CN113702749A - 一种非接触式电能综合测量装置及电力物联网系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非接触式电能综合测量装置及电力物联网系统。所述非接触式电能综合测量装置包括：信号测量模块；信号测量模块包括感应电极阵列；感应电极阵列分布在目标线缆的周围；感应电极阵列位于目标线缆产生的电场空间中；感应电极阵列用于基于电场耦合效应测量目标电缆的电压。本发明能在不破坏电缆的情况下实现电能的非接触式测量，不仅便于安装，而且安全性高。

Description

一种非接触式电能综合测量装置及电力物联网系统
技术领域
本发明涉及电力传感及物联网领域，特别是涉及一种非接触式电能综合测量装置及电力物联网系统。
背景技术
先进电力传感技术是中国构建泛在电力物联网和能源互联网的重要基石。对于电力设备和用电网络而言，通过对底层设备电压、电流、温度等基础变量的测量，利用通信网络对数据进行传输、存储，进而结合数据学习和分析等手段，可以精准感知设备运行状态，掌握用户使用数据和设备服役状态，对于提升电力设备运行安全水平、提高设备运行效率和用电质量均具有重要意义。
目前单一的电信号的测量方法已比较成熟，如通过电流互感器、电压互感器、温度传感器等对电流、电压和温度等变量进行测量。单一的、单参量的传感器处于产业链的末端，功能单一，在功能和产业规模上容易遇到“天花板”，而集合传感、计算、控制、通信的具有完整功能的综合感知终端科技附加值更高，更符合现代化市场的需求，市场价值也更大。随着电力物联网、能源互联网等新基建需求的出现，通过现代通信技术和先进传感技术相结合，将电力相关的装置、管理和信息相连而形成网络系统，更符合当下的现实需求。
实现集成化的综合电能测量，在测量方式、数据处理、安装条件等方面有不同的要求，目前最大的瓶颈在于电压的测量，传统电压测量需要将传感触点(如探针等)与带电导体进行接触，通过电磁变换将电压隔离或者进行调压处理，进而通过二次侧表计获得电压信息。一般的处理方式是，通过探针刺破绝缘电缆，探针与内部导体接触，探针外部连接信号采集和调理电路，进而在二次侧获得线路运行电压。该方法主要存在两方面的缺陷：(1)安装困难。线路一次侧需要停电安装，需要人力破坏线缆绝缘层，同时要控制的受损面积扩大，导致安装难度大。(2)安全隐患严重。由于绝缘层受到破坏，电力线缆和设备的运行安全面临严峻考验。
发明内容
基于此，本发明实施例提供一种非接触式电能综合测量装置及电力物联网系统，在不破坏电缆的情况下实现电能的测量，不仅便于安装，而且安全性高。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种非接触式电能综合测量装置，包括：信号测量模块；
所述信号测量模块包括感应电极阵列；
所述感应电极阵列分布在目标线缆的周围；所述感应电极阵列位于所述目标线缆产生的电场空间中；所述感应电极阵列用于基于电场耦合效应测量所述目标电缆的电压。
可选的，所述信号测量模块，还包括：温度传感器；
所述温度传感器位于第一区域；所述感应电极阵列位于第二区域；所述第一区域和所述第二区域均围绕所述目标线缆；所述第二区域位于所述第一区域的外部；所述温度传感器与所述目标线缆接触；所述温度传感器用于测量所述目标线缆的温度。
可选的，所述信号测量模块，还包括：互感线圈；
所述互感线圈套设在所述目标线缆的周围；所述感应电极阵列位于所述互感线圈与所述目标线缆之间；所述互感线圈用于基于电磁感应原理测量所述目标线缆中的电流。
可选的，所述信号测量模块，还包括：固定件；
所述固定件套设在所述目标线缆的周围；所述固定件的内侧布设所述温度传感器；所述固定件的外侧布设所述感应电极阵列。
可选的，所述非接触式电能综合测量装置，还包括：边缘计算模块；所述边缘计算模块与所述信号测量模块连接；
所述边缘计算模块包括多参量计算单元和电压测量补偿器；
所述多参量计算单元用于根据所述电压和所述电流计算视在功率和功率因数；
所述电压测量补偿器内置电极电压波动与目标电缆位置变化的关系模型；所述关系模型采用机器学习方法或神经网络方法构建而成；所述电压测量补偿器用于对所述电压进行自适应补偿。
可选的，所述非接触式电能综合测量装置，还包括：调理电路模块；
所述信号测量模块通过所述调理电路模块与所述边缘计算模块连接；所述调理电路模块用于对所述电压和所述电流进行调理、滤波和去噪处理。
可选的，所述非接触式电能综合测量装置，还包括：数据发送模块；
所述数据发送模块与所述边缘计算模块连接；所述数据发送模块用于将电能信号发送出去；所述电能信号包括补偿后的电压、所述电流、所述视在功率和所述功率因数。
本发明还提供了一种电力物联网系统，包括：终端节点层、组网层、网关层和数据中心层；
所述终端节点层包括上述所述的非接触式电能综合测量装置；所述非接触式电能综合测量装置为至少一个；一个所述非接触式电能综合测量装置对应一个网络节点；
所述组网层用于采用自组网协议对所述网络节点进行自组网，并将所述非接触式电能综合测量装置测量到的电能信号以局域网络的方式传输至所述网关层；
所述网关层用于采用不同的协议与所述组网层通信，将所述组网层发送的所述电能信号转换成标准协议的数据并传输；
所述数据中心层用于对所述网关层传输的标准协议的数据进行存储、分析及计算，并对外提供数据交互服务。
可选的，所述组网层包括：多个二级数据传输模块和多个自组网模块；
一个所述二级数据传输模块连接所述终端节点层中的一个局域网络；每个所述自组网模块均连接一组二级数据传输模块；所述组网层中同一个所述自组网模块连接的二级数据传输模块为一组二级数据传输模块；
所述二级数据传输模块用于将相应的电能测量装置测量到的电能信号传输至所述自组网模块；所述自组网模块用于对所属局域网内的网络节点进行自组网，从而将所述电能信号以局域网络的方式传输至所述网关层。
可选的，所述网关层包括：多个网关和多个一级数据传输模块；
一个所述网关连接一个所述自组网模块；一个所述数据传输模块连接一个所述网关；
所述网关用于采用不同的协议与所述自组网模块通信，将所述自组网模块发送的所述电能信号转换成标准协议的数据；
所述一级数据传输模块用于将标准协议的数据传输至所述数据中心层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明实施例提出了一种非接触式电能综合测量装置及电力物联网系统，将感应电极阵列设置在目标线缆的周围，使得感应电极阵列位于目标线缆产生的电场空间中，基于电场耦合效应实现目标电缆电压的测量，该电能测量装置能在不破坏电缆的情况下实现电能的非接触式测量，不仅便于安装，而且安全性高。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的电场耦合原理示意图；
图2为本发明实施例提供的电能测量装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的信号测量模块的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的调理电路模块的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的目标线缆位置变化图；
图6为本发明实施例提供的电力物联网系统的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的网关结构示意图；
图8为本发明实施例提供的电力物联网系统的实施流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
对于任意带电导体，由于自身电荷的运动和分布，在其周围会存在由电荷激发的矢量电场，如图1所示，由赫姆霍兹定理可知，该矢量电场与带电导体的电荷分布、空间位置和导体电动势存在唯一确定关系，这一现象称为电场耦合效应，其中，1表示任意形状的感应电极(金属电极)，2表示绝缘体，E表示空间电场强度，En表示金属电极的法向方向，Rm表示接地电阻。图1中带电导体在空间产生电场分布E，金属电极1分布于空间并且可以对电场产生的感应电荷进行收集，如果对该矢量电场及其电荷进行采集，通过数学建模，建立该电荷与导体电动势的数学关系模型，进而通过对电场电荷的积分和计算间接获得导体电压的大小，这为电压的非接触式测量提供了思路和可能。
实施例1
基于上述思路，本实施例提供了一种非接触式电能综合测量装置，参见图2，所述非接触式电能综合测量装置，包括：信号测量模块、调理电路模块、边缘计算模块和数据发送模块。所述信号测量模块通过所述调理电路模块与所述边缘计算模块连接；所述数据发送模块与所述边缘计算模块连接。信号测量模块实现对目标线缆(待测线缆)的电压、电流和温度的实时测量；调理电路模块实现对信号测量模块采集信号的调理、滤波、去噪处理；边缘计算模块实现对采集的电流、电压信号的计算处理，具体为：(1)根据电流和电压计算视在功率、功率因数、电能和相位等参数；(2)根据感应电极阵列的感应电压，设计相应的补偿算法，对非接触测量得到的电压进行自适应补偿，保证非接触测量得到的电压的准确性与稳定性。所述数据发送模块用于将边缘计算模块输出的电能信号发送出去；所述电能信号包括补偿后的电压、电流、温度、视在功率、功率因数、电能以及相位等。电能测量装置实现了对电压、电流等其他综合电能参数的稳定、无需停电安装、非接触式以及多参量一体化的测量。
实施例2
本实施例对信号测量模块进行详细说明。
参见图3，所述信号测量模块包括感应电极阵列1、温度传感器4和互感线圈3。
所述感应电极阵列1包括一个或者多个金属电极，金属电极分布在目标线缆2的周围；所述感应电极阵列1位于所述目标线缆2产生的电场空间中。本实施例中的感应电极阵列1包括n个金属电极，n个金属电极可以按照环形或者方形等不同形状进行空间布置。所述感应电极阵列1用于基于电场耦合效应测量所述目标电缆的电压，实现了电压的非接触测量。基于电场耦合效应实现电压的测量的大体思路为：感应电极阵列1在所述电场的作用下产生感应电荷，并由所述感应电荷确定所述目标电缆的电压。非接触电压的具体测量方法为：
当感应电极阵列1中的金属电极(感应电极)放置于电场强度为E的空间中，在电场的作用下，金属电极在静电平衡下表面将会产生电荷量为q的感应电荷，在紧靠金属电极的表面做一闭合高斯面，其上取微元dA，由高斯定理可知：
q＝∫Aε0EdA (1)
式(1)中，q表示电荷量，ε0表示真空介电常数，当电场强度随着时间变化时，感应电荷也会随着变化，感应电荷对时间的导数就是电流，通过接地电阻后产生电压降：
Figure BDA0003277699940000061
式(2)表示电荷量变化时，金属电极上测量的点电压大小。由(2)可知，当目标线缆2自身电压变化产生的电场E发生变化时，可以采集电场产生的电荷变化，进而通过公式(2)计算得到目标线缆2的电压，实现对目标线缆2电压的非接触测量。
所述温度传感器4位于第一区域；所述感应电极阵列1位于第二区域；所述第一区域和所述第二区域均围绕所述目标线缆2；所述第二区域位于所述第一区域的外部；所述第一区域在固定件5内部；所述第二区域位于固定件5和互感线圈3的中间部分；所述温度传感器4与所述目标线缆2接触；所述温度传感器4用于测量所述目标线缆2的温度。所述温度传感器4为至少一个，温度传感器4可按照环形阵列等多种排布方式，以图3所示结构为例，其采用3个温度传感器4按照环形均匀分布。温度传感器4可以基于热敏电阻、热电偶等方式实现温度的测量。
所述互感线圈3套设在所述目标线缆2的周围；所述感应电极阵列1位于所述互感线圈3与所述目标线缆2之间；所述互感线圈3用于基于电磁感应原理测量所述目标线缆2中的电流。互感线圈3由闭合的铁芯和线圈绕组组成，其可通过多种分布围绕在目标线缆2的周围，具体分布方式可采用同心圆或方形镂空等方式。
在一个示例中，所述信号测量模块，还包括：固定件5；所述固定件5套设在所述目标线缆2的周围；所述固定件5的内侧布设所述温度传感器4；所述固定件5的外侧布设所述感应电极阵列1。
图3所示的A、B、C、D区域表示感应电极阵列1按一定空间区域划分为的相应子区域，由电场耦合效应可知，当带电的目标线缆2处于空间不同位置时，不同子区域的电极阵列感应电压信号将呈现不同变化特征。基于此种特征，可对感应电极电压进行一定的动态补偿，以保证测量到的电压的稳定性与精度。
实施例3
本实施例对调理电路模块进行详细说明。
所述调理电路模块用于对所述电压、所述电流和所述温度进行调理、滤波和去噪处理。
参见图4，调理电路模块包括前置放大电路、滤波电路和A/D转换电路。
前置放大电路由差分放大电路组成，实现放大差模分量，抑制共模分量，将信号放大并抬升电平功能。滤波电路由LC组件组成，实现滤除谐波信号功能。A/D转换电路，实现模拟信号转换为数字信号的功能。
实施例4
本实施例对边缘计算模块进行详细说明。
所述边缘计算模块包括多参量计算单元和电压测量补偿器。多参量计算单元在非接触测量电压、电流的基础上，计算目标线缆2的电能、视在功率、功率因数、相位等参数。电压测量补偿器用于补偿因目标线缆2空间位置发生变化导致的电压测量误差，从而保证非接触测量电压的稳定性与精度。所述电压测量补偿器内置电极电压波动与目标电缆位置变化的关系模型；所述关系模型采用机器学习方法或神经网络方法构建而成；所述电压测量补偿器用于对所述电压进行自适应补偿。
多参量计算单元计算视在功率和功率因数的具体过程如下：
边缘计算模块接收来自调理电路模块的离散的电压u(t)与电流信号i(t)。在检测到电压与电流角度差为θ的情况下，计算出有功功率、无功功率及功率因数，其计算方法：
对电压u(t)在一个信号周期T内以Δt＝T/N等间隔采样N点，得到一个离散信号序列：
U(n)＝u(n·Δt),(n＝0,1,2,…,N-1) (3)
通过数值积分方法，求得电压有效值，例如通过复化梯形求积公式，电压有效值为：
Figure BDA0003277699940000081
由于u(t)是周期信号，将U(n)＝U(0)代入(4)式并经过简化，可以得到便于微处理器实现的公式(5)：
Figure BDA0003277699940000091
得到目标线缆2的电压有效值U，同理得到目标线缆2的电流有效值I。通过过零检测技术测得电压与电流的相位差θ，可得功率因数为cosθ。
基于计算所得的电压有效值U、电流有效值I及相位差θ，通过公式(6)计算有功功率P：
P＝U×I×cosθ (6)
通过公式(7)计算无功功率Q：
Q＝U×I×sinθ (7)
基于计算所得的P和Q，进行视在功率S的计算：
Figure BDA0003277699940000092
通过上述公式(8)计算得到视在功率S，最终将信号通过数据发送模块进行传输。
电压测量补偿器实现自适应补偿的原理如下：
参见图5，由于是非接触式测量，图5中目标线缆2可以处于信号测量模块中的任意位置，例如可以出现在如图5的(a)部分所示的位置1、图5的(b)部分所示的位置2、图5的(c)部分所示的位置3以及图5的(d)部分所示的位置n等。依据电场耦合效应，目标线缆2与感应电极阵列1相对位置发生变化时，感应电极阵列1通过公式(2)计算得到的电压会相应发生变化，从而导致非接触测量得到的电压波动，导致测量误差。为了解决这一问题，本实施例在边缘计算模块中设置有非接触式的电压测量补偿器，对电压波动进行补偿。首先，在信号测量模块中，采用了感应电极阵列1，即在目标线缆2周围通过阵列的方式，以环形或者方形等不同形状布置有若干数量的金属电极，金属电极彼此构成阵列模式，当目标线缆2位置发生变化时，会引起感应电极阵列1中相应局部电压发生变化，通过感应电极阵列1采集金属电极电压的变化，基于机器学习、神经网络建模等方法，建立电极电压波动和目标线缆2位置变化的关系模型，将该模型导入到边缘计算模块中的电压测量补偿器，通过插补、查表等方法在电压测量补偿器中对非接触测量到的电压进行动态在线补偿，从而消除因目标线缆2空间位置变化引起的测量误差。
实施例5
本实施例提供了一种电力物联网系统，参见图6，该电力物联网系统，包括：自下而上的终端节点层、组网层、网关层和数据中心层。
所述终端节点层包括上述实施例中的电能测量装置；所述非接触式电能综合测量装置为至少一个；一个所述非接触式电能综合测量装置对应一个网络节点。
参见图6，一个局域网络可以包含n1、n2或者nn个网络节点，总共节点数则为每个局域网络节点数的总和，如由n1+n2+…nn个电能测量装置组成的终端节点层，具体节点数量根据应用场景灵活设置，该层主要通过相应的硬件和软件设计，实现电能信号的测量和采集，具体信号包括电流、电压、温度、功率因数、相位、电能等参数。
所述组网层用于采用自组网协议对所述网络节点进行自组网，并将所述非接触式电能综合测量装置测量到的电能信号以局域网络的方式传输至所述网关层。组网层主要包括对局域终端节点进行自组网的软件和硬件，通过自组网协议，利用无线透传技术，对局域内部的终端节点进行自组网管理，对内进行单元节点的管理，对外则以局域网络的方式与网关层进行通信连接。
所述网关层用于采用不同的协议与所述组网层通信，将所述组网层发送的所述电能信号转换成标准协议的数据并传输。
所述数据中心层用于对所述网关层传输的标准协议的数据进行存储、分析及计算，并对外提供数据交互服务。所述数据中心层包括网络管理模块和数据中心。
在一个示例中，所述组网层包括：多个二级数据传输模块和多个自组网模块。一个所述二级数据传输模块连接所述终端节点层中的一个局域网络；每个所述自组网模块均连接一组二级数据传输模块；所述组网层中同一个所述自组网模块连接的二级数据传输模块为一组二级数据传输模块。所述二级数据传输模块用于将相应的电能测量装置测量到的电能信号传输至所述自组网模块；所述自组网模块用于对所属局域网内的网络节点进行自组网，从而将所述电能信号以局域网络的方式传输至所述网关层。
参见图6，每个自组网模块对应一个局域网络。自组网模块连接了n个二级数据传输模块，每个二级数据传输模块连接一个局域网络，一个局域网络可以包括n1、n2或者nn个网络节点(测量节点)，自组网模块通过软件协议和二级数据传输模块将本区域内的终端节点进行自组网，形成一个局域网络，每个局域网络通过自组网模块与网关层连接，进而通过网关层与数据中心进行通信和数据传输。
自组网模块支持IoT、蓝牙、Lora和433等无线透传技术，提供短距离无线传输，实现终端节点间的相互管理，同时实现自组网模块相互间无线通信和通信方式中转。
二级数据传输模块提供终端节点与自组网模块间的数据链路，具体作为终端节点将电能信号数据传输至自组网模块的数据传输通道。
在一个示例中，所述网关层包括：多个网关和多个一级数据传输模块。一个所述网关连接一个所述自组网模块；一个所述数据传输模块连接一个所述网关。所述网关用于采用不同的协议与所述自组网模块通信，将所述自组网模块发送的所述电能信号转换成标准协议的数据。所述一级数据传输模块用于将标准协议的数据传输至所述数据中心层。
参见图6，网关层包含有n个网关，每个网关与一个自组网模块连接，并通过一级数据传输模块与数据中心中的网络管理模块连接，每个一级数据传输模块与各自的网关相对应，网络管理模块通过对一个或多个一级数据传输模块进行配置，进而通过一级数据传输模块对网关进行通讯。
网关的组成结构如图7所示，共由六个单元构成，分别为供电单元、无线接收单元、通信模组、时钟管理单元、文件管理及加密系统。
网关作为功能模块，连接组网层的自组网模块进行短距离无线传输数据，实现数据协议的转换，将组网层中自组网模块的数据收集后，按照数据中心层中网络模块需要的协议格式和标准进行数据交换。在图7所示的网关结构图中，供电单元可以采用交流，或者交流经过电流变换以后的直流进行供电，或者采用备用电池的供电方案，主要用于对网关中的硬件装置提供电源；无线接收单元接收自组网的数据信息，进行数据管理；通信模组与数据中心层通讯，实现数据中心层经一级数据传输模块对网关的通信；时钟管理通过设置的智能控制信息控制终端装置；加密系统对数据传输安全要求较高的底层电能数据进行保护，例如电压信号、电流信号等，利用相关协议对传输数据进行加密，保证数据安全可靠。
一级数据传输模块提供网关与数据中心层间的数据链路，其作为接收各个网关的数据信息的传输通道。
在一个示例中，数据中心，实现数据收集、分析数据、管理数据功能，并实现数据的存储与用户功能的交互。
网络管理模块采用4G、5G等协议进行通信，主要对一个或者多个一级数据传输模块进行配置和通讯，图6中包含m个网络管理模块，其中一个网络管理模块实现对多个一级数据传输模块的配置，建立对网关的一对多管理。
本实施例的电力物联网系统的具体实现流程如图8所示。
参见图8，该流程，具体包括：
(1)首先是信号采集，第一，基于电场耦合效应，通过测量装置上最优阵列排布的感应电极，测量电压信号，并实行对目标线缆2位置变化而引起的感应电压波动的自适应动态补偿策略，从而获得稳定电压信号；第二，基于电磁感应原理，通过装置外围电流互感器线圈，测得线缆电流；第三，通过装置卡扣机构上的温度传感器4与线缆进行接触，测得线缆实时温度，通过以上三步最终得到电压，电流，温度信号参数；将上述测量所得信号进行处理，通过信号调理模块，对原始信号进行前置放大处理，通过滤波提取放大后有效信号，输出优化后的电压、电流和温度信号；优化后的信号发送至边缘计算模块，在原有的电压与电流信号基础上，通过功率换算计算得到功率因数和电能参量等，实现多参量数据的输出，并依据电压自适应补偿模型，通过边缘计算在终端节点对电压波动进行自适应在线补偿；最终信号数据通过数据发送模块发送至二级数据传输模块；
(2)进行二级数据传输，通过自组网模块将上述终端测量数据通过该模块进行整合，并建立终端节点间的相互联系，统一管理；建立与网关的连接；实现注册管理；将上述终端测量数据通过蓝牙、LoRa等无线透传方式进行与网关间的快速、准确传输。其中网关与自组网模块间的数据链路由二级数据传输模块建立。
(3)进行网关协议转换，网关接收来自二级数据传输模块的终端测量信号；其实现双向通信，建立与自组网的联系，并转换成数据中心所需协议后对与数据中心的建立通信；进行网关间相互管理，最终将数据上传至数据中心。
(4)进行一级数据传输，一级数据传输模块采用4G、5G等协议进行通信，实现网关注册管理，控制节点数据的送发。最终数据信号通过该模块的管理控制输入数据中心。其中数据中心与网关间的数据链路由一级数据传输模块建立。
(5)终端测量数据汇聚于数据中心，建立用户交互中心，基于多种的展示方式实现用户交互；分析数据，处理数据，最终数据存储与数据库中。
为解决非接触式综合电能测量，上述实施例提供的非接触式电能综合测量装置，可以一体化集成测量温度、电流、电压、电能、功率因数、相位等参量，该装置不需要进行停电安装，不需要破坏线缆绝缘层，可以直接进行非接触式测量，设计了四层网络结构，无需走线，安装简便。终端测量节点可以通过无线的方式进行自组网通信和管理，并通过网关层对多种通信协议进行兼容，转换为标准统一的协议方式与数据中心层进行对接，对数据进行存储、分析、管理，并对外与用户提供交互式服务。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的装置相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见装置部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种非接触式电能综合测量装置，其特征在于，包括：信号测量模块；
所述信号测量模块包括感应电极阵列；
所述感应电极阵列分布在目标线缆的周围；所述感应电极阵列位于所述目标线缆产生的电场空间中；所述感应电极阵列用于基于电场耦合效应测量所述目标电缆的电压。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式电能综合测量装置，其特征在于，所述信号测量模块，还包括：温度传感器；
所述温度传感器位于第一区域；所述感应电极阵列位于第二区域；所述第一区域和所述第二区域均围绕所述目标线缆；所述第二区域位于所述第一区域的外部；所述温度传感器与所述目标线缆接触；所述温度传感器用于测量所述目标线缆的温度。
3.根据权利要求1所述的一种非接触式电能综合测量装置，其特征在于，所述信号测量模块，还包括：互感线圈；
所述互感线圈套设在所述目标线缆的周围；所述感应电极阵列位于所述互感线圈与所述目标线缆之间；所述互感线圈用于基于电磁感应原理测量所述目标线缆中的电流。
4.根据权利要求2所述的一种电能测量装置，其特征在于，所述信号测量模块，还包括：固定件；
所述固定件套设在所述目标线缆的周围；所述固定件的内侧布设所述温度传感器；所述固定件的外侧布设所述感应电极阵列。
5.根据权利要求3所述的一种非接触式电能综合测量装置，其特征在于，还包括：边缘计算模块；所述边缘计算模块与所述信号测量模块连接；
所述边缘计算模块包括多参量计算单元和电压测量补偿器；
所述多参量计算单元用于根据所述电压和所述电流计算视在功率和功率因数；
所述电压测量补偿器内置电极电压波动与目标电缆位置变化的关系模型；所述关系模型采用机器学习方法或神经网络方法构建而成；所述电压测量补偿器用于对所述电压进行自适应补偿。
6.根据权利要求5所述的一种非接触式电能综合测量装置，其特征在于，还包括：调理电路模块；
所述信号测量模块通过所述调理电路模块与所述边缘计算模块连接；所述调理电路模块用于对所述电压和所述电流进行调理、滤波和去噪处理。
7.根据权利要求5所述的一种非接触式电能综合测量装置，其特征在于，还包括：数据发送模块；
所述数据发送模块与所述边缘计算模块连接；所述数据发送模块用于将电能信号发送出去；所述电能信号包括补偿后的电压、所述电流、所述视在功率和所述功率因数。
8.一种电力物联网系统，其特征在于，包括：终端节点层、组网层、网关层和数据中心层；
所述终端节点层包括权利要求1-7中任意一项所述的非接触式电能综合测量装置；所述非接触式电能综合测量装置为至少一个；一个所述非接触式电能综合测量装置对应一个网络节点；
所述组网层用于采用自组网协议对所述网络节点进行自组网，并将所述非接触式电能综合测量装置测量到的电能信号以局域网络的方式传输至所述网关层；
所述网关层用于采用不同的协议与所述组网层通信，将所述组网层发送的所述电能信号转换成标准协议的数据并传输；
所述数据中心层用于对所述网关层传输的标准协议的数据进行存储、分析及计算，并对外提供数据交互服务。
9.根据权利要求8所述的一种电力物联网系统，其特征在于，所述组网层包括：多个二级数据传输模块和多个自组网模块；
一个所述二级数据传输模块连接所述终端节点层中的一个局域网络；每个所述自组网模块均连接一组二级数据传输模块；所述组网层中同一个所述自组网模块连接的二级数据传输模块为一组二级数据传输模块；
所述二级数据传输模块用于将相应的电能测量装置测量到的电能信号传输至所述自组网模块；所述自组网模块用于对所属局域网内的网络节点进行自组网，从而将所述电能信号以局域网络的方式传输至所述网关层。
10.根据权利要求9所述的一种电力物联网系统，其特征在于，所述网关层包括：多个网关和多个一级数据传输模块；
一个所述网关连接一个所述自组网模块；一个所述数据传输模块连接一个所述网关；
所述网关用于采用不同的协议与所述自组网模块通信，将所述自组网模块发送的所述电能信号转换成标准协议的数据；
所述一级数据传输模块用于将标准协议的数据传输至所述数据中心层。
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