CN109991558B - 一种便携式直流供电系统能效监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式直流供电系统能效监测系统及方法。所述便携式直流供电系统能效监测系统包括无线数据采集模块、无线通信中继模块、阀侧合并通信采集箱、上位机能效监测系统；本发明采用无线与有线通信相结合的技术手段，并结合基于GPS的广域同步授时数据同步采集方法，通过对直流供电系统的网侧、阀侧、滤波侧、直流侧的电压及电流信号进行实时同步采集，并将所有采集数据封装打包后上传至所述上位机能效监测系统处理，可实现直流供电系统及其各部件的损耗与效率的实时核算、系统电能计量、各测量点电能质量评估、各测量点波形矢量图显示、历史数据处理与分析等，为提高直流供电系统装备效率及节能提供必要的依据。

Description

一种便携式直流供电系统能效监测系统

技术领域

本发明涉及一种电力系统的便携式监测装置，特别涉及一种直流供电系统的能效监测系统。

背景技术

对于大部分直流供电系统实际工程，其网侧和滤波侧测量点与其它测量点之间的距离有时会有300米或更远，只有阀侧与直流侧测量点之间距离比较近，整流系统运行现场环境恶劣，交直流系统谐波畸变严重，为监测仪器或设备的长期稳定运行带来巨大的困难。

目前国内外并没有大功率整流系统的各部件功耗实时监测系统或平台，整流装备特别是整流变压器与整流器的效率无法核算，从而无法现场验证设计指标的准确性，间接影响了该领域节能新方法与新技术的应用与推广。

在实际工程测试时，测量直流供电系统的整流机组的能耗情况，通常采用多台电能质量分析仪对各测量点进行数据录波，然后将录波后的内存卡数据导入到PC机中，由科研人员列电子表格，手工对数据进行处理运算，且需要几天的时间。因此，该方法存在数据同步性差、能效分析方法复杂、费时费力且易出错等缺点，更加无法实时反映整流机组的实际运行状况。

本发明的主要发明人曾提出了一种在线式的基于光纤以太网的大功率整流系统的电能质量及损耗综合监测系统，但因其工程布线非常复杂且采用固定式罗氏线圈进行阀侧电流的测量等原因带来其无法克服的一系列缺陷：不易装卸且装前需停电，固定式罗氏线圈互感器等设备长期高温工作，精度降低且易损坏等，并且在线式监测系统安装完毕只能对一套直流供电系统设备进行监测。

发明内容

为解决以上技术难题，本发明提出了采用无线与有线通信相结合的技术手段，并结合基于GPS的广域同步授时数据同步采集方法，选用可方便拆卸的高精度罗氏线圈等完全克服在线式的系列缺陷，同时可以针对各种类型的整流机组进行测量且不需停电安装测量，方便灵活地为使用企业提供所需的能效监测数据，以最低的成本为工厂降低电耗、提高经济效益提供科学依据。

本发明采用的技术方案是：包括无线数据采集模块、无线通信中继模块、阀侧合并通信采集箱、上位机能效监测系统；其中：

所述无线数据采集模块包括网侧与滤波侧无线数据采集终端，进行网侧、滤波侧电压与电流采集，并将采集的数据通过无线通信方式经所述无线通信中继模块转发至所述阀侧合并通信采集箱；

所述阀侧合并通信采集箱包括无线通信对接模块、阀侧及直流侧数据采集终端、以太网交换机，实现对所述无线数据采集模块经所述无线通信中继模块上传数据的读取与存储以及阀侧、直流侧电压与电流信号的采集与存储，所有采集数据封装打包后，通过有线以太网上传至所述上位机能效监测系统；

所述上位机能效监测系统对接收到的采集数据进行算法分析、处理、存储与显示。

上述的便携式直流供电系统能效监测系统中，所述无线通信对接模块一端采用433MHz无线通信模块经所述无线通信中继模块与所述无线数据采集模块进行无线通信，另一端通过RJ45接口与所述以太网交换机连接，通过有线以太网与所述上位机能效监测系统进行数据交互；所述无线通信中继模块以嵌入式芯片作为控制核心，并外扩433MHz无线通信模块、RAM存储模块等，实现对所述无线数据采集模块与所述无线通信对接模块之间的数据转发。

上述的便携式直流供电系统能效监测系统中，所述阀侧、直流侧数据采集终端分别通过RJ45接口与所述以太网交换机连接，通过有线以太网与所述上位机能效监测系统进行数据交互；所述阀侧数据采集终端选用可方便拆卸的高精度罗氏线圈电流互感器，对阀侧交流电流进行测量。

上述的便携式直流供电系统能效监测系统中，所述上位机能效监测系统安装在中高配置笔记本电脑上，包括通信前置机系统、数据库系统以及直流供电系统能效监测平台，通过笔记本电脑的RJ45接口与所述以太网交换机连接。所述通信前置机系统通过TCP/IP通信协议，完成对所述阀侧合并通信采集箱控制命令的下发及所有测量点采集数据的读取，并将所有采集数据进行算法分析处理后存入所述数据库系统，以供所述直流供电系统能效监测平台调用与显示。所述直流供电系统能效监测平台软件功能模块包括系统及其各部件的损耗与效率的实时分析模块、系统电能计量模块、各测量点波形矢量图显示模块、各测量点电能质量评估模块、历史数据处理模块。

上述的便携式直流供电系统能效监测系统中，所述网侧与滤波侧无线数据采集终端、所述阀侧及直流侧数据采集终端内部均设置了广域时间同步服务系统，实现数据同步采集。所述广域时间同步服务系统包括GPS接收模块与高精度广域同步定时信号发生器，两者共同为系统提供同步采样时基，当GPS接收模块接收信号不正常时，广域同步定时信号发生器单独为系统提供同步采样基时。

一种便携式直流供电系统能效监测方法，包括以下步骤：

步骤1，首先所述通信前置机系统、所述各数据采集终端进行初始化，所述通信前置机系统工作在TCP客户端模式，所述各数据采集终端工作在TCP服务器模式并建立TCP监听服务；

步骤2，根据待监测直流供电系统实际情况，通过所述通信前置机系统软件界面选择与设定所述各数据采集终端测量接线方式、电压及电流互感器变比、同相逆并联接线方式、传统及新型直流供电系统选择；测量接线方式包括三相三线制、三相四线制以及三相二瓦计；同相逆并联接线方式选择包括阀侧绕组在变压器处一分为二、阀侧绕组在整流柜处一分为二；传统及新型直流供电系统选择，若选择传统，则无需监测滤波侧测量点；若选择新型，则需需监测滤波侧测量点；

步骤3，所述通信前置机系统为所述各数据采集终端创建相应的线程服务，通过多线程分别向所述各数据采集终端发送建立TCP/IP连接请求，设定连接超时时间为200ms，若超时后未建立TCP/IP连接，则再次发送TCP/IP连接请求，可重复100次，若还是无法建立TCP/IP连接，则在所述通信前置机系统显示界面上显示无法建立连接的终端名称及IP地址；若全部线程建立TCP/IP连接成功，则向所述各数据采集终端发送数据采集命令；

步骤4，所述各数据采集终端在接收到数据采集命令后，自动在广域时间同步服务系统产生的下一个秒脉冲的上升沿同步采集数据并存储；

步骤5，所述通信前置机系统在发送采集命令后延时固定周期，继续使用多线程向所述各数据采集终端同时发送数据上传命令，所述各数据采集终端对采集数据进行FFT数据压缩后上传至所述通信前置机系统；

步骤6，所述通信前置机系统对上传的采集数据进行综合算法分析与处理，并将波形采样数据及运算结果保存到数据库中，以供所述直流供电系统能效监测平台调用与显示；重复步骤2～6过程。

所述通信前置机系统的综合算法分析与处理的方法是：

步骤A，对所述各数据采集终端上传的压缩数据进行数据重构，重构算法根据采集终端上传的FFT运算所得50次以内谐波实部A_k及虚部B_k(k＝1～50，为谐波次数)进行原始波形的重构，并将重构后的波形数据保存到波形数据缓冲区中；

步骤B，根据所述同相逆并联接线方式，判断是否进行电流波形的半波到全波合成；若为阀侧绕组在整流柜处一分为二接线方式，则阀侧每根铜排流过的电流均为全波，无需电流波形合成操作；若为阀侧绕组在变压器处一分为二接线方式，则阀侧每根铜排流过的电流均为半波(正半波或负半波)，则需要对阀侧采集的所有电流波形数据调用阀侧电流半波到全波合成算法，最终获得数量为铜排数量一半的全波电流序列，并保存到新的电流波形数据缓冲区中；

步骤C，根据所述各数据采集终端测量接线方式，采用相应的电能质量修订算法对步骤A重构后的电压波形数据以及步骤B产生的全波电流波形数据进行运算，运算后得到的电能质量参数结果保存到电能质量数据缓冲区中；

步骤D，根据传统及新型直流供电系统选择，采用相应的能效分析算法对步骤C计算的各测量点的电能质量运算结果进行运算，运算结果保存到系统能效数据缓冲区中；

步骤E，将步骤A-D运算所得的波形数据缓冲区数据、电能质量缓冲区数据以及系统能效数据缓冲区数据保存到数据库中，并分别生成以“WAVE”+“当前时间”命名、以“PQ”+“当前时间”命名以及以“EFF”+“当前时间”命名的CSV格式数据文件中，并分别保存到已创建的以“WAVE”+“当前日期”命名、以“PQ”+“当前日期”命名以及以“EFF”+“当前日期”命名的历史数据文件夹中，供所述直流供电系统能效监测平台的历史数据处理模块调用。

所述阀侧电流半波到全波合成算法是：

步骤a，阀侧电流半波到全波合成前，考虑罗氏线圈电流互感器测量单极性电流信号时，存在电流正半波下漂与负半波上漂问题，必须分别对正负半波进行上移与下移算法修订；

步骤b，正半波上移修订时，首先对该铜排电流序列保存到临时数据缓冲区，按数值从小到大进行排序，然后取出前

个数据进行求平均值

(n总采样点数)，接下来将原铜排电流序列各采样点数值加

修订，完成正半波上移修订；

步骤c，负半波下移修订时，首先对该铜排电流序列保存到临时数据缓冲区，按数值从大到小进行排序，然后取出前

个数据进行求平均值

(n总采样点数)，接下来将原铜排电流序列各采样点数值减

修订，完成负半波下移修订；

步骤d，根据步骤b和c修订后的新的电流序列及阀侧铜排联接方式，对相关联铜排正半波与负半波的进行两两半波形合并，最终获得数量为铜排数量一半的全波电流序列，并保存到新的电流波形数据缓冲区中。

所述电能质量修订算法是：

修订1，根据所述各数据采集终端测量接线方式，若为三相三线，则需按式(1)进行线电压到等效相电压的变换，然后将变换后的相电压序列与电流序列代入电能质量计算公式；式(1)中，S为采样点序号；

修订2，若为三相二瓦计接线方式，则需按式(2)对线电压及电流进行推算及修订，修订后的线电压再按式(1)进行线电压到等效相电压的变换，然后将变换后的相电压序列与电流序列代入电能质量计算公式；

修订3，考虑阀侧铜排数量较多，罗氏线圈电流互感器在套装时，可能会出现接反情况，需对经步骤一或二计算后的有功功率数值进行判断，若为负值，则说明互感器接反，须对电流序列做取反操作，即i_S＝-i_S；

修订4，对谐波相位角修订，谐波相位角的计算可根据式(3)计算，由于式(3)中，实部A_k及虚部B_k的比值是定值，但对应的

角度会有多种结果，本发明在对计算的谐波相位角的修订算法为，对实部A_k的正负进行判断，若为正，则无需对结果进行修订；若为负值，则对谐波相位角进行θ_k+π修订。

本发明的技术效果在于：本发明采用无线与有线通信相结合的技术手段，并结合基于GPS的广域同步授时数据同步采集方法及选用可方便拆卸的高精度罗氏线圈电流互感器等，为直流供电系统的能效监测提供了一种便携式多通道同步测量分析方法，同时可以针对各种类型的整流机组进行测量且无需停电安装，方便灵活地为企业用户提供所需的能效监测数据，以最低的成本为工厂降低电耗、提高经济效益提供科学依据。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

参见图1，本发明包括无线数据采集模块、无线通信中继模块、阀侧合并通信采集箱、上位机能效监测系统；所述无线数据采集模块包括网侧与滤波侧无线数据采集终端，进行网侧、滤波侧电压与电流采集，并将采集的数据通过无线通信方式经所述无线通信中继模块转发至所述阀侧合并通信采集箱；所述阀侧合并通信采集箱包括无线通信对接模块、阀侧及直流侧数据采集终端、以太网交换机，实现对所述无线数据采集模块经所述无线通信中继模块上传数据的读取与存储以及阀侧、直流侧电压与电流信号的采集与存储，所有采集数据封装打包后，通过有线以太网上传至所述上位机能效监测系统；所述上位机能效监测系统对接收到的采集数据进行算法分析、处理、存储与显示。

由于直流供电系统交流网侧及滤波侧测量点与其它测量点之间的距离较远，工程布线较为繁杂且布置后产生故障巡检维修困难，因此网侧及滤波侧测量点采集数据采用无线通信方式发送至阀侧及直流侧测量点的阀侧合并通信采集箱；阀侧、直流侧测量点间距离很近，因此这两个测量点只配置了一台阀侧合并通信采集箱，内部包括无线通信对接模块、阀侧数据采集终端、直流侧数据采集终端以及以太网交换机；无线通信对接模块负责接收网侧及滤波侧的无线数据并存储，阀侧及直流侧数据采集终端则直接对相应测量点进行数据采集及存储，所有测量点数据通过以太网交换机以有线通信方式发送至上位机能效监测系统。

上位机能效监测系统包括通信前置机系统软件和直流供电系统能效监测平台软件，均安装在笔记本电脑上；通信前置机系统软件主要功能包括：各采集终端测量接线方式的设置、滤波侧测量点是否监测设置、各测量点电压及电流互感器变比设置、TCP/IP数据通信(数据采集及读取命令的下发、采集数据的读取)、各测量点采集数据的算法分析(主要包括电能质量分析、谐波计算、整流系统及各部件的损耗及效率计算等)、数据库存储；直流供电系统能效监测平台软件通过调用数据库相关参数，对通信前置机运算处理后的数据作进一步统计分析，最终显示各测量点电能质量参数、系统及其各部件损耗及效率参数、系统电能计量参数、各测量点电压及电流波形图、基波向量图、谐波柱状图等，并具备历史数据存储与调用功能，实现对直流供电系统的能效预测。

本发明所述的一种便携式直流供电系统能效监测方法，包括以下步骤：

步骤1，首先所述通信前置机系统、所述各数据采集终端进行初始化，所述通信前置机系统工作在TCP客户端模式，所述各数据采集终端工作在TCP服务器模式并建立TCP监听服务；

步骤2，根据待监测直流供电系统实际情况，通过所述通信前置机系统软件界面选择与设定所述各数据采集终端测量接线方式、电压及电流互感器变比、同相逆并联接线方式、传统及新型直流供电系统选择；测量接线方式包括三相三线制、三相四线制以及三相二瓦计；同相逆并联接线方式选择包括阀侧绕组在变压器处一分为二、阀侧绕组在整流柜处一分为二；传统及新型直流供电系统选择，若选择传统，则无需监测滤波侧测量点；若选择新型，则需需监测滤波侧测量点；

步骤3，所述通信前置机系统为所述各数据采集终端创建相应的线程服务，通过多线程分别向所述各数据采集终端发送建立TCP/IP连接请求，设定连接超时时间为200ms，若超时后未建立TCP/IP连接，则再次发送TCP/IP连接请求，可重复100次，若还是无法建立TCP/IP连接，则在所述通信前置机系统显示界面上显示无法建立连接的终端名称及IP地址；若全部线程建立TCP/IP连接成功，则向所述各数据采集终端发送数据采集命令；

步骤4，所述各数据采集终端在接收到数据采集命令后，自动在广域时间同步服务系统产生的下一个秒脉冲的上升沿同步采集数据并存储；

步骤5，所述通信前置机系统在发送采集命令后延时固定周期，继续使用多线程向所述各数据采集终端同时发送数据上传命令，所述各数据采集终端对采集数据进行FFT数据压缩后上传至所述通信前置机系统；

步骤6，所述通信前置机系统对上传的采集数据进行综合算法分析与处理，并将波形采样数据及运算结果保存到数据库中，以供所述直流供电系统能效监测平台调用与显示；重复步骤2～6过程。

所述通信前置机系统的综合算法分析与处理的方法是：

步骤A，对所述各数据采集终端上传的压缩数据进行数据重构，重构算法根据采集终端上传的FFT运算所得50次以内谐波实部A_k及虚部B_k(k＝1～50，为谐波次数)进行原始波形的重构，并将重构后的波形数据保存到波形数据缓冲区中；

步骤B，根据所述同相逆并联接线方式，判断是否进行电流波形的半波到全波合成；若为阀侧绕组在整流柜处一分为二接线方式，则阀侧每根铜排流过的电流均为全波，无需电流波形合成操作；若为阀侧绕组在变压器处一分为二接线方式，则阀侧每根铜排流过的电流均为半波(正半波或负半波)，则需要对阀侧采集的所有电流波形数据调用阀侧电流半波到全波合成算法，最终获得数量为铜排数量一半的全波电流序列，并保存到新的电流波形数据缓冲区中；

步骤C，根据所述各数据采集终端测量接线方式，采用相应的电能质量修订算法对步骤A重构后的电压波形数据以及步骤B产生的全波电流波形数据进行运算，运算后得到的电能质量参数结果保存到电能质量数据缓冲区中；

步骤D，根据传统及新型直流供电系统选择，采用相应的能效分析算法对步骤C计算的各测量点的电能质量运算结果进行运算，运算结果保存到系统能效数据缓冲区中；

步骤E，将步骤A-D运算所得的波形数据缓冲区数据、电能质量缓冲区数据以及系统能效数据缓冲区数据保存到数据库中，并分别生成以“WAVE”+“当前时间”命名、以“PQ”+“当前时间”命名以及以“EFF”+“当前时间”命名的CSV格式数据文件中，并分别保存到已创建的以“WAVE”+“当前日期”命名、以“PQ”+“当前日期”命名以及以“EFF”+“当前日期”命名的历史数据文件夹中，供所述直流供电系统能效监测平台的历史数据处理模块调用。

所述阀侧电流半波到全波合成算法是：

步骤a，阀侧电流半波到全波合成前，考虑罗氏线圈电流互感器测量单极性电流信号时，存在电流正半波下漂与负半波上漂问题，必须分别对正负半波进行上移与下移算法修订；

步骤b，正半波上移修订时，首先对该铜排电流序列保存到临时数据缓冲区，按数值从小到大进行排序，然后取出前

个数据进行求平均值

(n总采样点数)，接下来将原铜排电流序列各采样点数值加

修订，完成正半波上移修订；

步骤c，负半波下移修订时，首先对该铜排电流序列保存到临时数据缓冲区，按数值从大到小进行排序，然后取出前

个数据进行求平均值

(n总采样点数)，接下来将原铜排电流序列各采样点数值减

修订，完成负半波下移修订；

步骤d，根据步骤b和c修订后的新的电流序列及阀侧铜排联接方式，对相关联铜排正半波与负半波的进行两两半波形合并，最终获得数量为铜排数量一半的全波电流序列，并保存到新的电流波形数据缓冲区中。

所述电能质量修订算法是：

修订1，根据所述各数据采集终端测量接线方式，若为三相三线，则需按式(1)进行线电压到等效相电压的变换，然后将变换后的相电压序列与电流序列代入电能质量计算公式；式(1)中，S为采样点序号；

修订2，若为三相二瓦计接线方式，则需按式(2)对线电压及电流进行推算及修订，修订后的线电压再按式(1)进行线电压到等效相电压的变换，然后将变换后的相电压序列与电流序列代入电能质量计算公式；

修订3，考虑阀侧铜排数量较多，罗氏线圈电流互感器在套装时，可能会出现接反情况，需对经步骤一或二计算后的有功功率数值进行判断，若为负值，则说明互感器接反，须对电流序列做取反操作，即i_S＝-i_S；

修订4，对谐波相位角修订，谐波相位角的计算可根据式(3)计算，由于式(3)中，实部A_k及虚部B_k的比值是定值，但对应的

角度会有多种结果，本发明在对计算的谐波相位角的修订算法为，对实部A_k的正负进行判断，若为正，则无需对结果进行修订；若为负值，则对谐波相位角进行θk+π修订。

本发明中的直流供电系统，其网侧与滤波侧通常与阀侧之间的距离较远，且通常还存在高度差问题，一般的无线通信模块通信距离与穿墙能力等有限，而市场上的无线中继又无法实现大批量数据传输，因此本发明设计的无线通信中继模块选择嵌入式芯片作为控制核心，外扩了433MHz无线通信模块、RAM存储模块等，解决网侧/滤波侧与阀侧通信距离远且存在空间高低差的问题，实现了网侧、滤波侧无线数据采集终端与无线通信对接模块的大批量无线数据转发。

本发明中直流供电系统的能效分析需对所有测量点进行同步数据采集，由于网侧与滤波侧测量点采用无线通信模式，无法与阀侧、直流侧之间采用有线同步触发方式，因此引入了基于GPS的广域同步授时数据同步采集方法，利用GPS接收模块与高精度广域同步定时信号发生器，两者共同为系统提供同步采样时基，当GPS接收模块接收信号不正常时，广域同步定时信号发生器可单独为系统提供同步采样基时，从而实现数据的同步采集。

本发明中便携式直流供电系统能效监测系统方案，其可灵活方便拆卸、采用无线通信以及无需停电安装接线测量等便携式优点，解决了在线式能效监测系统安装后只能对一套整流机组进行监测的缺点，并可针对新型及传统直流供电系统等各种类型的大功率整流系统进行实时能效监测与分析，同时具备历史数据存储与调用功能，可实现对直流供电系统的能效预测。

备注：新型与传统的直流供电系统的区别在于：前者在阀侧添加了一个滤波绕组及其感应滤波装置，就测量方法来说，监测原理是一致的，且能效监测系统可通过通信前置机系统选择是否对滤波侧进行监测。

Claims (7)

1.一种便携式直流供电系统能效监测系统，其特征在于：包括无线数据采集模块、无线通信中继模块、阀侧合并通信采集箱、上位机能效监测系统；其中：

所述无线数据采集模块包括网侧与滤波侧无线数据采集终端，进行网侧、滤波侧电压与电流采集，并将采集的数据通过无线通信方式经所述无线通信中继模块转发至所述阀侧合并通信采集箱；

所述阀侧合并通信采集箱包括无线通信对接模块、阀侧及直流侧数据采集终端、以太网交换机，实现对所述无线数据采集模块经所述无线通信中继模块上传数据的读取与存储以及阀侧、直流侧电压与电流信号的采集与存储，所有采集数据封装打包后，通过有线以太网上传至所述上位机能效监测系统；

所述上位机能效监测系统对接收到的采集数据进行算法分析、处理、存储与显示；

所述上位机能效监测系统包括通信前置机系统、数据库系统以及直流供电系统能效监测平台；

所述能效监测系统的能效监测方法，包括以下步骤：

步骤1，首先所述通信前置机系统、所述各数据采集终端进行初始化，所述通信前置机系统工作在TCP客户端模式，所述各数据采集终端工作在TCP服务器模式并建立TCP监听服务；

步骤2，根据待监测直流供电系统实际情况，通过所述通信前置机系统软件界面选择与设定所述各数据采集终端测量接线方式、电压及电流互感器变比、同相逆并联接线方式、传统及新型直流供电系统选择；测量接线方式包括三相三线制、三相四线制以及三相二瓦计；同相逆并联接线方式选择包括阀侧绕组在变压器处一分为二、阀侧绕组在整流柜处一分为二；传统及新型直流供电系统选择，若选择传统，则无需监测滤波侧测量点；若选择新型，则需监测滤波侧测量点；

步骤3，所述通信前置机系统为所述各数据采集终端创建相应的线程服务，通过多线程分别向所述各数据采集终端发送建立TCP/IP连接请求，设定连接超时时间为200ms，若超时后未建立TCP/IP连接，则再次发送TCP/IP连接请求，可重复100次，若还是无法建立TCP/IP连接，则在所述通信前置机系统显示界面上显示无法建立连接的终端名称及IP地址；若全部线程建立TCP/IP连接成功，则向所述各数据采集终端发送数据采集命令；

步骤4，所述各数据采集终端在接收到数据采集命令后，自动在广域时间同步服务系统产生的下一个秒脉冲的上升沿同步采集数据并存储；

步骤5，所述通信前置机系统在发送采集命令后延时固定周期，继续使用多线程向所述各数据采集终端同时发送数据上传命令，所述各数据采集终端对采集数据进行FFT数据压缩后上传至所述通信前置机系统；

步骤6，所述通信前置机系统对上传的采集数据进行综合算法分析与处理，并将波形采样数据及运算结果保存到数据库中，以供所述直流供电系统能效监测平台调用与显示；重复步骤2～6过程；

所述通信前置机系统的综合算法分析与处理的方法是：

步骤A，对所述各数据采集终端上传的压缩数据进行数据重构，重构算法根据采集终端上传的FFT运算所得50次以内谐波实部A_k及虚部B_k进行原始波形的重构，并将重构后的波形数据保存到波形数据缓冲区中，其中，k=1~50，k为谐波次数；

步骤B，根据所述同相逆并联接线方式，判断是否进行阀侧电流波形的半波到全波合成运算；若为阀侧绕组在整流柜处一分为二接线方式，则阀侧每根铜排流过的电流均为全波，无需电流波形合成操作；若为阀侧绕组在变压器处一分为二接线方式，则阀侧每根铜排流过的电流均为半波，所述半波为正半波或负半波，则需要对阀侧采集的所有电流波形数据调用阀侧电流半波到全波合成算法，最终获得数量为铜排数量一半的全波电流序列，并保存到新的电流波形数据缓冲区中；

步骤C，根据所述各数据采集终端测量接线方式，采用相应的电能质量修订算法对步骤A重构后的电压波形数据以及步骤B产生的全波电流波形数据进行运算，运算后得到的电能质量参数结果保存到电能质量数据缓冲区中；

步骤D，根据传统及新型直流供电系统选择，采用相应的能效分析算法对步骤C计算的各测量点的电能质量运算结果进行运算，运算结果保存到系统能效数据缓冲区中；

步骤E，将步骤A-D运算所得的波形数据缓冲区数据、电能质量缓冲区数据以及系统能效数据缓冲区数据保存到数据库中，并分别生成以“WAVE”+“当前时间”命名、以“PQ”+“当前时间”命名以及以“EFF”+“当前时间”命名的CSV格式数据文件中，并分别保存到已创建的以“WAVE”+“当前日期”命名、以“PQ”+“当前日期”命名以及以“EFF”+“当前日期”命名的历史数据文件夹中，供所述直流供电系统能效监测平台的历史数据处理模块调用；

所述电能质量修订算法是：

修订1，根据所述各数据采集终端测量接线方式，若为三相三线，则需按式(1)进行线电压到等效相电压的变换，然后将变换后的相电压序列与电流序列代入电能质量计算公式；式(1)中，S为采样点序号；

修订2，若为三相二瓦计接线方式，则需按式(2)对线电压及电流进行推算及修订，修订后的线电压再按式(1)进行线电压到等效相电压的变换，然后将变换后的相电压序列与电流序列代入电能质量计算公式；

修订3，考虑阀侧铜排数量较多，罗氏线圈电流互感器在套装时，可能会出现接反情况，需对经步骤一或二计算后的有功功率数值进行判断，若为负值，则说明互感器接反，须对电流序列做取反操作，即i_S＝-i_S；

修订4，对谐波相位角修订，谐波相位角的计算可根据式(3)计算，由于式(3)中，实部A_k及虚部B_k的比值是定值，但对应的

角度会有多种结果，对计算的谐波相位角的修订算法为，对实部A_k的正负进行判断，若A_k为正，则无需对结果进行修订；若A_k为负，则对谐波相位角进行θ_k+π修订；

。

2.根据权利要求1所述的便携式直流供电系统能效监测系统，其特征在于：所述无线通信对接模块一端采用433MHz无线通信模块经所述无线通信中继模块与所述无线数据采集模块进行无线通信，另一端通过RJ45接口与所述以太网交换机连接，通过有线以太网与所述上位机能效监测系统进行数据交互；所述无线通信中继模块以嵌入式芯片作为控制核心，并外扩433MHz无线通信模块、RAM存储模块，实现对所述无线数据采集模块与所述无线通信对接模块之间的数据转发。

3.根据权利要求1所述的便携式直流供电系统能效监测系统，其特征在于：所述阀侧、直流侧数据采集终端分别通过RJ45接口与所述以太网交换机连接，通过有线以太网与所述上位机能效监测系统进行数据交互；所述阀侧数据采集终端选用可方便拆卸的高精度罗氏线圈电流互感器，对阀侧交流电流进行测量。

4.根据权利要求1所述的便携式直流供电系统能效监测系统，其特征在于：所述上位机能效监测系统安装在中高配置笔记本电脑上，包括通信前置机系统、数据库系统以及直流供电系统能效监测平台，通过笔记本电脑的RJ45接口与所述以太网交换机连接；所述通信前置机系统通过TCP/IP通信协议，完成对所述阀侧合并通信采集箱控制命令的下发及所有测量点采集数据的读取，并将所有采集数据进行算法分析处理后存入所述数据库系统，以供所述直流供电系统能效监测平台调用与显示；所述直流供电系统能效监测平台软件功能模块包括系统及其各部件的损耗与效率的实时分析模块、系统电能计量模块、各测量点波形矢量图显示模块、各测量点电能质量评估模块、历史数据处理模块。

5.根据权利要求1所述的便携式直流供电系统能效监测系统，其特征在于：所述网侧与滤波侧无线数据采集终端、所述阀侧及直流侧数据采集终端内部均设置了广域时间同步服务系统，实现数据同步采集；所述广域时间同步服务系统包括GPS接收模块与高精度广域同步定时信号发生器，两者共同为系统提供同步采样时基，当GPS接收模块接收信号不正常时，广域同步定时信号发生器单独为系统提供同步采样基时。

6.根据权利要求1-5所述的便携式直流供电系统能效监测系统的能效监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，首先所述通信前置机系统、所述各数据采集终端进行初始化，所述通信前置机系统工作在TCP客户端模式，所述各数据采集终端工作在TCP服务器模式并建立TCP监听服务；

步骤2，根据待监测直流供电系统实际情况，通过所述通信前置机系统软件界面选择与设定所述各数据采集终端测量接线方式、电压及电流互感器变比、同相逆并联接线方式、传统及新型直流供电系统选择；测量接线方式包括三相三线制、三相四线制以及三相二瓦计；同相逆并联接线方式选择包括阀侧绕组在变压器处一分为二、阀侧绕组在整流柜处一分为二；传统及新型直流供电系统选择，若选择传统，则无需监测滤波侧测量点；若选择新型，则需监测滤波侧测量点；

步骤3，所述通信前置机系统为所述各数据采集终端创建相应的线程服务，通过多线程分别向所述各数据采集终端发送建立TCP/IP连接请求，设定连接超时时间为200ms，若超时后未建立TCP/IP连接，则再次发送TCP/IP连接请求，可重复100次，若还是无法建立TCP/IP连接，则在所述通信前置机系统显示界面上显示无法建立连接的终端名称及IP地址；若全部线程建立TCP/IP连接成功，则向所述各数据采集终端发送数据采集命令；

步骤4，所述各数据采集终端在接收到数据采集命令后，自动在广域时间同步服务系统产生的下一个秒脉冲的上升沿同步采集数据并存储；

步骤5，所述通信前置机系统在发送采集命令后延时固定周期，继续使用多线程向所述各数据采集终端同时发送数据上传命令，所述各数据采集终端对采集数据进行FFT数据压缩后上传至所述通信前置机系统；

步骤6，所述通信前置机系统对上传的采集数据进行综合算法分析与处理，并将波形采样数据及运算结果保存到数据库中，以供所述直流供电系统能效监测平台调用与显示；重复步骤2～6过程；

所述通信前置机系统的综合算法分析与处理的方法是：

步骤A，对所述各数据采集终端上传的压缩数据进行数据重构，重构算法根据采集终端上传的FFT运算所得50次以内谐波实部A_k及虚部B_k进行原始波形的重构，并将重构后的波形数据保存到波形数据缓冲区中，其中，k=1~50，k为谐波次数；

步骤B，根据所述同相逆并联接线方式，判断是否进行阀侧电流波形的半波到全波合成运算；若为阀侧绕组在整流柜处一分为二接线方式，则阀侧每根铜排流过的电流均为全波，无需电流波形合成操作；若为阀侧绕组在变压器处一分为二接线方式，则阀侧每根铜排流过的电流均为半波，所述半波为正半波或负半波，则需要对阀侧采集的所有电流波形数据调用阀侧电流半波到全波合成算法，最终获得数量为铜排数量一半的全波电流序列，并保存到新的电流波形数据缓冲区中；

步骤C，根据所述各数据采集终端测量接线方式，采用相应的电能质量修订算法对步骤A重构后的电压波形数据以及步骤B产生的全波电流波形数据进行运算，运算后得到的电能质量参数结果保存到电能质量数据缓冲区中；

步骤D，根据传统及新型直流供电系统选择，采用相应的能效分析算法对步骤C计算的各测量点的电能质量运算结果进行运算，运算结果保存到系统能效数据缓冲区中；

步骤E，将步骤A-D运算所得的波形数据缓冲区数据、电能质量缓冲区数据以及系统能效数据缓冲区数据保存到数据库中，并分别生成以“WAVE”+“当前时间”命名、以“PQ”+“当前时间”命名以及以“EFF”+“当前时间”命名的CSV格式数据文件中，并分别保存到已创建的以“WAVE”+“当前日期”命名、以“PQ”+“当前日期”命名以及以“EFF”+“当前日期”命名的历史数据文件夹中，供所述直流供电系统能效监测平台的历史数据处理模块调用；

所述电能质量修订算法是：

修订1，根据所述各数据采集终端测量接线方式，若为三相三线，则需按式(1)进行线电压到等效相电压的变换，然后将变换后的相电压序列与电流序列代入电能质量计算公式；式(1)中，S为采样点序号；

修订2，若为三相二瓦计接线方式，则需按式(2)对线电压及电流进行推算及修订，修订后的线电压再按式(1)进行线电压到等效相电压的变换，然后将变换后的相电压序列与电流序列代入电能质量计算公式；

修订3，考虑阀侧铜排数量较多，罗氏线圈电流互感器在套装时，可能会出现接反情况，需对经步骤一或二计算后的有功功率数值进行判断，若为负值，则说明互感器接反，须对电流序列做取反操作，即i_S＝-i_S；

修订4，对谐波相位角修订，谐波相位角的计算可根据式(3)计算，由于式(3)中，实部A_k及虚部B_k的比值是定值，但对应的

角度会有多种结果，对计算的谐波相位角的修订算法为，对实部A_k的正负进行判断，若A_k为正，则无需对结果进行修订；若A_k为负，则对谐波相位角进行θ_k+π修订；

。

7.根据权利要求6所述的能效监测方法，其特征在于：所述阀侧电流半波到全波合成算法是：

步骤a，阀侧电流半波到全波合成前，考虑罗氏线圈电流互感器测量单极性电流信号时，存在电流正半波下漂与负半波上漂问题，必须分别对正负半波进行上移与下移算法修订；

步骤b，正半波上移修订时，首先对该铜排电流序列保存到临时数据缓冲区，按数值从小到大进行排序，然后取出前

个数据进行求平均值

，接下来将原铜排电流序列各采样点数值加

修订，完成正半波上移修订，其中，n为总采样点数；

步骤c，负半波下移修订时，首先对该铜排电流序列保存到临时数据缓冲区，按数值从大到小进行排序，然后取出前

个数据进行求平均值

，接下来将原铜排电流序列各采样点数值减

修订，完成负半波下移修订，其中，n为总采样点数；

步骤d，根据步骤b和c修订后的新的电流序列及阀侧铜排联接方式，对相关联铜排正半波与负半波的进行两两半波形合并，最终获得数量为铜排数量一半的全波电流序列，并保存到新的电流波形数据缓冲区中。

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