CN110058079B - 计算电量的系统、包括该系统的变电所和计算电量的方法 - Google Patents

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Abstract

用于计算相对于电气装置的电量的系统，电气装置包括电连接到电导体的几个辅助电导体。这个系统包括：第一模块，包括无线发射器；多个第二模块。第二模块包括无线收发器和电流传感器，电流传感器能够测量在主要和辅助电导体中的至少一个对应的导体中循环的电流的强度。第一模块包括第一发送部件，向每个第二模块发送第一时间同步消息。每个第二模块包括接收所述第一消息的第一部件和用于向第三模块发送第二消息的第二传输部件，第二消息包含由对应的电流传感器测量的至少一个强度值。强度值被优选地以小于10微秒的误差的同步容限准同时地测量，并且第三模块包括无线接收器、接收第二消息的第二部件和从经由第二消息接收的强度值计算电量的单元。

Description

计算电量的系统、包括该系统的变电所和计算电量的方法
本分案申请是申请日为2014年06月17日、申请号为201410269769.3、发明名称为“计算电量的系统、包括该系统的变电所和计算电量的方法”的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于计算相对于包括一个主要电导体和电连接到该主要电导体的几个辅助电导体的电气装置的电量的系统，所述计算系统包括：
-第一模块，其包括无线发射器，
-多个第二模块，每一个包括无线收发器和电流传感器，该电流传感器能够测量在主要和辅助电导体中的对应的导体中循环的电流的强度。
本发明也涉及用于将具有第一交流电压的电流变换为具有第二交流电压的电流的变电站，该变电站包括这样的计算系统。
本发明也涉及一种用于使用这样的计算系统来计算电量的方法。
背景技术
从文件WO 2010/119332 A1已知一种上述类型的计算系统。该计算系统包括：计算模块，用于计算电能或电功率；数据库，用于存储所计算的能量或功率值；以及，管理模块，其能够向远程客户端提供与所测量和计算的值对应的信息。该计算模块通过无线链路连接到通信网关，该通信网关继而连接到网络。该数据库、管理模块和远程客户端也连接到该网络。每一个计算模块能够计算在电导体中循环的电流的电能和功率。它包括强度传感器、能够计算电能和功率的处理单元和无线收发器。每一个计算模块使用时钟与通信网关同步。
然而，这样的计算系统需要与每一个电导体相关联的电流传感器的存在，对于该每一个电导体，计算能量和电功率。而且，这样的系统较为复杂和昂贵。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种用于计算未与任何电流传感器相关联的电导体的强度或电能或功率类型的电量的系统。本发明例如使得有可能在包括一个主要电导体和几个辅助电导体的电气装置中测量在所有的辅助电导体中的电气强度，并且从那些测量值计算在主要导体中的电气强度。
为此，本发明涉及一种上述类型的计算系统，其特征在于：
-所述第一模块包括发送部件，用于向每一个第二模块发送第一时间同步消息，
-每一个第二模块包括用于接收所述第一消息的第一部件和用于向第三模块发送第二消息的第二部件，所述第二消息包含由对应的电流传感器测量的至少一个强度值，所述强度值被各种电流传感器优选地以小于10微秒的误差的同步容限准同时地测量。
-所述计算系统包括所述第三模块，所述第三模块包括无线接收器、用于接收第二消息的第二部件和用于从准同时地测量并且经由所述第二消息接收的强度值计算电量的单元。
根据本发明的有益方面，所述计算系统进一步包括单独考虑或根据所有的技术上可接受的组合的、下面的特征的一个或多个：
-所述计算单元能够计算经由所述第二消息接收的所述强度值的和。
-所述第一模块进一步包括用于测量在所述主要和辅助电导体中的对应的导体中循环的电压的单元，并且能够经由所述第一消息向所述第二模块发送所述测量的电压的值，而每一个第二模块包括用于从经由所述第一消息接收的所述电压的值和由所述电流传感器测量的所述强度值计算瞬时功率的部件，并且能够经由所述第二消息向所述第三模块发送所述计算的电功率的值，并且所述第三模块的所述计算单元能够计算所述接收的功率值的和。
-所述第一模块进一步包括用于测量在所述主要和辅助电导体中的对应的导体中循环的电压的单元，并且能够经由所述第一消息向所述第二模块发送所述测量的电压的值，而每个第二模块包括用于从经由所述第一消息接收的所述电压的值和由所述电流传感器测量的所述强度值计算电能的部件，并且能够经由所述第二消息向所述第三模块发送所述计算的能量值的值，并且所述第三模块的所述计算单元能够计算所述接收的能量值的和。
-每一个电流传感器能够测量所述对应的电流的强度，并且每一个第二模块包括采样单元，其能够使用采样频率来采样所述测量的强度。
-所述第一消息包括所述采样频率的值，所述值优选地是预定值或在所述主要和辅助电导体中的至少一个导体的电压的频率的值的倍数。
-所述第二模块包括第一压缩部件，其能够计算将由所述对应的电流传感器测量的所述强度值向傅立叶级数的分解的系数。
-在所述电压的几个周期上并且根据在给定周期期间的采样秩的增大的值，连续地获取所述采样，所述秩值在每一个周期的结尾被复位，而第二模块包括用于由所述对应的电流传感器测量的所述强度值的第一压缩部件，那些压缩部件计算具有相同的秩值的采样的平均值。
-所述第一消息包含对于由所述第二模块测量的所述强度值的接收请求。
本发明也涉及一种变电站，用于将具有第一交流电压的电流变换为具有第二交流电压的电流，所述变电站包括：
-第一面板，其包括至少一个能够连接到电网的进入的电导体，
-第二面板，其包括至少一个辅助向外的电导体和几个辅助向外的电导体，每一个辅助向外的导体电连接到对应的主要向外的导体，
-电力变压器，其在所述第一面板和所述第二面板之间连接，并且能够通过具有所述第二交流电压的电流来变换具有第一交流电压的电流，并且
-用于计算相对于所述第二面板的电量的系统，
其特征在于，所述计算系统被如上限定。
本发明也涉及一种用于计算相对于电气装置的电量的方法，所述电气装置包括一个主要电导体和电连接到所述主要电导体的几个辅助电导体，使用计算系统来实现所述方法，所述计算系统包括：第一模块，所述第一模块包括无线发射器；多个第二模块，每一个包括无线收发器；以及，第一电流传感器，其能够测量在所述主要和辅助电导体中的对应的导体中循环的电流的强度。
根据本发明，所述方法包括下面的步骤：
-a)所述第一模块和每一个第二模块发送在所述主要或辅助导体中循环的所述电流的强度的测量的第一时间同步消息，
-b)每一个第二模块接收所述第一消息，
-c)每一个电流传感器优选地以小于10微秒的误差的同步容限来准同时测量在所述对应的主要或辅助导体中循环的电流的强度，
-d)每一个第二模块向第三模块发送包含由所述对应的电流传感器测量的所述强度的至少一个值的第二消息，
-e)所述第三模块接收所述第二消息，
-f)从准同时测量并且经由所述第二消息接收的强度值计算所述电量。
根据本发明的其他有益方面，所述计算方法包括单独考虑或根据所有的技术上可接受的组合的、下面的特征的一个或多个：
-在步骤a)期间，测量在所述主要和辅助电导体中的对应的导体的电压，并且，所述第一消息包括那个测量的电压的值，而在步骤c)期间，所述第二模块从在步骤a)期间测量的电压的值和由所述电流传感器测量的强度值计算电功率和/或能量，而在步骤d)期间，所述第二消息进一步包含所述电功率和/或能量的计算值，而在步骤e)期间，所述第三模块进一步计算所接收的功率或能量值的和，
-在步骤c)中的测量期间，使用采样频率来采样所述测量的强度，并且将所述测量的强度分解为傅立叶级数，而在步骤e)中的计算期间，从在步骤c)中获得的复数傅立叶系数的值计算所述电量直到预定的谐波秩。
-在步骤c)中的测量期间，使用采样频率来采样所述测量的强度，在从所述主要和辅助电导体中的对应的导体的电压的几个周期上，并且根据在给定的周期期间的采样秩的增大的值来连续地获取所述采样，所述秩的值在每个周期的结尾被复位，并且，进行具有相同的秩值的采样的平均，而在步骤e)中的计算期间，从在步骤c)中获得的采样的平均值计算所述电量，
-在步骤a)期间，所述第一消息进一步包含对于由所述第二模块测量或计算的强度和/或电功率和/或能量值的接收请求。
由于本发明，由每一个第二模块的每个电流传感器进行的所述强度的准同时测量使得有可能对于不同的测量的瞬时复数强度以及对于特别是从不同的测量强度计算的瞬时复数功率和/或能量执行诸如相加的运算。
附图说明
根据作为非限定性示例提供的并且参考附图作出的下面的说明，将更好地理解本发明，并且其其他优点将更清楚地显现，在附图中：
-图1是根据本发明的包括第一面板、通过变压器连接到第一面板的第二面板与用于计算电量的系统的变电站的图解说明。
-图2是图1的计算系统的图解说明，该计算系统包括第一、第二和第三模块，该第二面板包括三条向外的电线，
-图3是图2的第二模块的图示说明，
-图4是示出第一消息的发送和接收时刻的时序图，后者被第一模块向每个第二模块发送，
-图5是示出第一和第二消息的发送和它们的处理的时序图，
-图6是用于根据第一实施例的用于计算电量的方法的步骤的流程图，
-图7至9是分别根据第二、第三和第四实施例的与图6的视图类似的视图。
具体实施方式
在图1中，连接到电网12的变电站10包括：第一面板14；第二面板16；在第一面板14和第二面板16之间连接的电力变压器18；以及，用于计算诸如电能、电功率或电强度的电量的系统20。
变电站10能够将由网络12传递并且具有第一交流电压的电流变换为具有第二交流电压的电流。
电网12是交流电网络，诸如三相网络。电网12是中压网络，即，其电压大于1000V并且小于50,000V的网络。第一三相电压然后是中压。
替代地，电网12是高压网络，即，具有大于50,000V的电压的网络。换句话说，第一三相电压是高压。
第一面板14包括几条进线22A、22B，每条进线22A、22B包括第一24A、 24B、第二26A、26B和第三28A、28B进入导体。每个第一、第二、第三进入导体24A、24B、26A、26B、28A、28B通过相应的进入断路器32连接到电网。在对应的进入导体24A、24B、26A、26B、28A、28B中循环的三相电流具有第一三相电压。
第二面板16包括第一34、第二36、第三38和第四39主要导体和N个向外的线40A、40B、…、40N，即，第一出线40A、第二出线40B、…、第N出线40N，每条出线40A、40B、…、40N能够传递三相电压。
每条出线40A、40B、…、40N是低压出线，即，具有小于1000V的电压的出线。第二三相电压因此是低压。
替代地，每条出线40A、40B、…、40N是中压出线，即，具有大于1000 V并且小于50,000V的电压的出线。换句话说，第二三相电压是中压。
第一出线40A包括第一42A、第二44A、第三46A和第四48A辅助导体和三个向外断路器50。第一、第二和第三辅助导体42A、44A、46A通过对应的向外断路器50而分别连接到第一、第二和第三主要导体34、36、38。第四辅助连接器48A直接地连接到第四主要导体39。
向外主要导体34、36、38和对应的辅助向外导体42A、44A、46A具有大体相同的电压，即，分别对应于相对于中性导体39的第二三相电压的三相的第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3。
其他出线40B、...、40N与前述的第一出线40A相同，并且包括相同的元件，关于元件的附图标记，每次将字母A替换为对应的字母B、...、N。
电力变压器18能够将来自具有第一交流电压的电网的电流变换为向第二面板16传递并且具有第二交流电压的电流。电力变压器18包括连接到第一面板14的主要绕组52和连接到第二面板16的辅助绕组54。
计算系统20能够计算在每一个向外导体42A、44A、46A、48A、42B、 44B、46B、48B、...、42N、44N、46N、48N中的强度、电能和/或瞬时电功率类型的电量。
在图2中的图示中，第二面板被示出为具有等于3的数量N的出线。因此，第二面板16包括第一34、第二36、第三38和第四39辅助导体和三条出线40A、40B、40C。
在图2中所示的计算系统20包括：连接到主要导体34、36、38、39的第一模块60；三个第二模块62A、62B、62C，即，用于每条出线40A、40B、 40C的相应的第二模块62A、62B、62C，第二模块62A、62B、62C分别连接到向外辅助导体42A、44A、46A；42B、44B、46B；以及，44C、46C、 46C。另外，计算系统20包括第三模块63。
第一模块60包括测量单元66、无线发射器70、无线天线72、微控制器74、通信单元80和用于向这些不同的元件提供电力的单元82。
对于第一42A、第二44A和第三46A辅助导体的每一个，第二模块62A 包括电流传感器83A，其能够测量在对应的辅助导体42A、44A、46A中循环的电流的强度。它另外包括微控制器84A、无线收发器86A、无线天线88A、模数转换器90A和用于向那些元件提供电力的单元92A。
其他第二模块62B、62C与前述的第二模块62A相同，并且包括相同的元件，关于元件的附图标记，每次将字母A替换为对应的字母B、C。
第三模块63包括无线接收器101、无线天线102、计算单元104、数据存储和时间采样单元105、人机界面106、通信单元107和用于向这些不同的元件提供电的单元108。
测量单元66能够测量主要导体34、36、38的三相电压的频率F。
无线发射器70优选地根据基于标准IEEE-802.15.4的ZIGBEE或ZIGBEE 绿色能源的通信协议。替代地，无线发射器70优选地根据标准IEEE-802.15.1 或标准IEEE-802.15.2。也替代地，无线发射器70优选地根据标准 IEEE-802-11。在未满足IEEE标准的情况下，该发射器也可以仅符合在每一个国家中的强制的规定(专有无线电通信解决方案)。
无线天线72适合于向第二模块62A、62B、62C的天线88A、88B、88C 发射无线信号。换句话说，第一模块60通过对应的无线链路连接到第二模块 62A、62B、62C的每一个。
微控制器74能够存储和执行未示出的软件应用，该软件应用用于向每一个第二模块62A、62B、62C发送第一消息M1，所述发送软件能够与无线发射器70和无线天线72合作。
通信单元80允许第一模块60使用通信链路与未示出的外部单元的通信，该通信链路优选地是标准化的，例如ModBus串行线协议类型或ModBus TCP/IP或使用IP的任何其他协议的链路。
电流传感器83A能够测量在第一辅助向外导体42A中循环的第一强度 IA1、在第二辅助向外导体44A中循环的第二强度IA2和在第三辅助向外导体46A中循环的第三强度IA3中的相应的强度。
另外，模数转换器90A能够使用采样频率FECH来采样由电流传感器83A 测量的强度IA1、IA2、IA3的值。因此，模数转换器90A以及模数转换器90B 和90C进一步形成采样单元。
电流传感器83A包括位于对应的辅助向外导体42A、44A、46A周围的第一环形线圈110A和在第一环形线圈周围布置的第一绕组112A，如图3中所示。通过对应的向外主要导体的电流的循环能够产生与在第一绕组112A中的电流的强度成比例的感应电流。第一环形线圈110A是Rogowski环形线圈。第一环形线圈110A优选地是开放的环形线圈，以便便利其在对应的导体周围的布置。
微控制器84A能够存储和执行未示出的、用于通过具有相应的强度IA1、 IA2、IA3的模数转换器90A来获得采样值的软件应用、用于接收第一消息 M1的软件、用于压缩第一、第二和第三强度IA1、IA2、IA3的采样值的软件和用于发送其余去往第三模块63的第二消息M2A的软件。
无线收发器86A是与无线发射器70相同类型的。
无线天线88A适合于从天线72接收无线信号，并且也用于向天线101 发送无线信号。
第二模块62A的电源单元92A包括用于第一42A、第二44A和第三46A 辅助导体的每一个的、位于对应的辅助导体42A、44A、46A周围的第二环形线圈130A和在第二环形线圈周围布置的第二绕组132A。在对应的辅助导体 42A、44A、46A中的电流的循环能够在第二绕组132A中产生感应电流。换句话说，第二模块62A被每一个第二环形线圈130A和每一个第二绕组132A 自供电，每一个第二环形线圈130A和每一个第二绕组132A恢复磁能并且形成电流变换器。
电源单元92A包括转换器134A，转换器134A连接到第二绕组132A的每一个，并且能够向无线收发器86A、微控制器84A和模数转换器90A传递预定电压。每一个第二环形线圈130A是铁环形线圈。每一个第二环形线圈 130A优选地是开放的环形线圈，以便便利其在对应的导体周围的布置。
换句话说，辅助模块62A由电源单元92A自供电，电源单元92A包括第二环形线圈130A，第二环形线圈130A适合于从在对应的辅助导体42A、44A、 46A中的电流的循环恢复磁能。
其他第二模块62B、62C的元件与前述的第二模块62A的元件相同，并且包括相同的子元件，关于子元件的附图标记，每次将字母A替换为对应的字母B、C。
替代地，第二模块62A、62B、62C被扇区驱动，即，它们不是被自供电。
无线接收器101是与无线发射器70相同类型的。
无线天线102适合于从所述天线88A、88B、88C接收无线信号。
计算单元104能够存储和执行用于接收第二消息M2A、M2B、M2C的软件应用和用于从在第二消息M2A、M2B、M2C中包括的数据计算强度或功率的和的软件应用。
单元105能够存储和时间标记所接收的数据以及第二消息M2A、M2B、 M2C的计算的结果。
第三模块63的人机界面106包括未示出的显示屏幕和输入键盘。替代地，人机界面106包括触摸屏，并且使用在该屏幕上显示的触摸键来输入数据。
通信单元107是与通信单元80相同类型的。
如上所述的计算系统20使得有可能测量和计算强度并且将它们相加，并且根据对于如上所述的实施例补充的实施例，计算系统20也能够计算电功率和电能，并且计算电功率或电能的和。在该补充实施例中，测量单元66能够测量在主要导体34、36、38中循环的电流的电压。更具体地，测量单元66 能够测量：通过第一主要导体34循环的相位的第一电压V1，该相位也被称为相位第1和被表示为Phase_1；通过第二主要导体36循环的相位的第二电压V2，该相位也被称为相位第2，并且被表示为Phase_2；以及，通过第三主要导体38循环的相位的第三电压V3，该相位也被称为相位第3和被表示为Phase_3。而且，电源单元82能够从通过主要导体34、36、38循环的三相电压向测量单元66供应电力。
在该补充实施例中，微控制器84A能够存储和执行用于下述软件应用：该软件应用用于计算电能EA1、EA2、EA3、在对应的辅助导体42A、44A、 46A中循环的强度IA1、IA2、IA3和在对应的辅助导体42A、44A、46A中循环的电流IA1、IA2、IA3的瞬时功率QA1、QA2、QA3。
其他第二模块62B、62C的元件与前述的第二模块62A的元件相同，并且承载相同的子元件，关于子元件或由通过子元件计算的数量的附图标记，每次将字母A替换为对应的字母B、C。
计算单元104能够存储和执行下述软件应用：该软件应用用于从经由第二消息M2A、M2B、M2C接收的数据计算实际电能EA1、EA2、EA3、EB1、 EB2、EB3、EC1、EC2、EC3和复数瞬时电功率QA1、QA2、QA3、QB1、 QB2、QB3、QC1、QC2、QC3的和。
在图2的示例中，计算系统20包括三个第二模块62A、62B、62C，并且变压器具有三条出线40A、40B、40C，并且本领域内的技术人员可以明白，计算系统20通常包括N条出线和N个模块，N是大于1的整数。
现在描述计算系统20的操作，并且连续地描述根据本发明的计算方法的四个实施例。
所有这些实施例共享初始化步骤，该初始化步骤在下面描述的所有步骤之前，并且未在各个附图中示出。该初始步骤使得有可能将第二消息M2A、 M2B、M2C向第三模块63的发送排序。在这个初始步骤中，第一模块60向第二模块62A、62B、62C发送对于每一个第二模块62A、62B、62C特定并且包含向每一个第二模块分配的不同的序号的第三消息M3。换句话说，每一个第二模块62A、62B、62C从第一模块60接收它存储的序号，该序号确定三相电压的周期Ptension，在其间，第二模块必须发送第二消息M2A、M2B、 M2C。
如图5中所示，每秒发送第一消息M1，并且在每秒期间，执行导致期望的电量的计算的步骤。因此，如果三相电压的周期Ptension是如图5中所示的 20ms，则将那个秒划分为被表示为P1、P2、…、P50的50个周期。在这些周期P1、P2、…、P50期间，分布不同的任务，并且执行计算方法的不同步骤。前五个周期P1、P2、P3、P4、P5对应于下面描述的电流的采样和压缩的执行。而且，在已知在消息M3的初始化和发送后第二模块了解序号的情况下，已知第二消息M2A、M2B、M2C的发送周期。因此，第二模块62A 具有序号1，并且在周期31发送消息M2A，第二模块62B具有序号2，并且在周期32中发送消息M2B，等等，已知这些序号例如从1至16，变电站10 例如包括最多16条出线。在所述的示例中，变电站10包括三个模块62A、 62B、62C，并且，因此在1和3之间包括序号。第二模块62A、62B、62C 并且更具体地它们发送的第二消息M2A、M2B、M2C的该排序使得有可能避免在不同的第二消息M2A、M2B、M2C之间的冲突。
根据对应于图6的计算方法的第一实施例，在第一步骤200期间，第一模块60经由无线天线72向第二模块62A、62B、62C的每一个发送第一消息 M1。该第一消息M1是用于每个电流传感器83A、83B、83C的同步消息。
第一消息M1优选地被周期地发送。发送周期Pémission是预定的，并且优选地等于一秒。换句话说，每秒发送第一消息M1，如图5中所示。
第一消息M1包含电流传感器83A、83B、83C的同步脉冲。更具体地，例如，第一消息M1包括也被称为前同步码的首标字段、SFD(帧首定界符) 字段、PHR(物理首标)字段、数据字段和CRC(循环冗余校验)字段。该前同步码具有4字节的大小，SFD和PHR字段每一个具有一字节的大小，数据字段的大小变化，并被表示为n字节，并且CRC字段具有2字节的大小。在图4的示例实施例中，第一消息M1由首标字段、SFD字段、PHD字段、数据字段和CRC字段构成。模块62A、62B和62C对于SFD的接收构成同步脉冲(图4)。
另外，在步骤200期间，第一模块60使用测量单元66来测量第一、第二和第三电压V1、V2、V3，并且第一消息M1的数据字段进一步包含复数电压V1、V2、V3的值。
在第一消息M1的发送后，第一模块60在再一次发送第一消息M1之前等待预定长度的时间。
现在描述对于每一个第二模块62A、62B、62C特定的步骤。
在用于接收第一消息M1的步骤210期间，每一个第二模块62A、62B、 62C等待来自第一消息M1的同步脉冲。换句话说，每一个第二模块62A、 62B、62C周期地打开窗口以接收第一消息M1，直到它接收到第一消息M1。如果接收到第一消息M1，则第二模块62A、62B、62C在接收到第一消息 M1后将收听窗口打开比一秒小一点的几百微秒以用于下第一消息M1。如果未接收到第一消息M1，则第二模块62A、62B、62C在一秒后再一次打开窗口以接收第一消息M1。
更具体地，当接收到第一消息M1时，第二模块62A、62B、62C检测到SFD字段的接收时刻Tr，SFD字段的接收引起在SFD的解调后立即启动每个第二模块62A、62B、62C的无线接收器的中断。接收时刻Tr的检测因此使得有可能在如果必要时计算第一模块60的无线发射器发送第一消息M1的时刻Te。发送时刻Te事实上等于接收时刻Tr减去第一消息M1经由在第一模块60和第二模块62A、62B、62C之间的无线链路的传播持续时间Dp，传播持续时间Dp是固定的，并且是对于第一消息M1的数据字段的预定大小已知的。
一旦无线天线88A、88B、88C已经接收到第一消息M1，则每一个第二模块62A、62B、62C然后准同时地并且在步骤220期间以优选地小于10微秒、更优选地等于1微秒的误差的同步容限并且使用其模数转换器90A、90B、 90C的电流传感器83A、83B、83C和其微控制器84A、84B、84C来测量三相的三个电流IA1、IA2、IA3、IB1、IB2、IB3、IC1、IC2、IC3，并且采样测量值。该采样被微控制器84A存储。
另外，在步骤220期间，每一个第二模块62A、62B、62C分别使用对应的微控制器84A、84B、84C并且周期地从所测量和经由第一消息M1从主要模块60接收的电压V1、V2、V3的值和由电流传感器83A、83B、83C测量的强度IA1、IA2、IA3、IB1、IB2、IB3、IC1、IC2、IC3的值计算三相的每一个的活动能量EA1、EA2、EA3、EB1、EB2、EB3、EC1、EC2、EC3。活动能量EA1、EA2、EA3的计算周期等于周期Ptension，即，例如20ms。同样，从电压V1、V2、V3和电流IA1、IA2、IA3、IB1、IB2、IB3、IC1、IC2、IC3 值，每个第二模块62A、62B、62C能够分别计算三相的电瞬时功率QA1、 QA2、QA3、QB1、QB2、QB3、QC1、QC2、QC3。
在步骤230期间，每一个第二模块62A、62B、62C根据在初始化步骤的说明期间描述的排序发送对于它特定的第二消息M2A、M2B、M2C。第二消息M2A、M2B、M2C分别包含所测量的强度IA1、IA2、IA3；IB1、IB2、IB3； IC1、IC2、IC3的采样。
另外，在步骤230期间，第二消息M2A、M2B、M2C包含对应的所计算的电能值EA1、EA2、EA3、EB1、EB2、EB3、EC1、EC2、EC3和电功率值QA1、QA2、QA3、QB1、QB2、QB3、QC1、QC2、QC3。
然后，在步骤240期间，收听第二消息M2A、M2B、M2C的第三模块 63接收那些第二消息。然后恢复在对应的第二消息M2A、M2B、M2C中包含的具有强度IA1、IA2、IA3、IB1、IB2、IB3、IC1、IC2、IC3的采样。
另外，在步骤240期间，接收电能和电功率值，并且在步骤250期间，计算电能和功率和，以便确定在主要导体34、36、38中的能量和功率。
在步骤250期间，第三模块63接下来使用所接收的采样来利用计算单元 104计算在每个辅助导体42A、44A、46A、42B、44B、46B、42C、44C、46C 中循环的电流强度的和，以便获得在主要导体34、36、38中循环的电量的强度的值。
现在参见图7来描述根据第二实施例的计算方法。
在步骤300期间，第一模块60测量三相电压的频率F，即，向外主要导体34、36、38的电压V1、V2、V3的频率。使用测量单元66来进行频率F 的测量。第一模块60因此在与步骤200类似的步骤310期间发送与前述者类似的第一消息M1，已知在其数据字段中，第一消息M1也包含三相电压的频率F，或者，替代地，包含用于由每一个电流传感器83A、83B、83C测量的强度的采样的采样周期PECH。采样周期PECH的逆是频率F的倍数。例如使用比频率F大36倍的值来选择采样频率FECH。在步骤310的结尾，第一模块 60在重新开始频率F的测量并且重新发送第一消息M1之前等待预定时间；它等待大约一秒。
用于接收消息M1的下面的步骤320类似于前述的步骤210。
然后，在步骤330期间，在对于所有电流传感器83A、83B、83C同步地在三相电压的几个周期上采样强度Ptension。在所考虑的示例中，在三相电压的 5个周期Ptension上进行采样。已知采样频率FECH的值，那个值已经在消息M1 中被发送并且已经从在第一消息M1中发送的三相电压的频率F被计算。
在下面的步骤340期间，微控制器84A、84B、84C在存储器中存储采样，并且接下来，在步骤350期间，压缩采样以便限制由第二开关M2A、M2B、 M2C发送的数据的数量。将对于第二模块62A描述压缩步骤350，并且通过将字母A分别更换为字母B、C，压缩步骤350对于每一个第二模块62A、 62B、62C相同。
在压缩步骤350期间，微控制器84A例如计算三相的三个电流IA1、IA2、 IA3的傅立叶级数分解的预定数量K个第一复数系数Re(IAiHj)、Im(IAiHj)，其中，i是等于相位的1、2或3的数，并且j被包括在1和K之间。预定数量K优选地等于5，并且对应于预定谐波秩，即，对应于被考虑来用于计算的谐波的数量，即再一次以计算精度。
例如，通过在测量值的采样的相关操作来获得向傅立叶级数的分解的系数。更具体地，也被表示为Re(IAiH1)的基波的实系数是在强度IAi的信号的采样和与三相电压的频率F相等的频率余弦之间的、在等于三相电压的周期 Ptension的时间长度上的相关，其中，IAi表示相位数第i的强度，i等于1、2 或3。也被表示为IM(IAiH1)的基波的虚系数是在具有强度Iai的信号的采样和与频率F相等的频率正弦之间的、在等于周期Ptension的时间长度上的相关。
被表示为Re(IAiHj)——j被包含在2和K之间——的谐波第j的实系数是在强度信号Iai的采样和与频率F的j倍相等的频率余弦之间的、在等于周期Ptension的时间长度上的相关。也被表示为Im(IAiHj)的谐波第j的虚系数是在强度IAi的信号的采样和与频率F的j倍相等的频率正弦之间的、在等于周期Ptension的时间长度上的相关。
该微控制器因此计算向基波和谐波2至K的三个强度IA1、IA2、IA3的傅立叶级数的分解的复数系数Re(IAiHj)、Im(IAiHj)，i是从1至3，并且j 是从1至K。
向傅立叶级数的分解的这些复数系数例如如图5中所示在三相电压的5 个第一周期P1、P2、P3、P4、P5上被计算，然后在那五个周期上被平均，以便降低测量噪声。该方法使得有可能具有足够数量的测量点，以便具有不取决于噪声的精确测量。在同步脉冲后在前5个周期P1、P2、P3、P4、P5 上测量电流，那些周期被在图5中的垂直线表示，并且每一个周期被编号。
另外，在步骤350期间，与对于步骤220在前描述相同地计算根据谐波的每一个的实电能EA1、EA2、EA3、EB1、EB2、EB3、EC1、EC2、EC3 的值和复数功率QA1、QA2、QA3、QB1、QB2、QB3、QC1、QC2、QC3 的值。
在步骤360期间，类似于步骤230，每一个第二模块62A、62B、62C发送第二消息M2A、M2B、M2C。然而，在那种情况下，取代所测量的强度的采样，第二消息M2A、M2B、M2C分别包含向用于基波H1和谐波2至K的三个强度IA1、IA2、IA3；IB1、IB2、IB3；IC1、IC2、IC3的傅立叶级数的分解的复数系数Re(IAiHj)、Im(IAiHj)、Re(IBiHj)、Im(IBiHj)、Re(ICiHj)、 Im(ICiHj)的值，i是以递增量1从1至3，并且，j是以递增量1从1至K。
在发送第二消息M2A、M2B、M2C后，每一个第二模块62A、62B、62C 返回到步骤320以接收第一消息M1。
在随后的步骤370期间，第三模块63在收听第二消息M2A、M2B、M2C，并且经由其天线102接收第二消息M2A、M2B、M2C。然后，第三模块63 使用其单元105来记录并时间标记向用于基波和谐波2至K的三个强度IA1、 IA2、IA3；IB1、IB2、IB3；IC1、IC2、IC3的傅立叶级数的分解的复数系数 Re(IAiHj)、Im(IAiHj)、Re(IBiHj)、Im(IBiHj)、Re(ICiHj)、Im(ICiHj)，i是以递增量1从1至3，并且，j是以递增量1从1至K。
在步骤370中的第二消息M2A、M2B、M2C的接收后，在步骤380期间计算电量，并且获得下面的值：
+来自变压器的输出电流的相位的每一个的基波的模：
-使用下面的等式来计算来自变压器的输出电流的相位i的基波的实数部分，i是从1至3：
Re(IiH1)＝Re(IAiH1)+Re(IBiH1)+Re(ICiH1) (1)
-接下来使用下面的等式来计算变压器的输出电流的相位i的基波的虚数部分，i是从1至3：
Im(IiH1)＝Im(IAiH1)+Im(IBiH1)+Im(ICiH1) (2)
-最后基于下面的等式来获得来自变压器的输出电流的相位的每一个的基波的模：
Figure BDA0002025475000000151
Figure BDA0002025475000000152
Figure BDA0002025475000000153
+来自变压器的输出电流的相位的每一个的谐波的模：
-使用下面的等式来计算来自变压器的输出电流的相位i的谐波j的实数部分，j是从2至K，并且i是从1至3：
Re(IiHj)＝Re(IAiHj)+Re(IBiHj)+Re(ICiHj) (6)
-接下来使用下面的等式来计算来自变压器的输出电流的相位i的谐波j的虚数部分，j是从2至K，并且i是从1至3：
Im(IiHj)＝Im(IAiHj)+Im(IBiHj)+Im(ICiHj) (7)
-最后使用下面的等式来获得来自变压器的输出电流的相位的每一个的谐波的模：
Figure BDA0002025475000000154
Figure BDA0002025475000000155
Figure BDA0002025475000000156
+在变压器的输出处的中性电流的基波和谐波的模，j是从1至K：
-使用下面的等式来计算在变压器的输出处的中性电流的基波的复数值：
Re(InHj)＝Re(I1Hj)+Re(I2Hj)+Re(I3Hj) (11)
Im(InHj)＝Im(I1Hj)+Im(I2Hj)+Im(I3Hj)
(12)
-使用下面的等式来获得在变压器的输出处的中性电流的基波的模：
Figure BDA0002025475000000161
+也使用下面的等式来获得变压器的相位的每一个的电流Irms的近似值，并且在所提供的示例中，K＝5：
Figure BDA0002025475000000162
Figure BDA0002025475000000163
Figure BDA0002025475000000164
在步骤380期间，第三模块63也能够计算出线40A、40B、40C的每条的电流的相位的每一个的基波的模、出线40A、40B、40C的每条的电流的相位的每一个的谐波的模、出线40A、40B、40C的每条的中性电流的基波的模、出线40A、40B、40C的每条的中性电流的谐波的模、总的中性电流的谐波的模。
另外，在步骤380期间并且类似于步骤250，与对于电流描述者类似地求出实数电能和EA1、EA2、EA3、EB1、EB2、EB3、EC1、EC2、EC3与复数电功率和QA1、QA2、QA3、QB1、QB2、QB3、QC1、QC2、QC3。
最后，在步骤390期间，第三模块63在其单元105中记录所进行的不同计算的结果。另外，接下来在第三模块63的人机界面106的平面上显示所测量和由计算系统20计算的数量。以数值和/或曲线的形式来显示这些数量。
在步骤390之后，第三模块63返回到用于第二消息M2A、M2B、M2C 的收听模式。
现在使用图8来描述根据第三实施例的计算方法。
在与步骤300类似的步骤400期间，第一模块60测量频率F。然后，类似于对于步骤310描述者，第一模块60在步骤410期间发送第一消息M1。
在步骤420期间，与对于步骤320描述者类似地进行第一消息M1的接收。然后，在步骤430和440期间，对于在步骤330和340中描述者类似地分别进行电流采样和采样的存储。
在几个周期Ptension上，并且更具体地在前5个周期P1、P2、P3、P4、P5 上，步骤430中进行电流采样。在几个周期Ptension上并且根据在给定周期Ptension期间的采样秩的增大的值来连续地获取采样，该秩的值在每一个周期Ptension的结尾被复位。换句话说，对于每个周期，秩的值作为时间的函数增大，即，象用于周期P2、P3、P4、P5的第一采样那样，周期P1的第一采样具有秩1，然后象用于周期P2、P3、P4、P5的第二采样那样，周期P1的第二采样具有秩2，等等。例如，当将采样频率FECH选择为比频率F大36倍数时，对于5 个周期P1、P2、P3、P4、P5，将存在其秩随着时间从1至36以1的递增量增大地增大的36个采样。
在步骤450期间，在所述周期上获取具有相同的采样秩值的采样的平均值，以便获得平均采样。
在步骤460期间，操作类似于步骤360的操作，差别是每个第二消息 M2A、M2B、M2C包含平均采样的值，而不是向傅立叶级数的分解系数。
在步骤470期间，接收第二消息M2A、M2B、M2C，并且，该步骤的操作类似于步骤370的操作，差别是所接收的值是平均采样，而不是向傅立叶级数的分解系数。
在第三模块63在步骤470中接收到第二消息后，在步骤480中使用计算单元104来计算电量，其间，计算由不同的电流传感器83A、83B、83C测量的采样的和，以便计算在变压器18的输出处的电流的强度的值。
最后，最后的步骤490类似于前述的步骤390。
在步骤490后，第三模块63返回到收听模式以收听第二消息M2A、M2B、 M2C。
一旦在步骤380和480期间进行计算并且使用类似于图2的装置的装置，计算系统20和根据本发明的计算方法因此使得有可能获得在变压器的输出处的电流的强度的值，而不在变压器的输出处使用电流传感器。
替代地，象在步骤440和540中前述的那些那样使用压缩部件，以便发送电压V1、V2、V3。在所使用的压缩部件是向傅立叶级数的分解的情况下，第一模块60包括压缩软件应用，该压缩软件应用能够计算向三个相位的电压 V1、V2、V3的每个的傅立叶级数的分解的预定数量K个第一系数Re_j(Vi)、 Im_j(Vi)，其中，i是等于相位的1、2或3的数量，并且j被包括在1和K之间。预定数量K优选地等于5。通过对于测量值的采样的相关操作来例如获得向傅立叶级数的分解的系数，如在电流的情况下前述。
另外，计算复数电功率QA1、QA2、QA3、QB1、QB2、QB3、QC1、 QC2、QC3和实数电能EA1、EA2、EA3、EB1、EB2、EB3、EC1、EC2、EC3和。为此，模块63使用相对于电压V1、V2、V3的由消息M1发送的数据。
另外，第一消息M1的数据字段包含用于三个电压V1、V2、V3的每一个的、也被表示为RMS(均方根)的二次平均的值。
现在使用图9来描述根据第四实施例的计算方法。
根据第四实施例，计算系统20包括未示出的计算机，其能够在步骤600 期间向第一模块60发送对于第二消息M2A、M2B、M2C的获取请求。当该计算机请求第二消息M2A、M2B、M2C的发送时，第一模块60在步骤610 期间接收那个请求，并且经由第一消息M1的数据字段向每一个第二模块 62A、62B、62C发送该请求。
然后，在步骤620期间，与在步骤210和220中描述者类似地，每一个第二模块62A、62B、62C进行第一消息M1的接收和电流的测量。
在下面的步骤630期间，与对于步骤230描述者类似地，每个第二模块 62A、62B、62C产生第二消息M2A、M2B、M2C，并且发送它。
经由第二消息M2A、M2B、M2C向第三模块63发送的所测量和所计算的数量被接收和存储在结果表格中，并且在步骤640期间被发送到计算机。
最后，在步骤650期间，计算机执行计算操作，诸如强度和、功率和或能量和，如上对于步骤250所述。计算机能够显示所测量和计算的数量的集中管理。在步骤650的结束，计算机如果需要则返回到步骤600，以便请求由第二模块测量的数量的新的获取。
如上所述的第四实施例是第一实施例的适配，并且本领域内的技术人员可以明白，第二和第三实施例的类似的适配是可能的。
另外，每一个第二消息M2A、M2B、M2C包含发送它的第二模块62A、 62B、62C的标识符。
根据一种替代方式，在步骤200期间，第一模块60经由第一消息M1请求第二消息M2A、M2B、M2C的发送。第一消息M1然后包含特定的请求字段，并且仅当在第一消息M1中存在那个特定字段时通过第二消息M2A、 M2B、M2C向第三模块63发送所测量的强度和/或所计算的值。因此，无线消息的数量大幅度减少，这限制了在其他应用上加扰的风险，并且使得有可能优化第二模块62A、62B、62C的能量。
根据本发明的计算系统20使得有可能执行在每条出线中循环的电流的同步测量，并且因此有可能相加来自诸如瞬时能量或功率的这些强度值的测量值或所计算的数量。
模块60、62A、62B、62C的全部通过它们各自的无线收发器和/或接收器70、88A、...、88C、102通过无线链路彼此连接，这使得有可能促进在变电站10中的计算系统20的安装。
相对于所测量的电压和强度压缩数据使得有可能限制经由无线链路发送的数据的数量，并且由此限制计算系统20本身的特定能耗。而且，压缩数据使得有可能降低计算系统20对于加扰的无线破坏或也被称为EMC破坏的电磁兼容性破坏类型的敏感度。
将第二模块排序使得有可能减少在辅助模块62A、62B、62C之间的无线干扰。
根据未示出的另一个实施例，第一模块60和第三模块63仅形成发送第一消息M1、接收第二消息M2A、M2B、M2C并且计算电量的一个单个模块。这因此使得有可能降低计算系统20的成本。
该实施例的其他优点与前述的第一实施例的那些相同。这个实施例的操作也与前述者相同。
在前述的图1至9的示例实施例中，电网12是三相网络，并且通过计算系统20测量的电流是三相电流。本领域内的技术人员当然可以明白，本发明也适用于单相电网和单相交流电流的测量。
人们可以因此看到根据本发明的计算系统20不太复杂和不太昂贵。
替代地，第二消息M2A另外包含电流IA1、IA2、IA3的二次平均的值的平均值IArms1、IArms2、IArms3。这对于其他第二消息M2A、M2B、M2C 也成立。
替代地，当难以访问变压器的出线时，计算系统20包括N个第二模块，该N个第二模块全部除了一个第二模块之外与该N条出线之一相关联，最后的第二模块与变压器的输出相关联。该计算系统使得有可能确定在难以访问并且不与第二模块相关联的出线中的强度、功率或能量。在其他操作中，然后通过差计算来替换特定的和。

Claims (16)

1.一种用于计算相对于电气装置的电量的系统，所述电气装置包括主要电导体和电连接到所述主要电导体的几个辅助电导体，所述系统包括：
-第一模块，包括无线发射器，
-多个第二模块，每一个包括无线收发器和电流传感器，所述电流传感器能够测量在所述主要和辅助电导体中的至少一个对应的导体中循环的电流的强度，
其特征在于，所述第一模块包括发送部件，用于向每一个第二模块发送用于时间同步的第一消息，
每一个第二模块被配置为在接收到所述第一消息时使用其电流传感器测量至少一个强度值并且包括用于接收所述第一消息的第一部件和用于向第三模块发送至少一个第二消息的第二部件，所述至少一个第二消息包含由所述对应的电流传感器在接收到所述第一消息时测量的所述至少一个强度值，所述强度值被各种电流传感器以小于10微秒的误差的同步容限准同时地测量，并且
所述系统包括所述第三模块，并且所述第三模块包括无线接收器、用于从所述多个第二模块接收多个第二消息的第二部件和用于从准同时地测量并且经由所述多个第二消息接收的强度值计算电量的计算单元，
其中，在第一消息的连续两次发送时间之间的期间内，所述多个第二模块中的每一个第二模块按照预定的排序发送对应的至少一个第二消息。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算单元能够计算经由所述多个第二消息接收的所述强度值的和。
3.根据在前的权利要求的任何一项所述的系统，其特征在于，所述第一模块进一步包括用于测量在所述主要和辅助电导体中的对应的导体中循环的电压的测量单元，并且能够经由所述第一消息向所述第二模块发送所述测量的电压的值，
每一个第二模块包括用于从经由所述第一消息接收的所述电压的值和由所述电流传感器测量的所述强度值计算瞬时功率的计算部件，并且能够经由所述至少一个第二消息向所述第三模块发送所述计算的电功率值，并且
所述第三模块的所述计算单元能够计算所述接收的功率值的和。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一模块进一步包括用于测量在所述主要和辅助电导体中的对应的导体中循环的电压的测量单元，并且能够经由所述第一消息向所述第二模块发送所述测量的电压的值，
每个第二模块包括用于从经由所述第一消息接收的所述电压的值和由所述电流传感器测量的所述强度值计算电能的计算部件，并且能够经由所述至少一个第二消息向所述第三模块发送所述计算的电功率值，并且
所述第三模块的所述计算单元能够计算所述接收的能量值的和。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，每一个电流传感器能够测量所述对应的电流的强度，并且
每一个第二模块包括采样单元，其能够使用采样频率来采样所述测量的强度。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，在所述电压的几个周期上并且根据在给定周期期间的采样秩的增大的值，连续地获取所述采样，所述采样秩值在每一个周期的结尾被复位，而所述第二模块包括用于由所述对应的电流传感器测量的所述强度值的第一压缩部件，那些压缩部件计算具有相同的采样秩值的采样的平均值。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一消息包含所述采样频率的值，所述值是预定值或在所述主要和辅助电导体中的至少一个导体的电压的频率的值的倍数。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，在所述电压的几个周期上并且根据在给定周期期间的采样秩的增大的值，连续地获取所述采样，所述采样秩值在每一个周期的结尾被复位，而所述第二模块包括用于由所述对应的电流传感器测量的所述强度值的第一压缩部件，那些压缩部件计算具有相同的采样秩值的采样的平均值。
9.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述第二模块包括第一压缩部件，其能够计算将由所述对应的电流传感器测量的所述强度值向傅立叶级数的分解的系数。
10.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述第一消息包含对于由所述第二模块测量的所述强度值的接收请求。
11.一种变电站，用于将具有第一交流电压的电流变换为具有第二交流电压的电流，所述变电站包括：
-第一面板，其包括至少一个能够连接到电网的进入的电导体，
-第二面板，其包括至少一个主要向外的电导体和几个辅助向外的电导体，每一个辅助向外的导体电连接到对应的主要向外的导体，
-电力变压器，其在所述第一面板和所述第二面板之间连接，并且能够通过具有所述第二交流电压的电流来变换具有第一交流电压的电流，并且
-用于计算相对于所述第二面板的电量的系统，
其特征在于，所述系统是根据权利要求1或2的。
12.一种用于计算相对于电气装置的电量的方法，所述电气装置包括主要电导体和电连接到所述主要电导体的几个辅助电导体，使用系统来实现所述方法，所述系统包括：
第一模块，所述第一模块包括无线发射器；
多个第二模块，每一个包括无线收发器；以及，电流传感器，其能够测量在所述主要和辅助电导体中的对应的导体中循环的电流的强度，
其特征在于，所述方法包括下面的步骤：
-a)所述第一模块向每一个第二模块发送在所述主要或辅助导体中循环的所述电流的强度的测量的用于时间同步的第一消息，
-b)每一个第二模块接收所述第一消息，
-c)在接收到所述第一消息时，每一个电流传感器以小于10微秒的误差的同步容限来准同时测量在所述对应的主要或辅助导体中循环的电流的强度，
-d)每一个第二模块向第三模块发送包含由所述对应的电流传感器测量的所述强度的至少一个值的至少一个第二消息，
-e)所述第三模块从所述多个第二模块接收多个第二消息，
-f)从准同时测量并且经由所述多个第二消息接收的强度值计算所述电量，
其中，在第一消息的连续两次发送时间之间的期间内，所述多个第二模块中的每一个第二模块按照预定的排序发送对应的至少一个第二消息。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：
-在步骤a)期间，测量在所述主要和辅助电导体中的对应的导体的电压，并且，所述第一消息包括那个测量的电压的值，
-在步骤c)期间，所述第二模块从在步骤a)期间测量的电压的值和由所述电流传感器测量的强度值计算电功率和/或能量，
-在步骤d)期间，所述至少一个第二消息进一步包含所述计算的电功率和/或能量的值，
-在步骤e)期间，所述第三模块进一步计算所接收的功率或能量值的和。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于
-在步骤c)中的测量期间，使用采样频率来采样所述测量的强度，并且将所述测量的强度分解为傅立叶级数，
-而在步骤e)中的计算期间，从在步骤c)中获得的复数傅立叶系数的值计算所述电量直到预定的谐波秩。
15.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于
-在步骤c)中的测量期间，使用采样频率来采样所述测量的强度，在从所述主要和辅助电导体中的对应的导体的电压的几个周期上，并且根据在给定的周期期间的采样秩的增大的值来连续地获取所述采样，所述采样秩值在每个周期的结尾被复位，并且，进行具有相同的采样秩值的采样的平均，
-而在步骤e)中的计算期间，从在步骤c)中获得的采样的平均值计算所述电量。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在步骤a)期间，所述第一消息进一步包含对于由所述第二模块测量或计算的强度和/或电功率和/或能量值的接收请求。
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