、强度IiA的信号的样本与等于频率F的j倍的余弦频率之间的相关性。标注为Im_j(IiA)的第j谐波的虚系数（j在2与K之间）是等于周期P_voltage的时段上、强度IiA的信号的样本与等于频率F的j倍的正弦频率之间的相关性。

因此，压缩软件124A为基波和谐波2到K计算强度I1A、I2A、I3A分解成傅里叶级数的复系数Re_j(IiA)，Im_j(IiA)。

计算软件126A然后使用经由第一消息M1从初级模块60接收的测量电压V1、V2、V3的值和由电流传感器76A测量的强度I1A、I2A、I3A的值为三个相的每一个周期性地计算有效能量E₁、E₂、E₃。计算有效能量E₁、E₂、E3的周期等于周期P_voltage，例如，等于20ms。

在第一消息M1的两个发射瞬时之间，即，在一秒的周期上有限地限制了电压V1、V2、V3的变化，使得使用每20ms测量的强度I1A、I2A、I3A的值和每秒接收的电压V1、V2、V3的值，每20ms计算一次有效能量E₁、E₂、E₃。

对于有效能量E₁、E₂、E₃的计算，计算软件126A使用如下方程在每个周期P_voltage上计算每个相位号i的有功功率P_i，i=1、2或3：

$P_{i,j}=\frac{[\mathrm{Re}\_j\left(\mathrm{Vi}\right)\×\mathrm{Re}\_j\left(\mathrm{IiA}\right)+\mathrm{Im}\_j\left(\mathrm{Vi}\right)\×\mathrm{Im}\_j\left(\mathrm{IiA}\right)]}{2}---\left(1\right)$

其中j在1与K之间，

$P_i=\underset{j=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i,j}---\left(2\right)$

计算软件126A还使用如下方程在每个周期P_voltage上确定每个相位号i的无功功率Q_i，i=1、2或3：

$Q_{i,j}=\frac{[\mathrm{Im}\_j\left(\mathrm{Vi}\right)\×\mathrm{Re}\_j\left(\mathrm{IiA}\right)+\mathrm{Re}\_j\left(\mathrm{Vi}\right)\×\mathrm{Im}\_j\left(\mathrm{IiA}\right)]}{2}---\left(3\right)$

其中j在1与K之间，

$Q_i=\underset{j=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{i,j}---\left(4\right)$

当使用方程（1）计算的项P_i,1为正时为每个相位增加正能量度量E_i+，当项P_i,1为负时为每个相位增加负能量度量E_i-，最终计算每个相位号i的有效能量E_i。项P_i,1示出了与电流基波和电压基波的乘积相对应的功率。为三相电压的三个相位增加功率度量E₁+、E₁-、E₂+、E₂-、E₃+、E₃-，以便计算三相电压的三个相位的有效能量E₁、E₂、E₃。

第一次级模块62A然后在步骤350期间精心准备它的第二消息M2A。第二消息M2A包含第一次级模块62A的标识符、三相电压的所有三个相位的六个能量度量E₁-、E₂+、E₂-、E₃+、E₃-的值、和三个电流I1A、I2A、I3A分解成傅里叶级数直到谐波K的复系数Re_j(IiA)，Im_j(IiA)。

作为补充，第二消息M2A包含三个相位的电流I1A、I2A、I3A、也标注为RMS的均方根的值，以及三个相位每一个的项P_i,1和Q_i,1、和三个相位每一个的值P_i和Q_i。

在第一次级模块62A的标识符包含在以前接收的第一消息M1中的假设下，第一次级模块62A然后在步骤360期间使用它的发射软件128A发射它的第二消息M2A。否则，第一次级模块62A直接返回到接收第一消息M1的步骤310，当第一消息M1包含其标识符，然后指示已经对其指定了唯一令牌，以便授权它发射其第二消息M2A时，将发射其第二消息M2A。

在发射步骤360之后，在已经将令牌指定给第一次级模块62A的情况下，或要不然在步骤350之后的相当长时间之后，第一次级模块62A返回到接收步骤310直到度量达到与第一消息的发射周期P_emission相对应的值，或要不然返回到测量步骤330。

通过其它次级模块62B、...、62N实现的测量方法的步骤与上面针对第一次级模块62A所述的步骤300到360相同，而且通过使用第一消息M1进行的时间同步在所有次级模块62A、...、62N之间同时进行。

在发射步骤360期间，所有次级测量62A、...、62N当中唯一被授权发射其第二消息的次级模块是其标识符包含在在前一个接收步骤310期间接收的第一消息M1中的次级模块。分配软件108按照递增次序确定包含在第一消息M1中的标识符，以便将唯一令牌相继指定给次级模块62A、...、62N。换句话说，每个次级模块62A、...、62N每隔N秒发射一次其各自第二消息M2A、...、M2N。

如图6所示，在步骤400期间，集中模块64使用其接收软件140接收来自初级模块60的第一消息M1和来自按照分配令牌机制授权发射的次级模块的第二消息，例如，消息M2A。

在步骤410期间，集中模块64然后经由其记录软件142将在第一消息M1和第二消息M2A中接收的和包含在第一消息M1和第二消息M2A中的数值记录在它的数据库88中。作为补充，处理软件144对记录的数据加上时间戳。

处理软件144在随后步骤420中使用如下方程为三相电压的编号为i的三个相的每一个计算功率因子

然后在步骤430期间经由显示软件146将测量系统测量和计算的幅度显示在集中模块的人机界面90的屏幕上。这些幅度以数值的形式和/或以曲线的形式显示。

集中模块64最终在步骤440期间使用其发送软件148将这些测量和计算的幅度发送给未示出的远程服务器。远程服务器能够对每个测量系统20测量和计算的幅度进行集中管理。

在步骤440结束时，集中模块64返回到步骤400，以便接收来自初级模块的下一个第一消息M1和来自按照分配令牌机制授权下一次发射的次级模块的第二消息，例如，消息M2A。

因此，按照本发明的测量系统20与现有技术的测量系统相比既较不复杂也较不昂贵，因为次级模块62A、...、62N被配备成只测量流入相应次级导体中的三相电流的每个相的强度，而不测量每个相的电压。每个相的电压由初级模块60测量，然后发送给次级模块62A、...、62N的每一个。每个次级模块62A、...、62N然后与其电流传感器76A、...、76N测量的每个相的强度值结合地使用从初级模块60接收的电压值，以便计算相应出口40A、...、40N的每个相的电能E₁、E₂、E₃。

而且，按照本发明的测量系统20通过每个电流传感器76A与电压测量单元66的时间同步，使得可以为三相电流的三个相获取有效能量E₁、E₂、E₃的极精确测量值。

时间同步是极精确的，对于无线电发射器-接收器70、80A、...、80N、92和信息处理单元68、78A、...、78N、86的当前技术，测量的同步偏移具有差不多400纳秒的幅度。

所有模块60、62A、...、62N、64经由它们各自的无线电发射器-接收器70、80A、...、80N、92，通过无线电链路连接在一起，这使得可以有助于在变换单元10中安装测量系统20。

使用压缩软件104、124A、...、124N压缩有关测量电压和强度的数据使经由无线电链路发送的数据的数量受到限制，因此使测量系统20的功耗受到限制。而且，压缩数据使测量系统20对加扰类型的无线电干扰，或也称为CEM干扰的电磁兼容性干扰的敏感性降低。

按照分配令牌机制发射第二消息M2A、...、M2N使得可以降低次级模块62A、...、62N之间的无线电干扰。

按照未示出的另一个实施例，将初级模块60和集中模块64分组在一起成为同一公用模块，这使得拥有公用模块的唯一无线电发射器-接收器，而不是初级模块和集中模块的两个无线电发射器-接收器70、92。

这个第二实施例的其它优点与上文所述的第一实施例相同。

此外这个第二实施例的操作与上文所述的第一实施例相同。

现在说明按照另一个实施例的测量系统20的操作。

对于每个电流传感器76A，电流通过相应次级出口导体能够在第一绕组112A中产生与电流的强度成比例的信号。

在图4中，在第一步骤200期间，初级模块60被初始化，经由测量软件102测量初级导体34、36、38的三相电压的频率F。三相电压的频率F等于像，例如，在欧洲，50Hz和，例如，在美国，60Hz那样网络的频率。

然后，初级模块60在步骤210期间使用它的测量单元66和它的测量软件102测量第一、第二和第三电压V1、V2、V3。软件102更进一步地采样电压V1、V2、V3的测量值。测量电压的采样频率F_samp是三相电压的频率F的倍数，三相电压的频率F等于上面在步骤200期间测量的所述三相电压的周期P_voltage的倒数。三相电压的周期P_voltage等于网络的周期，在欧洲是大约20ms，而在美国是大约16.66ms。

在步骤210期间，为了优化测量能量的精度，定期地，例如，每10秒测量电压的周期P_voltage，以便考虑其随时间的变化。

在步骤220期间，以与上面针对第一实施例所述相同的方式计算三相的电压V1、V2、V3的每一个分解成傅里叶级数的系数。

最后，在步骤230期间，初级模块60将第一消息M1发射给次级模块62A，...，62N的每一个和集中模块64。第一消息M1优选的是周期性发射。发射周期P_emission是预定的，优选的是等于一秒。

第一消息M1包含也叫做前置码的首标字段、SFD（帧定界符起始）字段、PHR（物理首标）字段、数据字段和CRC（循环冗余检验）字段。前置码具有4个字节的大小，SFD和PHR字段的每一个具有一个字节的大小，数据字段具有标注成n个字节的可变大小，以及CRC字段具有2个字节的大小。在图7的示范性实施例中，第一消息M1由首标字段、SFD字段、PHR字段、数据字段和CRC字段组成。

第一消息M1的数据字段尤其包含采样周期P_samp、上面在步骤220期间计算的三个电压V1、V2、V3分解成傅里叶级数直到谐波K的系数Re_j(Vi)，Im_j(Vi)、和在接收到第一消息M1之后授权将其第二消息发送给集中模块64的次级模块的标识符。授权发送其测量信息的次级模块的标识符使用分配唯一令牌108的软件来确定，包含在第一消息M1中的模块的标识符使得可以指定已经指定了唯一令牌的次级模块。

作为补充，第一消息M1的数据字段包含三个电压V1、V2、V3每一个的、也标注为RMS的均方根的值。

在步骤300期间，第一次级模块62A被初始化，使用它的接收软件120A打开接收第一消息M1的滑窗。

在接收到第一消息M1期间，第一次级模块62A检测接收SFD字段的瞬时Tr，SFD字段的接收导致第一次级模块62A的无线电接收器触发中断。然后接收瞬时Tr的检测使得可以计算初级模块60的无线电发射器发射第一消息M1的瞬时Te。发射瞬时Te的确等于接收瞬时Tr减去经由初级模块60与相应次级模块之间的无线电链路传播第一消息M1的持续时间Dp，传播的持续时间Dp对于第一消息M1的预定大小的数据字段是固定的和已知的。第一次级模块62A然后转到与初级模块60时间同步的步骤320。

在步骤320期间，同步软件122A以与针对第一实施例所述类似的方式进行。

采样的开始瞬时是这样重新初始化的，以保证与电压测量单元66有关的信息处理单元78A的时间同步。

如果第一次级模块62A未检测到第一消息M1，则关闭接收窗口并不进行重新同步。次级模块62A然后像在前一个循环的步骤340期间所进行那样继续采样，直到接收到新消息M1，然后允许进行重新同步。这样，测量的精度从时间的角度来看变差极小一点点，但系统在未接收到少量消息M1的情况下仍然可工作。换句话说，测量系统20对于暂时未接收到第一消息M1来说是健壮的。

压缩软件124A在步骤340期间以与针对第一实施例所述类似的方式进行。

计算软件126A然后使用经由第一消息M1从初级模块60接收的电压V1、V2、V3的测量值、和电流传感器76A测量的强度I1A、I2A、I3A的值，为三相的每一个周期性地计算有效能量E1+、E2+、E3+、E1-、E2-、E3-。

对于每个相位i，计算第一Ei+和第二Ei-有效能量。第一有效能量Ei+是与相应次级模块的第i相下游连接的负载消耗的总电能。第二有效能量Ei-是与相应次级模块的第i相下游连接的发电机产生的总电能。计算有效能量E1+、E2+、E3+、E1-、E2-、E3-的周期等于周期P_voltage，例如，在欧洲是大约20ms，而在美国是大约16.66ms。

以与第一实施例类似的方式，在第一消息M1的两个发射瞬时之间，有限地限制了电压V1、V2、V3的变化，使得使用每20ms测量的强度I1A、I2A、I3A的值和每秒接收的电压V1、V2、V3的值，每20ms计算一次有效能量E1+、E2+、E3+、E1-、E2-、E3-。

有功P_i和无功Q_i功率是使用方程（1）到（4）以及假设同时采样地，即，采样根据步骤320期间采样的重新同步在相同瞬时开始并具有相同采样频率F_samp地一方面计算电压V1、V2、V3的每一个分解成傅里叶级数的第一系数，和另一方面计算电压I1A、I2A、I3A的每一个分解成傅里叶级数的第一系数，以与针对第一实施例所述相同的方式计算。

在每个周期P_voltage上，只有当P_i,1为正，即，与电流的基波和电压的基波的乘积相对应的功率为正—与测量系统下游的负载消耗的功率相对应时，才增加第一有效能量Ei+。

然后，第一有效能量的增量ΔEi+按照如下方程，等于周期P_voltage与在最后一个周期计算的有功功率P_i,₁的乘积：

ΔE_i+=P_voltage×P_i,1，P_i,1>0   （6）

在每个周期P_voltage上，只有当P_i,1为负，即，与电流的基波和电压的基波的乘积相对应的功率为负—与测量系统下游的发电机产生的功率相对应时，才增加第二有效能量Ei-。

然后，第二有效能量的增量ΔEi-按照如下方程，等于周期P_voltage与在最后一个周期计算的无功功率P_i,1的乘积：

ΔE_i-=P_voltage×P_i,1，P_i,1<0  （7）

对于三相电网，测量系统20因此不断地增加六个能量度量E1+、E1-、E2+、E2-、E3+、E3-。因此，发电产生的能量和消耗的能量的确是分开的。测量系统20也适用于测量分布在电网上的发电机供应的能量。

以与第一实施例相同的方式，第二消息M2A包含第一次级模块62A的标识符、三相电压的所有三个相位的六个能量度量E₁-、E₂+、E₂-、E₃+、E₃-的值、和三个电流I1A、I2A、I3A分解成傅里叶级数直到谐波K的复系数Re_j(IiA)，Im_j(IiA)。

作为补充，第二消息M2A包含三个相位的电流I1A、I2A、I3A、也标注为RMS的均方根的值，以及三个相位每一个的项P_i,1和Q_i,1、和三个相位每一个的值P_i和Q_i。

步骤400到420与针对第一实施例所述的相同，集中模块64将在第一消息M1和第二消息M2A、...、M2N中接收的和包含在第一消息M1和第二消息M2A、...、M2N中的值记录在它的数据库88中。

作为补充，在步骤420期间，处理软件144使用如下方程计算表征网络的三相电压的各种成分，即，基波复电压V11、V12和V13、非零成分V0、直流成分Vd、负序列成分Vi和失衡Δ：

V11=Re_1(V1)+j×Im_1(V1)   （8）

V12=Re_1(V2)+j×Im_1(V2)   （9）

V13=Re_1(V3)+j×Im_1(V3)   （10）

$V0=\frac{1}{3}(V11+V12+V13)---\left(11\right)$

$\mathrm{Vd}=\frac{1}{3}(V11+a\&times;V12+a^2\&times;V13)---\left(12\right)$

其中a是通过下式定义的旋转算符：

a=e^j2π/3   （13）

$\mathrm{Vi}=\frac{1}{3}(V11+a^2\&times;V12+a\&times;V13)---\left(14\right)$

$\mathrm{\&Delta;}=\left|\frac{\mathrm{Vi}}{\mathrm{Vd}}\right|---\left(15\right)$

如果网络没有故障，则非零成分V0是零。

在上面所述的图1到图7的示范性实施例中，电网12是三相电网，经由测量系统20测量的电流是三相电流。本领域的普通技术人员当然应该明白，本发明也可应用于单相电网和单相交流电的测量。

还应当明白，按照本发明的测量系统20更加精确，较不复杂以及较不昂贵。

Claims (13)

1.一种测量流入至少一个次级导电体（42A，44A，46A，42B，44B，46B，...，42N，44N，46N）中的电流的电能的系统（20），该次级导体（42A，42B，...，42N；44A，44B，...，44N；46A，46B，...，46N）与初级导电体（34，36，38）电连接，该初级导体（34，36，38）和该或每个次级导体（42A，42B，...，42N；44A，44B，...，44N；46A，46B，...，46N）具有基本相同的电压（V1；V2；V3），该测量系统包括：

-初级模块（60），其包含无线电发射器（70）和测量初级导体（34，36，38）的电压的电压测量单元（66）；

-至少一个次级模块（62A，...，62N），其包含无线电接收器（80A，...，80N）、测量流入相应次级导体（42A，44A，46A，42B，44B，46B，...，42N，44N，46N）中的电流的强度（I1A，I2A，I3A，I1B，I2B，I3B，...，I1N，I2N，I3N）的强度传感器（76A，...，76N）、和计算流入相应次级导体（42A，44A，46A，42B，44B，46B，...，42N，44N，46N）中的所述电流的电能（E₁，E₂，E₃，E₁-，E₂+，E₂-，E₃+，E₃-）的单元（126A，...，126N）。

其特征在于：

-该初级模块（60）包含压缩电压（V1，V2，V3）的测量值的第一压缩部件（104）、和将包含该测量单元（66）测量的电压的压缩值的第一消息（M1）从无线电发射器（7）发射给该或每个次级模块（62A，62B，...，62N）的无线电接收器（80A，...，80N）的发射部件（106）；

-该测量系统（20）包含使该或每个强度传感器（76A，...，76N）与该电压测量单元（66）时间同步的同步部件（106，120A，...，120N，122A，...，122N）；以及

-该计算单元（126A，...，126N）与无线电接收器（80A，...，80N）连接，能够从自该初级模块（60）接收的测量电压（V1，V2，V3）的值和由该强度传感器（76A，...，76N）测量的强度值（I1A，...，I3N）中计算电能。

2.按照权利要求1所述的系统（20），其中该或每个次级模块（62A，...，62N）适用于只测量流入相应次级导体（42A，44A，46A，...，42N，44N，46N）中的电流的强度（I1A，I2A，I3A，I1B，I2B，I3B，...，I1N，I2N，I3N），而不测量流入相应次级导体中的所述电流的电压。

3.按照权利要求1或2所述的系统（20），其中该第一消息（M1）包含使该或每个强度传感器（76A，...，76N）与该测量单元（66）时间同步的同步数据。

4.按照前面权利要求的任何一项所述的系统（20），其中该第一压缩部件（104）包含计算该初级模块（60）的测量单元（66）测量的所述电压值分解成傅里叶级数的系数（Re_j(Vi)，Im_j(Vi)；i=1，2，3；j在1与K之间）的第一计算部件。

5.按照前面权利要求的任何一项所述的系统（20），其中该或每个次级模块（62A，...，62N）包含压缩测量强度值（I1A，I2B，I3A，...，I3N）的第二压缩部件（124A，...，124N）。

6.按照权利要求5所述的系统（20），其中该第二压缩部件（124A，...，124N）包含计算该次级模块（62A，...，62N）的传感器（76A，...，76N）测量的所述强度值分解成傅里叶级数的系数（Re_j(IiA)，Im_j(IiA)，...，Re_j(IiN)，Im_j(IiN)；i=1，2，3；j在1与K之间）的第二计算部件。

7.按照带有权利要求5的前面权利要求的任何一项所述的系统（20），

其中该计算单元（126A，...，126N）能够从测量强度和测量电压的压缩值中计算电能（E₁，E₂，E₃，E₁-，E₂+，E₂-，E₃+，E₃-）。

8.按照前面权利要求的任何一项所述的系统（20），其中该系统包含多个次级模块（62A，...，62N）、和集中电能（E₁，E₂，E₃，E₁-，E₂+，E₂-，E₃+，E₃-）的计算值的集中模块（64），该集中模块（64）包含无线电接收器（92），以及每个次级模块（62A，...，62N）包括将包含该计算单元（126A，...，126N）计算的能量（E₁，E₂，E₃，E₁-，E₂+，E₂-，E₃+，E₃-）的值的第二消息（M2A，...，M2N）从无线电发射器（80A，...，80N）发射给该集中模块（64）的无线电接收器（92）的发射部件（128A，...，128N）。

9.按照权利要求8所述的系统（20），其中该初级模块（60）包含将唯一令牌相继分配给该次级模块（62A，...，62N）的部件（108），以及该次级模块（62A，...，62N）的发射部件适用于只有当相应次级模块（62A，...，62N）事先从该初级模块（60）接收到唯一令牌时才发射第二消息（M2A，...，M2N）。

10.按照带有权利要求4或6的前面权利要求的任何一项所述的系统（20），其中该第一消息（M1）包含计算所述测量电压值（Re_j(Vi)，Im_j(Vi)；i=1，2，3；j在1与K之间）和/或所述测量强度值（Re_j(IiA)，Im_j(IiA)，...，Re_j(IiN)，Im_j(IiN)；i=1，2，3；j在1与K之间）分解成傅里叶级数的系数的采样周期（Psampe）的值。

11.一种将具有第一交流电压的电流变换成具有第二交流电压的电流的单元（10），其包括：

-包含能够与电网（12）连接的至少一个入口导电体（24A，26A，28A，24B，26B，28B）的第一面板（24），该入口导体具有第一交流电压；

-包含至少一个初级出口导电体（34，36，38）和至少一个次级出口导电体（42A，44A，46A，42B，44B，46B，...，42N，44N，46N）的第二面板（16），该或每个次级出口导体（42A，42B，...，42N；44A，44B，...，44N；46A，46B，...，46N）与相应初级出口导体（34；36；38）电连接，该相应出口导体（34，42A，42B，...，42N；36，44A，44B，...，44N；38，46A，46B，...，46N）具有第二交流电压；

-连接在该第一面板（14）与该第二面板（16）之间和能够将具有第一交流电压的电流变换成具有第二交流电压的电流的变电器（18）；以及

-测量流入该或每个次级出口导体（42A，44A，46A，42B，44B，46B，...，42N，44N，46N）中的电流的电能（E₁，E₂，E₃，E₁-，E₂+，E₂-，E₃+，E₃-）的测量系统（20），

其特征在于，该测量系统（20）是按照前面权利要求的任何一项所述的。

12.一种测量流入至少一个次级导电体（42A，44A，46A，42B，44B，46B，...，42N，44N，46N）中的电流的电能（E₁，E₂，E₃，E₁-，E₂+，E₂-，E₃+，E₃-）的方法，该次级导体（42A，42B，...，42N；44A，44B，...，44N；46A，46B，...，46N）与初级导电体（34；36；38）电连接，该初级导体（34；36；38）和该或每个次级导体（42A，42B，...，42N；44A，44B，...，44N；46A，46B，...，46N）具有基本相同的电压，

该方法包括如下步骤：

-（a）由初级模块（60）测量（210）流入初级导体（34；36；38）中的电流的电压（V1，V2，V3）；

-（b）由次级模块（62A，...，62N）测量（330）流入相应次级导体（42A，44A，46A，42B，44B，46B，...，42N，44N，46N）中的电流的强度（I1，I2A，I3A，...，I3N）；以及

-（c）由次级模块（62A，...，62N）计算（340）流入相应次级导体（42A，44A，46A，42B，44B，46B，...，42N，44N，46N）中的所述电流的电能（E₁，E₂，E₃，E₁-，E₂+，E₂-，E₃+，E₃-），

其特征在于，该方法进一步包括如下步骤：

-（i）压缩（220）测量电压值（V1，V2，V3）和由初级模块（60）经由初级模块（60）与次级模块（62A，...，62N）之间的无线电链路发射（230）包含测量电压的压缩值的第一消息（M1）；以及

-（ii）使强度的测量与电压的测量在时间上同步（320），以及

在于在步骤（c）期间，从自初级模块（60）接收的测量电压值中和由强度传感器（76A，...，76N）测量的强度值中进行电能（E₁，E₂，E₃，E₁-，E₂+，E₂-，E₃+，E₃-）的计算。

13.按照权利要求12所述的方法，其中由初级模块（60）定期测量电压（V1，V2，V3）的周期(P_voltage)，测量的周期优选的是等于10秒。

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