CN109001577B - 一种电能计量现场数据分析方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电能计量现场数据分析方法级系统，包括采集线路中的电压量和电流量，将所述电压量和电流量进行ADC转换并保存；分别进行电压暂降和过电流检测；对电压相序和电流相序进行检测；分别对电流量和电压量进行纠偏，并计算电压有效值和电流有效值；根据电压有效值和电流有效值，计算功率值和合相能量值，并将合相能量值依次经过脉冲生成器和分频器进行功率校验和电能计量。本发明具有较为全面的实现对有功功率、无功功率、视在功率以及电能计量的采集和分析，同时对基波有功功率进行校验，减少了全波数据计算的畸变率。

Description

一种电能计量现场数据分析方法及系统

技术领域

本发明涉及电量数据分析技术领域,具体地说是一种电能计量现场数据分析方法及系统。

背景技术

近年来，供电公司加大智能电能表、用电信息采集终端的推广应用，智能电能表覆盖率、用电信息采集覆盖率均达到了100％。智能电能表、采集终端具有强大的功能和丰富的用电数据，为供电公司的工作开展提供了数据支撑。

然而智能电能表和采集终端上的用电数据，是从供电线路上直接获取的数据，如电压值，电流值等，仅仅是现场数据的直观显示，工作人员针对现场数据，需要进一步的分析，才能针对性的展开工作，浪费时间且工作复杂性高。

发明内容

本发明实施例中提供了一种电能计量现场数据分析方法及系统，以解决现有技术中工作人员需对现场数据开展工作时，需进一步分析，浪费时间且工作复杂性高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种电能计量现场数据分析方法，包括以下步骤：

采集线路中的电压量和电流量，将所述电压量和电流量进行ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换)转换并保存；

分别进行电压暂降和过电流检测；

对电压相序和电流相序进行检测；

分别对电流量和电压量进行纠偏，并计算电压有效值和电流有效值；

根据电压有效值和电流有效值，计算功率值和合相能量值，并将合相能量值依次经过脉冲生成器和分频器进行功率校验和电能计量。

进一步地，进行电压暂降检测的具体过程为：

获取经ADC转换后的电压值，并保存电压绝对值的最大值Umax；

选取半周波内电压值绝对值的峰值Up，若Up的高16位小于Umax，则判定电压暂降。

进一步地，进行过电流检测的具体过程为：

设置电流阈值Imax；

获取经ADC转换后的电流值，得到电流绝对值的峰值Ip，若Ip的高16位大于Imax，则判定电流过流。

进一步地，对电压相序进行检测的具体过程为：

分别获取A相电压值、B相电压值和C相电压值；

若三相电压值依次过零点且A相电压与C相电压的夹角为300度时，电压相序正确，否则电压存在错序。

进一步地，对电流相序进行检测的具体过程为：

分别获取A相电流值、B相电流值和C相电流值；

若三相电流值依次过零点且A相电流与C相电流的夹角为120度时，电流相序正确，否则电流存在错序。

进一步地，分别对电流量和电压量进行纠偏，并计算电压有效值和电流有效值的具体过程为：

获取电流采样值，对电流采样值进行平方运算，加入电流偏移量进行纠偏，经数字滤波后开平方，得到电流有效值；

获取电压采样值，对电压采样值进行平方运算，加入电压偏移量进行纠偏，经数字滤波后开平方，得到电压有效值。

进一步地，所述功率值包括有功功率值、无功功率值、视在功率值和基波有功功率值，所述合相能量值包括合相有功能量值、合相无功能量值、合相视在能量值和合相基波有功能量值。

进一步地，所述有功功率值的计算公式为：

式中P为有功功率，N∈自然数，N为有功功率谐波次数，N≤41次谐波，U(n)为第n次的电压有效值，I(n)为第n次的电流有效值，

为功率因数角，是电压超前电流的相位差；

对有功功率进行积分获得有功能量Ep＝∫P(t)dt；

合相有功能量Ept为Ept＝Epa+Epb+Epc，Epa为A相有功能量，Epb为B相有功能量,Epc为C相有功能量。

进一步地，计算基波有功功率和合相基波有功能量值的具体过程为：

将电压值和电流值高于3次的谐波信号进行衰减，保留基波成分，计算基波有功功率P_j；

对基波有功功率P_j积分获得基波有功能量Ep_j＝∫P_j(t)dt；

分别计算A相基波有功能量Eq_ja、B相基波有功能量Eq_jb和C相基波有功能量Eq_jc，合相基波有功能量Ep_jt＝Ep_ja+Ep_jb+Ep_jc。

本发明第二方面提供了一种电能计量现场数据分析系统，包括外部采集终端和现场数据分析装置，所述现场数据分析装置包括采样模块、电能计量模块和相序检测模块；所述外部采集终端包括电能质量监测模块和功率校验电能计量模块；

所述采样模块用于采集三相线线或三相四线电力线路中的电流量和电压量，并将采样值发送给电能存储模块，所述电能存储模块将采样值进行ADC转换并存储；所述相序检测模块用于检测三相电压和三相电流相序的正确性；所述电能质量检测模块用于检测电流是否过流以及电压是否暂降；所述功率校验电能计算模块获取依次经过功率计算、能量脉冲生成器和分频器后的信号，进行功率校验和电能计量。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

对电力线路中采集的数据进行现场分析，包括电能质量检测、电压相序检测、电流相序检测以及电压有效值和电流有效值的计算，快速分析用户的用电情况，及时发现电能计量装置可能存在的故障隐患，保证用电安全，便于电力工作的快速开展。具有较为全面的实现对有功功率、无功功率、视在功率以及电能计量的采集和分析，同时对基波有功功率进行校验，减少了全波数据计算的畸变率。

采用高精度的三相电能计量芯片，适用于三相三线和三相四线应用，可以实现测量各相电流、电压有效值，满足在智能电表中的需求，所有计量参数及校表参数均可以通过SPI接口读出，方便在线采集数据用于分析，此外，还专门提供基波参数计量分析，还通过脉冲输出CF4提供瞬时基波有功功率信息，用于基波的校正，在不需要增加太多投入的前提下，提高工作效率，因此具有较大的应用领域和前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述方法的流程示意图；

图2是本发明所述系统的结构示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明的电能计量现场数据分析方法包括：

S1,采集线路中的电压量和电流量，将所述电压量和电流量进行ADC转换并保存；

S2,分别进行电压暂降和过电流检测；

S3,对电压相序和电流相序进行检测；

S4,分别对电流量和电压量进行纠偏，并计算电压有效值和电流有效值；

S5,根据电压有效值和电流有效值，计算功率值和合相能量值，并将合相能量值依次经过脉冲生成器和分频器进行功率校验和电能计量。

步骤S1中，利用设置在三相三线制或三相四线制电力线路中的电压互感器和电流互感器分别采集A相、B相、C相的电压量和电流量，将电压量和电流量送入电能计量芯片，电能计量芯片将电压量、电流量经内部ADC模数转换后送入电能计量芯片的内部ADC寄存器。

步骤S2中，电压暂降的检测过程为：

外部采集终端的微处理器通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)接口连接电能计量芯片，获取电能计量芯片内部ADC寄存器中的电压量，找到ADC寄存器中电压绝对值的最大值Umax存入电能计量芯片内部对应相的峰值寄存器PEAK。以半周波为单位，即2个过零点之间，若电压波形采样值绝对值的峰值Up的高16位小于Umax，且持续时间为长度设置寄存器Cyclength设定的半周波数，外部采集终端的微处理器则判定该相电压暂降。

若某相电压暂降发生时，电能计量芯片内部阈值设置寄存器SAG的标志位置1,即SAGFlag寄存器中该相SAGUx寄存器位置1，x∈A、B、C,并且中断标志寄存器INTFlag中的SAGIF寄存器位也置1，若开启了SAG中断，即中断配置寄存器EMU中的EMUIE寄存器位SAGIE＝1，而SAGIF置1导致IRQ中断，清SAGIF的同时会清该中断，SAGFlag寄存器中的SAGUx标志位也同时清掉。

电流过流的检测过程为：

首先设置电流阈值Imax，利用外部采集终端的微处理器通过SPI接口连接电能计量芯片，获取电能计量芯片内部ADC寄存器中的电流量，若该相电流波形采样值绝对值的峰值Ip的高16位大于电流阈值设置寄存器OILVL的设定值Imax，且检测时间为长度设置寄存器Cyclength设定的半周波数，则判定该相电流过流。

A相，B相，C相相电流过流发生时，同时电能计量芯片内部过流标志位置1，即SAGFlag寄存器中对应相OVIx寄存器位置1，x∈A、B、C,同时中断标志INTFLag寄存器中的OVIIF寄存器位也置1，当EMC中断配置寄存器EMUIE中的OVIIE＝1,OVIIE置1会导致IRQ中断，清OVIIF的同时清中断，SAGFlag寄存器中OVIx标志位也清掉。

步骤S3中，对电压相序进行检测的过程为：

利用设置在三相四线制线路中的电压互感器分别采集A相，B相，C相的电压量；电压相序检测按照三相电压的过零点顺序进行判断，当A相电压过零之后，B相电压过零，然后是C相电压过零，则判电压相序正确，否则判定电压错序；

在三相三线制线路中，电压相序检测按照A相电压与C相电压的夹角判断，当A相、C相的电压夹角在300度时，判电压相序正常，否则判电压存在错序。

对电流相序进行检测的过程为：

利用设置在三相四线制线路中的电流互感器分别采集A相，B相，C相的电流量；电流相序检测按照三相电流的过零点顺序进行判断，当A相电流过零之后，B相电流过零，然后是C相电流过零，则判电流相序正确，否则判定电流错序；

三相三线制线路中，电流相序检测按照A相电流与C相电流的夹角；当A相、C相的电流夹角在120度时，判电流相序正常，否则判电流存在错序。

步骤S4中，分别对电流量和电压量进行纠偏，并计算电压有效值和电流有效值的具体过程为：

获取电流采样值，对电流采样值进行平方运算，加入电流偏移量进行纠偏，经数字滤波后开平方，得到电流有效值；

获取电压采样值，对电压采样值进行平方运算，加入电压偏移量进行纠偏，经数字滤波后开平方，得到电压有效值。

步骤S5中，利用电流有效值和电压有效值，计算有功功率

式中P为有功功率，N∈自然数，N为有功功率谐波次数，N≤41次谐波，U(n)为第n次的电压有效值，I(n)为第n次的电流有效值，

为功率因数角，是电压超前电流的相位差，并进一步对有功功率进行积分获得有功能量Ep＝∫P(t)dt，进一步计算A相，B相，C相的合相有功能量按照代数或绝对值的模式进行累加，其合相有功能量Ept的代数和模式为Ept＝Epa+Epb+Epc，其中Ept为合相有功能量，Epa为A相有功能量，Epb为B相有功能量,Epc为C相有功能量,合相有功能量Ept的绝对值加模式为Ept＝|Epa|+|Epb|+|Epc|；并将合相有功能量Ept依次通过脉冲生成器1和分频器CF1输出至外部采集终端的微处理器，利用输出的高电平脉冲进行有功功率的校验，同时进行有功电能计量；

对电压采样值进行高通滤波后再经90度移相，对电流采样值同样经高通滤波器再经相位校正后，利用电流有效值和电压有效值，计算无功功率

其中U(n)为第n次谐波电压有效值,I(n)为第n次谐波的电流有效值，

为功率因数角，是电压超前电流的相位差；并进一步对无功功率进行积分获得无功能量Eq＝∫q(t)dt，进一步计算A相，B相，C相的合相无功能量按照代数或绝对值的模式进行累加，其合相无功能量Eqt的代数和模式为Eqt＝Eqa+Eqb+Eqc，其中Eqt为合相无功能量，Eqa为A相无功能量，Eqb为B相无功能量,Eqc为C相无功能量,合相无功能量Eqt的绝对值加模式为Eqt＝|Eqa|+|Eqb|+|Eqc|；并将合相有功能量Eqt依次通过脉冲生成器和第二分频器CF2经输出口输出至外部采集终端的微处理器，利用输出的高电平脉冲进行无功功率的校验，同时进行无功电能计量。

将有功功率P和无功功率Q通过公式

获得各个相的视在功率S，根据过合相有功能量Ept以及合相无功能量Eqt通过公式

获得视在能量；并将合相有功能量S_t依次通过脉冲生成器和分频器经CF3输出口输出至外部采集终端的微处理器，利用输出的高电平脉冲进行视在功率的校验，同时进行视在电能计量。

将采集到的电压量和电流量信号，对高于3次即150HZ以上的谐波信号进行衰减，谐波衰减率在-30Db,保留基波成分，并计算基波有功功率P_j，进一步对基波有功功率P_j进行积分获得有功能量Ep_j＝∫P_j(t)dt，进一步计算A相，B相，C相的合相基波有功能量按照代数或绝对值的模式进行累加，其合相基波有功能量Ep_jt的代数和模式为Ep_jt＝Ep_ja+Ep_jb+Ep_jc，其中Eq_jt为合相基波有功能量，Eq_ja为A相基波有功能量，Eq_jb为B相基波有功能量,Eq_jc为C相基波有功能量,并将合相有功能量S_t依次通过脉冲生成器和分频器经CF4输出口输出至外部采集终端的微处理器，利用输出的高电平脉冲进行基波有功功率的校验，同时进行基波有功电能计量。

如图2所示，本发明的电能计量现场数据分析系统，包括外部采集终端和现场数据分析装置，现场数据分析装置包括采样模块、电能计量模块和相序检测模块；外部采集终端包括电能质量检测模块和功率校验电能计量模块；

采样模块用于采集三相三线或三相四线电力线路中的电流量和电压量，并将采样值发送给电能存储模块，电能存储模块将采样值进行ADC转换并存储；相序检测模块用于检测三相电压和三相电流相序的正确性；电能质量检测模块用于检测电流是否过流以及电压是否暂降；功率校验电能计算模块获取依次经过功率计算、能量脉冲生成器和分频器后的信号，进行功率校验和电能计量。

电压量和电流量分别送入有功功率计算模块、无功功率计算模块、视在功率计算模块、以及滤波处理后经基波有功功率计算模块进行处理，再分别通过各自的能量脉冲生成器，经分频器CF1，分频器CF2，分频器CF3，分频器CF4进行分频，获得分频后的信号。这里，分频器的CF1-CF4端输出脉冲宽度t2，90ms≤t2≤180ms，分频系数为64，脉冲生成器输出的电能脉冲以占空比1:1等脉冲宽度输出。

电压、电流信号经过变换后在功率测量信号处理电路中相乘等到瞬时功率，对时间积分后成为电能信号，根据设置将A/B/C三相电能做绝对值相加或代数值相加运算，并将结果变换成频率信号，然后按照用户设定的分频系数进行分频，得到可用于校表的电能脉冲输出信号。

利用本发明实施例的电能计量现场数据分析系统，工作人员现场工作时可自动读取智能电能表、外部采集终端内的各类数据，通过对智能电能表数据的二次加工和统计分析，帮助供电公司开展用电监察、电能计量及防窃电等相关业务，工作人员现场分析客户的用电情况，研判智能电能表、采集终端的运行状态，指导供电公司工作人员及时准确的排查和处理现场运行中存在的隐患，帮助客户合理、有效、安全的使用电力，提升电能计量装置现场安全、准确运行水平，维护供用电双方的合法权益。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电能计量现场数据分析方法，其特征是，包括以下步骤：

采集线路中的电压量和电流量，将所述电压量和电流量进行ADC转换并保存；

分别进行电压暂降和过电流检测；

对电压相序和电流相序进行检测；

分别对电流量和电压量进行纠偏，并计算电压有效值和电流有效值；

根据电压有效值和电流有效值，计算功率值和合相能量值，并将合相能量值依次经过脉冲生成器和分频器进行功率校验和电能计量；

进行电压暂降检测的具体过程为：

获取经ADC转换后的电压值，并保存电压绝对值的最大值Umax；

选取半周波内电压值绝对值的峰值Up，若Up的高16位小于Umax，则判定电压暂降；

分别对电流量和电压量进行纠偏，并计算电压有效值和电流有效值的具体过程为：

获取电流采样值，对电流采样值进行平方运算，加入电流偏移量进行纠偏，经数字滤波后开平方，得到电流有效值；

获取电压采样值，对电压采样值进行平方运算，加入电压偏移量进行纠偏，经数字滤波后开平方，得到电压有效值。

2.根据权利要求1所述的一种电能计量现场数据分析方法，其特征是，进行过电流检测的具体过程为：

设置电流阈值Imax；

获取经ADC转换后的电流值，得到电流绝对值的峰值Ip，若Ip的高16位大于Imax，则判定电流过流。

3.根据权利要求1所述的一种电能计量现场数据分析方法，其特征是，对电压相序进行检测的具体过程为：

分别获取A相电压值、B相电压值和C相电压值；

在三相四线制线路中，若三相电压值依次过零点，则电压相序正确，否则电压存在错序；

在三相三线制线路中，A相电压与C相电压的夹角为300度时，电压相序正确，否则电压存在错序。

4.根据权利要求1所述的一种电能计量现场数据分析方法，其特征是，对电流相序进行检测的具体过程为：

分别获取A相电流值、B相电流值和C相电流值；

在三相四线制线路中，若三相电流值依次过零点，则电流相序正确，否则电流存在错序；

在三相三线制线路中，A相电流与C相电流的夹角为120度时，电流相序正确，否则电流存在错序。

5.根据权利要求1所述的一种电能计量现场数据分析方法，其特征是，所述功率值包括有功功率值、无功功率值、视在功率值和基波有功功率值，所述合相能量值包括合相有功能量值、合相无功能量值、合相视在能量值和合相基波有功能量值。

6.根据权利要求5所述的一种电能计量现场数据分析方法，其特征是，计算基波有功功率和合相基波有功能量值的具体过程为：

将电压值和电流值高于3次的谐波信号进行衰减，保留基波成分，计算基波有功功率P_j；

对基波有功功率P_j积分获得基波有功能量Ep_j＝∫P_j(t)dt；

分别计算A相基波有功能量Eq_ja、B相基波有功能量Eq_jb和C相基波有功能量Eq_jc，合相基波有功能量Ep_jt＝Ep_ja+Ep_jb+Ep_jc。

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