CN115541986A - 尽管有欺诈仍对相位上消耗的功率的估计 - Google Patents

尽管有欺诈仍对相位上消耗的功率的估计 Download PDF

Info

Publication number
CN115541986A
CN115541986A CN202210752485.4A CN202210752485A CN115541986A CN 115541986 A CN115541986 A CN 115541986A CN 202210752485 A CN202210752485 A CN 202210752485A CN 115541986 A CN115541986 A CN 115541986A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
phase
sample
samples
estimated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210752485.4A
Other languages
English (en)
Inventor
H·泰布尔勒
S·努瓦雷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sagemcom Energy and Telecom SAS
Original Assignee
Sagemcom Energy and Telecom SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sagemcom Energy and Telecom SAS filed Critical Sagemcom Energy and Telecom SAS
Publication of CN115541986A publication Critical patent/CN115541986A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/133—Arrangements for measuring electric power or power factor by using digital technique
    • G01R21/1331—Measuring real or reactive component, measuring apparent energy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R22/00—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters
    • G01R22/06—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters by electronic methods
    • G01R22/061—Details of electronic electricity meters
    • G01R22/066—Arrangements for avoiding or indicating fraudulent use
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R22/00—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters
    • G01R22/06—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters by electronic methods
    • G01R22/10—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters by electronic methods using digital techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R11/00—Electromechanical arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. of consumption
    • G01R11/02—Constructional details
    • G01R11/24—Arrangements for avoiding or indicating fraudulent use

Abstract

一种在三相电表(1)中实现的功率估计方法，并且该方法包括以下步骤：检测到欺诈，该欺诈篡改了第一相(Ph1)上存在的第一相电压(V1)的测量，而没有篡改第二相(Ph2)上存在的第二相电压的测量；从第二电压样本、所述第二相电压(V2)随时间的图像重构第一估计电压样本、所述第一相电压(V1)随时间的图像；通过使用所述第一估计电压样本来估计在所述第一相上消耗的至少一个第一电功率。

Description

尽管有欺诈仍对相位上消耗的功率的估计
技术领域
本发明涉及三相电表的领域。
背景技术
工业应用中使用的电表经常测量经由非常高的电流电平(通常高达2000A)配送的功率和电能。这些仪表通常是三相仪表。
这种仪表包括电流输入端和电压输入端。
电流传感器，例如Rogowski传感器或外部电流变压器，通常安装在相上。每个电流传感器通过两根导线连接到电流输入端。因此，对于每个相，仪表采集在所述相上循环的电流的图像。
每个电压输入端通常通过导线连接到相。因此，仪表经由相关的导线直接访问每个相上的电压。
已知欺诈包括切断将相连接到电压输入端的导线中的一条或多条。此类欺诈的目的是低估电表测得的总能耗，以减少支付给电能分销商的账单。
在欺诈的情况下，现有技术的电表继续在三相上进行计量测量，而没有考虑欺诈，并且因此实际上低估了消耗的能量。即使检测到欺诈，分销商也不知道欺诈者的设施实际消耗的能量。然而，能够证明，了解实际消耗的能量是有用的，例如从欺诈者那里收回未计费的能量付款(除了可能的惩罚，旨在制裁欺诈企图)。
发明内容
本发明旨在在尽管存在包括相上的虚假电压测量的欺诈的情况下，估计设施所消耗的总能量。
鉴于实现这一目标，提出了一种功率估计方法，该方法在三相电表中实现，并且包括以下步骤：
检测到欺诈，该欺诈篡改了配电网的第一相上存在的第一相电压的测量，而没有篡改配电网的第二相上存在的第二相电压的测量；
从第二电压样本、第二相电压随时间的图像来重构第一估计电压样本、第一相电压随时间的图像，第二电压样本在没有欺诈情况下在第一相电压和第二相电压之间以预期理论相移来随时间偏移；
通过使用第一估计电压样本来估计在第一相上消耗的至少一个第一电功率。
当在第一相上检测到欺诈时，第一相电压的测量被篡改，并且因此不可使用。
因此，根据本发明的功率估计方法将第一相电压的测量替换为第一估计样本，第一估计样本是从第二相电压的测量来重构的，而第二相电压的测量本身没有被欺诈所篡改。
然后，该方法通过使用第一估计电压样本来估计第一相上消耗的第一电功率。
因此，尽管存在欺诈，但能量分销商能够获得总电功率和设施实际消耗的总能量的相对准确的估计。
另外，提出了诸如以上所述的功率估计方法，其中重构包括采集对应于预期理论相移的第一索引偏移的步骤，并且对于与第一索引相关联的每个第一估计电压样本：
如果第一索引偏移是整数，则向第一估计电压样本赋予第二电压样本的值，该第二电压样本具有从第一索引偏移来偏移的第一索引来作为第二索引；
否则，将向第一估计电压样本赋予从使用至少一个第二电压样本的插值中获得的估计值。
另外，提出了诸如以上所述的功率估计方法，其中第一索引偏移Δ1使得：
Δ1＝2N/3或Δ1＝N/3，
其中N是第一相电压的每个周期的第一电压样本数，
并且其中如果Δ1是整数，则出现以下情况：
Figure BDA0003721442950000021
另外，提出了诸如以上所述的功率估计方法，包括如果Δ1不是整数，则通过在第二电压样本
Figure BDA0003721442950000022
和第二电压样本
Figure BDA0003721442950000023
之间执行线性插值来计算估计值的步骤，INT是取整(interger part)函数。
另外，提出了诸如以上所述的功率估计方法，其中重构包括以下步骤：
采集预先记录的参考表，并包含正弦信号的参考样本；
测量第二相电压的最大值，并将参考样本乘以与最大值成比例的振幅因子，用于获得结果参考样本，以及
对于与第一索引相关联的每个第一估计电压样本，向第一估计电压样本赋予结果参考样本的值，该结果参考样本具有从如下索引偏移来偏移的第一索引来作为索引：该索引偏移与在没有欺诈情况下第一相电压与第二相电压之间的预期理论相移相对应。
另外，提出了一种诸如以上所述的功率估计方法，其中至少一个第一电功率包括从第一估计电压样本和第一电流样本估计的第一有功功率、在第一相上循环的第一相电流随时间的图像、和/或从在第一相电压的基频上的电平样本和在第一相电流的基频上的电平样本估计的第一无功功率、和/或从第一相电压的有效值和第一相电流的有效值估计的第一视在功率。
另外，提出了诸如以上所述的功率估计方法，其中，第一相电压的基频上的电平样本和第一相电流的基频上的电平样本是通过对第一估计电压样本和第一电流样本分别应用低通滤波来获得的。
另外，提出了诸如以上所述的功率估计方法，其中，低通滤波是具有Z变换H(Z)的一阶Butterworth滤波器，使得：
Figure BDA0003721442950000031
其中：
a＝0.7569801925。
另外，提出了一种诸如以上所述的功率估计方法，还包括以下步骤：如果欺诈还篡改存在于第三相上的第三相电压的测量，则再次使用第二电压样本来重构第三电压样本、第三相电压随时间的图像，并且通过使用第三估计电压样本来估计在第三相上消耗的至少一个第三电功率。
另外，提出了一种诸如以上所述的功率估计方法，还包括以下步骤：检测该配电网除了三相之外是否包括中性线，并且如果情况并非如此，则计算第二经校正电压样本并且从第二经校正电压样本计算在第二相上消耗的至少一个第二经校正电功率。
另外，提出了一种诸如以上所述的功率估计方法，其中，第二经校正电压样本的计算包括以下步骤：采集第二索引偏移，该第二索引偏移对应于由于欺诈而导致的第二相电压的测量的预期理论相移；将第二电压样本乘以预定因子以获得第二结果样本；并且对于与第二经校正索引相关联的每个第二经校正电压样本：
如果第二索引偏移是整数，则向第二经校正电压样本赋予第二结果电压样本的值，该第二结果电压样本具有从第二索引偏移来偏移的第二经校正索引；
否则，向第二经校正电压样本赋予从使用至少一个第二结果电压样本的插值中获得的估计值。
另外，提出了诸如以上所述的功率估计方法，其中当第二相电压与第三相电压之间的角度
Figure BDA0003721442950000042
使得如下时，检测到没有中性线：
Figure BDA0003721442950000041
X是正的预定义值并且小于30。
另外，提出了如上所述的功率估计方法，其中当第一相电压小于预定义电压阈值，而第一相电流大于预定义电流阈值时，检测到欺诈。
另外，提出了一种三相电表，其包括被布置成实现诸如以上所述的功率估计方法的处理组件。
另外，提出了一种计算机程序，包括驱动诸如以上所述的三相电表的处理组件以执行诸如以上所述的功率估计方法的各步骤的指令。
另外，提出了一种可由计算机读取的记录介质，在其上记录计算机程序，诸如以上所述。
根据以下对本发明的特定非限制性实施例的描述，将最好地理解本发明。
附图说明
将对附图作出参考，附图中：
[图1]图1表示了根据本发明的在四线配置中的三相电表；
[图2]图2表示了包括正弦曲线并且使得能够解说线性插值方法的图；
[图3]图3表示了根据本发明的在三线配置中的三相电表；
[图4]图4表示了在四线配置中在正常情况下(在左手侧)和在欺诈情况下(在右手侧)在各相上测量的电压和电流的菲涅耳图；
[图5]图5是与图4相似的但是在三线配置中的图；
[图6]图6是表示根据本发明的功率估计方法的各步骤的流程图。
具体实施方式
参见图1，根据本发明的第一实施例的功率估计方法在三相电表1中实现，该三相电表旨在测量通过配电网3供应给用户的设施2的电能。该设施2是工业设施。
在该情况下，这是四线配置。
因此，配电网3包括第一相Ph1、第二相Ph2、第三相Ph3和中性线N。断路器4被置于在配电网3与设施2之间的“边界处”。三相Ph1、Ph2、Ph3和中性线N进入断路器4并且从其朝向设施2出现。断路器4使得能够切断电能配送。
仪表1包括四个电压输入端Ue1、Ue2、Ue3、UeN和三个电流输入端Ie1、1e2、Ie3(每个电流输入端包括两个端口)。
电压输入端Ue1通过导线f1连接至第一相Ph1，电压输入端Ue2通过导线f2连接至第二相Ph2，电压输入端Ue3通过导线f3连接至第三相Ph3，并且电压输入端UeN通过导线fN连接至中性线N。
电流输入端Ie1连接至安装在第一相Ph1上的外部电流变压器CT1，电流输入端1e2连接至安装在第二相Ph2上的外部电流变压器CT2，并且电流输入端Ie3连接至安装在第三相Ph3上的外部电流变压器CT3。外部电流变压器位于仪表1的外部。
在这种情况下，每个外部电流变压器具有等于2000的变压比。
为了实现计量测量，仪表1在电流输入端Ie1、Ie2、Ie3处并且由于外部变压器CT1、CT2和CT3收集在相Ph1、Ph2和Ph3上循环的相电流I1、12、I3的图像。仪表1还在电压输入端Ue1、Ue2、Ue3和UeN上收集存在于相Ph1、Ph2、Ph3上的相电压V1、V2、V3和存在于中性线N上的中性线电压VN。
仪表1还包括测量组件5，测量组件5包括前组件5a和模数转换器5b(或具有足够数量的输入端的单个模数转换器)。
前组件5a连接到电流输入端和电压输入端。前组件5a使得能够将电流输入端上的电流转换成适配于模数转换器5b的电压。前组件5a还使得能够变换适配于模数转换器5b的电压输入端上的电压。
仪表1另外包括处理组件6。
处理组件6被适配成执行程序的指令以实现根据本发明的功率估计方法。程序被存储在存储器7中，该存储器集成在或连接至处理组件6。处理组件6例如是常规处理器、微控制器、DSP(数字信号处理器)或可编程逻辑电路，诸如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。
在该情况下，处理组件6是微控制器6。
微控制器6连接至模数转换器5b并且采集由模数转换器5b产生的测量样本。
微控制器6因此采集第一电压样本
Figure BDA0003721442950000061
和第一电流样本
Figure BDA0003721442950000062
第一相电压V1和第一相电流I1分别随时间的图像。微控制器6还采集第二电压样本
Figure BDA0003721442950000063
和第二电流样本
Figure BDA0003721442950000064
第二相电压V2和第二相电流I2分别随时间的图像。微控制器6还采集第三电压样本
Figure BDA0003721442950000065
和第三电流样本
Figure BDA0003721442950000066
第三相电压V3和第二相电流I3分别随时间的图像。
以规则的间隔，微控制器6尝试检测一个或多个导线f1、f2、f3的欺诈性切割，这些欺诈性切割伪造一个或多个相电压的测量。微控制器6在所述相上不存在电压且存在电流的情况下检测到相的导线的切割。
例如，对于第一相Ph1，当第一相电压小于预定义电压阈值而第一相电流大于预定义电流阈值时，微控制器6检测到欺诈。
在这种情况下，微控制器6计算作为第一相电压V1的有效值的V1RMS和作为第一相电流I1的有效值的I1RMS，并且当以下情况时检测到第一相Ph1上的欺诈：
V1RMS＜Vf
并且I1RMS＞If，
Vf是预定义电压阈值并且If是预定义电流阈值。
有利地，If被选择成使得：
Istart＜If＜Imin，
Istart是仪表1开始测量消耗的能量的电流值，而Imin是仪表1必须以标称精度测量电流的电流值。
在这种情况下，出现以下情形：Istart＝1mA并且Imin＝10mA。
因此，例如，选择If＝5mA。
例如，选择Vf＝40V。
该欺诈检测步骤对于其他两个相以相同的方式进行。
现在假设，微控制器6(仅)已经在第一相Ph1上检测到欺诈。
第一相电压V1的测量因此被欺诈篡改，并且第一电压样本是不可用的。
因此，微控制器6将通过使用在没有遭受欺诈的参考相上的电压测量来估计在第一相Ph1上消耗的至少一个第一电功率。在这种情况下，例如，该参考相是第二相Ph2(但是也能够是第三相Ph3)。
为此，微控制器6从第二电压样本
Figure BDA0003721442950000071
第二相电压V2随时间的图像重构第一估计电压样本
Figure BDA0003721442950000072
第一相电压V1随时间的图像。
重构是通过相继的测量周期进行的，每个测量周期具有例如1s的历时。
每个相电压具有等于50Hz的网络频率，并且因此网络周期等于20ms。
对于每个网络周期的样本数记录N(因此，N是第一相电压的每个周期的第一电压样本数)，并且σ是每个测量周期的网络周期的数量。在这种情况下，出现以下情形：σ＝50。因此，每个1s的测量周期存在σN个样本。
有利地，N是4的倍数。在这种情况下，例如，N＝52。
因此，样本频率fE使得：
fE＝2600Hz。
微控制器6首先采集第一索引偏移，第一索引偏移与在没有欺诈情况下第一相电压V1与第二相电压V2之间的预期理论相移相对应。第一索引偏移已经被预先记录在存储器7中。
预期理论相移等于+120°。
通过考虑预期理论相移，并且通过考虑等于每个网络周期的样本总数(即，N)的索引偏移将对应于360°的相移，第一索引偏移Δ1是样本数，其中第二电压样本
Figure BDA0003721442950000073
必须被偏移以在该相中产生具有第一相电压V1的电压。
在这种情况下，出现以下情形：
Δ1＝2N/3。
对于每个第一估计电压样本
Figure BDA0003721442950000081
如果第一索引偏移Δ1是整数，则微控制器6向所述第一估计电压样本赋予第二电压样本的值，该第二电压样本具有从第一索引偏移Δ1来偏移的第一索引n来作为第二索引。否则，微控制器6将向第一估计电压样本
Figure BDA0003721442950000082
赋予从使用至少一个第二电压样本的插值估计的值。
因此，如果2N/3是整数，则存在第二电压样本
Figure BDA0003721442950000083
并且微控制器6认为：
Figure BDA0003721442950000084
因此，使用已知的样本
Figure BDA0003721442950000085
但随时间偏移网络周期的2/3。
然而，如果Δ1不是整数，则
Figure BDA0003721442950000086
不存在，并且微控制器6使用至少一个第二现有电压样本来产生第一估计电压样本
Figure BDA0003721442950000087
的估计值。
在这种情况下，微控制器6通过在第二电压样本
Figure BDA0003721442950000088
与第二电压样本
Figure BDA0003721442950000089
之间，即在
Figure BDA00037214429500000810
与
Figure BDA00037214429500000811
之间进行线性插值来计算估计值。
INT是“取整”函数。
微控制器6因此确定在精确时刻n-2N/3的样本
Figure BDA00037214429500000812
的值。
参见图2，根据定义，每个样本之间的时间偏移等于TE(样本周期)，即，对于fE＝2600Hz是384.62μs。
线性插值原理包括通过在第一阶近似(穿过2个点
Figure BDA00037214429500000813
Figure BDA00037214429500000814
和A2 n-INT(2N3).TE；V2n-INT(2N3)的切线)来估计与时刻
Figure BDA00037214429500000815
TE处的正弦点相对应的
Figure BDA00037214429500000816
因此，寻求从坐标
Figure BDA00037214429500000817
的点A确定纵坐标。
穿过这两个点的切线的方程是y＝a.x+b类型的，且非常容易确定。由此推导出
Figure BDA00037214429500000818
对应于点A的切线上的纵坐标，其切线的x轴是
Figure BDA00037214429500000819
因此示出：
Figure BDA00037214429500000820
在此，在这种情况下，2N/3不是整数，并且系统地进行通过线性插值的估计以重构每个第一估计电压样本。
每秒，微控制器6因此计算在第一相V1上消耗的至少一个第一电功率的值。
在这种情况下，由微控制器6计算的至少一个第一电功率包括从第一估计电压样本
Figure BDA0003721442950000091
和从第一电流样本
Figure BDA0003721442950000092
估计的第一有功功率、从第一相电压V1的基频上的电平样本和第一相电流I1的基频上的电平样本估计的第一无功功率、以及从第一相电压V1的有效值和第一相电流I1的有效值估计的第一视在功率。随时间消耗的能量的测量从这些功率估计导出。
在这种情况下，微控制器6因此计算：
Figure BDA0003721442950000093
(第一有功功率)；
Figure BDA0003721442950000094
(第一无功功率)；
S1＝V1RMS.I1RMS(第一视在功率)。
Figure BDA0003721442950000095
是第一相电压V1的基频上的电平的第n个样本。
Figure BDA0003721442950000096
是第一相电流I1的基频上的电平的第n个样本。
这些值V1RMS和I1RMS是从样本
Figure BDA0003721442950000097
和
Figure BDA0003721442950000098
通过计算获得的。
因此，应理解表示每4倍网络周期的样本数N的选择的兴趣，其使得能够通过在第一相电压V1的基频上简单地偏移电平样本的周期的四分之一来促成无功功率的计算。
第一相电压V1的基频上的电平样本
Figure BDA0003721442950000099
和第一相电流I1的基频上的电平样本
Figure BDA00037214429500000910
分别通过(重构的)第一估计电压样本
Figure BDA00037214429500000911
和第一电流样本
Figure BDA00037214429500000912
的低通滤波来获得。
在这种情况下，低通滤波使用一阶Butterworth滤波器。
一阶Butterworth滤波器的Z变换由以下关系表示：
Figure BDA00037214429500000913
其中
Figure BDA00037214429500000914
有利地，在这种情况下，选择以下：
a＝0.7569801925，
当网络频率f1使得如下情况时，其能够获得70Hz的3dB的截止频率：f1＝50Hz。
有趣的是，注意到网络频率f1，知道样本频率fE使得fE＝N.f1(其中在这种情况下，N＝52)，
Figure BDA0003721442950000101
与f1无关。因此，滤波器在频率f1处的增益和相移对于
Figure BDA0003721442950000102
是相同的。
在该滤波器是线性的情况下，通过注意滤波器的输入E(Z)和滤波器的输出S(Z)，出现以下关系：
S(Z)＝H(Z).E(Z)
在滤波器的输入端处对样本
Figure BDA0003721442950000103
进行数字滤波的情况下，在输出端处给出样本
Figure BDA0003721442950000104
出现以下关系：
Figure BDA0003721442950000105
其中a＝0.7569801925。
Figure BDA0003721442950000106
和
Figure BDA0003721442950000107
被初始化为0。
同样，对于以下将描述的其他滤波器而言，出现以下关系：
Figure BDA0003721442950000108
其中a＝0.7569801925
Figure BDA0003721442950000109
和
Figure BDA00037214429500001010
被初始化为0。
Figure BDA00037214429500001011
其中a＝0.7569801925。
Figure BDA00037214429500001012
和
Figure BDA00037214429500001013
被初始化为0。
Figure BDA00037214429500001014
其中a＝0.7569801925。
Figure BDA00037214429500001015
和
Figure BDA00037214429500001016
被初始化为0。
Figure BDA00037214429500001017
其中a＝0.7569801925。
Figure BDA00037214429500001018
和
Figure BDA00037214429500001019
被初始化为0。
Figure BDA00037214429500001020
其中a＝0.7569801925。
Figure BDA00037214429500001021
和
Figure BDA00037214429500001022
被初始化为0。
如果欺诈还篡改了第三相Ph3上存在的第三相电压V3的测量，则仅有的可用参考相是第二相Ph2。
微控制器6因此首先重构针对第一相电压V1的第一估计样本，并且如上计算：
Figure BDA00037214429500001023
(第一有功功率)；
Figure BDA00037214429500001024
(第一无功功率)；
S1＝V1RMs.I1RMS(视在功率)。
微控制器6然后再次使用第二电压样本
Figure BDA00037214429500001025
来重构第三估计电压样本
Figure BDA00037214429500001026
并且通过使用第三估计电压样本
Figure BDA00037214429500001027
来估计在第三相Ph3上消耗的至少一个第三电功率。
为此，微控制器6首先采集第三索引偏移Δ3，第三索引偏移与在没有欺诈情况下第三相电压V3与第二相电压V2之间的预期理论相移相对应。
预期理论相移等于-120°。
通过考虑预期理论相移，并且通过考虑等于每个网络周期的样本总数(即，N)的索引偏移将对应于360°的相移，第三索引偏移Δ3是样本数，其中第二电压样本
Figure BDA0003721442950000111
必须被偏移以产生具有第三相电压V3的相电压。
因此，在这种情况下，出现以下情况：
Δ3＝N/3。
如果索引偏移是整数，即如果N/3是整数，则存在第二电压样本
Figure BDA0003721442950000112
并且微控制器6认为：
Figure BDA0003721442950000113
然而，如果Δ3不是整数，则不存在
Figure BDA0003721442950000114
并且微控制器6使用至少一个第二现有电压样本来产生第三估计电压样本
Figure BDA0003721442950000115
的估计值。
在这种情况下，微控制器6通过在第二电压样本
Figure BDA0003721442950000116
与第二电压样本
Figure BDA0003721442950000117
之间，即在
Figure BDA0003721442950000118
与
Figure BDA0003721442950000119
之间进行线性插值来计算估计值。
微控制器6因此确定在精确时刻n-N/3的样本
Figure BDA00037214429500001110
的值。
在此，在这种情况下，N/3不是整数，并且系统地进行通过线性插值的估计。
微控制器6因此计算：
Figure BDA00037214429500001111
(第三有功功率)；
Figure BDA00037214429500001112
(第三无功功率)；
S3＝V3RMS.I3RMS(第三视在功率)。
通过应用诸如以上所述的Butterworth滤波器来计算样本
Figure BDA00037214429500001113
和
Figure BDA00037214429500001114
这些值V3RMS和I3RMS是从样本
Figure BDA00037214429500001115
和
Figure BDA00037214429500001116
通过计算获得的。
参考图3，本次使用三线配置。
配电网3包括第一相Ph1、第二相Ph2、和第三相Ph3，但是没有中性线。
仪表1包括三个电压输入端Ue1、Ue2、Ue3和三个电流输入端Ie1、1e2、Ie3(每个电流输入端包括两个端口)。
仪表1再次包括测量元件5a和模数转换器5b、以及连接到模数转换器5b的微控制器6。
再次，使用其中导线f1已经被恶意用户切割的情况。
因此，出现以下情况：
V1RMS＜40V
并且I1RMS＞5mA。
微控制器6因此已经检测到欺诈，该欺诈篡改了第一相电压V1的测量。
假设欺诈没有篡改第二相电压V2的测量，也没有篡改第三相电压V3的测量。
本发明的实现在三线配置中稍有不同。
针对该不同的原因从图4和5的示图中说明。
图4表示了在图1中的四线配置中，在正常情况下(在左手侧)和在包括切割导线f1的欺诈情况下(在右手侧)电压和电流的菲涅耳图。
观察到，没有电压测量(在这种情况下为V1测量)对其他电压的振幅和角度没有影响。在没有两个电压的情况下，相同情况应用于其余电压。
图5表示了在图3中的三线配置中，在正常情况下(在左手侧)和在包括切割导线f1的欺诈情况下(在右手侧)电压和电流的菲涅耳图。
观察到，没有电压测量(在这种情况下为V1测量)会对测得的振幅具有影响(振幅按比率
Figure BDA0003721442950000121
减小)，但也会对其他电压的测得角度具有影响(V2测量是+30°，而V3测量是-30°)。
因此，微控制器6首先初步检测配电网3是否包括三相以外的中性线。
如果情况并非如此，即如果配置是三线配置，则微控制器6考虑因子
Figure BDA0003721442950000122
以及+30°和-30°的相移以估计电功率。
微控制器6将首先计算第二经校正电压样本
Figure BDA0003721442950000123
和第三经校正电压样本
Figure BDA0003721442950000124
因此，微控制器6将从第二经校正电压样本计算第二相Ph2上消耗的至少一个第二经校正电功率(在这种情况下，第二有功功率、第二无功功率和第二视在功率)，并从第三经校正电压样本计算第三相Ph3上消耗的至少一个第三经校正电功率(在这种情况下，第三有功功率、第三无功功率和第三视在功率)。
为了计算第二经校正电压样本
Figure BDA0003721442950000131
微控制器6采集第二索引偏移Δ2，第二索引偏移与由于欺诈而导致的第二相电压V2的测量的预期理论相移相对应。
对于第二相，理论相移等于30°，并且因此第二索引偏移Δ2使得：
Δ2＝11N/12。
微控制器6首先将第二电压样本
Figure BDA0003721442950000132
乘以预定因子，在这种情况下，该因子等于
Figure BDA0003721442950000133
该因子使得能够补偿已被反向因子减小的振幅。获得第二结果样本。
对于与第二经校正索引相关联的每个第二经校正电压样本
Figure BDA0003721442950000134
如果第二索引偏移是整数，则微控制器6向第二经校正电压样本
Figure BDA0003721442950000135
赋予第二结果电压样本的值，该第二结果电压样本具有从第二索引偏移来偏移的第二经校正索引来作为第二索引。否则，微控制器6将向第二经校正电压样本
Figure BDA0003721442950000136
赋予使用从至少一个第二结果电压样本的插值估计的值。
因此，使得能够在不计算线性插值的情况下获得第二经校正样本的“理想”时间偏移对应于第二电压样本情况下的精确时刻n-11N/12。
因此，N必须可以被12整除，这里N＝52时不是这种情况，使得线性插值是系统计算的。
同样，为了计算第三经校正电压样本
Figure BDA0003721442950000137
微控制器6采集第三索引偏移，第三索引偏移与由于欺诈而导致的第三相电压V3的测量的预期理论相移相对应。
对于第三相，理论相移等于-30°，因此第三索引偏移Δ3使得：
Δ3＝N/12。
因此，微控制器6将第三电压样本
Figure BDA0003721442950000138
乘以预定因子，在这种情况下，该因子等于
Figure BDA0003721442950000139
该因子使得能够补偿已被反向因子减小的振幅。获得第三结果样本。
对于与第三经校正索引相关联的每个第三经校正电压样本
Figure BDA00037214429500001310
如果第三索引偏移是整数，则微控制器6向第三经校正电压样本赋予第三结果电压样本的值，该第三结果电压样本具有从第三索引偏移来偏移的第三经校正索引来作为第三索引。否则，微控制器6将向第三经校正电压样本赋予使用从至少一个第三结果电压样本的插值估计的值。
因此，使得能够在不计算线性内插的情况下获得第三经校正样本的理想摄时间偏移对应于第三电压样本情况下的精确时刻n-N/12。
因此，N必须可以被12整除，这里N＝52时不是这种情况，使得线性插值是系统计算的。
微控制器6随后计算在第二相Ph2上消耗的第二经校正电功率以及在第三相Ph3上消耗的第三经校正电功率：
Figure BDA0003721442950000141
(第二经校正有功功率)；
Figure BDA0003721442950000142
(第二经校正无功功率)；
S2＝U2RMS.I2RMS(第二经校正视在功率)；
Figure BDA0003721442950000143
(第三经校正有功功率)；
Figure BDA0003721442950000144
(第三经校正无功功率)；
S3＝U3RMS.I3RMS(第三经校正视在功率)。
样本
Figure BDA0003721442950000145
和
Figure BDA0003721442950000146
是通过分别在第二经校正电压样本
Figure BDA0003721442950000147
和第二电流样本
Figure BDA0003721442950000148
上应用如上所述的Butterworth滤波器来计算的。
同样，样本
Figure BDA0003721442950000149
和
Figure BDA00037214429500001410
是通过分别在第三经校正电压样本
Figure BDA00037214429500001411
和第三电流样本
Figure BDA00037214429500001412
上应用如上所述的Butterworth滤波器来计算的。
因此，第一估计电压样本
Figure BDA00037214429500001413
是通过在所有1s的周期上应用与四线配置中完全相同的方法来重构的。然而，本次使用的第二经校正电压样本
Figure BDA00037214429500001414
因此，微控制器6如下计算在第一相Ph1上消耗的第一电功率：
Figure BDA00037214429500001415
(第一有功功率)；
Figure BDA00037214429500001416
(第一无功功率)；
S1＝V1RMS.I1RMS(第一视在功率)。
样本
Figure BDA00037214429500001417
和
Figure BDA00037214429500001418
是通过分别在第一经校正电压样本
Figure BDA00037214429500001419
和第一电流样本
Figure BDA00037214429500001420
上应用如上所述的Butterworth滤波器来计算的。
如能够看到的，微控制器必须检测该配置是四线还是三线配置，即配电网3除了三相之外包括还是不包括中性线。第一电功率的估计实际上根据实际配置是不同的。同样，在第二电功率和第三电功率上应用校正取决于配置。
因此，该功率估计方法包括初步步骤，其包括检测网络3和仪表1是位于四线还是三线配置中。
为此，在已经检测到第一相Ph1上的欺诈之后，微控制器6测量两个其余电压之间，即第二相电压V2和第三相电压V3之间的角度
Figure BDA0003721442950000152
(在其中第二相电压V2和第三相电压V3的测量没有被篡改的情况下)。
因此，微控制器6确定角度
Figure BDA0003721442950000153
是否处于接近180°的绝对值，如果是这种情况，则检测到三线配置。
微控制器6验证角度
Figure BDA0003721442950000154
是否属于预定义间隔：
Figure BDA0003721442950000151
X是正的预定义值并且小于30。例如，出现以下情况：X＝20。
如果角度
Figure BDA0003721442950000155
属于预定义间隔，则微控制器6认为角度
Figure BDA0003721442950000156
于接近180°的绝对值中，并且因此检测到三线配置。否则，微控制器6检测到四线配置。
要注意，在三线配置中，只有在只有一个电压输入丢失的情况下，才有可能估计在没有欺诈的情况下消耗的功率(在单个相上欺诈，如在三线中，如果丢失了两相，则仪表不再被供电)，而在四线配置中，在丢失两个电压输入的情况下，估计它们是可能的。
还应注意，在微控制器6检测到两个电压输入丢失(两相上的欺诈)的情况下，微控制器6可能会系统地检测四线配置(因为仪表1被供电)；因此，仪表1在相应的条件下执行估计方法。事实上，当配置是三线配置且两个电压丢失时，仪表会自动关闭。
估计方法的不同步骤可在图6中所见。
该方法在步骤E0处开始。
微控制器6尝试在三相之一上检测至少一个欺诈(步骤E1)。
如果未检测到欺诈，则微控制器6通常通过使用模数转换器5b发送的电压样本和电流样本来计算三相中每相的有功功率、无功功率和视在功率的估计(步骤E2)。不必重构电压样本。
功率估计的计算以固定的间隔进行(例如，1s的周期)。
该方法返回到步骤E1。
在步骤E1中，如果微控制器6在两个相上检测到欺诈，则微控制器6直接从中推断该配置是四线配置(参见刚刚说明的内容)。
例如，假设第一相电压V1的测量和第三相电压V3的测量是被篡改的。
微控制器6首先重构从第二电压样本估计的第一电压样本、第二相电压(参考电压)的图像。因此，微控制器6估计在第一相上消耗的第一电功率(步骤E3)。
然后，微控制器6重构从第二电压样本、第二相电压(参考电压)的图像估计的第三电压样本。因此，微控制器6估计在第三相上消耗的第三电功率(步骤E4)。
功率估计的计算以固定的间隔进行(例如，1s的周期)。
该方法返回到步骤E1。
现在假设在步骤E1中，微控制器6在单个相上检测到欺诈；假设第一相电压的测量是被篡改的。
因此，微控制器6检测网络3和仪表1位于四线还是三线配置中(步骤E5)。
如果检测到三线配置，则微控制器6产生第二相Ph2的第二经校正电压样本(振幅和相位校正)，并使用第二经校正电压样本计算第二相Ph2上消耗的第二经校正电功率。同样，微控制器6产生第三相Ph3的第三经校正电压样本，并使用第三经校正电压样本计算第三相Ph3上消耗的第三经校正电功率：步骤E6。
然后，微控制器6重构从第二经校正电压样本(或从第三经校正电压样本)估计的第一电压样本，并由此估计在第一相上消耗的第一电功率(步骤E7)。
功率估计的计算以固定的间隔进行(例如，1s的周期)。
该方法返回到步骤E1。
在步骤E5中，如果检测到四线配置，则微控制器6重构从第二电压样本(或从第三电压样本)估计的第一电压样本，并且因此估计第一相上消耗的第一电功率(步骤E8)。
功率估计的计算以固定的间隔进行(例如，1s的周期)。
该方法返回到步骤E1。
现在，描述根据本发明的第二实施例的功率估计方法。
再次认为欺诈篡改了第一相Ph1上存在的第一相电压V1的测量，而没有篡改第二相Ph2上存在的第二相电压V2的测量。第二相电压V2再次是参考电压。
第二实施例与第一实施例之间的主要区别与重构步骤有关，该重构步骤被实现以重构第一估计电压样本。
参考表已经被记录在存储器7中。该参考表包含正弦函数的参考样本，在该情况下是余弦函数。
每个参考样本被写为cos(θi)，并且因此具有一值，根据角度θi(x轴)的余弦(y轴)的值。
出现以下情况：cos(θ0)＝1。
i的值对应于值cos(θi)在表中的位置。i的值也是参考样本cos(θi)的索引。
例如，俯仰角θi等于0.1°(即，对于所有i、θi+1，θi＝0.1°)。
要注意，参考表包含从0°至90°变化的i的参考样本就足够了。超过1/4个周期的值确实足以通过沿x轴的水平对称和沿y轴的垂直对称重构整个周期。
为了重构第一估计电压样本，微控制器6首先采集参考表。
因此，微控制器6测量第二相电压V2的最大值，并将参考样本乘以与最大值成比例的振幅因子，以获得结果参考样本。
在这种情况下，振幅因子等于最大值V2max，其使得：
Figure BDA0003721442950000171
在四线配置中，以及
Figure BDA0003721442950000172
在三线配置中。
然后，对于与第一索引相关联的每个第一估计电压样本，微控制器6向所述第一估计电压样本赋予结果参考样本的值，该参考样本具有从如下索引偏移来偏移的第一索引来作为索引：该索引偏移与在没有欺诈情况下第一相电压和第二相电压之间的预期理论相移相对应。
因此，微控制器6将参考表中包含的参考样本偏移±120°(±0.1°)。
这种方法使得能够避免任何计算，并大大节省CPU时间。
因此，微控制器6通过使用第一估计电压样本来估计第一相上消耗的第一电功率。
在变型中，无论配置如何(四线或三线)，在欺诈仅影响第一相Ph1的情况下，估计第一电功率、从第二电压样本(第二相电压V2)和第三电压样本(第三相电压V3)两者重构第一估计电压样本是可能的。
微控制器6为此计算从第二电压样本重构的第一估计电压样本和从第三电压样本重构的第一估计电压样本的算术平均值，以产生用于估计第一电功率的第一经统一电压样本。
自然，本发明不限于所描述的实施例，而是包括进入本发明范围的，诸如权利要求所定义的任何变体。
这表明，在没有欺诈情况下第一相电压和第二相电压之间的预期理论相移等于+120°。自然，该值取决于称为“第一相”和“第二相”的相；预期理论相移可能等于-120°。因此，第一索引偏移Δ1可以是使得：
Δ1＝N/3
同样，对于第二相电压的测量因欺诈而导致的预期理论相移可等于-30°，并且对于第三相电压的测量因欺诈而导致的预期理论相移可等于+30°。
仪表的架构可能与该情况下描述的不同。(诸)模数转换器因此例如可被集成到微控制器中。

Claims (16)

1.一种在三相电表(1)中实现的功率估计方法，并且所述方法包括以下步骤：
检测欺诈，所述欺诈篡改了配电网(3)的第一相(Ph1)上存在的第一相电压(V1)的测量，而没有篡改所述配电网(3)的第二相(Ph2)上存在的第二相电压(V2)的测量；
从第二电压样本、所述第二相电压(V2)随时间的图像来重构第一估计电压样本、所述第一相电压(V1)随时间的图像，，所述第二电压样本在没有欺诈情况下在所述第一相电压和所述第二相电压之间以预期理论相移来随时间偏移；
通过使用所述第一估计电压样本来估计在所述第一相上消耗的至少一个第一电功率。
2.如权利要求1所述的功率估计方法，其特征在于，所述重构包括采集对应于所述预期理论相移的第一索引偏移的步骤，并且对于与第一索引相关联的每个第一估计电压样本：
如果所述第一索引偏移是整数，则向所述第一估计电压样本赋予第二电压样本的值，所述第二电压样本具有从所述第一索引偏移来偏移的第一索引来作为第二索引；
否则，将向所述第一估计电压样本赋予从使用至少一个第二电压样本的插值中获得的估计值。
3.如权利要求2所述的功率估计方法，其特征在于，所述第一索引偏移Δ1使得：
Δ1＝2N/3或者Δ1＝N/3，
其中N是所述第一相电压的每个周期的第一电压样本数，
并且其中如果Δ1是整数，则出现以下情况：
Figure FDA0003721442940000011
4.如权利要求3所述的功率估计方法，其特征在于，包括如果Δ1不是整数，则通过在第二电压样本
Figure FDA0003721442940000012
和第二电压样本
Figure FDA0003721442940000013
之间执行线性插值来计算所述估计值的步骤，INT是取整函数。
5.如权利要求1所述的功率估计方法，其特征在于，所述重构包括以下步骤：
采集预先记录的参考表，并包含正弦信号的参考样本；
测量所述第二相电压的最大值，并将所述参考样本乘以与所述最大值成比例的振幅因子，以获得结果参考样本，以及
对于与第一索引相关联的每个第一估计电压样本，向所述第一估计电压样本赋予结果参考样本的值，所述结果索引样本具有从如下索引偏移来偏移的第一索引来作为索引：所述索引偏移与在没有欺诈情况下所述第一相电压与所述第二相电压之间的预期理论相移相对应。
6.如前述权利要求之一所述的功率估计方法，其特征在于，所述至少一个第一电功率包括从第一估计电压样本和从第一电流样本估计的第一有功功率、在所述第一相上循环的第一相电流(I1)随时间的图像、和/或从在所述第一相电压(V1)的基频上的电平样本和在所述第一相电流(I1)的基频上的电平样本估计的第一无功功率、和/或从所述第一相电压(V1)的有效值和所述第一相电流(I1)的有效值估计的第一视在功率。
7.如权利要求6所述的功率估计方法，其特征在于，所述第一相电压(V1)的基频上的所述电平样本和所述第一相电流(I1)的基频上的所述电平样本是通过对所述第一估计电压样本和所述第一电流样本分别应用低通滤波来获得的。
8.如权利要求7所述的功率估计方法，其特征在于，所述低通滤波是具有Z变换H(Z)的第一阶Butterworth滤波器，使得：
Figure FDA0003721442940000021
其中：
a＝0.7569801925。
9.如前述权利要求之一所述的功率估计方法，其特征在于，还包括以下步骤：如果所述欺诈还篡改了第三相(Ph3)上存在的第三相电压(V3)的测量，则再次使用所述第二电压样本来重构第三估计电压样本、所述第三相电压随时间的图像，并且通过使用所述第三估计电压样本来估计在所述第三相上消耗的至少一个第三电功率。
10.如前述权利要求之一所述的功率估计方法，其特征在于，还包括以下步骤：检测所述配电网(3)除了三相之外是否包括中性线(N)，并且如果情况并非如此，则计算第二经校正电压样本并且从所述第二经校正电压样本计算在所述第二相上消耗的至少一个第二经校正电功率。
11.如权利要求10所述的功率估计方法，其特征在于，所述第二经校正电压样本的计算包括以下步骤：采集第二索引偏移，所述第二索引偏移对应于由于欺诈而导致的所述第二相电压(V2)的测量的预期理论相移；将所述第二电压样本乘以预定因子以获得第二结果样本；并且对于与第二经校正索引相关联的每个第二经校正电压样本：
如果所述第二索引偏移是整数，则向所述第二经校正电压样本赋予第二结果电压样本的值，所述第二结果电压样本具有从所述第二索引偏移来偏移的第二经校正索引来作为第二索引；
否则，向所述第二经校正电压样本赋予从使用至少一个第二结果电压样本的插值中获得的估计值。
12.如权利要求10所述的功率估计方法，其特征在于，当所述第二相电压(V2)和所述第三相电压(V3)之间的角度
Figure FDA0003721442940000031
使得以下情况时，检测到没有中性线(N)：
Figure FDA0003721442940000032
X是正的预定义值并且小于30。
13.如前述权利要求之一所述的功率估计方法，其特征在于，当所述第一相电压小于预定义电压阈值，而所述第一相电流大于预定义电流阈值时，检测到欺诈。
14.一种多相电表，其包括布置成实现如前述权利要求之一所述的功率估计方法的处理组件(6)。
15.一种包括指令的计算机程序，所述指令使得如权利要求14所述的三相电表(1)的处理组件(6)执行如权利要求1到13之一所述的功率估计方法的各步骤。
16.一种能由计算机读取的记录介质，其上记录如权利要求15所述的计算机程序。
CN202210752485.4A 2021-06-29 2022-06-29 尽管有欺诈仍对相位上消耗的功率的估计 Pending CN115541986A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2107012A FR3124600B1 (fr) 2021-06-29 2021-06-29 Estimation, malgré une fraude, de la puissance consommée sur une phase
FR2107012 2021-06-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115541986A true CN115541986A (zh) 2022-12-30

Family

ID=77711005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210752485.4A Pending CN115541986A (zh) 2021-06-29 2022-06-29 尽管有欺诈仍对相位上消耗的功率的估计

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220413023A1 (zh)
EP (1) EP4113131B1 (zh)
CN (1) CN115541986A (zh)
FR (1) FR3124600B1 (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9010091D0 (en) * 1990-05-04 1990-06-27 Polymeters Response Internatio Electricity meter tamper monitoring
US6236197B1 (en) * 1998-05-15 2001-05-22 Abb Power T&D Company Inc. Apparatus and method for detecting tampering in a multiphase meter
FR2953983B1 (fr) * 2009-12-15 2012-01-13 Areva T & D Sas Procede de commande d'un appareil d'interruption de courant dans un reseau electrique haute tension
FR2991057B1 (fr) * 2012-05-24 2014-06-20 Schneider Electric Ind Sas Systeme de mesure de l'energie electrique, poste de transformation comprenant un tel systeme et procede de mesure de l'energie electrique avec un tel systeme

Also Published As

Publication number Publication date
EP4113131B1 (fr) 2023-10-25
US20220413023A1 (en) 2022-12-29
EP4113131A1 (fr) 2023-01-04
FR3124600A1 (fr) 2022-12-30
FR3124600B1 (fr) 2023-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0777125B1 (en) Vector electricity meters and associated vector electricity metering methods
US8244489B2 (en) Parametric multi-cycle averaging in an intelligent electronic device
CA2651302C (en) Fractional sampling of electrical energy
US20090287428A1 (en) Fractional samples to improve metering and instrumentation
KR100823832B1 (ko) 전력계통의 주파수 추정장치 및 그 방법
US8165835B1 (en) Complex wavelet filter based power measurement and calibration system
MX2011012664A (es) Aparato y metodo de estimacion de fasores sincronizados en tiempos predeterminados referidos a estandar de tiempo comun en sistema electrico.
TW200827732A (en) Filtering techniques to remove noise from a periodic signal and Irms calculations
JP4564863B2 (ja) 電源ライン測定装置
US9194897B2 (en) Electronic watt-hour meter and electronic watt-hour measuring method
Slepička et al. Comparison of nonparametric frequency estimators
CN115541986A (zh) 尽管有欺诈仍对相位上消耗的功率的估计
Tarasiuk et al. Impact of sampling frequency on accuracy of unbalance factor measurement by DFT
CN111707867A (zh) 一种交流电流测量方法、装置、电子设备及存储介质
CN108717141A (zh) 利用单相电压测量电气量频率的方法、测量系统
JP7215226B2 (ja) 接続相推定装置、接続相推定プログラム及び接続相推定方法
Rodrigues et al. Implementation of Goertzel-based frequency estimation for power quality monitoring in embedded measurement systems
Bertocco et al. Resolution enhancement in harmonic analysis by compressive sensing
KR20170006067A (ko) 전력 계통의 주파수 추정 장치
CN115541988A (zh) 尽管有欺诈仍对相上消耗的功率的估计
KR20140103716A (ko) 주파수 검출 장치 및 방법
JP6246323B2 (ja) デルタ結線の電気設備におけるｖａ計測
Sarkar et al. Design and implementation of a high accuracy sampling wattmeter under non-sinusoidal and off-nominal frequency conditions
CN115407122A (zh) 电能计量装置和电能计量方法
Jovanović et al. The Power Quality Estimation by Integrated Power Meter DSP Block

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication