CN113075474A - 一种电能测量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电能测量系统及方法，其中，电能测量系统包括：数据采集处理单元，用于对用电设备的电能进行测量，采集电气参数传输，并计算电能参数；数据存储单元，用于储存所述数据采集处理单元采集到的电气参数；位置信息测量单元，用于实时测量设备位置，并将测量结果上传；以及数据输出单元，用于将所述数据采集处理单元采集的电能参数远程传输，并生成相应的向量图。本发明电能测量更全面，且位置信息上报方便现场取证，实现多个设备数据的同步测量，确保数据可靠性。

Description

一种电能测量系统及方法
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种电能测量系统及方法。
背景技术
电能质量监测技术是当前电力系统领域的研究热点之一，对电能质量进行监测与分析从而提高和改善电能质量具有重要的现实意义，在庞大的、瞬变的多输入输出的电力系统中，监测和控制的参数要求实时性较强，有些采集的特征量频率变化快而且复杂，如暂态突变量、高频的故障行波等，普通的采集处理方法对多路进行采集计算时，就会显得吃力甚至难以实现，且目前的电能测量不能对设备进行实时位置测量，使数据同步，导致工作人员后续寻找损坏处困难，增加工作量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种电能测量系统及方法，以使电能测量更全面，数据更可靠。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种电能测量系统，包括：
数据采集处理单元，用于对用电设备的电能进行测量，采集电气参数传输，并计算电能参数；
数据存储单元，用于储存所述数据采集处理单元采集到的电气参数；
位置信息测量单元，用于实时测量设备位置，并将测量结果上传；以及
数据输出单元，用于将所述数据采集处理单元采集的电能参数远程传输，并生成相应的向量图。
其中，所述数据采集处理单元进一步包括电压偏差测量模块、频率测量模块、谐波测量模块、三相不平衡度测量模块和电压波动和闪变测量模块；
所述电压偏差测量模块用于测量电压缓慢变化时的电压之差；
所述频率测量模块用于衡量电能质量，反馈安全稳定控制的状态；
所述谐波测量模块用于分析电压电流数据，实现谐波的测量；
所述三相不平衡度测量模块用于在各序分量的计算上测量电能的三相不平衡度；
所述电压波动和闪变测量模块用于检测电压波动分量和测量等值电压闪变值。
其中，所述电压偏差测量模块的电压偏差计算公式如下：
Figure BDA0002989834770000021
其中，ΔV为电压偏差，U1为实际测量电压，U2为额定电压。
其中，所述三相不平衡度测量模块计算不平衡度εN的公式如下：
Figure BDA0002989834770000022
其中，I2为电压的负序值，SK为公共连接点的短路容量，UL为线电压。
其中，所述谐波测量模块采用复序列FFT算法测量谐波，其计算公式如下：
Figure BDA0002989834770000023
其中，f(t)为输入信号，ω1为角频率，ah和bh为傅里叶系数，h为项数，c0为直流分量。
其中，所述位置信息测量单元具体为GPS接收机。
其中，所述数据输出单元进一步包括数据显示模块、向量分析模块、现场取证模块、电表校验模块、闭环数据上传模块和无线通信模块；
所述数据显示模块用于图形化分析结果和表格化测量数据；
所述向量分析模块用于分析所述数据显示模块中的数据；
所述现场取证模块用于同步测量计量回路，远距离同步测量重要设备的负荷；
所述电表校验模块用于自动诊断电表误差；
所述闭环数据上传模块用于上传数据；
所述无线通信模块用于实现多个设备同步测量。
其中，所述无线通信模块采用无线同步算法，以确保接收的数据全部为配套无线电流钳同一时刻数据。
本发明还提供一种电能测量方法，包括：
步骤S1，通过数据采集处理单元对用电设备的电能进行测量，采集电气参数传输，并计算电能参数；
步骤S2，通过数据存储单元储存数据采集处理单元采集到的电气参数；
步骤S3，通过位置信息测量单元实时测量设备位置，并将测量结果上传；
步骤S4，通过数据输出单元将数据采集处理单元的电能参数远程传输，并生成相应的向量图。
其中，所述步骤S1通过数据采集处理单元对电压偏差、频率、谐波、三相不平衡度和电压波动和闪变进行测量。
本发明实施例的有益效果在于：通过设置数据采集处理单元，可以对衡量电能质量的五项指标，包括电压偏差、频率、谐波、三相不平衡度、电压波动和闪变进行了测量，使电能测量更全面，实用性更强；通过设置位置信息测量模块，可实现实时测量设备位置，并将测量结果上传，位置信息上报方便现场取证，确保证据可靠性，通过无线通信模块，可通过微功率无线通讯方式和配套无线电流钳进行通讯，并且利用无线同步算法，实现多个设备同步测量，确保设备接收的数据全部为配套无线电流钳同一时刻数据，保证数据的可靠性，免去了现场接线的麻烦，极大程度地减少现场操作步骤，操作简便。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明实施例一一种电能测量系统的整体框架示意图。
图2为本发明实施例一一种电能测量系统的原理框图。
图3为本发明实施例一中数据采集处理单元原理框图。
图4为本发明实施例一中数据输出单元原理框图；
图5为本发明实施例一中电能测量方法流程图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
请参照图1、图2所示，本发明实施例一提供一种电能测量系统，包括：
数据采集处理单元100，用于对用电设备的电能进行测量，采集电气参数传输，并计算电能参数；
数据存储单元200，用于储存所述数据采集处理单元100采集到的电气参数；位置信息测量单元300，用于实时测量设备位置，并将测量结果上传；以及
数据输出单元400，用于将所述数据采集处理单元100采集的电能参数远程传输，并生成相应的向量图。
具体地，请结合图3所示，数据采集处理单元100进一步包括电压偏差测量模块110、频率测量模块120、谐波测量模块130、三相不平衡度测量模块140和电压波动和闪变测量模块150；
电压偏差测量模块110用于测量电压缓慢变化时的电压之差；
频率测量模块120用于衡量电能质量，反馈安全稳定控制的状态，频率偏差是指电力系统正常运行条件下，系统频率的实际值与标称值(50Hz或60Hz，我国采用50Hz标准)之差，常采用周期法即为零交法进行频率测量，通过测量信号波形相继过零点间的时间宽度来计算频率；
谐波测量模块130用于分析电压电流数据，实现谐波的测量；
三相不平衡度测量模块140用于在各序分量的计算上测量电能的三相不平衡度，三相不对称时，三相电路的电压和电流的基频分量都呈现为不对称的分量，根据对称分量法可以将三相不对称的分量唯一的分解为3组对称的分量，即正序分量、负序分量和零序分量；
电压波动和闪变测量模块150用于检测电压波动分量和测量等值电压闪变值，常用的电压波动检测方法有整流检测法、有效值检测法和同步检测法，为检测出电压波动分量，通常将电压波动看成以工频电压为载波，其电压的均方根值或峰值受到以电压波动分量作为调幅波的调制。
电压偏差测量模块110的电压偏差计算公式如下：
Figure BDA0002989834770000041
其中，ΔV为电压偏差，U1为实际测量电压，U2为额定电压，通常指电压变化率小于每秒1％时实际电压值与系统标称电压之差，额定电压为系统标称电压220V或380V，在同一方向小于30ms的快速变化不计入电压变动，小于30ms的期间内，同方向的电压均方根值的变动只算作一次变动，在单位时间内电压变动的次数称为电压变动的频度，一般以1/min或1/s为单位。
三相不平衡度测量模块140计算不平衡度εN的公式如下：
Figure BDA0002989834770000051
其中，I2为电压的负序值，SK为公共连接点的短路容量，UL为线电压。
需要说明的是，谐波测量模块130采用复序列FFT算法测量谐波，其计算公式如下：
Figure BDA0002989834770000052
其中，f(t)为输入信号，ω1为角频率，ah和bh为傅里叶系数，h为项数，c0为直流分量。
当输入信号f(t)可为周期函数或可近似地作为周期函数处理时，且满足狄利赫里条件(电力系统信号均满足)，则它可被分解为一个各种频率的正弦函数序列之和。
数据存储单元200用于储存数据采集处理单元100采集到的电气参数，数据存储单元200的存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随时存取存储器SRAM，电可擦除可编程只读存储器EEPROM，可擦除可编程只读存储器EPROM，可编程只读存储器PROM，只读存储器ROM，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
位置信息测量单元300用于实时测量设备位置，并将测量结果上传，方便后续数据采集处理单元100测量出电气参数出现问题及时定位维修，实用性更强，方便现场取证，确保证据可靠性。具体地，位置信息测量单元300具体为GPS接收机，作为一种示例，可以采用GN-80型GPS接收机，利用最新发展的信号处理技术和高速搜索引擎技术，实现了性能上的较大改进，具有低功耗、高灵敏度以及更快的首次定位时间等特点。
数据输出单元400用于实现数据采集处理单元100的电能参数远程传输，生成相应的的向量图，便于通过图形和数据表格的形式展现给客户，工作人员随时查询电能参数。
进一步地，请结合图4所示，数据输出单元400包括数据显示模块410、向量分析模块420、现场取证模块430、电表校验模块440、闭环数据上传模块450和无线通信模块460；
数据显示模块410用于图形化分析结果和表格化测量数据，使客户能够清晰明了现场测量结果；
向量分析模块420用于分析数据显示模块410中的数据；
现场取证模块430用于同步测量计量回路，远距离同步测量重要设备的负荷；
电表校验模块440用于自动诊断电表误差，检测漏电隐患；
闭环数据上传模块450用于上传数据；
无线通信模块460用于实现多个设备同步测量，确保设备接收的数据全部为配套无线电流钳同一时刻数据，保证数据的可靠性。
除此之外，无线通信模块460采用无线同步算法，可通过微功率无线通讯方式和配套无线电流钳进行通讯，并且利用无线同步算法，实现多个设备同步测量，确保设备接收的数据全部为配套无线电流钳同一时刻数据，保证数据的可靠性。目前同类产品大都采用有线连接方式来实现多个设备数据的同步测量，本设备的无线同步算法，免去了现场接线的麻烦，极大程度的减少现场操作步骤，操作简便，电网数据经过低采样率AD芯片(TLC2574)由模拟量转变为数字量，数字信息依次进入IIR滤波器与卡尔曼滤波器，卡尔曼滤波器计算出的电网频率反馈给FPGA，FPGA生成同步采样脉冲送入高速AD采样芯片(AD7656)，由高速AD采样芯片对电网进行高速采样，将数据输出。
相应于本发明实施例一一种电能测量系统，如图5所示，本发明实施例二提供一种电能测量方法，包括：
步骤S1，通过数据采集处理单元对用电设备的电能进行测量，采集电气参数传输，并计算电能参数；
步骤S2，通过数据存储单元储存数据采集处理单元采集到的电气参数；
步骤S3，通过位置信息测量单元实时测量设备位置，并将测量结果上传；
步骤S4，通过数据输出单元将数据采集处理单元的电能参数远程传输，并生成相应的向量图。
具体地，步骤S1中，通过数据采集处理单元对电压偏差、频率、谐波、三相不平衡度和电压波动和闪变进行测量。
本实施例的工作原理及过程请参照本发明实施例一的说明，此处不再赘述。
由上可知，相比于现有技术，本发明实施例带来的有益效果在于：通过设置数据采集处理单元，可以对衡量电能质量的五项指标，包括电压偏差、频率、谐波、三相不平衡度、电压波动和闪变进行了测量，使电能测量更全面，实用性更强；通过设置位置信息测量模块，可实现实时测量设备位置，并将测量结果上传，位置信息上报方便现场取证，确保证据可靠性，通过无线通信模块，可通过微功率无线通讯方式和配套无线电流钳进行通讯，并且利用无线同步算法，实现多个设备同步测量，确保设备接收的数据全部为配套无线电流钳同一时刻数据，保证数据的可靠性，免去了现场接线的麻烦，极大程度地减少现场操作步骤，操作简便。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种电能测量系统，其特征在于，包括：
数据采集处理单元，用于对用电设备的电能进行测量，采集电气参数传输，并计算电能参数；
数据存储单元，用于储存所述数据采集处理单元采集到的电气参数；
位置信息测量单元，用于实时测量设备位置，并将测量结果上传；以及
数据输出单元，用于将所述数据采集处理单元采集的电能参数远程传输，并生成相应的向量图。
2.根据权利要求1所述的电能测量系统，其特征在于，所述数据采集处理单元进一步包括电压偏差测量模块、频率测量模块、谐波测量模块、三相不平衡度测量模块和电压波动和闪变测量模块；
所述电压偏差测量模块用于测量电压缓慢变化时的电压之差；
所述频率测量模块用于衡量电能质量，反馈安全稳定控制的状态；
所述谐波测量模块用于分析电压电流数据，实现谐波的测量；
所述三相不平衡度测量模块用于在各序分量的计算上测量电能的三相不平衡度；
所述电压波动和闪变测量模块用于检测电压波动分量和测量等值电压闪变值。
3.根据权利要求2所述的电能测量系统，其特征在于，所述电压偏差测量模块的电压偏差计算公式如下：
Figure FDA0002989834760000011
其中，ΔV为电压偏差，U1为实际测量电压，U2为额定电压。
4.根据权利要求3所述的电能测量系统，其特征在于，所述三相不平衡度测量模块计算不平衡度εN的公式如下：
Figure FDA0002989834760000012
其中，I2为电压的负序值，SK为公共连接点的短路容量，UL为线电压。
5.根据权利要求2所述的电能测量系统，其特征在于，所述谐波测量模块采用复序列FFT算法测量谐波，其计算公式如下：
Figure FDA0002989834760000021
其中，f(t)为输入信号，ω1为角频率，ah和bh为傅里叶系数，h为项数，c0为直流分量。
6.根据权利要求1所述的电能测量系统，其特征在于，所述位置信息测量单元具体为GPS接收机。
7.根据权利要求1所述的电能测量系统，其特征在于，所述数据输出单元进一步包括数据显示模块、向量分析模块、现场取证模块、电表校验模块、闭环数据上传模块和无线通信模块；
所述数据显示模块用于图形化分析结果和表格化测量数据；
所述向量分析模块用于分析所述数据显示模块中的数据；
所述现场取证模块用于同步测量计量回路，远距离同步测量重要设备的负荷；
所述电表校验模块用于自动诊断电表误差；
所述闭环数据上传模块用于上传数据；
所述无线通信模块用于实现多个设备同步测量。
8.根据权利要求7所述的电能测量系统，其特征在于，所述无线通信模块采用无线同步算法，以确保接收的数据全部为配套无线电流钳同一时刻数据。
9.一种电能测量方法，其特征在于，包括：
步骤S1，通过数据采集处理单元对用电设备的电能进行测量，采集电气参数传输，并计算电能参数；
步骤S2，通过数据存储单元储存数据采集处理单元采集到的电气参数；
步骤S3，通过位置信息测量单元实时测量设备位置，并将测量结果上传；
步骤S4，通过数据输出单元将数据采集处理单元的电能参数远程传输，并生成相应的向量图。
10.根据权利要求9所述的电能测量方法，其特征在于，所述步骤S1通过数据采集处理单元对电压偏差、频率、谐波、三相不平衡度和电压波动和闪变进行测量。
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