CN116918209A - 用于评估电相量以识别、评估和缓解电能质量问题的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了用于评估电相量以识别、评估和缓解选择的电能质量问题的系统和方法。根据本公开的一个实施例的方法包括使用电气系统中的一个或多个智能电子设备捕获或导出至少一个能量相关信号，以及处理来自所述至少一个能量相关信号或从所述至少一个能量相关信号导出的电测量数据，以识别电气系统中的异常特征。响应于识别电气系统中的异常特征，可以基于或使用识别的异常特征来确定电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度。电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度可以在至少一个相量图上显示，并且可以分析至少一个相量图以确定缓解所识别的异常特征中的至少一个的最优/最成本有效的设备。

Description

用于评估电相量以识别、评估和缓解电能质量问题的系统和 方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年12月18日提交的美国临时申请No.63/127,302的权益和优先权，该申请是根据35U.S.C.§119(e)提交的，并通过引用整体结合于此。
技术领域
本公开总体上涉及电能质量问题，更具体地，涉及用于评估电相量以识别、评估和缓解电能质量问题的系统和方法。
背景技术
众所周知，电能质量问题/事件是对电力系统(有时也称为“电网”)最重大和最昂贵的影响之一。根据莱昂纳多电能质量倡议(Leonardo Power Quality Initiative)，糟糕的电能质量估计每年给欧洲经济造成高达1500亿欧元的损失。1此外，根据电力研究所(EPRI)的研究，美国经济每年经历1190亿至1880亿美元的损失。2也许最重要的统计数据是EPRI发现80％的电能质量干扰是在设施内产生的。一个示例性经济模型将与电能质量事件相关联的总成本总结如下：
总损失＝生产损失+重启损失+产品/材料损失+设备损失+第三方成本+其他杂项成本3
与电能质量问题有关的其他杂项费用可能包括无形损失，如客户和供应商的声誉受损，或更直接的损失，如信用评级和股票价格贬值。
发明内容
本文描述了用于评估电相量以识别、评估和缓解电能质量问题的新的和创新的评估技术。电能质量问题可以包括例如短时间均方根(rms)变化和电压瞬变(本文一般称为“瞬态过电压事件”)。
如已知的，例如瞬态过电压事件，可能起源于能源消费者的设施内部或电力公司的电网外部，通常通过各级电气和数据系统传播。破坏性瞬态过电压事件可以从明显的，如雷暴期间的雷击，到微妙的，如人类手指的静电放电。研究表明，60％或更多的瞬态过电压事件源于设施内部，其余源于外部，包括源于公用系统的闪电事件和开关瞬态事件。
超过绝缘额定值的瞬态过电压事件会对电绝缘造成压力，导致电介质逐渐击穿或突然失效。例如，一些工业设施每小时可能会经历数千次瞬态过电压事件，在某些情况下，电压脉冲超过标称系统电压的五到十倍。减少瞬态过电压事件的幅度和持续时间可以延长设备绝缘的寿命(例如，在这些工业设施中)，从而延长设备的运行寿命。
瞬态过电压事件通常持续不到一微秒到几毫秒，通常分为两个不同的子类别：脉冲或振荡。因为由于瞬态过电压事件的损坏可能不明显，导致的故障往往被诊断为“原因不明”。研究表明，高达75％的集成电路故障可能是由于瞬态过电压事件。此外，据估计，由于瞬态过电压事件，全球每年发生数十亿美元的电子设备损失，随着技术的发展，这些数字每年都在增加。
由于它们的普遍性及其对电气系统的影响，对短期rms变化和瞬态过电压事件的暴露有一个明确的理解是至关重要的，尤其是对于具有敏感或易受影响的负载和过程的设施。为了满足这一需要和其他需要，本文公开的发明提供了用于评估电相量的新的和创新的评估技术，以识别、评估和缓解电能质量问题，包括短期rms变化和瞬态过电压事件。
根据本公开的一个实施例的方法包括使用电气系统中的一个或多个智能电子设备捕获、测量或导出至少一个能量相关信号，以及处理来自所述至少一个能量相关信号或从所述至少一个能量相关信号导出的电测量数据，以识别电气系统中的异常特征。响应于识别电气系统中的异常特征，可以基于或使用识别的异常特征来确定电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度(例如，电压骤降深度的指示)。电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度可以在至少一个相量图上呈现/显示，并且可以分析至少一个相量图以确定缓解所识别的异常特征中的至少一个的最优/最成本有效的设备。可以基于确定最优/最成本有效的设备来采取或执行一个或多个动作，以缓解所识别的异常特征中的至少一个。
根据本公开的一些实施例，电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度分别由至少一个相量图上的至少一个指示表示。所述至少一个指示可以采取相量、形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标中的至少一个的形式，例如，至少一个指示符代表电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度。根据本公开的一些实施例，手动或自动配置与相量、形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标相关联的特征。
根据本公开的一些实施例，该方法还包括确定所识别的异常特征的持续时间，并在所述至少一个相量图上显示所识别的异常特征的持续时间。根据本公开的一些实施例，分析与至少一个相量图上呈现的电压相位跳跃的程度、电压骤降幅度和所识别的异常特征的持续时间中的至少一个相关的信息，以确定缓解所识别的异常特征中的至少一个的最优/最成本有效的设备。
根据本公开的一些实施例，基于确定缓解所识别的异常特征中的至少一个的最优/最成本有效设备而采取或执行的一个或多个动作包括：将一个或多个缓解解决方案特征叠加在所述至少一个相量图的一个或多个相量图上。根据本公开的一些实施例，使用形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标中的至少一个来指示一个或多个缓解解决方案特征，其中至少一个指示符代表所述一个或多个缓解解决方案特征。叠加在一个或多个相量图上的一个或多个缓解解决方案特征可以例如与至少一个范围或区域相关联，其中所述一个或多个缓解解决方案特征被确定为能够成功缓解所述至少一个范围或区域内的所识别的异常状况中的至少一个异常状况。根据本公开的一些实施例，一个或多个缓解解决方案特征包括解决或缓解以下至少一项的能力：电压相位跳跃、电压骤降幅度和所识别的异常特征的持续时间(例如，如由标记或其他形式的指示所示)。在一些实施例中，可以在至少一个相量图中的一个或多个相量图上指示重复出现的异常特征。应当理解，在上述和下述至少一个相量图上可以呈现各种信息，包括与缓解解决方案特性相关的信息和与所识别的异常特征相关的信息(例如，相位跳跃的程度、电压骤降幅度和所识别的异常特征的持续时间)。这些类型的信息每个可以由一个或多个指示来示出，所述指示包括例如形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标。
根据本公开的一些实施例，呈现/显示的至少一个相量图包括以下至少一个：与所分析的缓解设备中的最优/最成本有效的设备相关的信息，以缓解所识别的异常特征中的至少一个，以及与所识别的异常特征相关的信息。根据本公开的一些实施例，与所识别的异常特征相关的信息包括：相位跳跃的程度、电压骤降幅度和所识别的异常特征的持续时间中的至少一个。根据本公开的一些实施例，通过一个或多个指示来示出与用于缓解所识别的异常特征中的至少一个的所分析的缓解设备中的最优/最成本有效的设备相关的信息，以及与所识别的异常特征相关的信息。根据本公开的一些实施例，所述一个或多个指示包括形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标中的至少一个。
根据本公开的一些实施例，所识别的异常特征指示电气系统中的至少一个电能质量问题。根据本公开的一些实施例，基于对以下至少之一的分析来识别所述至少一个电能质量问题：电压相位跳跃的程度、电压骤降幅度和所识别的异常特征的持续时间(例如，如在所述至少一个相量图上呈现/显示的)。根据本公开的一些实施例，所述至少一个电能质量问题包括至少一个电压事件。所述至少一个电压事件可以包括例如以下至少一个：电压骤降、电压骤升、瞬态过电压事件、短期rms变化和长期rms变化。
众所周知，异常特征/条件(例如，所识别的异常状况)可以产生或导致应力(例如，电的、热的和机械的)，所述应力可以缩短电气系统中设备的寿命。因此，期望检测异常特征/条件并响应于检测到异常特征/条件来减少异常特征/条件的影响(例如，延长设备的使用寿命)。重要的是要注意，特定的设备和/或技术可能能够充分/足够地缓解一个或多个特定的异常特征/条件；然而，不能缓解其他异常特征/条件。为了解决这个问题和其他问题，上述方法可以分析所生成的至少一个相量图，以分析至少一个电压事件(或异常事件)来确定最优/最成本有效的设备以缓解所识别的异常特征中的至少一个，并且基于确定最优/最成本有效的设备来采取一个或多个动作以缓解所识别的异常特征中的至少一个。根据本公开的一些实施例，所述一个或多个动作可以由与电气设备相关联的控制系统(例如，诊断控制系统)自动采取/执行。根据本公开的一些实施例，控制系统通信地耦合到负责捕获至少一个能量相关信号的一个或多个IED，和/或基于云的系统、现场/边缘软件、网关和与电气系统相关联的其他前端系统。
在一些实施例中，上述方法(和/或本文公开的其他系统和方法)可以使用上述和以下讨论的特征中的一个或多个。例如，本文公开的本发明的上述和以下讨论的示例性实施方式中的一个或多个的特征可以与本文公开的本发明的上述和以下讨论的示例性实施方式中的一个或多个其他特征结合或被其替代。另外，在一些实施例中，上述方法(和/或本文公开的其他系统和方法)可以在至少一个IED上实现或使用至少一个IED实现，例如，在负责捕获或导出能量相关信号的一个或多个IED上实现。此外，在一些实施例中，上述方法(和/或本文公开的其他系统和方法)可以部分或完全远离一个或多个IED来实现，例如，在基于云的系统、现场/边缘软件、网关以及与电气系统相关联的其他前端系统中。一个或多个IED的示例可以包括智能电表、数字电能质量仪表和/或另一个(或多个)测量设备。例如，一个或多个IED可以包括断路器、继电器、电能质量校正装置、不间断电源(UPS)、滤波器和/或变速驱动器(VSD)。另外，在一些实施例中，一个或多个IED可以包括至少一个虚拟仪表。
应当理解，由上述一个或多个IED捕获或导出的能量相关信号可以包括例如电压信号、电流信号、输入/输出(I/O)数据和导出或提取的值中的至少一个。在一些实施例中，I/O数据包括数字信号(例如，两个离散状态)和模拟信号(例如，连续可变)中的至少一个。数字信号可以包括例如开/关状态、断开/闭合状态、高/低状态、同步脉冲和任何其他代表性双稳定信号中的至少一个。此外，模拟信号可以包括例如温度、压力、体积、空间、速率、湿度和任何其他物理或用户/使用代表信号中的至少一个。
根据本公开的一些实施例，导出或提取的值包括从所测量的电压信号和/或所测量的电流信号中的至少一个计算、运算、估计、导出、展开、内插、外推、评估和以其他方式确定附加的能量相关值中的至少一个。在一些实施例中，导出值附加地或替代地包括以下至少一个：有功功率、视在功率、无功功率、能量、谐波失真、功率因数、谐波功率的大小/方向、谐波电压、谐波电流、间谐波电流、间谐波电压、间谐波功率的大小/方向、次谐波功率的大小/方向、单相电流、相位角、阻抗、序列分量、总电压谐波失真、总电流谐波失真、三相电流、相电压、线电压、频谱分析和/或其他类似/相关参数。在一些实施例中，导出值附加地或替代地包括至少一个能量相关特性，能量相关特性包括幅度、方向、相位角、百分比、比率、电平、持续时间、相关联的频率分量、能量相关参数形状和/或衰减率。根据本公开的一些实施例，导出或提取的值可以例如链接到至少一个过程、负载标识等。
应当理解，由一个或多个IED捕获或导出的至少一个能量相关信号或波形可以包括(或利用)例如从电压和电流信号(包括电压和电流本身)中的至少一个导出的基本上任何电参数。还应当理解，至少一个能量相关信号或波形可以由一个或多个IED连续或半连续/周期性地捕获/记录和/或传输和/或记录，并且可以基于至少一个能量相关信号来检测/识别电能质量问题/事件。
本文还提供了一种从电气系统中的至少一个能量相关信号中自动识别电能质量问题的系统。在本公开的一个方面，该系统包括至少一个处理器和耦合到该至少一个处理器的至少一个存储器设备(例如，本地和/或远程存储器设备)。该至少一个处理器和至少一个存储器设备配置为使用电气系统中的一个或多个IED捕获或导出至少一个能量相关信号，并处理来自至少一个能量相关信号或从至少一个能量相关信号导出的电测量数据，以识别电气系统中的异常特征。响应于识别电气系统中的异常特征，可以基于或使用识别的异常特征来确定电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度。电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度可以在至少一个相量图上呈现/显示，并且可以分析至少一个相量图以确定缓解所识别的异常特征中的至少一个的最优/最成本有效的设备。可以基于确定最优/最成本有效的设备来采取或执行一个或多个动作，以缓解所识别的异常特征中的至少一个。
根据本公开的一些实施例，系统的至少一个处理器和至少一个存储器设备还被配置为确定所识别的异常特征的持续时间，并在至少一个相量图上显示所识别的异常特征的持续时间。根据本公开的一些实施例，分析与至少一个相量图上呈现的电压相位跳跃的程度、电压骤降幅度和所识别的异常特征的持续时间中的至少一个相关的信息，以确定缓解所识别的异常特征中的至少一个的最优/最成本有效的设备。
根据本公开的一些实施例，基于确定缓解所识别的异常特征中的至少一个的最佳/最成本有效设备而采取或执行的一个或多个动作包括：将一个或多个缓解解决方案特征叠加在所述至少一个相量图的一个或多个相量图上。根据本公开的一些实施例，使用形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标中的至少一个来指示一个或多个缓解解决方案特征，其中至少一个指示符代表所述一个或多个缓解解决方案特征。覆盖在一个或多个相量图上的一个或多个缓解解决方案特征可以例如与至少一个范围或区域相关联，其中所述一个或多个缓解解决方案特征被确定为能够成功缓解所述至少一个范围或区域内的所识别的异常状况中的至少一个异常状况。根据本公开的一些实施例，一个或多个缓解解决方案特征包括解决或缓解以下至少一项的能力：电压相位跳跃、电压骤降幅度和所识别的异常特征的持续时间。在一些实施例中，可以在至少一个相量图中的一个或多个相量图上指示重复出现的异常特征。应当理解，在上述和下述至少一个相量图上可以呈现各种信息，包括与缓解解决方案特性相关的信息和与所识别的异常特征相关的信息(例如，相位跳跃的程度、电压骤降幅度和所识别的异常特征的持续时间)。这些类型的信息每个可以由一个或多个指示来示出，所述指示包括例如形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标。
根据本公开的一些实施例，呈现/显示的至少一个相量图包括以下至少一个：与用于缓解所识别的异常特征中的至少一个的所分析的缓解设备中的最优/最成本有效的设备相关的信息，以及与所识别的异常特征相关的信息。根据本公开的一些实施例，与所识别的异常特征相关的信息包括：相位跳跃的程度、电压骤降幅度和所识别的异常特征的持续时间中的至少一个。根据本公开的一些实施例，通过一个或多个指示来示出与用于缓解所识别的异常特征中的至少一个的所分析的缓解设备中的最优/最成本有效的设备相关的信息，以及与所识别的异常特征相关的信息。根据本公开的一些实施例，所述一个或多个指示包括形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标中的至少一个。
根据本公开的一些实施例，上述系统包括或耦合到至少一个控制设备或系统(例如，诊断控制设备或系统)。根据本公开的一些实施例，所述至少一个控制设备或系统被配置为基于确定最优/最成本有效的设备来采取或执行上述一个或多个动作，以缓解所识别的异常特征中的至少一个(例如，响应于从上述系统或系统的部分/选择电路接收一个或多个控制信号)。
在一些实施例中，捕获或导出至少一个能量相关信号的一个或多个IED包括至少一个计量装置。该至少一个计量装置可以对应于例如电气系统中的至少一个计量装置，针对该至少一个计量装置，能量相关信号被捕获/监控。
如本文所使用的，IED是优化以执行特定功能或一组功能的计算电子设备。IED的示例可以包括智能电表、电能质量仪表、微处理器继电器、数字故障记录器和其他计量装置。IED也可以嵌入VSD、不间断电源(UPS)、断路器、继电器、变压器或任何其他电气设备中。IED可以用于在各种装置中执行测量/监控和控制功能。这些装置可以包括公用设施系统、工业设施、仓库、办公楼或其他商业综合体、校园设施、计算协同定位中心、数据中心、配电网络或任何其他使用电能的结构、过程或负载。例如，在IED是电力监控设备的情况下，它可以耦合到(或安装在)电力传输或分配系统中，并被配置为感测/测量和存储数据(例如，波形数据、记录数据、I/O数据等)作为表示配电系统的工作特性(例如，电压、电流、波形失真、功率等)的电参数。例如，用户可以分析这些参数和特性以评估潜在的性能、可靠性和/或与电能质量相关的问题。IED可以包括至少控制器(在某些IED中，其可以被配置为同时、串行或同时串行运行一个或多个应用)、固件、存储器、通信接口和连接器，连接器将IED连接到任何电压电平、配置和/或类型(例如，AC、DC)的外部系统、设备和/或部件。IED的监测和控制功能的至少某些方面可以体现在IED可访问的计算机程序中。
在一些实施例中，本文使用的术语“IED”可以指并行和/或串联/串连操作的IED的层级。例如，IED可以对应于能量计、功率计和/或其他类型的资源计的层级。该层级可以包括基于树的层级，例如二叉树、具有从每个父节点或多个父节点遗传的一个或多个子节点的树或其组合，其中每个节点代表特定的IED。在一些实例中，IED的层级可以共享数据或硬件资源，并且可以执行共享软件。应当理解，层级可以是非空间的，例如分组在一起的IED可以是物理上不相关的计费层级。
应当理解，输入是处理器和/或IED(例如，上面讨论的一个或多个IED)接收的数据，输出是处理器和/或IED发送的数据。输入和输出可以是数字的或模拟的。数字和模拟信号都可以是离散变量(例如，两种状态，例如高/低、一/零、开/关等)。如果是数字的，这可以是一个值。如果是模拟的，电压/电流的存在可以被系统/IED认为是等效信号或连续变量(例如诸如空间位置、温度、压力电压等的连续变量)。它们可以是数字信号(例如，来自产生数字信息/值的传感器的IED中的测量值)和/或模拟信号(例如，来自产生模拟信息/值的传感器的IED中的测量值)。这些数字和/或模拟信号可以包括IED内的任何处理步骤(例如，在所有导出的计算中导出功率因数、幅度)。
处理器和/或IED可以将数字和模拟输入信号转换/再转换为用于内部处理的数字表示。处理器和/或IED还可以用于将内部处理的数字信号转换/再转换为数字和/或模拟输出信号，以提供一些指示、动作或其他响应(例如用于另一个处理器/IED的输入)。数字输出的典型用途可以包括打开或关闭断路器或开关、启动或停止电机和/或其他设备，以及操作能够与数字信号直接接口的其他装置和设备。数字输入通常用于确定设备的运行状态/位置(例如，断路器是打开还是关闭等)或从公用设施脉冲输出中读取输入同步信号。模拟输出可以用于提供对能量管理系统中的阀、电机、加热器或其它负载/过程的可变控制。最后，模拟输入可以用于收集可变操作数据和/或在比例控制方案中。
利用数字和模拟I/O数据的更多示例可以包括(但不限于)：涡轮机控制器、电镀设备、发酵设备、化学处理设备、电信设备、精密定标设备、电梯和移动人行道、压缩设备、废水处理设备、分类和处理设备、电镀设备温度/压力数据记录、发电/传输/配电、机器人、警报监控和控制设备等示例。
如在本公开中早些时候指出的，由一个或多个IED捕获或导出的至少一个能量相关信号可以包括I/O数据。应当理解，I/O数据可以采取以下形式：数字I/O数据、模拟I/O数据或数字和模拟I/O数据的组合。I/O数据可以传达例如状态信息和许多其他类型的信息，这对于本领域的普通技术人员来说从上面和下面的讨论中将是显而易见的。
应当理解，术语“处理器”和“控制器”在本文有时可互换地使用。例如，处理器可以用来描述控制器。另外，控制器可以用于描述处理器。
本文还公开了与瞬态过电压事件的相量分析相关的技术。根据本公开的一些实施例，相量分析提供/实现对电气系统中电机再生特性或条件的影响的评估。在一个方面，用于提供/实现该评估的方法包括使用电气系统中的一个或多个IED捕获或导出至少一个能量相关信号，以及处理来自或导出自该至少一个能量相关信号的电测量数据，以识别与电气系统中的至少一个工作/运行电机(例如，感应电机)相关联的再生特性或条件，以及在电气系统中产生开关瞬态的开关事件/动作中的至少一个。可以分析来自电测量数据的所识别的再生特性或条件和/或开关事件/动作，以确定至少一个运行电机是否暴露于来自所识别的再生特性或条件和/或开关事件/动作的损坏/应力(例如，电和/或机械应力)。响应于确定至少一个运行电机暴露于来自所识别的再生特性或条件和/或开关事件/动作的损坏/应力，可以采取或执行一个或多个动作以减少或消除以下至少一个：对至少一个运行电机的损坏/应力和来自所识别的再生特性或条件和/或开关事件/动作的对电气系统中其他部件的损坏/应力。
根据本公开的一些实施例，负责捕获至少一个能量相关信号的一个或多个IED位于电气系统中为其识别再生特性或条件的至少一个运行电机附近，和/或位于在电气系统中产生开关瞬态的开关事件/动作附近。此外，根据本公开的一些实施例，该方法还包括从电测量数据中分析所识别的再生特性或条件和/或开关事件/动作，以确定由至少一个运行电机引起的电能质量问题。根据本公开的一些实施例，再生特性或条件是由与至少一个运行电机断开的能量源引起的。
根据本公开的一些实施例，使用前述方法采取/执行的一个或多个动作包括识别缓解或消除以下中的至少一个的至少一个装置：对至少一个运行电机的损坏/应力和对电气系统中的其它部件的损坏/应力，基于以下优先级和/或严重性选择至少一种缓解或消除装置中的一种或多种：对所述至少一个运行电机的损坏/应力和/或对其他部件的损坏/应力，以及指示和应用所述至少一种缓解或消除装置中的所选择的一种或多种中的至少一者。所选择的至少一个缓解或消除装置中的一个或多个可以被指示在例如至少一个图表上，该至少一个图表指示以下中的至少一个：相对于相位角发生再通电的一个或多个点，以及所述至少一个缓解或消除装置中的所选择的一个或多个。根据本公开的一些实施例，至少一个缓解或消除装置中的一个或多个进一步基于至少一个缓解或消除装置中的一个或多个减小或消除电气系统中潜在破坏性状况(例如，来自诸如开关瞬变的能量相关瞬变)的幅度和持续时间中的至少一个的预期能力来选择。另外，根据本公开的一些实施例，进一步基于与获取和/或应用至少一个缓解或消除装置中的一个或多个相关联的成本(例如，经济成本)来选择至少一个缓解或消除装置中的一个或多个。
根据本公开的一些实施例，与电气系统中的至少一个运行电机相关联的再生特性或条件被确定为是由于电气系统中的开关瞬态引起的，并且至少一个缓解或消除装置中的一个或多个包括至少一个瞬态缓解设备。所述至少一个瞬态缓解设备可以包括例如电涌放电器、避雷器、电涌抑制器、瞬态电压电涌抑制器、线路电抗器、再生负载组和隔离变压器中的至少一个。
根据本公开的一些实施例，所述一个或多个动作由与电气设备相关联的控制系统(例如，诊断控制系统)自动执行。例如，控制系统可以通信地耦合到负责捕获或导出至少一个能量相关信号的一个或多个IED，和/或基于云的系统、现场/边缘软件、网关和与电气系统相关联的其他前端系统。
根据本公开的一些实施例，电气系统中被评估损坏/应力的其他部件邻近地连接到再生特性或条件被识别的至少一个运行电机。
本文还提供了一种与上述方法相对应的系统，用于使用电相量来分析/评估电气系统中电机再生特性或条件的影响。应当理解，相量分析可以应用于除电机之外的其他设备/装置，本领域的普通技术人员将会理解。
通过下面的讨论，将理解所公开的发明的其它示例性方面、特征和优点。
附图说明
从附图的以下详细描述中可以更充分地理解本公开的前述特征以及本公开本身，其中：
图1示出了几个示例电能质量类别的图形视图；
图2示出了公用设施配电馈线下游故障的示例；
图3示出了根据本公开的实施例的示例电气系统；
图3A示出了根据本公开的实施例的可在电气系统中使用的示例智能电子设备(IED)；
图3B示出了根据本公开的实施例的IED的示例配置；
图4示出了示例信息技术产业(ITI)曲线(有时也称为ITIC曲线、CBEMA曲线或“功率可接受性曲线”)；
图5示出了根据本公开的实施例的示例均方根(rms)警报阈值；
图6示出了根据本公开的实施例的说明性电压事件的示例瞬时波形捕获；
图7示出了根据本公开的实施例的图6的说明性电压事件的示例rms电压；
图8示出了根据本公开的实施例的图6的说明性电压事件的示例rms实际功率；
图9示出了根据本公开的实施例的另一说明性电压事件的示例瞬时波形捕获；
图10示出了根据本公开的实施例的图9的说明性电压事件的示例rms电压；
图11示出了根据本公开的实施例的图9的说明性电压事件的示例rms实际功率；
图12示出了根据本公开的实施例的另一说明性电压事件的示例瞬时波形捕获；
图13示出了根据本公开的实施例的图12的说明性电压事件的示例rms电压；
图14示出了根据本公开的实施例的图12的说明性电压事件的示例rms实际功率；
图15示出了根据本公开的实施例的示例电压事件的没有相位跳跃的示例波形及其相位跳跃相量图；
图16示出了根据本公开的实施例的另一示例电压事件的具有相位跳跃的示例波形及其相位跳跃相量图；
图17示出了根据本公开的实施例的多个离散事件的示例相位跳跃图；
图18示出了根据本公开的实施例的具有影响指示的多个离散事件的示例相位跳跃图；
图19A示出了根据本公开的实施例的具有影响指示和缓解叠加的多个离散事件的示例相位跳跃图；
图19B示出了根据本公开的实施例的具有影响指示、缓解叠加和持续时间线的多个离散电压骤降事件的示例相位跳跃图；
图20是示出根据本公开的实施例的使用电相量自动识别、评估和缓解电能质量问题的方法的示例实施方式的流程图；
图21示出了电机通电/启动时电机的一相上的电压；
图21A示出了电机通电/启动时电机的一相上的电流。它是与图21所示电压信号相关联的电流波形；
图22示出了电机从其电压源断开并产生再生电压时的单相电压；
图22A示出了电机上的单相电压从其电压源断开，然后重新连接回其原始电压源，从而导致开关瞬态；
图23是在示例数据中心三相电气系统上电机再生的真实示例；
图24是感应电机的简单模型；
图25提供了简单的电路以说明电气系统中电机再生的原因和相互作用；
图26示出了电源电压VS与电机内部产生的电压VI之间的相量关系；
图26A示出了在电机从其电源电压断开的瞬间，电源电压的一相和电机内部产生的电压(即来自转子磁场的电压)的相应相位之间的相位角关系；
图26B示出了当转子断开后减速时，电源电压和电机内部产生的电压(即来自转子磁场的电压)之间的相位角关系的变化；
图26C在相量图中突出示出了将电机重新连接到其电源电压时的潜在损坏区域(使用110％阈值)；
图26D在相量图中突出示出了将电机重新连接到其电源电压时的潜在损坏区域(使用125％阈值)；
图26E突出示出了在相量图中的任意时间段上开关瞬态事件；
图27是示出根据本公开的实施例的用于分析电气系统中的电机再生特性或条件的影响的示例性方法的流程图；
图28是示出根据本公开的实施例的用于识别电机的开关事件/动作的示例性方法的流程图；
图29是示出根据本公开的实施例的用于开关事件/动作的示例性实时功能的流程图；和
图30是示出根据本公开的实施例的用于捕获和缓解开关事件/动作的示例性方法的流程图。
具体实施方式
现在将更具体地描述本文寻求保护的概念、系统和技术的特征和其他细节。应当理解，本文描述的任何特定实施例都是通过图示的方式示出的，而不是作为对本公开和本文描述的概念的限制。在不脱离寻求保护的概念的范围的情况下，可以在各种实施例中采用本文描述的主题的特征。
为方便起见，本文收集了规范中使用的某些介绍性概念和术语(并采用了IEEE标准1159-2019)。例如，图1以图形方式示出了其中几个概念和术语，其中突出示出了短期rms变化的事件幅度和持续时间，包括电压骤降/骤降、电压骤升和短暂中断(<1分钟)。该图中的标称工作电压范围为标称额定电压的±10％。值得注意的是，图1没有包括所有电能质量类别，如波形失真、不平衡、电压波动和工频偏差。
如本文所使用的，术语“非周期性事件”用于描述非周期性地、任意地或没有特定时间规律性地发生的电事件。为了本公开，短持续时间均方根(rms)变化和瞬变都被认为是非周期性事件(即，陷波在本文被视为谐波现象)。
如本文所使用的，术语“瞬间中断(instantaneous interruption)”用于描述在1/2周期至30周期的持续时间内对标称值的0-10％的偏差。
如本文所使用的，术语“瞬时中断(momentary interruption)”用于描述在30周期至3秒的持续时间内对标称值的0-10％的偏差。
如本文所使用的，术语“相位跳跃”用于描述与电压骤降前的电压相位角相比，电压骤降期间的电压相位角的变化。应当理解，术语“相位跳跃”也可以被称为相位角跳跃、相移或相位跳跃/偏移。对于多相系统中的三相中的每一相，相位跳跃可以是不同的。(IEEE标准1409-2012，“IEEE电力电子学应用指南，用于改善额定1kV至38kV配电系统的电能质量”)
如本文所使用的，术语“骤降”(其中“电压骤降”是一个示例)用于描述，例如，在1/2周期至1分钟的持续时间内，对标称值的10-90％的偏差，如图1所示。
如本文所使用的，术语“短期rms变化”用于描述距标称值的偏差，持续时间为1/2周期至1分钟。短期rms变化的子类别包括瞬间中断、瞬时中断、临时中断、骤降和骤升。
如本文所使用的，术语“骤升”用于描述大于标称值的110％的偏差，例如，在1/2周期至1分钟的持续时间内，如图1所示。
如本文所使用的，术语“临时中断(temporary interruption)”用于描述在3秒至1分钟的持续时间内对标称值的0-10％的偏差。
如本文所使用的，术语“瞬变”用于描述距标称值的偏差，持续时间小于1周期。瞬变的子类别包括脉冲(单向极性)和振荡(双向极性)瞬变。
如上所述，IEEE标准1159-2019列出了电能质量现象的七大类。其中两个类别(短期rms变化和瞬变)被认为是非周期性的(例如，不定期发生)。在这两类中，短期rms变化最具破坏性，对能源消费者的普遍经济影响最大。短期rms变化包括电压骤降/突降、骤升、瞬间中断、瞬时中断和临时中断。电力研究所(EPRI)的一项研究估计，工业客户每年平均经历56次电压骤降。随着工业越来越依赖骤降敏感型设备的趋势增加，这些事件的影响也增加了。
应当理解，IEEE标准1159-2019是定义/表征电能质量事件的一个标准机构(在这种情况下是IEEE)的方法。应当理解，还有其他标准也定义了电能质量类别/事件，例如国际电工委员会(IEC)、美国国家标准协会(ANSI)等，其可以具有不同的描述或电能质量事件类型、特征和术语。在一些实施例中，电能质量事件可以是定制的电能质量事件(例如，由用户定义)。
如IEEE标准1159-2019和其他来源所定义的，短期rms变化可以包括许多子类别，包括骤降、骤升、中断等等。短期rms变化的主要原因是电气故障，可能源于：
短期rms变化的主要来源是电气故障；因此，需要(即规范和标准、安全要求、制造商要求、设备保护等)提供系统故障保护。故障(定义)通常会导致短路情况(定义)，导致阻抗显著降低，从而导致大电流流动(即，由于欧姆定律)。根据电气系统中故障的位置，故障会对设施的生产和安全运行产生灾难性的影响。与故障相关的高电流产生的热量会损坏设备和绝缘，导致系统运行问题并影响系统稳定性，导致电压骤降和中断，引起火灾并产生安全隐患。
由于电气故障事件导致的阻抗快速变化会导致电气系统特性的快速偏差。例如，系统电压可能突然降低，并且可能发生相移(相位跳跃)。电压幅度的显著变化会对连接的设备产生不利影响，导致其离线跳闸或误操作。
所有设备都设计为在规定的电压范围内运行。例如，家用微波炉可以具有120伏的标称额定电压，而与微波炉相邻的电烤箱可以具有240伏的标称额定电压。类似地，工业设备可以使用设计用于数百伏(例如，120伏)至数千伏(例如，4160伏、12.47kV等)的设备。当特定设备的电压偏离其预期标称值时，该设备可能表现出一系列问题/后果，例如断电、不稳定操作或甚至损坏。
根据定义，电压骤降(dip)是指正常工作电压意外偏移至标称额定电压的10-90％，持续时间不到一分钟。图2示出了公用设施配电馈线上的下游故障(此处为相间故障)的示例。如图所示，下游故障会导致大电流和两相电压骤降/突降。此类事件对能源消费者设施的影响程度主要取决于以下四个因素：
1.事件的性质和来源，
2.负载对事件的敏感性，
3.事件对过程或活动的影响，以及
4.成本对此影响的敏感性。
因此，每个客户系统和操作可能对电扰动做出不同的响应。例如，电压骤降可能会显著影响一个客户的操作，而相同的电压骤降可能对另一个客户的操作影响很小或没有明显影响。电压骤降对客户电气系统的一部分(例如，某些电气设备)的影响也可能不同于对同一电气系统的另一部分(例如，其他电气设备)的影响。
参考图3，根据本公开的实施例的示例电气系统包括一个或多个负载(这里，是负载311、312、313、314、315)(本文有时也称为“设备”或“装置”)和一个或多个智能电子设备(IED)(这里，是IED 321、322、323、324)，其能够采样、感测或监控与负载相关联的一个或多个参数(例如，功率监控参数)。在实施例中，负载311、312、313、314、315和IED 321、322、323、324可以安装在一个或多个建筑物或其他物理位置中，或者它们可以安装在建筑物内的一个或多个过程和/或负载上。这些建筑物可以对应于例如商业、工业或机构建筑物。
如图3所示，IED 321、322、323、324每个耦合到负载311、312、313、314、315中的一个或多个(在一些实施例中，负载311、312、313、314、315可以位于IED的“上线”或“下线”)。负载311、312、313、314、315可以包括例如与特定应用(例如，工业应用)、应用和/或过程相关联的机械或装置。机械可以包括例如电气或电子设备。机械还可以包括与设备相关联的控制装置和/或辅助设备。
在实施例中，IED 321、322、323、324可以监控并且在一些实施例中分析与它们所耦合到的负载311、312、313、314、315相关联的参数(例如，与能量相关的参数)。在一些实施例中，IED 321、322、323、324也可以嵌入负载311、312、313、314、315中。根据各个方面，IED321、322、323、324中的一个或多个可以被配置为监控公用设施馈电，包括电涌保护装置(SPD)、跳闸单元、有源滤波器、照明、IT设备、电机和/或变压器，它们是负载311、312、313、314、315和IED 321、322、323、324的一些示例，并且可以检测接地故障、电压骤降、电压骤升、瞬时中断和振荡瞬变，以及风扇故障、温度、电弧故障、相间故障、绕组短路、熔断保险丝和谐波失真，它们是可以与负载311、312、313、314、315相关联的一些示例参数。IED 321、322、323、324还可以监控设备，例如发电机，包括输入/输出(I/O)、保护继电器、电池充电器和传感器(例如，水、空气、气体、蒸汽、液位、加速度计、流速、压力等)。
根据另一方面，IED 321、322、323、324可以检测过压和欠压条件(例如，瞬态过电压)，以及诸如温度的其他参数，包括环境温度。根据另一方面，IED 321、322、323、324可以提供监控参数和检测条件的指示，所述指示可以用于控制负载311、312、313、314、315和安装有负载311、312、313、314和IED 321、322、323、324的电气系统中的其他设备。IED 321、322、323、324可以执行多种其他监控和/或控制功能，并且本文公开的方面和实施例不限于根据上述示例操作的IED 321、322、323、324。
应当理解，IED 321、322、323、324可以采取各种形式，并且每个IED可以具有相关联的复杂性(或功能能力和/或特征的集合)。例如，IED 321可以对应于“基本”IED，IED 322可以对应于“中级”IED，并且IED 323可以对应于“高级”IED。在这样的实施例中，中级IED322可以具有比基本IED 321更多的功能(例如，能量测量特征和/或能力)，并且高级IED323可以具有比中级IED 322更多的功能和/或特征。例如，在实施例中，IED 321(例如，具有基本能力和/或特征的IED)可以能够监控瞬时电压、电流能量、需求、功率因数、平均值、最大值、瞬时功率和/或长期rms变化，并且IED323(例如，具有高级能力的IED)可以能够监控附加参数，例如电压瞬变、电压波动、频率压摆率、谐波功率流和离散谐波分量，所有这些都以更高的采样率，等等。应当理解，该示例仅用于说明性目的，并且同样在一些实施例中，具有基本能力的IED可以能够监控被指示为与具有高级能力的IED相关联的一个或多个上述能量测量参数。还应当理解，在一些实施例中，IED321、322、323、324各自具有独立的功能。
在所示的示例实施例中，IED 321、322、323、324经由“云”350通信地耦合到中央处理单元340。在一些实施例中，IED 321、322、323、324可以直接通信地耦合到云350，如IED321在所示实施例中所示。在其他实施例中，IED 321、322、323、324可以例如通过中间设备(例如云连接的集线器330(或网关))间接通信地耦合到云350，如IED 322、323、324在所示实施例中所示。例如，云连接的集线器330(或网关)可以向IED 322、323、324提供对云350和中央处理单元340的访问。
如本文所使用的，术语“云”和“云计算”旨在指经由通信网络连接到互联网或以其他方式可由IED 321、322、323、324访问的计算资源，通信网络可以是有线或无线网络，或两者的组合。包括云350的计算资源可以集中在单个位置，分布在多个位置，或者两者的组合。云计算系统可以根据特定的云系统架构或编程在多个机架、刀片、处理器、内核、控制器、节点或其他计算单元之间划分计算任务。类似地，云计算系统可以将指令和计算信息存储在集中式存储器或存储设备中，或者可以在多个存储器或存储器部件之间分发这样的信息。云系统可以将指令和计算信息的多个副本存储在冗余存储单元中，例如RAID阵列。
中央处理单元340可以是云计算系统或云连接计算系统的示例。在实施例中，中央处理单元340可以是位于其中安装了负载311、312、313、314、315和IED 321、322、323、324的建筑物内的服务器，或者可以是位于远程的基于云的服务。在一些实施例中，中央处理单元340可以包括与IED 321、322、323、324的计算功能部件类似的计算功能部件，但是通常可以拥有更多数量和/或更强大版本的数据处理中涉及的部件，例如处理器、存储器、存储设备、互连机构等。中央处理单元340可以被配置为实现各种分析技术，以识别从IED 321、322、323、324接收的测量数据中的图案，如下文进一步讨论的。本文讨论的各种分析技术还涉及一个或多个软件功能、算法、指令、应用和参数的执行，这些功能、算法、指令、应用和参数存储在通信地耦合到中央处理单元340的一个或多个存储器源上。在某些实施例中，术语“函数”、“算法”、“指令”、“应用”或“参数”也可以分别指并行和/或串联(串连)操作的函数、算法、指令、应用或参数的层级。层级可以包括基于树的层级，例如二叉树、具有从每个父节点遗传的一个或多个子节点的树或其组合，其中每个节点代表特定的功能、算法、指令、应用或参数。
在实施例中，由于中央处理单元340连接到云350，因此它可以经由云350访问附加的云连接设备或数据库360。例如，中央处理单元140可以访问互联网并接收诸如天气数据、公用设施定价数据或可以用于分析从IED321、322、323、324接收的测量数据的其他数据的信息。在实施例中，云连接的设备或数据库360可以对应于与一个或多个外部数据源相关联的设备或数据库。此外，在实施例中，云连接设备或数据库360可以对应于用户可以从其提供用户输入数据的用户设备。用户可以使用用户设备查看关于IED321、322、323、324的信息(例如，IED制造商、型号、类型等)和由IED321、322、323、324收集的数据(例如，能量使用统计)。另外，在实施例中，用户可以使用用户设备来配置IED 321、322、323、324。
在实施例中，通过利用中央处理单元340相对于IED 321、322、323、324的云连接性和增强的计算资源，可以在适当的时候对从一个或多个IED321、322、323、324检索的数据以及对上面讨论的附加数据源执行复杂的分析。该分析可以用于动态控制与电气系统相关联的一个或多个参数、过程、条件或设备(例如负载)。如在本公开的发明内容部分中所指出的，例如，应当理解，本文中使用的术语“负载”可以指代任何来源、任何部件、任何元素和任何过程。
在实施例中，参数、过程、条件或设备由与电气系统相关联的控制系统动态控制。在实施例中，控制系统可以对应于或包括中央处理单元340和/或电气系统内部或外部的其他设备，以及电气系统中的IED 321、322、323、324中的一个或多个。
参考图3A，例如，可以适于在图3所示的电气系统中使用的示例IED 400包括控制器410、存储器设备415、存储器425和接口430。IED 400还包括输入输出(I/O)端口435、传感器440、通信模块445和用于通信地耦合两个或更多IED部件410-445的互连机构420。
存储设备415可以包括易失性存储器，例如DRAM或SRAM。存储器设备415可以存储在IED 400的操作期间收集的程序和数据。例如，在IED300被配置为监控或测量与电气系统中的一个或多个负载(例如，图3中示出的311)相关联的一个或多个电参数的实施例中，存储器设备415可以存储监控的电参数。
存储系统425可以包括计算机可读和可写的非易失性记录介质，例如盘或闪存，其中存储定义要由控制器410执行的程序或要由该程序处理的信息的信号。控制器410可以根据已知的计算和数据传输机制来控制存储系统425和存储器设备415之间的数据传输。在实施例中，由IED 400监控或测量的电参数可以存储在存储系统425中。
I/O端口435可以用于将负载耦合到IED 400，并且传感器440可以用于监控或测量与负载相关联的电参数。I/O端口435还可以用于将外部设备，例如传感器设备(例如，温度和/或运动传感器设备)和/或用户输入设备(例如，本地或远程计算设备)(未示出)，耦合到IED 400。外部设备可以是本地或远程设备，例如网关(或多个网关)。I/O端口435还可以耦合到一个或多个用户输入/输出机构，例如按钮、显示器、声学设备等，以提供警报(例如，显示视觉警报，例如文本和/或稳定或闪烁的光，或者提供音频警报，例如蜂鸣声或延长的声音)和/或允许用户与IED 400交互。
通信模块445可以被配置为将IED 400耦合到一个或多个外部通信网络或设备。这些网络可以是安装有IED 400的建筑物内的专用网络，或者公共网络，例如因特网。在实施例中，通信模块445还可以被配置为将IED 400耦合到与包括IED 400的电气系统相关联的云连接集线器(例如，图3所示的330)或云连接的中央处理单元(例如，图3所示的340)。
IED控制器410可以包括被配置为执行IED 400的指定功能的一个或多个处理器。处理器可以是商业上可获得的处理器，例如可以从Intel公司获得的众所周知的PentiumTM、CoreTM或AtomTM类处理器。还有许多其他处理器可用，包括可编程逻辑控制器。IED控制器410可以执行操作系统以定义与IED 400相关联的应用可以在其上运行的计算平台。
在实施例中，由IED 400监控或测量的电参数可以在控制器410的输入处接收为IED输入数据，并且控制器410可以处理测量的电参数以在其输出处生成IED输出数据或信号。在实施例中，IED输出数据或信号可以对应于IED 400的输出。例如，可以在I/O端口435处提供IED输出数据或信号。在实施例中，IED输出数据或信号可以由云连接的中央处理单元接收，例如用于进一步处理(例如，以监控电气系统中的能量相关数据，如下面将进一步讨论的)，和/或由IED耦合到的设备(例如，负载)接收(例如，用于控制与设备相关联的一个或多个参数，如下面将进一步讨论的)。在一个示例中，IED 400可以包括用于显示指示IED输出数据或信号的可视化的界面430。在实施例中，界面430可以对应于图形用户界面(GUI)。
IED 400的部件可以通过互连机构420耦合在一起，互连机构420可以包括一条或多条总线、布线或其他电连接设备。互连机构420可以使得能够在IED 400的系统部件之间交换通信(例如，数据、指令等)。
应当理解，IED 400只是根据本公开的各个方面的IED的许多潜在配置中的一个。例如，根据本公开的实施例的IED可以包括比IED 400更多(或更少)的部件。另外，在实施例中，IED 400的一个或多个部件可以被组合。例如，在实施例中，存储器415和存储设备425可以组合。
参考图3B，示出了诸如电气系统中的IED 400的IED的示例配置(例如，分层配置)。如上所述，电气系统通常包括一个或多个计量点或位置。如上所述，一个或多个IED可以安装或定位(临时或永久)在计量位置，例如，以测量、保护和/或控制电气系统中的一个或多个负载。
图示的电气系统包括多个计量位置(这里为M1，M2，M3等)。在电气系统是“完全计量”系统的实施例中，例如，至少一个IED安装在第一计量位置M1，至少一个IED安装在第二计量位置M2，等等。连接1是电气系统中的物理点，在此能量流(由安装在M1的至少一个IED在M1测量)分叉以向左侧电气系统分支(与计量位置M3、M4、M7、M8相关联)和右侧电气系统分支(与计量位置M2、M5、M6、M9、M10相关联)提供能量。根据本公开的一些实施例，如将在下面进一步讨论的，安装在各种计量位置(这里为M1、M2、M3等)的IED可以共享来自或源自由IED捕获的或由IED导出的能量相关信号的电测量数据。共享的电测量数据可以用于例如识别电气系统中的电力事件，以及识别响应于所识别的电力事件而触发的警报。例如，安装在计量位置M7、M8的IED可以与安装在计量位置M3的IED共享电测量数据，以识别计量位置M3处的电力事件，并识别响应于在计量位置M3处识别的电力事件而触发的警报。
在所示的示例中，安装在计量位置M3的IED被认为是在安装在计量位置M7、M8的IED的“上游”。此外，在所示的示例中，安装在计量位置M7、M8的IED被认为是在安装在计量位置M3的IED的下游。如本文所使用的，术语“上游”和“下游”用于指代电气系统内的电位置。更具体地，电位置“上游”和“下游”是相对于收集数据并提供该信息的IED的电位置。例如，在包括多个IED的电气系统中，一个或多个IED可以定位(或安装)在相对于电气系统中的一个或多个其他IED的上游的电气位置，并且一个或多个IED可以定位(或安装)在相对于电气系统中的一个或多个另外的IED的下游的电气位置。位于第二IED或负载上游的电路上的第一IED或负载可以例如被定位成比第二IED或负载更靠近电气系统的输入或源(例如，公用设施馈电)。相反，位于第二IED或负载下游的电路上的第一IED或负载可以被定位成比另外的IED更靠近电气系统的端部或终端。例如，上述第一和第二IED可以记录电气事件的电压和电流相位信息(例如，通过对各个信号进行采样)并且将该信息通信地发送到诊断计算系统和/或控制系统。诊断计算系统和/或控制系统然后可以分析电压和电流相位信息(例如，瞬时、均方根(rms)、波形和/或其他电特性)，以确定电压事件的源是在第一和/或第二IED电耦合到电气系统(或网络)的电上游还是下游，例如，以确定功率事件的方向(即，上游还是下游)。
应当理解，上述IED的配置或布置只是电气系统中IED的许多潜在配置中的一种。
为了准确地描述非周期性事件，例如电气系统中的电压骤降，测量与该事件相关联的电压信号是重要的(例如，使用一个或多个IED)。通常用来表征电压骤降和瞬变的两个属性是事件的幅度(偏离标准)和持续时间(时间长度)。这两个参数都有助于定义并缓解这些类型的电能质量问题。事件的幅度(y轴)和对应持续时间(x轴)的散点图显示在称为“幅度-持续时间”图或容差曲线的单个图表中。
图4示出了众所周知的幅度-持续时间图：ITI曲线(通常称为ITIC曲线或CBEMA曲线)。ITIC曲线(将“禁止区域”与“无功能中断区域”分开的线，以及将“无功能中断区域”与“无损坏区域”分开的线)描述了“大多数信息技术设备(ITE)通常可以容忍(无功能中断)的AC输入电压包络”，并且“适用于从120V、208V/120V和120/240V 60赫兹系统获得的120V标称电压”。图表中的“禁止区域”包括任何超过包络上限的浪涌或骤升。该区域发生的事件可能会对ITE造成损害。“无损坏区域”包括预计不会损坏ITE的骤降或中断(即低于包络下限)。最后，“无功能中断区域”描述了ITIC曲线之间的区域，在该区域中，大多数ITE通常可以容忍骤降、骤升、中断和瞬变。
诸如ITIC的容差曲线对于比较来自多个事件的电压事件特性、指定ITE的穿越(ride-through)特性以及识别持续问题是有用的；然而，它们有几个重要的限制需要注意：
1.它是一个静态/固定的包络/曲线，
2.它建议用于信息技术设备(ITE)，
3.它适用于120V 60Hz电气系统，
4.它是一个标准化/通用的图表，描述了“通常”应当预期的内容，
5.它本质上不提供关于事件后果的信息，
6.它仅是基于电压的图表，不考虑任何其他电气参数，以及
7.为了乘法效率，它被呈现在半对数图上。
简而言之，容差曲线有其用途，但它们是在明确的电压水平下针对特定应用的一般性建议。它们没有指出特定系统或设备将如何实际响应骤降/骤升事件，该事件将对电气系统产生什么影响，或者如何以及在哪里经济地缓解这些问题。此外，即使每个计量装置通常监控唯一的负载或负载组合，电气系统内的各个区(子集)也被同等对待。一个有效的类比是道路地图集：虽然地图集说明了道路的位置，但它并没有指示道路危险的位置、预期油耗、车辆状况、速度陷阱等等。需要更好的方法来评估电压事件(和其他电能质量问题/事件)。
如在本公开的发明内容部分中所提到的，本文提供了用于评估电相量以识别、评估和缓解选定的电能质量问题的若干示例技术。第一示例技术提供了一种用于评估电压事件的新方法，将在本段下面讨论。另外，在本公开的后面更详细地讨论涉及瞬态过电压事件的相量分析的第二示例技术。其他示例性技术(例如，使用来自第一和/或第二示例性技术或从第一和/或第二示例性技术导出的特征)对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。
技术1：一种评估电压事件的新方法
帮助能源消费者认识到对电能质量(PQ)缓解设备的需求可能是困难的，这是由于该主题的复杂性、量化PQ问题的困难以及能源消费者经常推迟解决未知问题的事实。一旦能源消费者选择并安装了产品，确保其按预期/按意图运行是非常重要的。电压骤降缓解设备的选择标准通常集中于电压骤降事件的数量和/或幅度/深度和/或各自的持续时间。
本发明量化电压事件的影响和复杂性，确保客户为他们的设施购买最优尺寸(而不是通常情况下尺寸过小)的缓解装置(或设备)，基于电力监控系统(EPMS)的数据，分析并帮助能源消费者预先理解任何特定缓解装置(或设备)模型(包括竞争模型)对电压事件的响应，并允许能源消费者在购买所述缓解装置(或设备)之后验证缓解装置(或设备)的性能。本发明推动了拉动式销售，增强了销售线索的产生，促进了PQ领域的专业知识，培养了更强的客户联系/关系，并加强了行业中相关的能源相关创新的声誉。
缓解装置(或诸如DVR等设备)通常是能源消费者的大投资，但可以改善能源消费者操作的正常运行时间/可靠性和电能质量。本发明有助于分析来自PQ事件的波形捕获(这对于大多数能源消费者来说是不直观的)，以简化和改进识别集成这些类型的缓解产品的机会。它有助于理解报告(以支持边缘和云)，简化PQ缓解设备和计量IED的解释和基于需求的识别，并确保购买这种通常昂贵的设备的后果更可预测。
本发明有许多新的优点，包括：
·一种算法，可根据波形捕获自动评估异常电压事件，分析电压骤降幅度、持续时间和相位跳跃影响，绘制影响事件的事件特征，并提供成本有效的缓解建议以解决操作影响。
·新颖的散点图方法将多个缓解解决方案叠加到单个图表上，以清楚地说明对客户的影响和最优解决方案。
·电压和相位影响的自动计算。
·简单明了的引导生成工具，易于技术和非技术用户理解。
·通过整合事件影响信息生成更强大的缓解机会销售报告。
·可部署在设备/边缘/云上。
·提高M&V性能，以允许用户在部署解决方案后轻松量化影响和ROI/事件。
·可以集成附加特征/度量(例如，故障特征等)、系统聚合等。
几十年来，中高端计量装置一直能够捕获电压骤降/突降等短期rms变化。这些设备通常提供包括所有计量的电压和电流相位的电压扰动(例如，骤降/突降)的时间序列图像。不幸的是，在没有经验和训练的情况下分析波形捕获是复杂的，类似于放射科医生分析MRI或CT扫描。事实上，许多电力系统工程师没有多年的经验就无法诊断波形捕获。
分析电压事件时，有几个问题需要回答，包括：
·是什么类型的电压事件？
·电压事件持续了多长时间？
·电压事件的来源是内部还是外部(例如，设施内部/公用设施外部)？
·电压事件源的位置在哪里？
·我的系统在多大程度上受到电压事件的影响？
·是什么导致了电压事件？
·此电压事件是反复出现的问题吗？
最重要的是…我的运行受到影响了吗？
如果配置正确，当至少一个相位上的电压测量值在预定义的持续时间内偏离预定义的幅度范围之外时，有能力的计量装置将提供“警报”(即指示)。图5示出了由警报阈值上限和下限限定的正常电压范围(阴影区域)。还示出了额定或标称电压。例如，当测量的电压水平低于下警报阈值时(例如，参见图5所示的电压事件)，计量装置将启动警报。
事件警报数据通常包括诸如事件的最坏幅度、事件的持续时间、事件的开始时间和日期、警报类型以及(取决于设备)事件期间三相电压和电流的波形捕获等信息。这些事件参数中的每一个都为排除电压事件故障和回答上面列出的问题提供了重要线索。然而，一个非常重要的问题没有得到直接解决：电压事件是否影响负载？为了确定电压事件是否导致负载影响，必须对波形捕获进行更彻底的分析。
示例1：负载损耗
图6-8示出了三相、60赫兹、347/600伏星形配置系统上的电压骤降事件。本示例中示出的事件似乎是由上游故障引起的。图7和图8源自图6中捕获的事件波形数据。电压事件持续时间约为11个周期(或约180毫秒)，事件期间最差情况下的电压偏差约为C相标称电压(或184伏)的53％，如图7所示(均方根电压)。
图8示出了整个电压事件的均方根实际功率数据，是与事件影响故障排除最相关的数据。在事件开始前(事件前)，下游负载消耗的总实际功率约为1,458kW。电压事件在t≈0.07秒时开始，并假定在电压恢复到其正常工作范围(t≈0.26秒)时结束。事件结束时(即事件后)，下游负载消耗的总实际功率约为544kW。因此，由于电压骤降事件，事件前与事件后流向负载的总功率流减少了约914kW(或63％)。结论是电压事件导致914kW(或63％)负载断电(离线)，可能对设施的运行造成重大影响。与电压事件一致的0到-100％之间的负负载变化通常表明电压事件是负载损耗的原因。应进行调查，以确定此事件的根本原因，并采取适当的措施来缓解未来事件的发生(如果可能)。
示例2：负载增益
图9-11示出了示例1中描述的同一电气系统上的电压骤降事件。这些图中所示的事件是由下游三相负载通电引起的。图10和图11源自图9中捕获的事件波形数据。电压事件持续时间约为1个周期(或约16毫秒)，事件期间最差情况下的电压偏差约为A相标称电压(或301伏)的87％，如图10所示(均方根电压)。
图11示出了整个电压事件期间的均方根实际功率数据，也是与事件影响故障排除最相关的数据。在事件开始前(事件前)，下游负载消耗的总实际功率约为837kW。电压事件在t≈0.10秒时开始，并假定在电压恢复到其正常工作范围(t≈0.12秒)时结束。事件结束时(即事件后)，下游负载消耗的总实际功率约为1,345kW。因此，由于电压骤降事件，事件前相对于事件后流向负载的总功率流增加了大约508kW(或61％)。对于本示例，电压骤降事件与总负载增加508kW(或61％)同时发生，不应影响设施的运行。与电压事件一致的正负载变化通常表明电压事件是通过给显著负载通电而产生的。尽管电压骤降/突降通常与负载的通电相关，但仍应进行调查以确保：1)电压偏差不太大，2)没有由于电压骤降/突降而忽略的负载影响，3)适当设置计量装置的警报阈值。
示例3：负载反向
图12-14示出了从不同于前两个示例的系统中捕获的独特电压骤降事件。该电压事件的原因不明；然而，结果肯定是有趣的，将在这里推测。在本示例中，电压事件发生在三相、60赫兹、277/480伏星形配置系统上。图13和图14源自图12中捕获的事件波形数据。电压事件持续时间约为25个周期(或约417毫秒)，事件期间最差情况下的电压偏差约为B相标称电压(或224伏)的81％，如图12所示(均方根电压)。
图14示出了整个电压事件中的均方根实际功率数据，为故障排除人员确定事件原因提供了宝贵的见解。在事件开始前(事件前)，计量装置测量的总实际功率消耗约为-13kW。负功率表示能量相对于仪表极性的方向性流动。如果仪表被配置为当能量从电源流向负载时指示正能量流，则当能量从负载流向电源时，将显示负功率流。4电压事件在t≈0.10秒时开始，并假定在电压恢复到其正常工作范围(t≈0.52秒)时结束。在事件结束时(即事件后)，消耗的总实际功率约为+5kW。此外，在波形捕获的持续时间内，负载继续增加到大约+17kW的值。结果，事件前与事件后的总功率流经历了-231％的反转(即，相反方向上原始功率流的约131％)。虽然功率流反向可能是有意的，但仍应进行调查，以确保这种行为是正常的也可以接受。此外，在此电压事件和随后的功率流反向期间，一个或多个负载可能受到影响，因此可能需要考虑缓解机会。
如上所述，不同类型的电压事件(例如故障)可以(并且经常)产生不同的特性。例如，三相故障本质上更对称；然而，单相和两相故障不是。了解电压事件的特征比简单地确定事件的大小和持续时间要复杂得多。正如评估事件前和事件后的特征是理解电压事件影响的重要技术一样，评估故障本身的附加特征也是如此。
IEEE标准1409-2012(IEEE电力电子学应用指南，用于改善额定1kV至38kV配电系统的电能质量)“介绍并定义了客户电力的新兴技术”。它“涉及电力电子设备的装置和电路配置，用于额定1kV至38kV的公用配电系统，以缓解与电能质量相关的问题”。本标准中的示例将用于说明某些经常被忽视的事件特征，但在试图缓解电能质量问题时，这些特征极其相关。本文描述的发明提供了一种利用新的图形技术来评估电压事件的新方法。
在评估缓解技术时，通常考虑电压骤降事件的两个重要特征：事件的大小(例如深度)、事件的持续时间。然而，如将要描述的，局限于对电压骤降事件的这两个特征的考虑可能是短视的，导致缓解解决方案的尺寸不充分/不适当。
如上所述，图4是评估电压事件(如骤降、骤升、瞬变等)的幅度与持续时间特性的有用工具；然而，它仅限于幅度和持续时间。这可能是一个问题，因为它没有考虑电压事件的其他重要特性的影响，如相位跳跃。IEEE标准1409-2012将“相位跳跃”(又名相位角跳跃、相移或相位跳变)定义为“电压骤降期间的电压相位角相对于电压骤降之前的电压相位角的变化”。重要的是要注意，在多相系统中，三相中的每一相的相位跳跃可能是不同的。
取自IEEE标准1409-2012的两个示例描述了相位跳跃1)对电压事件(例如，骤降、骤升等)和2)对缓解设备的尺寸以解决电压事件(例如，骤降、骤升等)的影响。图15(a)、15(b)、15(c)、16(a)、16(b)和16(c)分别摘自IEEE标准1409-2012中的图24-29。图15(a)-15(c)(分别摘自IEEE标准1409-2012中的图24-26)示出了单相50％电压骤降事件，相位跳跃为0°；图16(a)-16(c)(分别摘自IEEE标准1409-2012中的图27-29)示出了单相50％电压骤降事件，相位跳跃为-30°。图15(a)示出了0°相位跳跃的单相50％电压骤降的瞬时波形，图15(b)示出了0°相位跳跃的单相50％电压骤降的rms电压波形，图15(c)示出了实现对0°相位跳跃的单相50％电压骤降事件的完全补偿所需的电压。同样，图16(a)示出了-30°相位跳跃的单相50％电压骤降的瞬时波形，图16(b)示出了-30°相位跳跃的单相50％电压骤降的rms电压波形，图16(c)示出了实现对-30°相位跳跃的单相50％电压骤降事件的完全补偿所需的电压。
图15(c)和16(c)(即每个相应事件的“完全补偿”电压波形)示出了将相应原始波形恢复到100％所需注入的瞬时波形。即使两个事件(图15(a)和图16(a))经历相同的骤降深度(即50％)，完全补偿图16(a)中波形所需的电压波形是完全补偿图15(a)中波形所需电压波形幅度的两倍。图16(a)中电压注入要求加倍的原因是与此电压波形相关的相位跳跃。补偿瞬时波形的能力也取决于下游负载的大小(即，更大的负载需要更多的能量来充分补偿电压)。
图15(d)和16(d)提供了一种分析电压事件的新方法，考虑了有相位跳跃或无相位跳跃的事件。例如，图15(d)使用图形方法示出了图15(a)中所示的电压事件；图16(d)使用图形方法示出了图16(a)中所示的电压事件。图15(d)和16(d)所示的圆心是标称电压的0％，圆的周长是测量位置处标称电压的100％。
在图15(d)中，x轴上标称电压的0％和100％之间的中点(用表示)表示骤降深度(即标称电压的50％)。图15(d)中的箭头(指向左侧)表示电压损失，0％和符号之间的黑线表示剩余/残余电压。虽然分析电压波形(例如，图15(a))以确定相关的相位跳跃可能是困难的，但对图15(d)的粗略评估清楚地示出了对准/在x轴上的箭头，指示没有相位跳跃与该电压骤降事件相关联。
尽管图16(a)所示的电压事件与图15(a)所示的电压事件一样呈现50％的标称电压骤降，但它们确实具有不同的特性。首先，图16(d)的分析显示存在相位跳跃，而图15(d)不存在。这种情况下，图16(d)所示的波形呈现-30°相位跳跃，使符号的位置偏离x轴。
在图15(d)中，VSag矢量(如图中对应的箭头所示)包含(等于)电压骤降事件的总影响。这是因为没有与图15(a)所示电压事件相关的相位跳跃。在图16(d)中，情况并非如此。对于图16(a)中所示的电压骤降事件，有两个分量：1)电压事件的深度/幅度(VSag)，以及2)与电压事件相关联的相位跳跃如图16(d)所示，这两个分量相互正交。求这两个分量的平方和的平方根，确定电压骤降事件的总影响：
任何包含相位跳跃分量的电压骤降事件都需要更大的电压补偿要求，因为(根据等式)总电压影响更大。此外，与电压骤降事件相关联的相位跳跃越大，缓解装置/设备将需要越大(假设固定的电压骤降事件幅度/深度)。电压骤降事件的持续时间在确定缓解设备的尺寸方面也起着重要作用。
图15(d)和16(d)都在大圆的右侧包括相交的圆形阴影区域(即，在此称为“穿越区”)。该区/区域指示特定缓解装置(或设备)穿越电压骤降事件的理论能力。包围圆的其余部分的区域(即，阴影区域之外的区域)表示特定缓解装置(或设备)将不能穿越电压骤降事件的理论区域(即，在此称为“损失风险区”)。特定缓解装置(或设备)的穿越能力基于以下组合：1)与电压骤降事件(当时)一致的下游负载，2)电压骤降事件的幅度/深度，3)事件的持续时间，以及4)与电压骤降事件相关联的相位跳跃。所有这三个变量的组合是确定缓解装置(或设备)允许下游负载穿越电压骤降事件的能力的重要方面。
例如，参考图15(d)，假设特定缓解装置的穿越区的阈值与x轴相交，其中电压骤降事件的幅度/深度约为标称电压的25％(即，也由附图标记1505表示的位于x轴上，距离阴影区域之外的区域的中心的距离为阴影区域之外的区域的半径的25％)。换句话说，缓解装置能够允许下游负载穿越75％的电压骤降事件。在这一点上(即，75％电压骤降，0°相位跳跃)，缓解装置(或设备)将勉强能够满足下游负载的电压骤降事件穿越要求；然而，正相位跳跃或负相位跳跃都没有可用容量。在这种情况下，具有某种程度的相移/跳跃的电压骤降事件会将点移动到阴影区域之外，并进入阴影区域之外的区域；因此，离开穿越区进入损失风险区。
在另一个示例中，图16(d)示出了具有-30°相位跳跃的50％电压骤降事件(即，也由附图标记1605指示的位于沿着x轴的半径的一半处，并且在x轴下方-30°处(即，使用笛卡尔坐标命名法：(0.5，-0.2886)。可以看出，电压骤降(包括相位跳跃)的位置仍然在穿越区内(即，仍然在阴影区域内)，这表明缓解装置(或设备)仍然能够缓解电压骤降事件。在此示例/情况下，相位跳跃超过±60°(使用基本三角学计算电压骤降点的弦长(CL)确定：))将超过缓解装置(或设备)纠正电压骤降的能力(即位于阴影区外的穿越区之外)，从而对下游负荷造成潜在影响。
图15(e)和16(e)示出了相同的技术；但是，它们使用图的中心而不是圆周作为参考点(即原点处标称电压的0％，而不是x轴上圆周长处标称电压的100％)。在任一情况下，相应的阴影区域保持如图15(d)和16(d)所示。根据缓解装置(或设备)穿越具有特定特征的电压骤降事件的能力，图中的阴影区域将发生变化。同样，事件相位跳跃、事件持续时间和事件的幅度/深度是负载穿越电压骤降事件的能力和缓解装置(或设备)促进所述穿越能力的能力中的重要因素。
进一步发展这一概念，可以生成在单个图上显示多个电压骤降事件的图表(例如，图17)，每个电压骤降事件具有其各自的相位跳跃。数据点可以通过各个相电压、每个事件的平均电压、与电压骤降事件相关联的最差/最大相位跳跃或这些与附加信息的组合来示出。图17所示的数据点在x轴上提供了每个电压骤降事件的相应幅度/深度，这些事件的相位跳跃/偏移在y轴上表示。
图18提供了具有补充信息的更高级的图表/显示。阴影区/区域(穿越区)中的数据点(如小圆圈所示)表示发生了电压骤降事件，但没有经历同时发生的影响。阴影区域(损失风险区)之外的区/区域中的数据点(如X所示)表示经历了同时影响的电压骤降事件。这有助于评估和确定系统更易受攻击的电压骤降事件的特征。将信息附加到每个数据点也是有用的，例如元数据、波形捕获数据、其他测量数据(例如，电流等)、导出数据(例如，一致负载、谐波等)、相应的电压事件持续时间、电压事件源信息(例如，来自IED的上游、IED的下游等)，和/或与IED点、IED负载、IED信息和/或与电压骤降事件相关联的其他信息。
在电压骤降事件时，可以使用事件前/事件后/事件后波形捕获数据和/或记录数据来自动执行对一致负载影响的计算/确定/推导，以推导事件前功率数据减去事件期间最差/最低电压值下的事件/一致功率数据。第二种方法可以是允许终端用户通过设置阈值、持续时间、相位和/或由IED或相关联的IED(例如，离散的、过程/区域或系统等)的组合测量的其他一致测量/导出数据来配置如何手动确定一致功率数据。第三种方法可以是使用历史和/或统计信息/数据/度量/元数据等，以确定由IED、IED的组合或IED外部测量的阈值、持续时间、相位和/或其他一致的测量/导出数据。
来自该特征的信息可以包括在报告中，在工具提示中以图形方式查看，和/或通过用于评估相关联信息的一些其他技术。还可以提供额外的度量来帮助选择、确认和/或验证缓解装置或设备。还可以使用客户细分信息来进行对电压骤降事件影响的确定/管理/报告/确定优先级等。
图19A提供了利用电压骤降事件的相量图形视图的另一种方法。与图18类似，图19A提供了多个区(这里为区0、1、2、3等。在所示的实施例中，区0、1、2、3之外的区/区域指示已经发生的可能产生损失风险的电压骤降事件(幅度和相位跳跃)。内部的X表示由IED捕获的每个电压骤降事件。在此示例中，损失风险区/区域之外的区/区域由四个单独的区指定(注意：可以根据需要使用更少或更多的区)：区0、1、2和3。每个区都是与其他区的同心圆(在本示例中)，并由幅度/深度(x轴)和相位跳跃(y轴)定义。同样，如上所述，附加信息可以被附加到每个离散区。
区0(即，包含/包围实心圆的区)表示系统(在测量电压骤降数据的点处)固有地能够穿越电压骤降事件的区/区域。该区(实际上)可以是圆形或一些其他几何形状(对称或非对称、线性或非线性、任意形状等)，这取决于负载固有的穿越特性。在这种情况下，区0表示系统或负载经历以下组合的固有能力：1)±12°之间的相位跳跃，以及2)低于标称电压约20％的电压骤降幅度/深度(同样，这些只是示例性数据值)。同样，这里没有显示电压骤降事件的持续时间。
通过增加一种或多种类型的缓解装置(或设备)，区1-3各自指示系统的穿越能力。区1表示使用例如缓解装置1(或MD1)的电压骤降事件穿越特性的改善，区2表示使用例如缓解装置2(或MD2)的电压骤降事件穿越特性的改善，并且区3表示使用例如缓解装置3(或MD3)的电压骤降事件穿越特性的改善。每个缓解装置都比先前的缓解装置增加了系统/负载的穿越特性/能力(在收集数据的点处)。实现穿越发生在区3周界之外的给定电压骤降事件的能力还将(固有地)提供穿越发生在较低编号区(例如，区0-2)中的电压骤降。另外，例如，通过一个缓解装置、多个缓解装置、缓解装置的不同技术、一个或多个缓解装置的不同配置等，可以促进穿越区3中发生的任何电压骤降事件的能力。这里的要点是，每个离散区的特征可能取决于或独立于其他区，但取决于用于表征特定区的一个或多个缓解装置。
区1(在本示例中)将提供穿越电压骤降事件的能力，该事件表现出以下组合：1)在±18°之间的相位跳跃，以及2)低于标称电压约31.5％的电压骤降幅度/深度。区2(在本示例中)将提供穿越电压骤降事件的能力，该事件表现出以下组合：1)在±25°之间的相位跳跃，以及2)低于标称电压约42％的电压骤降幅度/深度。最后，区域3(在本示例中)将提供穿越电压骤降事件的能力，该事件表现出以下组合：1)在±32°之间的相位跳跃，以及2)低于标称电压约55％的电压骤降幅度/深度(同样，这些只是示例性数据值)。同样，电压骤降事件的持续时间不包括在该评估中。
使用如图19A所示的相量图，可以基于电压骤降事件的幅度/深度、相位跳跃和相关影响的组合来显示电压骤降事件。这使得终端用户能够了解导致设备离线跳闸、意外停机、产品和生产损失、材料浪费、回收能量浪费、过量CO2生成(由于事件)等的电压骤降事件的特征。此外，可以叠加一个或多个缓解装置(或设备)的特征，以快速确定和优化解决这些问题的最经济的解决方案。替代地，可以组合两个或更多个缓解装置(或设备)的特征以创建聚合/求和的虚拟缓解装置(或设备)。应当理解，可以使用不同大小的圆圈来显示影响和/或持续时间，使用工具提示来提供文本，或者一些其他图形或文本方法来提供信息。
在图19A中，区1的圆圈表示“可能”在没有影响的情况下穿越的电压骤降事件，假设安装了具有适当特性以穿越区1发生的事件的缓解设备。在该示例中，只有一个电压骤降事件(如圆圈所示)出现在区1中。同样，区2包含四个电压骤降事件(如四个圆圈所示)。请记住，具有区2特征的缓解装置(或设备)为其区/区域(即区2)内的所有事件以及较低区/区域(即区1)内的所有事件提供穿越能力。区0可以忽略，因为系统固有地穿越其区/区域内的电压骤降事件。最后，区3包括九个总电压骤降事件(区3中的五个附加事件加上区1和区2中的四个事件)。总之，安装设备以满足区1的穿越特性将允许系统避免一个额外的电压骤降事件，安装设备以满足区2的穿越特性将允许系统避免四个额外的电压骤降事件，并且安装设备以满足区3的穿越特性将允许系统避免九个额外的电压骤降事件。
促进和/或提供该信息(例如，电压骤降事件历史数据、骤降幅度/深度的影响、持续时间和相位跳跃/偏移、负载影响和缓解装置(或设备)特性)将允许终端用户、顾问和/或设备制造商更容易地解决终端用户的长期电压问题。这将使他们能够更容易地选择最成本有效的缓解设备，并不断评估其有效性(M&V)。此外，它将允许终端用户、顾问和/或设备制造商更容易地确定每次事件的成本，以缓解电压骤降事件的影响。
在本示例中，我们假设实现区1给出的缓解特性需要5000美元，区2需要15,000美元，区3需要24,000美元。根据每个区发生的电压骤降事件的数量和位置，区1的成本为5,000美元/事件，区2的成本为3,750美元/事件，区3的成本为2,666美元/事件(使用EPMS收集的历史数据，如图19A中的散点图所示)。同样，这只是一个简单的示例，有理论数据来帮助解释本发明的概念。
图19B通过包含骤降事件持续时间的概念，增加了相量图的复杂性。每个相应的区包括虚线，虚线指示电压骤降事件的持续时间如何影响该区的特性。虚线离x轴越近，电压骤降事件的持续时间越短。随着电压骤降事件的持续时间的增加，虚线向区的内径移动，因此示出了一个或多个缓解装置(或设备)的降低的有效性。电压骤降事件持续时间的影响也可以包含在工具提示信息中或通过一些其他方式。根据本公开的一些实施例，电压骤降事件的持续时间也可以由电压骤降事件指示的尺寸/形状/颜色等来指示(例如，绿色填充和红色填充的圆圈)。
可以考虑附加特性、度量、参数、计算或其组合，以帮助终端用户更有效地解决电压骤降事件的影响和冲击。
应当理解，虽然各种形状(例如，圆)有时被描述和示出为用于区分或指示与电压骤降事件(例如，电压骤降持续时间)相关的信息，但是其他方式(例如，其他类型的形状、阴影、颜色、热图、声音等)可以用于指示相同的信息。还应当理解，本文描述的形状和其他指示符可以由用户定制，例如，以适应他们的特定应用/需求。此外，形状和其他指示符可以是基于上下文的，例如，基于客户细分类型等生成。本领域普通技术人员将理解所公开的发明的其他方面和变化。
通过例如图20所示的流程图(或流程图表)可以进一步理解本发明。参考图20，示出了流程图以示出根据涉及使用电相量自动识别、评估和缓解电能质量问题的公开的方法的示例实施方式。本文可以称为“处理块”的矩形元素(以图20中的元素2005为代表)可以表示计算机软件和/或IED算法指令或指令组。本文可以称为“决策块”的菱形元素(以图20中的元素2015为代表)表示计算机软件和/或IED算法指令，或指令组，其影响由处理块表示的计算机软件和/或IED算法指令的执行。处理块和决策块(以及所示的其他块)可以表示由诸如数字信号处理器电路或专用集成电路(ASIC)的功能等效电路执行的步骤。
流程图没有描述任何特定编程语言的语法。相反，该流程图示出了本领域普通技术人员制造电路或生成计算机软件以执行特定设备所需的处理所需的功能信息。应当注意的是，许多例程程序元素，如循环和变量的初始化以及临时变量的使用没有显示出来。本领域普通技术人员将理解，除非本文另有指示，所描述的块的特定序列仅是说明性的，并且可以变化。因此，除非另有说明，下面描述的块是无序的；这意味着，在可能的情况下，可以以任何方便或期望的顺序执行所述块，包括可以同时执行顺序的块(例如，在多个处理器和/或多个IED上并行运行)反之亦然。另外，在一些情况下，块的顺序/流程也可以被重新排列/交换。还将理解，在一些实施例中，来自下面描述的流程图的各种特征可以被组合。因此，除非另有说明，来自流程图的一个块的特征可以与流程图的另一个块的特征相结合，例如，以捕获与寻求由本公开保护的使用电相量来自动识别、评估和缓解电能质量问题相关联的系统和方法的各种优点和方面。还应当理解，在一些实施例中，来自流程图的各种特征可以被分离。例如，虽然流程图被示出具有许多块，但是在一些实施例中，由该流程图示出的所示方法可以包括更少的块或步骤。
参考图20，流程图示出了根据本公开的实施例的使用电相量自动识别、评估和缓解电能质量问题的方法2000的示例实施方式。方法2000可以例如在电气系统中的至少一个IED(例如，图3中所示的321)的处理器上实现，和/或远离至少一个IED，例如，在基于云的系统、现场/边缘软件、网关或其他前端系统中的至少一个中实现。
如图20所示，方法2000开始于块2005，其中使用电气系统中的至少一个IED捕获或导出至少一个能量相关信号(或波形)。至少一个IED可以安装或位于例如电气系统中多个计量点的相应计量点处。在一些实施例中，至少一个IED可以耦合到一个或多个负载/设备/装置(如感应电机)并且由至少一个IED捕获或导出的能量相关波形可以与至少一个IED耦合到的负载/设备/装置的操作相关联。能量相关信号(或波形)可以包括例如以下至少一种：电压信号、电流信号、功率波形、电压或电流的导数或积分、电流和/或功率波形、功率因数、电流和/或功率波形，以及从电压和/或电流特征导出的任何(或基本上任何)其他能量相关信号信息。电压和/或电流信号可以包括例如单相或多相电压和/或电流信号/波形。
在块2010处，处理来自或从在块2005处捕获或导出的至少一个能量相关信号导出的电测量数据，以识别电气系统中的异常特征。根据本公开的一些实施例，异常特征对应于测量的IED电压，例如，来自在块2005处捕获或导出的信号，其高于一个或多个上警报阈值或低于一个或多个下警报阈值(例如，如图5所示)。在一些实施例中，测量的IED电压具有幅度和持续时间(例如，不仅仅是幅度)。在这些实施例中，异常特征可以对应于测量的IED电压的幅度和持续时间高于一个或多个上警报阈值的幅度和持续时间，或者低于一个或多个下警报阈值的幅度和持续时间。在一些实施例中，上警报阈值和下警报阈值与电气系统中由至少一个IED监控的一个或多个负载、过程和/或系统的推荐操作范围一致。如上面结合图5所指出的，例如，设备(例如，负载)可以具有额定电压和推荐操作范围，其中额定电压对应于用于最优负载操作的期望电压幅度/水平，并且推荐操作范围是高于或低于额定电压的区域，其中负载仍然可以连续操作，尽管不一定是最优的。
在块2015处，确定是否在块2010发现了异常特征。如果确定在块2010识别出异常特征，则该方法可以进行到块2020。替代地，如果在块2015确定没有识别出异常特征，则该方法可以结束，返回到块2005(例如，用于捕获用于分析的附加能量相关信号)，或者可以采取一个或多个动作。示例动作可以包括存储、显示和/或分析至少一个捕获的或导出的能量相关信号。从下面的进一步讨论中可以理解附加的示例动作。
在块2020处，响应于识别电气系统中的异常特征，可以基于或使用识别的异常特征来确定电压相位跳跃的程度、持续时间和电压骤降幅度。
在块2025处，生成至少一个相量图(或相位跳跃图)。在一个示例实施方式中，在至少一个相量图上显示电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度。在一些实施例中，电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度分别由至少一个相量图上的至少一个指示表示。所述至少一个指示可以采取相量、形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标中的至少一个的形式，例如，至少一个指示符代表电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度。在一些实施例中，手动或自动配置与相量、形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标相关联的特征。
在块2025处，电压骤降事件的持续时间信息也可以附加到绘制在至少一个相量图上的事件指示。另外，在一些实施例中可以在至少一个相量图中的一个或多个相量图上指示重复出现的异常特征。应当理解，至少一个相量图可以包括各种类型的信息，这将通过上面和下面的讨论来理解。此外，应当理解，至少一个相量图可以以各种方式并在各种设备上呈现或显示。例如，至少一个相量图可以呈现在至少一个显示设备上。根据本公开的一些实施例，所述至少一个显示设备包括系统用户和/或操作者的显示设备。
在块2030处，分析所述至少一个相量图以确定缓解所识别的异常特征中的至少一个的最优/最成本有效的设备。
在块2035处(在一些实施例中是可选的)，可以基于确定最优/最成本有效的设备来采取或执行一个或多个动作，以缓解所识别的异常特征中的至少一个。根据本公开的一些实施例，所采取或执行的一个或多个动作可以包括例如将一个或多个缓解解决方案特征叠加在所述至少一个相量图的一个或多个相量图上。根据本公开的一些实施例，使用形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标中的至少一个来指示一个或多个缓解解决方案特征，其中至少一个指示符代表所述一个或多个缓解解决方案特征。
根据本公开的一些实施例，叠加在所述一个或多个相量图上的一个或多个缓解解决方案特征可以例如与至少一个范围或区(例如，如图19A和19B所示的区1、2、3等)相关联，其中一个或多个缓解解决方案特征被确定为能够成功缓解至少一个范围或区内所识别的异常状况中的至少一个异常状况。所述一个或多个缓解解决方案特征可以包括例如解决或缓解以下至少一个的能力：电压相位跳跃、电压骤降幅度和所识别的异常特征的持续时间。
在块2035之后，在一些实施例中，该方法可以结束。在其他实施例中，该方法可以返回到块2005并再次重复(例如，用于捕获或导出附加的能量相关信号)。在该方法在块2035之后结束的一些实施例中，例如，可以响应于用户输入自动地、周期性地和/或响应于控制信号再次启动该方法。
应当理解，在一些实施例中，方法2000可以包括一个或多个附加块或步骤，这对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。例如，根据本公开的一些实施例，在由方法2000指示的过程中可以发生附加的评估。例如，根据本公开的一些实施例，方法2000可以进一步包括确定和提供以美元、CO2吨数、能量、能量成本、恢复时间等为单位的影响度量，以理解与单个和集合事件相关联的影响。例如，影响度量还可以用于优化缓解设备成本与事件影响成本。根据本公开的另一实施例，方法2000可以进一步包括处理来自多个设备的电压骤降事件数据，以提供每个离散事件的系统视图、系统如何受到影响、相关联的成本等。还可以从历史角度估计缓解设备的响应，并且可以使用方法2000提供与安装缓解设备相关联的测量和验证(M&V)信息。
在一些实施例中，电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度分别由至少一个相量图上的至少一个指示表示。所述至少一个指示可以采取相量、形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标中的至少一个的形式，例如，至少一个指示符代表电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度。根据本公开的一些实施例，手动或自动配置与相量、形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标相关联的特征。
应当理解，存在与上述相量图(或相位跳跃图)相关联的许多示例优点，以及与生成相位跳跃图相关联的方法和系统(例如，方法2000)。例如，如本领域普通技术人员将理解的，上述相位跳跃图以及与生成相位跳跃图相关联的方法和系统：
-提供一种简单的方法来量化单个和总体问题；
-促进选择最成本有效的缓解解决方案(如动态电压恢复器(DVR))；
-帮助识别、跟踪/趋势、量化投资回报(ROI)以及性能测量和验证
(M&V)；
-为每个位置、区和/或系统提供离散阈值；以及
-为每个缓解解决方案(如DVR)提供定制区。
其他示例优点将由本领域普通技术人员懂得和理解。
如本公开中较早提到的，本文提供了用于评估电相量以识别、评估和缓解选定的电能质量问题的若干示例技术。上面讨论了第一示例技术，其提供了用于评估电压骤降事件的新方法。下面讨论第二示例技术，其涉及瞬态过电压事件的相量分析。
技术2：瞬态过电压事件的相量分析
电气系统发生快速变化时，往往会产生电力系统的瞬变现象。有多种常规源可以产生快速变化，导致电瞬变，例如打开/关闭开关和断路器，或者给电负载通电/断电(例如，电机启动/停止、给电容器组通电)。电气系统中快速变化的更非常规的来源可能包括向电路中快速注入能量(例如，闪电、ESD)或电气故障。
电瞬变分为脉冲或振荡，大多数是后者，因为振铃通常与扰动电气系统有关。瞬变发生在非常短的时间内(即通常≤1个周期)，并且在这些时间内可能表现出极高的电压电平。高压在电路和设备中产生额外的热量，压迫绝缘，并可能导致电弧或短路。对特定电气系统的影响取决于许多因素，包括负载特性、电路基础设施和瞬变本身。
当机械触头断开/闭合时，会产生开关瞬变(如本文中所定义的)，从而在通常通过电气系统传播的电压中产生快速(高速/短持续时间)扰动。如上所述，开关瞬变(有时称为快速开关瞬变)可能源自常规来源(例如，断路器、开关、电机接触器断开/闭合、电容器组通电/断电等)。许多能源细分市场中使用的电气设备和基础设施每天会经历数百到数千次开关瞬变，在电气负载和系统中产生大量的电气、机械和热应力。例如，与通电/断电电机相关联的开关瞬变可能特别有影响，这将在下面更详细地讨论。
如已知的，电机是一种重要的电气设备，从大型工业设施到住宅，无所不在。它们的应用范围很广——从核电站驱动反应堆冷却剂泵送的大型三相感应电机，到驱动真空吸尘器的小型通用电机。电机是每个国家经济的重要组成部分——因为它们所做的工作，也因为它们消耗大量的能源。
目前使用的最常见的电机类型是多相感应电机，其中90％以上是鼠笼式感应电机。多相感应电机的普遍存在有几个原因：
·相对便宜
·基本设计
·随时更换
·可靠运行
·各种安装方式和环保外壳
由于公司在感应电机方面进行了大量的资本和运营投资，更不用说生产和底线对电机的依赖了，因此识别和缓解可能对电机状况产生不利影响的电气事件至关重要。感应电机通常很坚固，但在受到电压力时会过早失效。在稳态条件下，电机设计为在特定额定电压加/减某个容差水平或范围下运行。例如，460伏额定电机可以具有正负10％的容差范围(即，414伏至506伏)。电压偏离额定电压越大，电机承受的应力就越大。
本文公开的第二示例技术的目的是识别、评估、保护和缓解可能对电机和相邻连接设备产生重大电气和机械应力的电机再生事件。再生事件的来源通常是电气系统的“典型”操作所固有的，其不考虑与通电和断电电机相关的影响。为了更好地描述与电机再生相关的问题，下面讨论几个图和示例。
众所周知，当感应电机通电时，6-10倍于电机满载电流的大电流(即浪涌电流)流入电机，产生电压骤降。与电机启动相关的电压骤降深度对应于电机(和系统)的阻抗(参见欧姆定律)。图21和21A示出了电机启动期间的单相瞬时电压和电流。图21A所示的浪涌电流(几乎表示短路)产生图21所示的压降。当电机开始旋转时，其阻抗增加，电流减少。随着电机阻抗的增加，电压开始恢复到其启动前的状况/水平。一旦电机达到稳态运行状态，电压和电流稳定到正常和合理的值。在这种情况下，电压将略低于其启动前的条件，电流将从零安培增加到其额定电流(取决于其负载条件)。
由于上述与电机通电相关的影响，电机是产生电能质量问题的已知元凶。与电机通电相关联的电压骤降会影响相邻连接的设备，导致误操作、复位、错误数据和/或产生其他相关问题。由于电机广泛应用于工业和商业应用，潜在的PQ问题一直存在。更复杂的是，给电机通电并不是电机产生PQ问题的唯一来源(有几个)。“何时”启动电机也需要考虑。本发明关注不仅导致显著的PQ问题，而且导致潜在的电机损坏和电机运行寿命缩短的条件。
电源(即线路)电压可以从电机移除，而几乎没有后果；事实上，移除电压源(例如，断电、保护等)是大多数电机的预期运行模式。移除电压源后，电机的磁场(磁通)仍然存在，但会随着电机转子的减速而呈指数衰减(见图22)。当转子的速度降低时，电机就像发电机，由衰减的磁场提供剩余电压。电机端电压衰减的速度取决于其连接阻抗(即负载、电容等)、存储在电机磁场中的能量、其衰减常数(与上述因素相关)以及其他因素。连接到断开的电机的任何电容器都会增加电机的衰减常数，导致电机端子上的剩余电压衰减之前有更长(有时甚至更加长)的时间。在某些情况下，当电机最初断开时，电容器可能会导致剩余电压增加；然而，连接的负载和损耗(例如，摩擦、热量等)将最终停止电机——只是需要更长的时间。
在启动过程中，电机有(或应该有)大约其额定电压施加到其端子上(见图21)。初始通电时，电机的阻抗非常低，因此启动电流非常高(见图21A)。当电机达到速度时，其阻抗显著增加，电流相应降低。移除运行中的电机的电源电压会导致电机端子上残留剩余电压，因为当电机断电时，电机的磁场不会立即消散。在剩余电压仍然存在(且电机阻抗仍然很高)的情况下重新给电机通电会产生瞬时累积电压，这可能会损坏电机和相邻设备(见图22A)。电容的存在会放大这一点(如前所述)。
开关瞬变是由于将电机电路从其电源断开，然后在电机剩余电压消散之前将其重新连接回其电源而引起的。由于意外的峰值电流，以这种方式切换电机可能会产生严重的电气和机械瞬态力。电机在其端子上具有显著剩余电压的时间越长，电机发生损坏事件的概率就越高，风险也就越大，并可能产生随后的瞬变，甚至可能影响周围的设备。开关瞬变的影响可能是对电机的机械或电气损坏(例如，扭曲的轴、松动的转子、弯曲的线圈、电机的物理位移、应力或失效的绝缘、失效的部件等)。
在某些应用中，开关瞬变可能是常见且频繁重复的现象。损害可能是渐进的，也可能是急性的，其来源可能未被发现。开关瞬变产生的应力和疲劳可能被错误地归因，缓解这些问题的方法可能在最好的情况下是无效的，或者在最坏的情况下是加剧的。
涉及设备定位的过程通常会重复快速地给电机通电和断电(例如颠簸)，并可能导致潜在的开关瞬变。开关瞬变的另一个典型来源是通常(讽刺地)用于降压启动的电机启动技术(例如，星形三角形启动、自耦变压器启动、部分绕组启动等)。这些启动电机技术涉及在电机部分达到速度时切换电机绕组，潜在地导致与切换相关的应力。
开关电源在许多应用中变得越来越普遍，并且可能产生与已经从电机断开的电源的快速重新应用类似的后果。开路瞬变开关可能特别容易产生开关瞬变，这取决于瞬变的持续时间和电机剩余电压衰减率的特性。
公用设施保护设备(如重合器等)的运行是电机中开关瞬变的另一个来源。重合器有意打开/关闭配电馈线，试图清除电路故障。在故障被清除或重合器锁定电路之前，这种情况可能会发生几次，导致受影响的配电馈电所服务的设施内所有电机的开关瞬态暴露。图23示出了在数据中心捕获的实际快速切换瞬态事件。
为了理解本发明，重要的是检查电机与其源之间的相位关系。为了帮助讨论，图24示出了感应电机的简单模型，图25示出了包含电机、负载和计量装置(即IED)的简单系统。在图24中，R1是定子电阻，R2是转子铜损耗，L1是定子电感，L2是转子相对于定子的电感，Lm是磁化电感，s是转子滑差，[(1-s)·R2]/s是发展的机械动力，V和I是正弦电源电压和电流相量。在电机正常运行期间，电源电压在电机中产生磁场，该磁场以同步速度围绕电机定子旋转。由于电机的打滑，电机的转子以稍低的速度跟随该磁场。
如图24所示，电机的源电压用VS表示，相当于电机正常工作时的端电压(VT)。与电机相关的内部电压(VI)(由于其旋转磁场)低于电机的源电压(VS)，并且由于定子的阻抗，与端电压(VT)略有不同相。一旦断开图24所示的触点(C)或图25所示的开关，源电压(VS)就被移除，源电压(VS)和内部电压(VI)之间的相位角(θ)就会随着电机转子速度的下降而增加。
为了进一步阐述该示例，图26-26E用于说明电源电压(VS)和电机内部电压(VI)之间对电压幅度和相位角的相对影响。(注：图26-26E中的角度位置可能与通常接受的标记轴和相位角的术语不一致；例如，0°通常显示在正x轴上，90°通常显示在正y轴上，依此类推。虽然使用公认的术语来引用角度标签和相量位置可能更常见，但本文使用的术语旨在帮助更清楚地说明和讨论关键概念。)
图26示出了电机正常工作时，电源电压(VS)与电机内部电压(VI)之间的相量关系示例。电源/线电压(VS)是参考相量(由箭头VS示出)，并且在y轴上任意地示出为0°(即12点钟)。箭头VI所示的电机内部电压(VI)滞后电源电压(VS)一个相位角(θ)。在电机运行过程中，电源电压和电机内部电压之间的相位角(θ)会随着电机负载的增加和减少而略有变化。一个类比可能是相量VS围绕图形原点逆时针旋转，同时使用长度为θ的虚线箭头拉动相量VI。实际上，电源电压(VS)相量围绕图形原点逆时针旋转，电机内部电压(VI)与电源电压(VS)一起旋转，并与之相关。
图26A示出了电源从电机移除/断开的瞬间(例如，在图24中触点(C)断开，在图25中电路断开，等等)。当电机内部电压(VI0)与电源电压(VS)断开时，t＝0，电机转子开始减速。最初(t＝0时)，电机的内部电压(VI0)仍然完全可用/完好无损；然而，垂直于内部电压相量(VI0)的箭头表示在断开发生后，方向VI开始相对于电源电压相量VS移动。应当注意的是，转子速度的衰减率可能不是线性的。
图26B示出了电源从电机移除/断开后的稍后时间(t＝1)。在这一点上，内部电压相量(VI1)由于电机转子的衰减速度(即θ≈200°)已经向其原始位置后移动了大约180°。如虚线螺旋所示，随着电机磁场的崩溃，内部电压相量(VI1)的幅度略有衰减。在这一瞬间，电源/线电压(VS)和电机内部电压(VI1)之间的电压差几乎是t＝0时两个相量之间原始电压差的两倍。
随着电机转子相对于电源电压(VS)继续减速，实际上，电机的内部电压相量(VI)将再次接近电源电压相量(VS)的相位角。电机内部电压(VI)和电源/线电压(VS)之间的相位角差开始减小，直到两者再次彼此同相，并且该差最小化。如虚线螺旋所示，内部电压相量(VI)的幅度随着电机转子的减速及其磁场的持续衰减而持续指数衰减。
图26C与图26B相同，除了图底部的阴影区域。该阴影区域代表将电机端子重新连接到其电源电压(VS)的潜在损坏区域，是一种使用相量域分析、量化、查看和解决电能质量问题的新方法。图26C中的阴影区域是利用电源电压(VS)和电机内部电压(VI)的幅度和相位角之间的关系唯一地计算出来的，示出了达到或超过110％阈值的范围。阴影损坏区/区域被归一化，这意味着它与原始电压电平和/或相位角无关。例如，同样的阴影损坏区/区域概念同样适用于208伏系统、480伏系统或任何其他标称电压系统上的电机。
当电机内部电压(即相量VI)的幅度和相位角落入潜在损坏区(即阴影区域)时，电机内部电压(VI)和电源/线电压(VS)之间的电压差超过标称系统电压的110％。基于110％的损坏阈值，将电源重新连接到电机可能会导致电机的应力、损坏或故障/最终故障。它还可能产生电压瞬态事件，该事件可能在电气系统内(局部)传播，这取决于局部阻抗和开关瞬态电压。
一些电机可能允许关于阈值设置的更大公差；另一些允许更小的公差。在重新启动电机转子之前让电机转子完全停止而影响过程的风险和由于异相重新通电而导致电机损坏的风险之间可能存在权衡。图26D示出了类似于图26C的图表；然而，使用125％的伤害阈值。请注意，图表的阴影区域(即潜在损坏区域)比图26C中提供的略小。这是一致的，因为增加潜在损坏阈值将提供更大的自由度来重新连接电机到其电压源。图26D还示出了电机的内部电压(VI2)处于不同的相位角(≈90°)，并且其幅度减小；然而，这仅用于说明目的。
图26E示出了单个IED测量的任意时间段内捕获的所有开关瞬态事件的相量图。每个标记(·)表示电机重新连接到电源电压时再生电压的大小和相位角。此图中的阴影区域基于>＝110％阈值，并且阴影区域中的标记超过该阈值。无阴影区域的标记低于110％的阈值，因此被认为是可接受的。电源电压示出在顶部(VS)，基准电压(VRef)位于相量图的中间。该图对于量化离散IED处的问题很有用，但是也可以将来自多个IED的数据聚集到单个相量图上，以提供问题的系统分析。
如在本公开中先前指出的，开关瞬变会损坏电机并影响周围/邻近设备。识别、分析和/或缓解该问题是本发明的示例目的。
下面描述的是示出本公开的示例方法(这里是方法2700、2800、2900、3000)的几个流程图(或流程图表)，所述示例方法涉及识别、分析和/或缓解开关瞬变对电气系统中的电机和/或其他设备的影响。如将从下面的进一步讨论中理解的，在一些实例中，流程图之一的一个或多个方面或特征(例如，块)可以在一个或多个其他流程图中使用，并且可以被修改等。例如，如将结合图28中所示的方法2800进一步讨论的，在一些实例中，方法2800可以对应于图27中所示的方法2700的示例实施方式，其中方法2700的各种特征在方法2800中被修改、扩展等。
首先参考图27所示的方法2700，流程图示出了根据本公开的实施例的用于分析电气系统中电机再生特性或条件的影响的示例方法2700。方法2700可以例如在电气系统中的至少一个IED的处理器上实现，和/或远离至少一个IED，例如，在基于云的系统、现场/边缘软件、网关或其他前端系统中的至少一个中实现。例如，至少一个IED、基于云的系统、现场/边缘软件、网关和/或其他前端系统可以(通信地或以其他方式)耦合到一个或多个电机。
如图27所示，方法2700开始于块2705，其中使用电气系统中的一个或多个IED捕获、测量或导出至少一个能量相关信号。例如，可以使用一个或多个IED捕获、测量或导出至少一个能量相关信号，所述IED位于电气系统中再生特性或条件被识别的至少一个运行电机附近，和/或在电气系统中产生开关瞬态的开关事件/动作附近。根据本公开的一些实施例，所述至少一个能量相关信号包括至少一个电压信号。所述至少一个电压信号可以包括例如单相电压信号和三相电压信号中的至少一个。
在块2710处，处理来自或从所述至少一个能量相关信号导出的电测量数据，以识别与电气系统中的至少一个运行电机相关联的再生特性或条件，和/或在电气系统中产生(或潜在地产生)开关瞬变的开关事件/动作中的至少一个。在一个示例实施例中，例如，再生特性或条件可以由与至少一个运行电机断开的能量源引起。
在块2715处，分析来自电测量数据的所识别的再生特性或条件和/或开关事件/动作，以确定所述至少一个运行电机是否暴露于(或潜在地暴露于)来自所识别的再生特性或条件和/或开关事件/动作的损坏/应力。如果确定至少一个运行电机暴露于(或潜在地暴露于)来自所识别的再生特性或条件和/或开关事件/动作的损坏/应力，则该方法可以进行到块2720。替代地，如果确定至少一个运行电机没有暴露于(或潜在地没有暴露于)来自所识别的再生特性或条件和/或开关事件/动作的损坏/应力，则该方法可以结束或返回到块2705(例如，在一些实施例中用于捕获或导出附加的能量相关信号)。在其他实施例中，可以提供或做出指示或通知来表示至少一个运行电机没有暴露于(或没有潜在地暴露于)损坏/应力。指示或通知可以是视觉通知(例如，电子邮件、文本等)和/或听觉通知(例如，声音)。
在块2720，响应于确定至少一个运行电机暴露于(或潜在地暴露于)来自所识别的再生特性或条件和/或开关事件/动作的损坏/应力，可以采取或执行一个或多个动作以减少或消除以下至少一个：对至少一个运行电机的损坏/应力和来自所识别的再生特性或条件和/或开关事件/动作的对电气系统中其他部件的损坏/应力。在一个示例实施方式中，所述一个或多个动作包括识别至少一个装置以缓解或消除对至少一个运行电机的损坏/应力和对电气系统中其他部件的损坏/应力中的至少一个。所述一个或多个动作还可以包括基于优先级和/或严重性选择所述至少一个缓解或消除装置中的一个或多个，所述优先级和/或严重性是：对所述至少一个运行电机的损坏/应力和/或对其他部件的损坏/应力，以及指示和应用所述至少一个缓解或消除装置中的所选的一个或多个中的至少一个。根据本公开的一些实施例，可以生成至少一个图，所述至少一个图指示以下中的至少一个：相对于相位角发生再通电的一个或多个点，以及所述至少一个缓解或消除装置中的所选择的一个或多个。
在其中与电气系统中的至少一个电机相关联的再生特性或条件被确定为是由于电气系统中的开关瞬态引起的实施例中，例如，至少一个缓解或消除装置中的一个或多个可以包括至少一个瞬态缓解设备。所述至少一个瞬态缓解设备可以包括例如电涌放电器、避雷器、电涌抑制器、瞬态电压电涌抑制器、线路电抗器、再生负载组和隔离变压器中的至少一个。
在块2720之后，在一些实施例中，该方法可以结束。在其他实施例中，该方法可以返回到块2705并再次重复(例如，用于捕获或导出附加的能量相关信号)。在该方法在块2720之后结束的一些实施例中，例如，可以响应于用户输入自动地、周期性地和/或响应于控制信号再次启动该方法。
应当理解，在一些实施例中，方法2700可以包括一个或多个附加的或替代的块或步骤，这将从下面的进一步讨论中理解。
参照图28，流程图示出了根据本公开的实施例的用于识别电机的开关事件/动作的示例方法2800。根据本公开的一些实施例，方法2800对应于上面结合图27讨论的方法2700的示例实施方式。类似于方法2700，方法2800可以在电气系统中的至少一个IED的处理器上实现和/或远离至少一个IED，例如，在基于云的系统、现场/边缘软件、网关或其他前端系统中的至少一个中实现。例如，至少一个IED、基于云的系统、现场/边缘软件、网关和/或其他前端系统可以(通信地或以其他方式)耦合到一个或多个电机。
如图28所示，方法2800开始于块2805，在块2805中，评估与识别与电机的开关事件/动作相关的配置信息。具体地，在块2805，确定与识别电机的开关事件/动作相关联的特征是否被配置在例如至少一个IED和/或基于云的系统、现场/边缘软件、网关或负责监控电机的其他前端系统上。要配置的示例参数或特征可以包括，例如，电机的损坏阈值(例如，110％、125％等)、连接的电机的存在、连接的电机的位置、关于电机的其他建议、电机对操作的关键性、电机的成本、电机对产品质量的影响、诸如电机尺寸、驱动负载、时间常数(如果可用)等技术信息。
在块2805，响应于确定配置了一个或多个特征，该方法可以进行到块2825。替代地，如果确定未配置特征，则该方法可以进行到块2810。在块2810，负责监控电机的设备可以被自动地、半自动地或手动地配置，为了简单起见，负责监控电机的设备在下文中被指示为上述至少一个IED。例如，用于检测电机损坏的规定阈值可以设置在至少一个IED上，如块2815所示。根据本公开的一些实施例，可以基于一个或多个标准、电机类型、制造商建议、用户输入(例如，来自终端用户)和/或其他来源来设置或配置规定阈值(和其他信息)。在块2810处配置至少一个IED之后，该方法可以进行到块2825。
在块2825处，能量相关信号(或波形)由包括所述至少一个IED和待监控电机的电气系统中的至少一个IED捕获、存储等。至少一个IED可以安装或位于例如电气系统中多个计量点的相应计量点处。在一些实施例中，至少一个IED可以耦合到一个或多个电机，并且由至少一个IED捕获的能量相关波形可以与至少一个IED耦合到的电机相关联。捕获的能量相关信号可以包括例如以下中的至少一个：电压波形、电流波形、功率波形、电压、电流和/或功率波形的导数、电压、电流和/或功率波形的积分，以及从电压和/或电流特征导出的任何(或基本上任何)其他能量相关信号/波形。电压和/或电流信号/波形可以包括例如单相或三相电压和电流信号/波形。
在块2825处，处理来自或从能量相关信号导出的电测量数据，以识别电气系统中的电压骤降、电压/电流瞬变和/或其他中断(统称为“异常状况”)。根据本公开的一些实施例，基于满足指示异常状况(或干扰)的至少一个标准的能量相关信号/波形的一个或多个特征来识别异常状况。例如，由于检测到的电气事件的幅度、持续时间、相位跳跃和/或其他特性满足干扰分类标准，可以识别异常状况。例如，在一个实施例中，在电气系统中识别的异常状况包括指示电气系统中的电压骤降或瞬态电压或电流状况的特性。指示瞬态电压或电流状况的特性可以包括例如以下至少一项：(a)极性为单向的电压、电流或电压和电流两者的突然非工频变化，以及(b)极性为双向的电压、电流或电压和电流两者的突然非工频变化。根据本公开一些实施例，分类标准可以通过IEEE标准1159-2019或其中可以定义分类标准的其他标准或方法(例如，用户定义的分类)来建立。
响应于在块2825检测到至少一个异常状况，该方法可以进行到块2830。在块2830，可以确定是否有至少一个运行电机连接到检测到至少一个异常状况的至少一个IED。根据本公开的一些实施例，该确定(以及也在下面描述的块2835、2840等处做出的确定)可以例如通过使用I/O状态来指示重启电机的尝试，和/或通过一些其他控制信号输入(例如，PLC等)来评估相关信号数据的算法来执行。在一些实施例中，电机的存在也可以手动配置。
在块2830，响应于确定至少一个运行电机连接到至少一个IED，该方法可以进行到块2835。替代地，响应于确定至少一个运行电机未连接到至少一个IED，该方法可以结束或返回到块2825(例如，用于使用电气系统中可连接到电机的其他IED来检测异常状况)。
在块2835处，可以确定至少一个运行电机(即电机负载)是否被中断(例如，基于对各种相关信号数据的分析)。在一个示例实施方式中，可以通过分析来自IED的事件前/事件后数据来执行确定，以识别影响。确定也可以通过分析系统中的状态变化来执行，例如来自电机的I/O(例如，数字状态)指示。当然，用于进行确定的其他过程/方法也是可能的。
在块2835处，如果确定至少一个运行电机没有中断，则方法可以结束或返回到块2825(例如，用于检测可能影响至少一个运行电机的未来异常状况)。替代地，如果确定至少一个运行电机被中断，则该方法可以进行到块2840。
在块2840处，可以确定至少一个运行电机在停止之前是否尝试再通电。如果确定至少一个运行电机在停止之前没有尝试再通电，则该方法可以结束或返回到块2825(例如，用于检测可能影响所述至少一个运行电机的后续异常状况)。替代地，如果确定至少一个运行电机在停止之前尝试重新通电，该方法可以进行到块2845以进行进一步分析。
在块2845处，可以确定在重新连接时至少一个操作电机和/或电压源的幅度/相位角(例如，基于对各种相关信号数据的分析)。例如，确定幅度和相位角可以取决于监控所述至少一个运行电机的至少一个IED的位置。例如，IED可以测量源电压、电机的再生电压或两者。根据本公开的一些实施例，测量两个相量是最优的，并且将提供源电压和电机的再生电压之间的精确幅度和相位关系。另外，根据本公开的一些实施例，可以仅测量电机的再生电压，并通过外推/扩展与源电压信号同相的60赫兹信号(或事件前信号的任何标称频率)通过事件来预测源电压，以用作源电压的近似/导出参考。根据本公开的一些实施例，如果仅源电压可用，则需要更多配置。例如，来自多个IED的系统历史数据将有助于确定电机的时间常数。此外，电机的时间常数(和/或停止时间)也可以手动提供。例如，可以分析历史开关事件/动作以识别它们的效果/影响，并且可以为配置数据和使用后验地确定特性。根据测量或导出的信息，有可能计算/估计重新连接时电源电压和电机再生电压之间的相位差。
在块2850处，对至少一个运行电机和/或周围设备(即，电气系统中靠近至少一个运行电机的设备)的潜在影响可以被限定和/或量化。例如，可以通过确定源电压相量和电机的再生电压相量之间的差是否超过潜在损坏阈值来对至少一个运行电机的潜在影响进行定性。另外，可以通过提供源电压相量和电机的再生电压相量之间的差超过潜在损坏阈值的近似程度来执行对至少一个运行电机的潜在影响的量化。可以通过确定相应的瞬态电压和/或电流事件是否与开关事件/动作相对应来对周围设备的潜在影响进行定性。应当理解，负载损失(即，由于事件导致的负载断电)可能是定性事件的另一个因素。例如，缺少捕获与开关事件/动作相关联的任何对应瞬态事件可以指示需要能够捕获瞬态事件的更有能力的IED。
在块2855，相关离散和聚集事件数据和特征可被提供给一个或多个终端用户。例如，这里可以提供与开关瞬态相关的信息以及从上述两个块中确定/导出的信息(相位角、幅度、差异、定性和/或量化信息、影响、对更有能力的IED的需求等)。另外，这里可以提供来自多个IED的与同一事件的开关瞬态相关的聚集信息。例如，这可以用于确定开关瞬变通过电气系统的影响的传播程度、受影响的设备、总影响、幅度、持续时间等。例如，导致开关事件/动作条件的事件源可以被附加到事件，以帮助缓解开关事件/动作条件的根本原因。
根据本公开的一些实施例，在块2855确定/识别的相关离散和聚集事件数据和特性可以以以下至少一种方式传送给终端用户：文本、电子邮件、报告、警报的附件、声音通信和屏幕/显示器界面上的通信。根据本公开的一些实施例，在块2760处，可以将信息存储在例如与至少一个IED相关联的至少一个存储器设备上。至少一个存储器设备可以包括例如至少一个本地存储器设备(例如，至少一个IED中的存储器)和/或至少一个远程存储器设备(例如，基于云的存储器)。
在块2860之后，在一些实施例中，该方法可以结束。在其他实施例中，可以在块2865处提供可选分析。可选的分析可以包括例如与历史事件、对终端用户的关联影响等相关的分析。例如，这里可以提供从一个或多个IED接收或导出的与当前开关事件/动作相关的概要信息。例如，历史数据(来自存储的数据)可以用于关于当前开关事件/动作或累积开关事件/动作的求和/枚举/计数、比较、对比、趋势、周期性、发生时间等等。在一个实施例中，概要信息可以使用历史数据来帮助确定开关瞬态事件是慢性问题还是任意/随机问题。此外，可以考虑关于开关事件/动作的影响的新度量，以更好地理解设备(包括电机)的影响、操作成本、生产率、维护成本、停机时间/正常运行时间、原因、影响、可靠性、其他性能指数、能量成本、产品质量、效率等。根据本公开的一些实施例，与块2865处提供的可选分析相关的信息可以例如存储在上面讨论的与所述至少一个IED相关联的至少一个存储器设备上(例如，至少一个本地存储器设备和/或至少一个远程存储器设备)。
在块2865之后，该方法可以在一些实施例中结束。在其他实施例中，该方法可以返回到块2825(或其他块)并再次重复(例如，进一步监控电气系统中的电机)。在方法在块2860之后结束的一些实施例中，例如，响应于用户输入自动地，和/或控制信号，可以再次启动该方法。
应当理解，在一些实施例中，方法2800可以包括一个或多个附加块或步骤，这对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。此外，应当理解，方法2800可以仅在块的子集上执行，并且块的顺序可以改变。例如，下面结合方法2900和3000描述本发明的其他示例方面。
现在参考图29，示出了说明根据本公开的实施例的用于开关事件/动作的示例性实时功能的流程图。根据本公开的一些实施例，由于所需的快速测量和响应时间，图29中的方法2900所示的特征位于电机上或附近。例如，用于实时功能的合适位置可以是电机控制中心、继电器、断路器或其他断开装置、仪表、局域网、控制方案、或者独立的IED等等。
如图29所示，方法2900开始于块2905，其中例如在实现方法2900的设备上配置用于评估、分析和动作的偏好。偏好可以包括例如用户配置的偏好、制造商偏好、来自标准的偏好等。为了本文讨论的简单性，方法2900将被描述为在靠近由至少一个IED监控的至少电机的至少一个IED上实施。然而，如上所述，方法2900可以在任何数量和类型的设备上实施。
在块2910，能量相关信号(或波形)可以由至少一个IED接收以用于分析和/或响应。根据本公开的实施例，实时或伪实时地捕获、接收和分析能量相关信号。所述至少一个IED可以耦合到至少一个运行电机，并且能量相关信号可以与所述至少一个运行电机相关联。例如，能量相关信号可以包括电压和/或电流信号(以及任何数量的其他信号或导出信号)。
在块2915处，分析能量相关信号以确定至少一个运行电机的转子在重启之前通常需要多长时间停止。如图29所示，在做出确定之前，可以采取固定的延迟时间段(如块2920所示)。另外，可以在等待直到再生信号消散之后进行确定(如块2925所指示的)。还可以使用历史趋势值来重新启动电机(如块2930所示)。可以提供制动机构以通过连接的负载或负载组消耗再生能量，从而更快地停止至少一个运行电机(如块2935所示)。另外，可以在采用信号互锁以禁止电机重启直到条件可接受(如块2940所示)之后做出该确定。此外，可以跟踪电源电压相量(VS)和至少一个运行电机的内部产生的相量(VI)，以确定何时将至少一个运行电机重新连接到其电压源是可接受的(如块2945所示)。根据本公开的一些实施例，可以通过评估(实时)两个相量(来自图26-26D的VS和VI)并且仅当至少一个运行电机不在潜在损坏区域中时允许至少一个运行电机的控制(内部或外部)以给至少一个运行电机重新通电来进行跟踪。相反，当至少一个运行电机的内部产生的相量(VI)处于潜在损坏区域中时，至少一个运行电机的控制可以禁止至少一个运行电机重新启动。自然，这需要配置电机的损坏阈值。
在块2950，响应于在块2920、2925、2930、2935、2940和2945中的一个或多个做出的确定，可以采取一个或多个动作来处理开关事件/动作，以减少或最小化开关对电气系统中的至少一个运行电机和/或其他部件的影响。例如，一个或多个缓解装置可以接通/切换到电气系统中(例如，靠近至少一个运行电机)。例如，靠近至少一个运行电机的制动机构可以被启用以更快地停止电机的转子。可以采用其它控制机构来减小对电机和/或其它局部连接负载的影响。另外，可以分析异常状况并将其用于指定更高采样率的设备和/或配置，以更好地测量/评估/识别再生条件。
如图29所示，根据本公开的一些实施例，在块2955，可以存储与所执行的评估、分析和/或动作相关联的数据。例如，可以使用所存储的数据用于后续的开关事件/动作，以通过包括改变配置(例如，块2920-2945、采样速率等)在内的多种方式最小化它们的影响)，提出建议(例如，负载组大小、SPD位置等)，等等。例如，所存储的数据可以附加地或替代地用于开发块2925的历史趋势。数据可以存储在例如与至少一个IED相关联的至少一个存储器设备上。至少一个存储器设备可以包括例如至少一个本地存储器设备(例如，至少一个IED中的存储器)和/或至少一个远程存储器设备(例如，基于云的存储器)。
在块2950和/或块2955之后，在一些实施例中，该方法可以结束。在其他实施例中，该方法可以返回到块2905(或其他块)并再次重复(例如，用于进一步的评估)。在方法在块2950和/或块2955之后结束的一些实施例中，例如，响应于用户输入自动地，和/或控制信号，可以再次启动该方法。
应当理解，在一些实施例中，方法2900可以包括一个或多个附加块或步骤，这对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。此外，应当理解，方法2900可以仅在块的子集上执行，并且块的顺序可以改变。例如，下面结合方法3000描述本发明的其他示例方面。
现在参考图30，示出了说明根据本公开的实施例的用于捕获和缓解开关事件/动作的示例方法3000的流程图。根据本公开的一些实施例，缓解可以包括在电气系统中的至少一个运行电机附近安装SPD、隔离变压器、线路电抗器或再生负载组，以最小化通过电气系统的瞬态电压传播。各种条件可以用于指定更高采样率的装置、更大的制动负载组和/或配置，以更好地测量/评估再生条件，例如，从下面的讨论中将进一步显而易见。
应当理解，该方法3000可以例如在电气系统中的至少一个IED的处理器上实现，和/或远离至少一个IED，例如，在基于云的系统、现场/边缘软件、网关或其他前端系统中的至少一个中实现。至少一个IED、基于云的系统、现场/边缘软件、网关和/或其他前端系统可以(通信地或以其他方式)耦合到电气系统中的至少一个运行电机。
如图30所示，方法3000开始于块3005，其中例如在实现方法3000的设备上配置捕获和/或缓解限制的偏好。偏好可以包括例如用户配置的偏好、制造商推荐、来自标准的偏好、电机的存在等。为了本文讨论的简单性，方法3000将被描述为在靠近由至少一个IED监控的至少电机的至少一个IED上实施。然而，如上所述，该方法3000可以在任意数量的设备上实施。
在块3010，确定电气系统中是否安装有任何大型或关键的电机。如果确定在电气系统中存在大型或关键的电机，则该方法进行到块3015。替代地，如果确定在电气系统中不存在大型或关键的电机，则该方法可以结束或进行到块3025。
在块3015，响应于已经确定在电气系统中存在大型或关键电机，确定是否存在安装/配置为充分捕获相关事件的有能力的IED。如果确定不存在安装/配置为充分捕获相关事件的有能力的IED，则该方法进行到块3020。替代地，如果确定存在安装/配置为充分捕获相关事件的有能力的IED，则该方法可以结束或进行到块3025。
在块3020处，响应于已经确定不存在安装/配置为充分捕获相关事件的有能力的IED，可以向终端用户提供推荐的IED和/或IED配置以捕获开关瞬变。根据本公开的一些实施例，经由文本、电子邮件、报告、警报、声音通信和屏幕/显示器界面上的通信中的至少一个向终端用户提供推荐。在块3020之后，该方法可以结束或进行到块3025。
在块3025，确定电气系统中是否正在发生开关事件/动作。例如，至少一个IED可以分析由至少一个IED捕获的能量相关信号，以识别电气系统中的开关事件/动作。如果确定开关事件/动作正在电气系统中发生，则该方法可以进行到块3030。替代地，如果确定开关事件/动作没有在电气系统中发生，该方法可以结束或进行到块3010(例如，在其中方法3000中的分析首先发生在块3025而不是块3010的实施例中)。
在块3030，响应于已经确定电气系统中正在发生开关事件/动作，确定是否存在与开关瞬态对应的瞬态事件的任何指示。如果确定存在与开关瞬变相对应的瞬态事件的指示，则该方法进行到块3035。替代地，如果确定不存在对应于开关瞬变的瞬态事件的指示，则该方法可以结束或进行到块3010(例如，在其中方法3000中的分析首先发生在块3025而不是块3010的实施例中)。
在块3035，响应于已经确定存在对应于开关瞬变的瞬态事件的指示，可以向终端用户提供缓解开关瞬变的建议。根据本公开的一些实施例，经由文本、电子邮件、报告、警报、声音通信和屏幕/显示器界面上的通信中的至少一个向终端用户提供建议。例如，建议可以推荐终端用户安装一个或多个瞬变缓解装置以缓解开关瞬变。瞬态缓解装置可以包括以下中的至少一个：例如，SPD、隔离变压器、线路电抗器、再生负载组、电涌放电器、避雷器、电涌抑制器、缓冲器、瞬态电压电涌抑制器。在一些实施例中，将负载组连接到电路以更快地减慢电机转子的速度也有助于最小化该问题。应当理解，上面列出的示例建议和动作只是许多可能的建议和动作中的几个，这对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。在块3035之后，该方法可以结束或进行到块3010(例如，在方法3000中的分析首先发生在块3025而不是块3010的实施例中)。
在块3035和/或块3020之后，在一些实施例中，该方法可以结束。在其他实施例中，该方法可以返回到块3005(或其他块)并再次重复(例如，用于进一步的评估)。在方法在块3035和/或块3020之后结束的一些实施例中，例如，响应于用户输入自动地，和/或控制信号，可以再次启动该方法。
应当理解，在一些实施例中，方法3000可以包括一个或多个附加块或步骤，这对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。此外，应当理解，方法3000可以仅在块的子集上执行，并且块的顺序可以改变。例如，在一些实施例中，块3025，3030和2935可以在块3010、3015和3020之前执行，或者这些块可以选择性地执行或同时执行。
如上所述，并且如将进一步理解的，本文描述的过程和流程图可以根据需要以不同的顺序使用，部分地或全部地使用。此外，可以使用本申请中描述的任何一个或多个思想，位于一个或多个处理器内，在内部或在云中，等等。
同样如上所述，并且如将进一步理解的，识别、分析和解决开关事件/动作的效果及其相关影响对于设备的可靠性、过程的正常运行时间以及依赖于他们的旋转设备的企业的盈利能力是重要的。上面讨论的发明解决了这些问题，以促进更低的资本支出(CapEx)、操作支出(OpEx)和维护支出(MaintEx)。
结论
从全球来看，电压骤降/突降和短时中断等电压事件是与电能质量问题相关的损耗的最大来源。电压事件可以是外部的(例如，源自公用设施)或内部的(例如，源自终端用户的设施内部)、预期的(例如，启动大负载)或不可预测的(例如，系统故障)、有影响的(例如，负载断电)或无关紧要的(例如，系统继续运行而没有问题)。识别电压扰动的存在并表征它们的性质(例如，最差幅度、持续时间等)是不够的；了解运营影响以区分有害事件和破坏性事件非常重要。确定电压事件的影响程度(无论其来源如何)有助于更容易地对计量系统警报进行优先排序和过滤，创建破坏性扰动的历史影响并对其进行趋势分析，以及确定缓解设备的位置和尺寸。例如，利用相量分析有助于最大限度地减少潜在的设备问题。
如上所述并且如本领域普通技术人员将理解的，本文公开的实施例可以被配置为系统、方法或其组合。因此，本公开的实施例可以包括各种装置，包括硬件、软件、固件或其任意组合。
应当理解，本文所寻求保护的概念、系统、电路和技术不限于在本文所描述的示例应用(例如，电气系统监控应用)中使用，而是可以在期望的基本上任何应用中使用以识别、评估和缓解选定的电能质量问题。
尽管已经说明和描述了本公开的特定实施例和应用，但是应当理解，本公开的实施例不限于本文公开的精确结构和组合物，并且在不脱离如所附权利要求书中定义的本公开的精神和范围的情况下，从前述描述中可以明显看出各种修改、改变和变化。
已经描述了用于说明作为本专利主题的各种概念、结构和技术的优选实施例，现在对于本领域普通技术人员来说将变得显而易见的是，可以使用结合这些概念、结构和技术的其他实施例。另外，本文描述的不同实施例的元素可以被组合以形成上面没有具体阐述的其他实施例。
因此，提出本专利范围不应限于所描述的实施例，而是应仅受以下权利要求的精神和范围的限制。
1https://adfpowertuning.com/en/about-us/news-stories/148-leonardo-energy-qpan-european-power-quality-surveyq-shows-g150bn-annually-in-cost-for-low-power-quality.html
2https://blog.schneider-electric.com/power-management-metering-monitoring-po wer-quality/2015/10/16/why-poor-power-quality-costs-billions-annually-and-wha t-can-be-done-about-it/
3The Cost of Poor Power Quality,Roman Targosz and David Chapman,October2015,ECIPublication No.Cu0145
4注：如本文所使用的，术语“源”和“负载”仅仅是指示方向的术语；不一定要指出能量实际上是在哪里产生和消耗的。电源侧和负载侧极性在调试期间确定，由安装和配置仪表的人员自行决定。

Claims (43)

1.一种从电气系统中的至少一个能量相关信号自动识别电能质量问题的方法，包括：
使用所述电气系统中的一个或多个智能电子设备(IED)捕获或导出至少一个能量相关信号；
处理来自所述至少一个能量相关信号或从所述至少一个能量相关信号导出的电测量数据，以识别所述电气系统中的异常特征；
响应于识别所述电气系统中的异常特征，基于或使用所识别的异常特征来确定电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度；
在至少一个相量图上显示电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度；
分析所述至少一个相量图以确定缓解所识别的异常特征中的至少一个的最优/最成本有效的设备；以及
基于确定最优/最成本有效的设备采取一个或多个动作，以缓解所识别的异常特征中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度分别由所述至少一个相量图上的至少一个指示表示。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个指示采取相量、形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标中的至少一个的形式，所述至少一个指示符表示电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，与所述相量、形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标相关联的特征被手动或自动配置。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
确定所识别的异常特征的持续时间；以及
在所述至少一个相量图上显示所识别的异常特征的持续时间。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，分析与所述至少一个相量图上呈现的电压相位跳跃的程度、电压骤降幅度和所识别的异常特征的持续时间中的至少一个相关的信息，以确定缓解所识别的异常特征中的至少一个的最优/最成本有效的设备。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所采取的一个或多个动作包括：
将一个或多个缓解解决方案特征叠加在所述至少一个相量图的一个或多个相量图上。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，使用形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标中的至少一个来指示所述一个或多个缓解解决方案特征，所述至少一个指示符代表所述一个或多个缓解解决方案特征。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，叠加在所述一个或多个相量图上的一个或多个缓解解决方案特征与至少一个范围或区相关联，其中，所述一个或多个缓解解决方案特征被确定为能够成功缓解所述至少一个范围或区内的所识别的异常状况中的至少一个异常状况。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述一个或多个缓解解决方案特征包括解决或缓解以下至少一项的能力：电压相位跳跃、电压骤降幅度和所识别的异常特征的持续时间。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个相量图包括以下至少一个：与用于缓解所识别的异常特征中的至少一个的所分析的缓解设备中的最优/最成本有效的设备相关的信息，以及与所识别的异常特征相关的信息，所述与所识别的异常特征相关的信息包括相位跳跃程度、电压骤降幅度和所识别的异常特征的持续时间中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，通过一个或多个指示来示出与用于缓解所识别的异常特征中的至少一个的所分析的缓解设备中的最优/最成本有效的设备相关的信息，以及与所识别的异常特征相关的信息，所述一个或多个指示包括形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标中的至少一个。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所采取的一个或多个动作包括：
在所述至少一个相量图中的一个或多个相量图上指示重复出现的异常特征。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个能量相关信号包括至少一个电压信号，并且所述至少一个电压信号包括单相电压信号和三相电压信号中的至少一个。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电测量数据在以下至少一个上被处理：负责捕获所述至少一个能量相关信号的一个或多个IED、基于云的系统、现场/边缘软件、网关和其他前端系统，其中，所述基于云的系统、现场/边缘软件、网关和其他前端系统通信地耦合到负责捕获所述至少一个能量相关信号的一个或多个IED。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所识别的异常特征指示所述电气系统中的至少一个电能质量问题。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，基于对以下至少一项的分析来识别所述至少一个电能质量问题：电压相位跳跃的程度、电压骤降幅度和所识别的异常特征的持续时间。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述至少一个电能质量问题包括至少一个电压事件，并且所述至少一个电压事件包括以下至少一项：电压骤降、电压骤升、电压瞬变、瞬态过电压事件，短期均方根(rms)变化和长期均方根变化。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，在至少一个显示设备上呈现所述至少一个相量图，所述至少一个显示设备包括系统用户和/或操作者的显示设备。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个动作由与所述电气系统相关联的控制系统自动执行，其中，所述控制系统通信地耦合到负责捕获所述至少一个能量相关信号的一个或多个IED，和/或耦合到基于云的系统、现场/边缘软件、网关和与所述电气系统相关联的其他前端系统。
21.一种从电气系统中的至少一个能量相关信号自动识别电能质量问题的系统，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器设备，耦合到所述至少一个处理器，所述至少一个处理器和所述至少一个存储器设备配置为：
使用所述电气系统中的一个或多个智能电子设备(IED)捕获或导出至少一个能量相关信号；
处理来自所述至少一个能量相关信号或从所述至少一个能量相关信号导出的电测量数据，以识别所述电气系统中的异常特征；
响应于识别所述电气系统中的异常特征，基于或使用所识别的异常特征来确定电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度；
在至少一个相量图上显示电压相位跳跃的程度和电压骤降幅度；
分析所述至少一个相量图以确定缓解所识别的异常特征中的至少一个的最优/最成本有效的设备；以及
基于确定最优/最成本有效的设备采取一个或多个动作，以缓解所识别的异常特征中的至少一个。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述系统的所述至少一个处理器和所述至少一个存储器设备还被配置为：
确定所识别的异常特征的持续时间；以及
在所述至少一个相量图上显示所识别的异常特征的持续时间。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，分析与所述至少一个相量图上呈现的电压相位跳跃的程度、电压骤降幅度和所识别的异常特征的持续时间中的至少一个相关的信息，以确定缓解所识别的异常特征中的至少一个的最优/最成本有效的设备。
24.根据权利要求21所述的系统，其中，所采取的一个或多个动作包括：
将一个或多个缓解解决方案特征叠加在所述至少一个相量图的一个或多个相量图上。
25.根据权利要求24所述的系统，其中，使用形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标中的至少一个来指示所述一个或多个缓解解决方案特征，所述至少一个指示符代表所述一个或多个缓解解决方案特征。
26.根据权利要求24所述的系统，其中，叠加在所述一个或多个相量图上的一个或多个缓解解决方案特征与至少一个范围或区相关联，其中，所述一个或多个缓解解决方案特征被确定为能够成功缓解所述至少一个范围或区内的所识别的异常状况中的至少一个异常状况。
27.根据权利要求24所述的系统，其中，所述一个或多个缓解解决方案特征包括解决或缓解以下至少一项的能力：电压相位跳跃、电压骤降幅度和所识别的异常特征的持续时间。
28.根据权利要求20所述的系统，其中，所述至少一个相量图包括以下至少一个：与用于缓解所识别的异常特征中的至少一个的所分析的缓解设备中的最优/最成本有效的设备相关的信息，以及与所识别的异常特征相关的信息，所述与所识别的异常特征相关的信息包括相位跳跃程度、电压骤降幅度和所识别的异常特征的持续时间中的至少一个。
29.根据权利要求28所述的系统，其中，通过一个或多个指示来示出与用于缓解所识别的异常特征中的至少一个的所分析的缓解设备中的最优/最成本有效的设备相关的信息，以及与所识别的异常特征相关的信息，所述一个或多个指示包括形状、标记、阴影、颜色、热图、声音指示符和图标中的至少一个。
30.一种用于分析电气系统中电机再生特性或条件的影响的方法，包括：
使用所述电气系统中的一个或多个智能电子设备(IED)捕获或导出至少一个能量相关信号；
处理来自所述至少一个能量相关信号或从所述至少一个能量相关信号导出的电测量数据，以识别与所述电气系统中的至少一个运行电机相关联的再生特性或条件，以及在所述电气系统中产生开关瞬态的开关事件/动作中的至少一个；
分析来自所述电测量数据的所识别的再生特性或条件和/或开关事件/动作，以确定所述至少一个运行电机是否暴露于来自所识别的再生特性或条件和/或开关事件/动作的损坏/应力；以及
响应于确定所述至少一个运行电机暴露于来自所识别的再生特性或条件和/或开关事件/动作的潜在损坏/应力，采取一个或多个动作以减少或消除以下至少一个：对至少一个运行电机的损坏/应力和来自所识别的再生特性或条件和/或开关事件/动作的对电气系统中其他部件的损坏/应力。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述再生特性或条件是由从所述至少一个运行电机断开的能量源引起的。
32.根据权利要求30所述的方法，其中，所述至少一个能量相关信号包括至少一个电压信号和电流信号，并且所述至少一个电压信号包括单相电压信号和三相电压信号中的至少一个。
33.根据权利要求30所述的方法，其中，负责捕获至少一个能量相关信号的一个或多个IED位于电气系统中为其识别再生特性或条件的至少一个运行电机附近，和/或位于在电气系统中产生至少一个开关瞬态的开关事件/动作附近。
34.根据权利要求30所述的方法，其中，所述电测量数据在以下至少一个上被处理：负责捕获所述至少一个能量相关信号的一个或多个IED、基于云的系统、现场/边缘软件、网关和其他前端系统，其中，所述基于云的系统、现场/边缘软件、网关和其他前端系统通信地耦合到负责捕获所述至少一个能量相关信号的一个或多个IED。
35.根据权利要求30所述的方法，进一步包括：从所述电测量数据分析所识别的再生特性或条件和/或开关事件/动作，以确定由所述至少一个运行电机引起的电能质量问题。
36.根据权利要求30所述的方法，其中，采取的一个或多个动作包括：
识别缓解或消除以下中至少一个的至少一个装置：对至少一个运行电机的损坏/应力和对电气系统中的其他部件的损坏/应力；
基于以下各项的优先级和/或严重性来选择所述至少一个缓解或消除装置中的一个或多个：对至少一个运行电机的损坏/应力和/或对其他部件的损坏/应力；以及
指示和应用所述至少一个缓解或消除装置中的所选择的一个或多个装置中的至少一者。
37.根据权利要求36所述的方法，进一步包括：生成至少一个图，所述至少一个图指示以下中的至少一个：相对于相位角发生再通电的一个或多个点，以及所述至少一个缓解或消除装置中的所选择的一种个多个。
38.根据权利要求36所述的方法，其中，所述至少一个缓解或消除装置中的一个或多个进一步基于至少一个缓解或消除装置中的一个或多个减小或消除电气系统中潜在破坏性状况的幅度和持续时间中的至少一个的预期能力来选择。
39.根据权利要求36所述的方法，其中，所述至少一个缓解或消除装置中的一个或多个进一步基于与获取和/或应用所述至少一个缓解或消除装置中的一个或多个相关联的成本来选择。
40.根据权利要求36所述的方法，其中，与电气系统中的至少一个运行电机相关联的再生特性或条件被确定为是由于电气系统中的开关瞬态引起的，并且所述至少一个缓解或消除装置中的一个或多个包括至少一个瞬态缓解设备。
41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述至少一个瞬态缓解设备包括以下至少一个：电涌放电器、避雷器、电涌抑制器、瞬态电压电涌抑制器、线路电抗器、再生负载组和隔离变压器。
42.根据权利要求30所述的方法，其中，所述一个或多个动作由与所述电气系统相关联的控制系统自动执行，其中，所述控制系统通信地耦合到负责捕获所述至少一个能量相关信号的一个或多个IED，和/或耦合到基于云的系统、现场/边缘软件、网关和与所述电气系统相关联的其他前端系统。
43.根据权利要求30所述的方法，其中，所述电气系统中被评估损坏/应力的其他部件邻近地连接到再生特性或条件被识别的至少一个运行电机。
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