CN117630482A - 一种安全电能表 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种安全电能表，属于安全监测技术领域，包括：功率确定模块，用于确定每个负荷支路起始节点的瞬时有功和无功功率；关系确定模块，用于采集每个负荷支路起始节点的环境温度值，并基于当前时刻的环境温度值、瞬时无功功率、瞬时电压值和瞬时电流值，获得每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系；范围确定模块，用于基于量化关系，获得每个负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率；安全控制模块，用于基于所有最大负荷功率筛选出不符合安全性验证的负荷支路进行最优移除负荷的推导，基于推导结果对负荷支路中的负荷进行处理；本发明提高对线路超负荷的判断准确度，且基于超负荷判断结果进行安全控制。

Description

一种安全电能表

技术领域

本发明涉及安全监测技术领域，特别涉及一种安全电能表。

背景技术

目前，电能表是用来测量电能的仪表，又称电度表、火表、千瓦小时表，指测量各种电学量的仪表，在家庭用电领域起着重要作用，电能表在使用时由于各种原因导致安全事故也在逐年增加。最新的安全电能表对电能表的安全使用方面已经有了非常大的进步。

但是，这些新型电能表只考虑电流是否超负荷，并进行电流超负荷的时间统计，未考虑线路温度与环境温度对超负荷的判断准确度带来的影响误差，导致在超负荷判断上准确度不高，且未基于超负荷判断结果进行进一步的安全控制，例如公开号为“CN112782472A”、专利名称为“一种安全电能表”，其方法包括以下步骤：本发明提供一种安全电能表包括主控模块，主控模块连接有模数转换模块、电源模块以及显示模块；模数转换模块连接有电压采样模块和电流采样模块；电压采样模块采样用电负荷的电压值，电流采样模块采样用负荷的电流值，模数转换模块将用电负荷的电压值及电流值转换为数字量，提供给主控模块，主控模块根据用电负荷电压值及电流值统计电能值，并判断用电负荷电流值是否超过额定电流，以及在超过额定电流时，记录超负荷的电流值，并统计超负荷电流持续时间，再将电能值、超负荷电流值及超负荷电流持续时间提供给显示模块。如此，本发明可以对超负荷电流进行统计，在进行电能统计时可有效考量电流超负荷带来的电能偏差。但是该专利未考虑线路温度与环境温度对超负荷的判断准确度带来的影响误差，导致在超负荷判断上准确度不高，且未基于超负荷判断结果进行了进一步的安全控制。

因此，本发明提出了一种安全电能表，用以实现基于对电能表外的整个家庭用电线路的线路温度与环境温度对超负荷的影响，获得超负荷判断结果，且基于超负荷判断结果进行了进一步的安全控制。

发明内容

本发明提供一种安全电能表，用以确定出电能表检测覆盖区域内的所有负荷支路，基于将负荷支路起始节点的瞬时无功功率、环境温度值、瞬时电压值、瞬时电流值代入量化关系，更精确地获得负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系，通过预先设置的线路报警温度便能获得线路的负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率，考虑到了线路温度与环境温度对最大负荷功率的影响，提高了对超负荷的判断准确度，且对不符合安全性验证的负荷支路进行了最优移除负荷的判断，并可以最快地、移除负荷最少地使线路温度下降到安全范围。

本发明提供一种一种安全电能表，包括：

功率确定模块，用于确定出电能表的检测覆盖区域中每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和瞬时无功功率；

关系确定模块，用于实时采集每个负荷支路起始节点的环境温度值，并将当前时刻的环境温度值、瞬时无功功率、瞬时电压值和瞬时电流值，代入至对应负荷支路起始节点的瞬时无功功率、环境温度值、瞬时有功功率、线路温度、瞬时电压值、瞬时电流值六个变量之间的量化关系，获得每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系；

范围确定模块，用于将预先设置的线路报警温度代入至每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系，获得每个负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率；

安全控制模块，用于基于每个负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率，在检测覆盖区域中筛选出不符合安全性验证的负荷支路，对不符合安全性验证的负荷支路进行最优移除负荷的推导，基于获得的最优移除负荷结果对不符合安全性验证的负荷支路中的负荷进行选择性断电处理，获得电能表的超负荷安全控制结果。

优选的，一种安全电能表，功率确定模块，包括：

瞬时采集子模块，用于实时采集电能表的检测覆盖区域内每个负荷支路起始节点的瞬时电压值与瞬时电流值；

功率计算子模块，用于基于每个负荷支路起始节点的瞬时电压值与瞬时电流值，计算出每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率与瞬时无功功率。

优选的，一种安全电能表，功率计算子模块，包括：

波形生成单元，用于基于每个负荷支路起始节点在连续时间段内所有时刻的瞬时电压值与瞬时电流值，获得当前时刻每个负荷支路起始节点的瞬时电压值波形与瞬时电流值波形；

功率计算单元，用于确定出瞬时电压值波形与瞬时电流值波形的相位差，基于相位差、瞬时电压值与瞬时电流值获得每个负荷支路起始节点在连续时间段内所有时刻的瞬时有功功率与瞬时无功功率。

优选的，一种安全电能表，关系确定模块，包括：

环境温度采集子模块，用于实时采集每个负荷支路起始节点的环境温度值；

量化关系确定子模块，用于将当前时刻的环境温度值、瞬时无功功率、瞬时电压值和瞬时电流值，代入至对应负荷支路起始节点的瞬时无功功率、环境温度值、瞬时有功功率、线路温度、瞬时电压值、瞬时电流值六个变量之间的量化关系，获得每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系。

优选的，一种安全电能表，量化关系确定子模块，包括：

固定数据采集单元，用于采集电能表的检测覆盖区域中负荷支路的线路材料密度、线路半径、线路长度、比热容及负荷支路的线路与空气的对流换热系数，作为线路固定数据；

量化关系生成单元，用于基于线路固定数据，生成负荷支路起始节点的无功功率、环境温度值、有功功率、线路温度、瞬时电压值、瞬时电流值六个变量之间的量化关系如下：

；

其中，c为负荷支路起始节点对应的线路的比热容，E为负荷支路起始节点对应的线路材料密度，l为负荷支路起始节点对应的线路的长度，r为负荷支路起始节点对应的线路的半径，为负荷支路起始节点对应线路的线路温度，/>为负荷支路起始节点处的环境温度值，/>为对负荷支路起始节点对应线路的线路温度进行求导运算，/>为负荷支路起始节点的有功功率，/>为负荷支路起始节点的无功功率，M为负荷支路起始节点对应线路与空气的对流换热系数，U为负荷支路起始节点对应线路的瞬时电压值，I为负荷支路起始节点对应线路的瞬时电流值；

将当前时刻的环境温度值、瞬时无功功率、瞬时电压值和瞬时电流值代入至量化关系，获得每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系。

优选的，一种安全电能表，范围确定模块，包括：

报警温度获取子模块，用于获取预先设置的线路报警温度；

安全范围确定子模块，用于将线路报警温度代入至每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系，获得每个负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率。

优选的，一种安全电能表，安全控制模块，包括：

安全性验证子模块，用于基于每个负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率，对检测覆盖区域中的所有负荷支路进行安全性验证，并在检测覆盖区域中筛选出不符合安全性验证的负荷支路；

可行性判断子模块，用于对不符合安全性验证的负荷支路进行最优移除负荷的推导，获得每个不符合安全性验证的负荷支路的最优移除负荷结果；

安全控制子模块，用于基于所有最优移除负荷结果，对不符合安全性验证的负荷支路中的负荷进行选择性断电处理，获得电能表的超负荷安全控制结果。

优选的，一种安全电能表，安全性验证子模块，包括：

验证单元，用于将每个负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率与检测覆盖区域中的所有负荷支路在当前时刻的瞬时负荷功率进行比对，获得比对结果；

判断单元，用于将比对结果中当前时刻的瞬时负荷功率大于当前时刻可允许的最大负荷功率的负荷支路，判定为不符合安全性验证的负荷支路。

优选的，一种安全电能表，可行性判断子模块，包括：

采集处理单元，用于采集每个不符合安全性验证的负荷支路中的所有负荷的瞬时电流值和瞬时电压值；

模型搭建单元，用于基于当前确定出的所有不符合安全性验证的负荷支路中所有负荷的瞬时电流值和瞬时电压值，搭建出检测覆盖范围内的实时待移除电路模型；

移除豁免单元，用于基于预设豁免名单确定出豁免负荷，并将每个实时待移除电路模型中除豁免负荷以外剩余的负荷当作非豁免负荷；

暂时性移除单元，用于对实时待移除电路模型中单个不符合安全性验证的负荷支路中的每个非豁免负荷进行单独暂时性移除，并计算出在每个非豁免负荷被单独暂时性移除后实时待移除电路模型起始点的最大负荷功率与瞬时负荷功率的差值；

时间计算单元，用于当不符合安全性验证的负荷支路中存在差值为正数的非豁免负荷时，则将差值为正数的非豁免负荷判定为可移除负荷，并确定出可移除负荷被单独暂时性移除后实时待移除电路模型的线路温度降低到线路报警温度的所需时间；

最优筛选单元，用于将每个不符合安全性验证的负荷支路的所有可移除负荷中，最短所需时间的可移除负荷作为不符合安全性验证的负荷支路的最优移除负荷结果；

组合筛选单元，用于当不符合安全性验证的负荷支路中不存在差值为正数的非豁免负荷时，则对实时待移除电路模型中每个不符合安全性验证的负荷支路中的所有负荷进行组合，获得多个不重复的负荷组，并在每个不符合安全性验证的负荷支路中的所有负荷组中筛选出不符合安全性验证的负荷支路的最优移除负荷结果。

优选的，一种安全电能表，组合筛选单元，包括：

负荷组合子单元，用于当不符合安全性验证的负荷支路中不存在差值为正数的非豁免负荷时，则以依次增加的负荷组容量，依次对实时待移除电路模型中的当前不符合安全性验证的负荷支路中的所有负荷进行组合，获得每个负荷组容量对应的多个不重复的多负荷组；

第二移除子单元，用于对实时待移除电路模型中的当前不符合安全性验证的负荷支路中的当前负荷组容量对应的每个多负荷组进行单独暂时性移除，并计算出在每个多负荷组被单独暂时性移除后实时待移除电路模型起始点的最大负荷功率与瞬时负荷功率的差值，直至不符合安全性验证的负荷支路中存在差值为正数的多负荷组时，则停止对实时待移除电路模型中的当前不符合安全性验证的负荷支路中的负荷进行组合；

第二筛选子单元，用于将差值为正数的多负荷组当作可移除多负荷组，并确定出可移除多负荷组被单独暂时性移除后实时待移除电路模型的线路温度降低到线路报警温度的所需时间，将每个不符合安全性验证的负荷支路的所有可移除多负荷组中最短所需时间的可移除多负荷组，作为不符合安全性验证的负荷支路的最优移除负荷结果。

本发明相对于现有技术产生的有益效果为：确定出电能表检测覆盖区域内的所有负荷支路，基于将负荷支路起始节点的瞬时无功功率、环境温度值、瞬时电压值、瞬时电流值代入量化关系，更精确地获得负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系，通过预先设置的线路报警温度便能获得线路的负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率，考虑到了线路温度与环境温度对最大负荷功率的判断，提高了最大负荷功率的准确度，且对不符合安全性验证的负荷支路进行了最优移除负荷的判断，并可以最快地、移除负荷最少地使线路温度下降到安全范围。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种安全电能表示意图；

图2为本发明实施例中功率确定模块示意图；

图3为本发明实施例中功率确定模块中功率计算子模块示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：本发明提供了一种安全电能表，参考图1，包括：

功率确定模块，用于确定出电能表的检测覆盖区域中每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和瞬时无功功率；

关系确定模块，用于实时采集每个负荷支路起始节点的环境温度值，并将当前时刻的环境温度值、瞬时无功功率、瞬时电压值和瞬时电流值，代入至对应负荷支路起始节点的瞬时无功功率、环境温度值、瞬时有功功率、线路温度、瞬时电压值、瞬时电流值六个变量之间的量化关系，获得每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系；

范围确定模块，用于将预先设置的线路报警温度代入至每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系，获得每个负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率；

安全控制模块，用于基于每个负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率，在检测覆盖区域中筛选出不符合安全性验证的负荷支路，对不符合安全性验证的负荷支路进行最优移除负荷的推导，基于获得的最优移除负荷结果对不符合安全性验证的负荷支路中的负荷进行选择性断电处理，获得电能表的超负荷安全控制结果。

该实施例中，检测覆盖区域为电能表所能检测到电能消耗的覆盖范围。

该实施例中，负荷支路起始节点为电能表检测覆盖区域内的所有连接负荷的负荷支路的起始节点。

该实施例中，瞬时有功功率为负荷支路起始节点处负荷的电阻所消耗的功率。

该实施例中，瞬时无功功率为负荷支路起始节点处为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率。

该实施例中，环境温度值为负荷支路在起始节点位置处的环境温度数据。

该实施例中，瞬时电压值为负荷支路起始节点处采集的瞬时电压。

该实施例中，瞬时电流值为负荷支路起始节点处采集的瞬时电流。

该实施例中，线路温度为负荷支路起始节点位置处的线路本身的温度数据。

该实施例中，量化关系为由负荷支路起始节点的瞬时无功功率、环境温度值、瞬时有功功率、线路温度、瞬时电压值、瞬时电流值构成的量化关系。

该实施例中，瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系为基于负荷支路起始节点的瞬时无功功率、环境温度值、瞬时有功功率、线路温度、瞬时电压值、瞬时电流值构成的量化关系确定出的瞬时有功功率和线路温度之间的关系。

该实施例中，预先设置的线路报警温度为基于预先采集的线路温度与保险熔断的关系而预先设置的线路安全范围内的最高线路温度。

该实施例中，负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率为：将最高线路温度作为线路温度代入负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系中，获得的瞬时有功功率作为线路在安全范围内可允许的最大负荷功率。

该实施例中，不符合安全性验证的负荷支路为将负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率与瞬时负荷功率（瞬时有功功率的平方与瞬时无功功率的平方之和开根号后获得的数值，即视在功率）进行数值比对，基于比对结果获得的存在安全隐患的负荷支路。

该实施例中，最优移除负荷为基于当前确定出的所有不符合安全性验证的负荷支路中所有负荷的瞬时负荷功率，搭建出检测覆盖范围内的实时待移除电路模型，通过对实时待移除电路模型的进行不断地负荷移除，基于移除结果获得的可以最快地使线路温度下降到安全范围的、移除数量最少的负荷移除选择。

该实施例中，最优移除负荷结果为确定出的不符合安全性验证的负荷支路上的最优移除负荷。

该实施例中，选择性断电处理为基于最优移除负荷结果对搭建出的检测覆盖范围内的实时待移除电路模型中不符合安全性验证的负荷支路上所有负荷中的部分负荷进行断电。

该实施例中，电能表的超负荷安全控制结果为对电能表检测覆盖区域内的所有不符合安全性验证的负荷支路进行最优移除负荷的推导，基于推导结果对负荷支路上的部分负荷进行实际断电。

以上技术的有益效果为：确定出电能表检测覆盖区域内的所有负荷支路，基于将负荷支路起始节点的瞬时无功功率、环境温度值、瞬时电压值、瞬时电流值代入量化关系，更精确地获得负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系，通过预先设置的线路报警温度便能获得线路的负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率，考虑到了线路温度与环境温度对最大负荷功率的影响，提高了对超负荷的判断准确度，且对不符合安全性验证的负荷支路进行了最优移除负荷的判断，并可以最快地、移除负荷最少地使线路温度下降到安全范围。

实施例2：在实施例1的基础上，一种安全电能表，功率确定模块，参考图2，包括：

瞬时采集子模块，用于实时采集电能表的检测覆盖区域内每个负荷支路起始节点的瞬时电压值与瞬时电流值；

功率计算子模块，用于基于每个负荷支路起始节点的瞬时电压值与瞬时电流值，计算出每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率与瞬时无功功率。

以上技术的有益效果为：获得电能表检测覆盖区域内的所有连接负荷的负荷支路，基于实时采集的负荷支路起始节点的瞬时电压值与瞬时电流值精确即时获得负荷支路起始节点的瞬时有功功率与瞬时无功功率。

实施例3：在实施例2的基础上，一种安全电能表，功率计算子模块，参考图3，包括：

波形生成单元，用于基于每个负荷支路起始节点在连续时间段内所有时刻的瞬时电压值与瞬时电流值，获得当前时刻每个负荷支路起始节点的瞬时电压值波形与瞬时电流值波形；

功率计算单元，用于确定出瞬时电压值波形与瞬时电流值波形的相位差，基于相位差、瞬时电压值与瞬时电流值获得每个负荷支路起始节点在连续时间段内所有时刻的瞬时有功功率与瞬时无功功率。

该实施例中，瞬时电压值波形为将在连续时间段内所有时刻的瞬时电压值进行连接构成的波形。

该实施例中，瞬时电流值波形为将在连续时间段内所有时刻的瞬时电流值进行连接构成的波形。

该实施例中，相位差为基于瞬时电压值波形与瞬时电流值波形在同一时刻下的相位差。

以上技术的有益效果为：基于实时采集的负荷支路起始节点的瞬时电压值与瞬时电流值构成的瞬时电压值波形与瞬时电流值波形更精确，从而获取的瞬时有功功率与瞬时无功功率误差值更小。

实施例4：在实施例1的基础上，一种安全电能表，关系确定模块，包括：

环境温度采集子模块，用于实时采集每个负荷支路起始节点的环境温度值；

量化关系确定子模块，用于将当前时刻的环境温度值、瞬时无功功率、瞬时电压值和瞬时电流值，代入至对应负荷支路起始节点的瞬时无功功率、环境温度值、瞬时有功功率、线路温度、瞬时电压值、瞬时电流值六个变量之间的量化关系，获得每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系。

以上技术的有益效果为：对环境温度所造成的影响进行了考虑，获得负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间更精确的量化关系。

实施例5：在实施例4的基础上，一种安全电能表，量化关系确定子模块，包括：

固定数据采集单元，用于采集电能表的检测覆盖区域中负荷支路的线路材料密度、线路半径、线路长度、比热容及负荷支路的线路与空气的对流换热系数，作为线路固定数据；

量化关系生成单元，用于基于线路固定数据，生成负荷支路起始节点的无功功率、环境温度值、有功功率、线路温度、瞬时电压值、瞬时电流值六个变量之间的量化关系如下：

；

其中，c为负荷支路起始节点对应的线路的比热容，E为负荷支路起始节点对应的线路材料密度，l为负荷支路起始节点对应的线路的长度，r为负荷支路起始节点对应的线路的半径，为负荷支路起始节点对应线路的线路温度，/>为负荷支路起始节点处的环境温度值，/>为对负荷支路起始节点对应线路的线路温度进行求导运算，/>为负荷支路起始节点的有功功率，/>为负荷支路起始节点的无功功率，M为负荷支路起始节点对应线路与空气的对流换热系数，U为负荷支路起始节点对应线路的瞬时电压值，I为负荷支路起始节点对应线路的瞬时电流值；

将当前时刻的环境温度值、瞬时无功功率、瞬时电压值和瞬时电流值代入至量化关系，获得每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系。

该实施例中，线路材料密度为线路材质的材料密度，如：镀锡铜丝材料密度8.89g/cm³。

该实施例中，比热容为单位质量负荷支路的导线改变单位温度时吸收或放出的热量。

该实施例中，负荷支路起始节点对应线路与空气的对流换热系数为负荷支路的导线表面与附近空气温差1℃时，在单位时间单位面积上通过对流与附近空气交换的热量。

该实施例中，线路固定数据为由线路本身特征性质所确定的固定的线路数据。

该实施例中，负荷支路起始节点对应的线路即为以负荷支路起始节点为起点的负荷支路线路。

以上技术的有益效果为：实现每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系的明确数值化，充分考虑到环境温度对瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系的影响。

实施例6：在实施例1的基础上，一种安全电能表，范围确定模块，包括：

报警温度获取子模块，用于获取预先设置的线路报警温度；

安全范围确定子模块，用于将线路报警温度代入至每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系，获得每个负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率。

以上技术的有益效果为：通过预先设置的线路报警温度便能获得线路的负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率，考虑到了线路温度与环境温度对最大负荷功率的影响，提高了超负荷的判断准确度。

实施例7：在实施例1的基础上，一种安全电能表，安全控制模块，包括：

安全性验证子模块，用于基于每个负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率，对检测覆盖区域中的所有负荷支路进行安全性验证，并在检测覆盖区域中筛选出不符合安全性验证的负荷支路；

可行性判断子模块，用于对不符合安全性验证的负荷支路进行最优移除负荷的推导，获得每个不符合安全性验证的负荷支路的最优移除负荷结果；

安全控制子模块，用于基于所有最优移除负荷结果，对不符合安全性验证的负荷支路中的负荷进行选择性断电处理，获得电能表的超负荷安全控制结果。

该实施例中，安全性验证为将负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率与瞬时负荷功率（瞬时有功功率的平方与瞬时无功功率的平方之和开根号后获得的数值，即视在功率）进行数值比对，若最大负荷功率大于等于瞬时负荷功率，则表示负荷支路为符合安全性验证，若最大负荷功率小于瞬时负荷功率，则表示负荷支路为不符合安全性验证。

以上技术的有益效果为：可依据负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率与瞬时负荷功率的数值比对结果确定是否符合安全性验证，对不符合安全性验证的负荷支路进行了最优移除负荷的判断，依据判断结果并可以最快地、移除负荷最少地使线路温度下降到安全范围。

实施例8：在实施例7的基础上，一种安全电能表，其特征在于，安全性验证子模块，包括：

验证单元，用于将每个负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率与检测覆盖区域中的所有负荷支路在当前时刻的瞬时负荷功率进行比对，获得比对结果；

判断单元，用于将比对结果中当前时刻的瞬时负荷功率大于当前时刻可允许的最大负荷功率的负荷支路，判定为不符合安全性验证的负荷支路。

以上技术的有益效果为：可依据负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率与瞬时负荷功率的比对结果筛选出不符合安全性验证的负荷支路。

实施例9：在实施例7的基础上，一种安全电能表，可行性判断子模块，包括：

采集处理单元，用于采集每个不符合安全性验证的负荷支路中的所有负荷的瞬时电流值和瞬时电压值；

模型搭建单元，用于基于当前确定出的所有不符合安全性验证的负荷支路中所有负荷的瞬时电流值和瞬时电压值，搭建出检测覆盖范围内的实时待移除电路模型；

移除豁免单元，用于基于预设豁免名单确定出豁免负荷，并将每个实时待移除电路模型中除豁免负荷以外剩余的负荷当作非豁免负荷；

暂时性移除单元，用于对实时待移除电路模型中单个不符合安全性验证的负荷支路中的每个非豁免负荷进行单独暂时性移除，并计算出在每个非豁免负荷被单独暂时性移除后实时待移除电路模型起始点的最大负荷功率与瞬时负荷功率的差值；

时间计算单元，用于当不符合安全性验证的负荷支路中存在差值为正数的非豁免负荷时，则将差值为正数的非豁免负荷判定为可移除负荷，并确定出可移除负荷被单独暂时性移除后实时待移除电路模型的线路温度降低到线路报警温度的所需时间；

最优筛选单元，用于将每个不符合安全性验证的负荷支路的所有可移除负荷中，最短所需时间的可移除负荷作为不符合安全性验证的负荷支路的最优移除负荷结果；

组合筛选单元，用于当不符合安全性验证的负荷支路中不存在差值为正数的非豁免负荷时，则对实时待移除电路模型中每个不符合安全性验证的负荷支路中的所有负荷进行组合，获得多个不重复的负荷组，并在每个不符合安全性验证的负荷支路中的所有负荷组中筛选出不符合安全性验证的负荷支路的最优移除负荷结果。

该实施例中，实时待移除电路模型为基于不符合安全性验证的负荷支路中所有负荷的瞬时负荷功率所搭建的电路模型（电路模型在自动化仿真软件，例如V-MECA虚拟机电一体化模拟系统上进行模型搭建，对搭建好的模型进行分析和虚拟仿真），电路模型中的负荷可进行暂时性移除（即对单个或多个负荷进行断电）和恢复（对暂时性断电的负荷进行恢复供电）。

该实施例中，预设豁免名单为预先设置的不可移除的负荷名单。

该实施例中，豁免负荷为基于预设豁免名单所确定的不可移除负荷，比如交通枢纽用电设备。

该实施例中，非豁免负荷为实时待移除电路模型中除豁免负荷以外剩余的负荷，非豁免负荷在实际中可以移除。

该实施例中，暂时性移除为对实时待移除电路模型中不符合安全性验证的负荷支路中的每个非豁免负荷进行暂时移除，获得移除非豁免负荷后实时待移除模型起始点的最大负荷功率与瞬时负荷功率（瞬时负荷功率从虚拟仿真的电路模型中直接读取）。

该实施例中，差值为移除非豁免负荷后实时待移除模型起始点的最大负荷功率与瞬时负荷功率的数值之差，不同的非豁免负荷对应不同的实时待移除模型起始点的最大负荷功率与瞬时负荷功率的差值。

该实施例中，可移除负荷为移除后可使实时待移除模型的负荷量下降的负荷。

该实施例中，最短所需时间的可移除负荷为实时待移除模型的所有可移除负荷进行单独暂时性移除后，选取的实时待移除电路模型的线路温度降低到线路报警温度的所需时间最短的可移除负荷。

该实施例中，负荷支路的最优移除负荷结果为基于实时待移除模型对可移除负荷进行暂时性移除，获得的最短所需时间的可移除负荷。

该实施例中，负荷组为对实时待移除电路模型中每个不符合安全性验证的负荷支路中的所有负荷进行组合，其组合不重复，且负荷组的容量依次增加。

以上技术的有益效果：搭建实时待移除电路模型进行负荷移除，可避免对负荷支路负荷的频繁移除导致的断电，提升效率，且预先可以设置豁免名单，对负荷支路上的重要负荷进行重点供电，移除其他重要程度低的负荷，对所有可移除负荷进行筛选，选取出可使负荷支路最快解除超负荷状态的负荷或负荷组，且移除的负荷最少，为安全控制所移除负荷更加有针对性，对电路影响最小，且用时最短。

实施例10：在实施例9的基础上，一种安全电能表，组合筛选单元，包括：

负荷组合子单元，用于当不符合安全性验证的负荷支路中不存在差值为正数的非豁免负荷时，则以依次增加的负荷组容量，依次对实时待移除电路模型中的当前不符合安全性验证的负荷支路中的所有负荷进行组合，获得每个负荷组容量对应的多个不重复的多负荷组；

第二移除子单元，用于对实时待移除电路模型中的当前不符合安全性验证的负荷支路中的当前负荷组容量对应的每个多负荷组进行单独暂时性移除，并计算出在每个多负荷组被单独暂时性移除后实时待移除电路模型起始点的最大负荷功率与瞬时负荷功率的差值，直至不符合安全性验证的负荷支路中存在差值为正数的多负荷组时，则停止对实时待移除电路模型中的当前不符合安全性验证的负荷支路中的负荷进行组合；

第二筛选子单元，用于将差值为正数的多负荷组当作可移除多负荷组，并确定出可移除多负荷组被单独暂时性移除后实时待移除电路模型的线路温度降低到线路报警温度的所需时间，将每个不符合安全性验证的负荷支路的所有可移除多负荷组中最短所需时间的可移除多负荷组，作为不符合安全性验证的负荷支路的最优移除负荷结果。

该实施例中，负荷组容量为负荷组内包含的负荷个数，容量可为2、3、4等。

该实施例中，以依次增加的负荷组容量，依次对实时待移除电路模型中的当前不符合安全性验证的负荷支路中的所有负荷进行组合，获得每个负荷组容量对应的多个不重复的多负荷组，即为：

对实时待移除电路模型中的当前不符合安全性验证的负荷支路中的所有负荷进行两两组合，获得多个不重复的双负荷组；

当判定当前的不符合安全性验证的负荷支路中不存在差值为正的双负荷组时，则对实时待移除电路模型中的当前不符合安全性验证的负荷支路中的所有负荷进行三三组合，获得多个不重复的双负荷组；

以此类推，直至当前的不符合安全性验证的负荷支路中存在差值为正的多负荷组（即为三负荷组或四负荷组以此类推类似的负荷组中的一种）时则停止组合。

该实施例中，单独暂时性移除即为将单个多负荷组进行单独断电处理，获得其所在负荷支路起点在其断电后的瞬时负荷功率后对该多负荷组进行恢复供电。

以上技术的有益效果为：可以基于依次增加的负荷组容量获得每个负荷组容量对应的多负荷组，基于暂时性移除每个负荷组容量对应的多负荷组来筛选出可以使实时待移除电路模型的负荷支路符合安全性验证的多负荷组，并能在多个多负荷组中筛选出单独暂时性移除后实时待移除电路模型的线路温度最快降低到线路报警温度的多负荷组，获得更加精确的最优移除负荷结果，使负荷支路的温度最快到达安全范围。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种安全电能表，其特征在于，包括：

功率确定模块，用于确定出电能表的检测覆盖区域中每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和瞬时无功功率；

关系确定模块，用于实时采集每个负荷支路起始节点的环境温度值，并将当前时刻的环境温度值、瞬时无功功率、瞬时电压值和瞬时电流值，代入至对应负荷支路起始节点的瞬时无功功率、环境温度值、瞬时有功功率、线路温度、瞬时电压值、瞬时电流值六个变量之间的量化关系，获得每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系；

范围确定模块，用于将预先设置的线路报警温度代入至每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系，获得每个负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率；

安全控制模块，用于基于每个负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率，在检测覆盖区域中筛选出不符合安全性验证的负荷支路，对不符合安全性验证的负荷支路进行最优移除负荷的推导，基于获得的最优移除负荷结果对不符合安全性验证的负荷支路中的负荷进行选择性断电处理，获得电能表的超负荷安全控制结果。

2.根据权利要求1所述的一种安全电能表，其特征在于，功率确定模块，包括：

瞬时采集子模块，用于实时采集电能表的检测覆盖区域内每个负荷支路起始节点的瞬时电压值与瞬时电流值；

功率计算子模块，用于基于每个负荷支路起始节点的瞬时电压值与瞬时电流值，计算出每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率与瞬时无功功率。

3.根据权利要求2所述的一种安全电能表，其特征在于，功率计算子模块，包括：

波形生成单元，用于基于每个负荷支路起始节点在连续时间段内所有时刻的瞬时电压值与瞬时电流值，获得当前时刻每个负荷支路起始节点的瞬时电压值波形与瞬时电流值波形；

功率计算单元，用于确定出瞬时电压值波形与瞬时电流值波形的相位差，基于相位差、瞬时电压值与瞬时电流值获得每个负荷支路起始节点在连续时间段内所有时刻的瞬时有功功率与瞬时无功功率。

4.根据权利要求1所述的一种安全电能表，其特征在于，关系确定模块，包括：

环境温度采集子模块，用于实时采集每个负荷支路起始节点的环境温度值；

量化关系确定子模块，用于将当前时刻的环境温度值、瞬时无功功率、瞬时电压值和瞬时电流值，代入至对应负荷支路起始节点的瞬时无功功率、环境温度值、瞬时有功功率、线路温度、瞬时电压值、瞬时电流值六个变量之间的量化关系，获得每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系。

5.根据权利要求4所述的一种安全电能表，其特征在于，量化关系确定子模块，包括：

固定数据采集单元，用于采集电能表的检测覆盖区域中负荷支路的线路材料密度、线路半径、线路长度、比热容及负荷支路的线路与空气的对流换热系数，作为线路固定数据；

量化关系生成单元，用于基于线路固定数据，生成负荷支路起始节点的无功功率、环境温度值、有功功率、线路温度、瞬时电压值、瞬时电流值六个变量之间的量化关系如下：

；

其中，c为负荷支路起始节点对应的线路的比热容，E为负荷支路起始节点对应的线路材料密度，l为负荷支路起始节点对应的线路的长度，r为负荷支路起始节点对应的线路的半径，为负荷支路起始节点对应线路的线路温度，/>为负荷支路起始节点处的环境温度值，/>为对负荷支路起始节点对应线路的线路温度进行求导运算，/>为负荷支路起始节点的有功功率，/>为负荷支路起始节点的无功功率，M为负荷支路起始节点对应线路与空气的对流换热系数，U为负荷支路起始节点对应线路的瞬时电压值，I为负荷支路起始节点对应线路的瞬时电流值；

将当前时刻的环境温度值、瞬时无功功率、瞬时电压值和瞬时电流值代入至量化关系，获得每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系。

6.根据权利要求1所述的一种安全电能表，其特征在于，范围确定模块，包括：

报警温度获取子模块，用于获取预先设置的线路报警温度；

安全范围确定子模块，用于将线路报警温度代入至每个负荷支路起始节点的瞬时有功功率和线路温度之间的量化关系，获得每个负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率。

7.根据权利要求1所述的一种安全电能表，其特征在于，安全控制模块，包括：

安全性验证子模块，用于基于每个负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率，对检测覆盖区域中的所有负荷支路进行安全性验证，并在检测覆盖区域中筛选出不符合安全性验证的负荷支路；

可行性判断子模块，用于对不符合安全性验证的负荷支路进行最优移除负荷的推导，获得每个不符合安全性验证的负荷支路的最优移除负荷结果；

安全控制子模块，用于基于所有最优移除负荷结果，对不符合安全性验证的负荷支路中的负荷进行选择性断电处理，获得电能表的超负荷安全控制结果。

8.根据权利要求7所述的一种安全电能表，其特征在于，安全性验证子模块，包括：

验证单元，用于将每个负荷支路起始节点在当前时刻可允许的最大负荷功率与检测覆盖区域中的所有负荷支路在当前时刻的瞬时负荷功率进行比对，获得比对结果；

判断单元，用于将比对结果中当前时刻的瞬时负荷功率大于当前时刻可允许的最大负荷功率的负荷支路，判定为不符合安全性验证的负荷支路。

9.根据权利要求7所述的一种安全电能表，其特征在于，可行性判断子模块，包括：

采集处理单元，用于采集每个不符合安全性验证的负荷支路中的所有负荷的瞬时电流值和瞬时电压值；

模型搭建单元，用于基于当前确定出的所有不符合安全性验证的负荷支路中所有负荷的瞬时电流值和瞬时电压值，搭建出检测覆盖范围内的实时待移除电路模型；

移除豁免单元，用于基于预设豁免名单确定出豁免负荷，并将每个实时待移除电路模型中除豁免负荷以外剩余的负荷当作非豁免负荷；

暂时性移除单元，用于对实时待移除电路模型中单个不符合安全性验证的负荷支路中的每个非豁免负荷进行单独暂时性移除，并计算出在每个非豁免负荷被单独暂时性移除后实时待移除电路模型起始点的最大负荷功率与瞬时负荷功率的差值；

时间计算单元，用于当不符合安全性验证的负荷支路中存在差值为正数的非豁免负荷时，则将差值为正数的非豁免负荷判定为可移除负荷，并确定出可移除负荷被单独暂时性移除后实时待移除电路模型的线路温度降低到线路报警温度的所需时间；

最优筛选单元，用于将每个不符合安全性验证的负荷支路的所有可移除负荷中，最短所需时间的可移除负荷作为不符合安全性验证的负荷支路的最优移除负荷结果；

组合筛选单元，用于当不符合安全性验证的负荷支路中不存在差值为正数的非豁免负荷时，则对实时待移除电路模型中每个不符合安全性验证的负荷支路中的所有负荷进行组合，获得多个不重复的负荷组，并在每个不符合安全性验证的负荷支路中的所有负荷组中筛选出不符合安全性验证的负荷支路的最优移除负荷结果。

10.根据权利要求1所述的一种安全电能表，其特征在于，组合筛选单元，包括：

负荷组合子单元，用于当不符合安全性验证的负荷支路中不存在差值为正数的非豁免负荷时，则以依次增加的负荷组容量，依次对实时待移除电路模型中的当前不符合安全性验证的负荷支路中的所有负荷进行组合，获得每个负荷组容量对应的多个不重复的多负荷组；

第二移除子单元，用于对实时待移除电路模型中的当前不符合安全性验证的负荷支路中的当前负荷组容量对应的每个多负荷组进行单独暂时性移除，并计算出在每个多负荷组被单独暂时性移除后实时待移除电路模型起始点的最大负荷功率与瞬时负荷功率的差值，直至不符合安全性验证的负荷支路中存在差值为正数的多负荷组时，则停止对实时待移除电路模型中的当前不符合安全性验证的负荷支路中的负荷进行组合；

第二筛选子单元，用于将差值为正数的多负荷组当作可移除多负荷组，并确定出可移除多负荷组被单独暂时性移除后实时待移除电路模型的线路温度降低到线路报警温度的所需时间，将每个不符合安全性验证的负荷支路的所有可移除多负荷组中最短所需时间的可移除多负荷组，作为不符合安全性验证的负荷支路的最优移除负荷结果。