CN1665088A - 数字图示开关设备系统 - Google Patents

Abstract

一种数字图示开关设备系统，用于将外部功率传输到负载，包括：测量单元，用于测量包含于所述开关设备系统中的个别单元的状态信息；环境设置单元，用于建立包含于所述开关设备系统中的个别单元的操作环境；功率质量分析单元，用于使用所述测量单元测量到的测量数据分析所述开关设备系统的电源状态信息；功率自动装置，用于存储由所述测量单元测量到的测量数据，和管理所述测量单元、所述功率分析单元和所述环境设置单元的个别的操作；以及数字图示终端单元，其被连接到所述功率自动装置并用图表表示所述开关设备系统的电源状态信息。

Description

数字图示开关设备系统

技术领域

本发明涉及一种开关设备(switchgear)系统，尤其涉及这样一种数字图示开关设备系统，其允许数字图示终端设备显示包含于开关设备系统内的个别设备的操作状态，并且可使用触摸屏控制该操作状态，从而使其能够允许初学者容易地操作和维护该开关设备系统。

背景技术

典型地，开关设备系统是一种能够通过将超高电压转变为低电压为诸如学校或工厂的各种需要功率的建筑场所提供必需的功率的小到中规模(small-to-medium-size)的供电单元，其通常包括变压器、优化操作控制器和功率监控控制器等，并且不仅设计为防潮和防止从外部接收异物，而且容易被构造。

上述的开关设备系统包括位于单一外壳(enclosure)内的各种组件，例如，用来将超高电压转变为低电压的变压器、用于切换超高电压进线的自动开关、功率熔断器、仪表电流变压器、电路断路器以及模制管壳(molded-case)电路断路器。在这种状况下，上述组件以多层配置的形式布置，以使得上述多层配置被包含在单一的壳内。上述开关设备系统还包括低压控制面板。该低压控制面板包括能够选择/显示各种功能(例如，与开关设备系统、开关设备环境、系统历史信息、指数管理信息和标准管理信息等关联的电气特性)的各种测量系统和开关设备。

然而，包含于传统的开关设备系统的低压控制面板之内的上述开关设备和测量系统的配置复杂并且操作手册烦杂，以使得一般使用者(与技术熟练的管理员比较而言)不能够容易地操作上述开关设备和测量系统。特别地，能够执行模拟或数字显示功能的各种测量设备与多个用于选择/控制相应设备的开关设备一起被广泛地被设置于上述控制面板上，这样就需要与上述开关设备系统的操作方法关联的专业知识，导致了增加开关设备系统附加的管理员的必要。

最近，随着用于数字继电器和数字电表中的远程检查方法的不断发展，可以很容易地看出重的电气设备被迅速地数字化。与重的电气设备相似，开关设备系统最初根据模拟方案进行设计，因此开关设备系统的所有操作都由手动来完成，但是，系统集成、数字化和电子改造从二十世纪九十年代中期到现在有了迅速的发展。因此，在现代的开关设备系统中包含有微处理器，因此，目前在开关设备系统中，大量的数据通过微处理器进行处理。

随着计算机技术的不断发展，数据存储系统包含了大量的各种不能被人识别的数据，这样，使得上述数据必须被分组和分类。在上述数据存储系统中使用的信息可视化被认为是能够允许使用者有效地理解和分析大量数据的新的技术。

随着图示方案被引进到在开关设备系统中使用的显示板，它在教育性成效方面的增长是可以预计到的。尽管能够允许使用者容易地识别和共享必要信息的上述技术是非常重要的，但是最近在国内制造的大部分的开关设备系统仅仅能够可视地显示由各种测量设备测量的测量值，因此，它们不能够执行上述信息的可视化。

与上述的情形相反，大部分小到中规模的开关设备系统(也被称为小到中规模的用户开关设备系统)没有现场管理员。即使上述小到中等规模的开关设备系统具有现场的管理员，但是大部分现场管理员实际上是不具有与电气设备相关的专业知识或具有低层次的电气设备专用知识的初学者。由于上述的原因，许多最近开发出来的开关设备系统逐渐地被专门研究并具有了更多的说明书，这样使得现场的管理员难于理解和获得有效的知识和信息。

各种设备被集成到开关设备系统中。具体而言，变压器具有多个由于过载、温度的升高或绝缘材料的损坏等而导致事故的不安全组件。在事故发生之前，提前分析和预测上述不安全组件是非常重要的。但是，使用传统的开关设备系统，现场管理员难于容易地识别/控制突发事件情况。因此，增加了事故发生率的可能性。

本发明能够实时、有效地显示开关设备系统的功率状况和综合信息，并能实现与开关设备系统相关的大量测量数据信息的可视化，以防止事故的发生。上述信息的可视化对于管理员管理和操作开关设备系统是必需的。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述问题，本发明的目标在于提供这样一种数字图示开关设备系统，它能够使用数字图示环境处理管理小到中等规模的开关设备系统(也被称为小到中等规模的客户开关设备系统)所需的五个基本指数(也就是，火灾指数、输出衰减指数、功率状况指数、开关设备的线路质量指数和综合质量指数)，使得它能够可视化地显示上述五个基本指数。

本发明的另外一个目标是提供一种通过利用数字图示方法、在监控设备(例如触摸屏)上显示与开关设备系统相关联的各种数据的数字图示开关设备系统，从而给使用者带来了极大的便利。

根据本发明，上述和其它的目标通过一种用于将外部功率传输到负载的数字图示开关设备系统来实现，该系统包括：测量单元，用于测量包含于所述开关设备系统中的各个单元的状态信息；环境设置单元，用于建立包含于所述开关设备系统中的各个单元的操作环境；功率质量分析单元，用于利用所述测量单元测量到的测量数据分析所述开关设备系统的供电状态信息；功率自动装置(power robot)，用于存储由所述测量单元测量到的测量数据，和管理所述测量单元、所述功率质量分析单元和所述环境设置单元的各个操作；以及数字图示终端单元，其被连接到所述功率自动装置，并用图形表示出所述开关设备系统的供电状态信息。

附图的简要说明

参考相应的附图进行详细描述后，本发明的上述和其它目标、特征和其它有益的效果将会变得更加清楚，其中：

图1是描述根据本发明优选实施方案所述的数字图示开关设备系统的方框图；

图2是本发明的图1中所示的功率自动装置的方框图；

图3a到3h是显示在本发明所述数字图示终端单元上的示例性屏幕图像；

图4是本发明的图1中所示的测量单元的方框图；

图5a和图5b是描述本发明所述的功率自动装置的系统环境设置任务的流程图；

图6是描述本发明所述的功率自动装置的信息收集任务的流程图；及

图7的流程图示出了一种利用本发明所述功率质量分析单元计算指标的方法。

优选实施方案

现在，将参照所附的附图对本发明的优选实施方案进行详细的描述。在附图中，相同或相似的元件表示为同一参考标号，即便它们是出现在不同的附图中。在下面的描述中，本文中结合的对公知功能和配置的详细描述在其使得本发明的主题不清楚的时候将被省略。

图1是描述根据本发明的优选实施方案的数字图示开关设备系统的方框图。

参照图1，根据本发明的数字图示开关设备系统包括功率自动装置(power robot)100、数字图示终端单元200、功率质量分析单元300、测量单元400、环境设置单元500以及作为无线通信单元的射频(RF)单元600。

功率自动装置100用于表示能够完成数字图示开关设备系统的各种功能(例如，测量数据存储的功能，使用功率质量分析算法进行操作的功能，事故数据管理的功能，事故分析数据供应的功能以及事件处理的功能)的无人操作的系统。功率自动装置100能够将上述测量单元与数字图示终端单元和功率质量分析单元连接起来，并且可存储及管理操作开关设备系统所需的所有信息。

图2是描述根据本发明图1中所示的功率自动装置的方框图。参照图2，功率自动装置100包括操作系统(OS)110、系统环境管理器120、存储器130、通信单元140、设备处理器150、数据中央处理单元(CPU)160、数据日志记录单元170、文件管理器180和输入/输出(I/O)处理器190。

OS 110适于操作功率自动装置100。根据本发明优选的实施方案，OS110可通过利用嵌入式的Linux作为基本OS从而能够一年365天、每天24时地稳定执行系统操作。

系统环境管理器120管理各种测量设备信息(例如，设备种类、设备号号、端口号、开关操作的方法以及输入和输出端信息)以及触摸屏和外围的交互运作的设备的其它的信息。

存储器130存储由测量单元实时收集的信息，或存储由功率自动装置100通常使用的其它信息。

RF单元140允许数字图示终端单元200、功率质量分析单元300或测量单元400与功率自动装置100进行通信。

RF单元140包括RS485通信单元141、RS232C通信单元142、TCP/IP通信单元143以及CDMA通信单元144，并且使用各种通信方法，例如，RS485方案、RS232方案、CDMA方案、TCP/IP方案、UDP方案以及FTP方案等。

设备处理器150包括用于收集数字测量单元的数据的数据测量单元151、用于执行测量单元的设置和控制功能的测量单元控制器152、用于在数字测量单元和功率自动装置100之间完成日志处理的日志转换器153，以及用于管理数字测量单元的通信状态和其它信息的通信监控单元154。

数据CPU 160分析收集到的数据，使用算法执行指数计算，产生报警事件和将数据存储在其中。数据CPU 160包括用于监控数据匹配特征和处理上述数字测量单元的报警事件的监控单元161、用于使用上述功率质量分析单元计算指数信息的指数计算器162、用于使用上述功率质量分析单元产生/释放事件信息的报警管理器163、用于管理与事件关联的测量信息(例如，高频率和事故波形信息)的事故信息管理器164，以及用于执行上述触摸屏和上述功率质量分析单元之间的日志转换的日志转换器165。

数据日志记录单元170执行记录与主要功能(例如，数字测量单元的设置值改变功能、系统操作功能和系统控制功能等)相关的所有日志内容。

文件管理器180管理存储在功率自动装置100中的所有文件的信息。

I/O处理器190管理输入日志信息、文件传输/接收信息和环境设置信息等，这些信息能够与功率自动装置100共同使用。

数字图示终端单元200有效地分析开关设备系统的大量数字数据，并且通过数字图示技术利用分析的结果来实现信息的可视化。数字图示终端单元200将测量单元的多个显示单元集成到单一的显示设备中，从而能够经由触摸屏对其操作并且能够容易地对其功率进行管理。

数字图示终端单元200包括自诊断显示、常规操作显示、测量信息显示、开关操作显示、功率状况显示、预测信息显示、标准管理显示和环境信息显示。

数字图示终端单元200包括自检显示器、常规操作显示器、测量信息显示器、开关操作显示器、功率状况显示器、预测信息显示器、标准管理显示器和环境信息显示器。

图3a是描述自诊断显示器的显示状态的示例性屏幕图像。参照图3a，该自诊断显示器表示了开关设备系统的各种信息，例如，配线图信息、操作状态信息、综合质量信息、火灾(fire)指数信息、功率状况信息、输出衰减信息和线路质量信息。而且，自诊断显示器显示了开关设备系统的三维横断面视图。

图3b描述的是常规操作显示器的显示状态的示例性屏幕图像。参照图3b，常规操作显示器根据数字和模拟方案显示各种常规操作信息，例如，电压、电流、功率因数和功率等，并且图示地显示了各个阶段的测量值。

图3c描述的是测量信息显示器的显示状态的示例性屏幕图像。参照图3c，该测量信息显示器显示了数字测量单元的测量屏幕，它使使用者能够在该测量屏幕上自由地选择所需的信息，并且使得使用者能够识别数字设备的操作状态。

图3d是显示出开关操作显示器的示例性屏幕图像。参照图3d，该开关操作显示器显示了用于执行开关操作的基本开关的布局和操作状态信息，并允许使用者选择最大需求功率峰值控制模式或功率因数控制模式。

图3e显示了功率状况显示器的显示状态的示例性屏幕图像。参照图3e，该功率状况显示器以指数的形式显示了综合质量指数、火灾指数、功率状况指数、输出衰减指数和线路质量指数，这样使得它能够表示开关设备系统的综合状态信息。

图3f描述了预测信息显示器的显示状态的示例性屏幕图像。参照图3f，该预测信息显示器能够基于多个组件的以前或当前收集的数据来预测想要得到的将来的信息，例如，可使用的功率、电流、视在功率、不平衡率(unbalance ratio)、功率因数、变压器温度、15分钟需求(15-minutesdemand)以及负载率。使用上述预测的信息，操作员或管理员能够预测将来的情形并能够通过预见该开关设备系统的操作状态而稳定地操作该开关设备系统。

图3g描述的是标准管理显示器的显示状态的示例性屏幕图像。参照图3g，该标准的管理显示器建立了与功率参数关联的退出传统管理目标值。如果测量值高于由传统管理目标值表示的基准范围，则标准管理显示器显示三级(three-stage)报警信息。

图3h描述了环境设置显示器的显示状态的示例性屏幕图像。参照图3h，环境设置显示器显示了网络设置信息、报警设置信息、简要状况信息、屏幕/声音控制信息、模拟信息、A/S(售后服务)信息和A/S设置信息。

如在图3a到3h中能够看到的一样，根据本发明的开关设备系统收集各种功率参数，例如基于Web(环球网)的网络操作参数、预先获得的(pre-learned)操作参数、仪表集成操作参数、仪表可视化操作参数、基于时序(time-series)方案的预测操作参数、具有计算机特性(cyber-character)的无人操作参数以及谐波测量参数等，这样它就能够使用功率质量分析技术、指数技术、基于自动A/S应用的计算机A/S网络应用和MMI技术来便利地执行环境设置功能。

功率质量分析单元300用于表示能够分析实时监控信息(其表示了从由测量单元测量到的各种信息中得到的功率质量关联信息)的系统，并且存储、分析和管理所有安全操作所需的信息。在这种状况下，与功率质量关联信息等价的实时监控信息包括电压、电流、功率因数、不平衡率、峰值、有效和无效的功率值、负载率、频率和温度等。

功率质量分析单元300包括用于实时监控/控制电压、电流、功率因数、不平衡率、峰值、有效和无效的功率值、负载率、频率和温度等的功率监控单元；用于监控每一通道(channel)的漏电流的漏电监控单元；用于监控事故波形信息(例如，瞬时功率故障(SAIDI)或过电压等)的谐波监控单元；用于分析数字测量信息、漏电流信息和事故波形信息的数据分析器；用于存储/管理对目标功率值进行管理所需的峰值功率信息的峰值管理器；用于管理开关设备系统的开关操作信息的开关管理器；用于使用上述功率质量分析单元分析指数信息的指数分析器；用于表明从开关设备系统产生的事件信息并综合地管理该事件信息的报警管理器；以及用于管理每日的、每周的、每月的和每年的报告的报告管理器。

环境设置单元500包括用于在上述功率自动装置和环境设置程序之间建立通信模式的功率自动装置设置单元；用于建立使用者权限的(例如，使用者ID或密码等)的使用者设置单元；用于建立数字测量单元的端口、ID和通道的设备设置单元；用于根据上述开关设备系统的格式化信息建立开关设置功能的开关设置单元；用于输入或改变上述数字测量单元的设置值的测量单元值设置单元；用于建立标准管理值和建立报警范围内的指数值的标准管理值设置单元；以及用于建立基于Web(环球网)的功率监控服务和关联信息的基于环球网的功率监控设置单元。

图4是描述根据本发明的在图1中显示的测量单元的方框图。

参照图4，测量单元400包括用于测量现场设备的各种测量值(例如，电压、电流、功率因数、峰值、不平衡率、负载率、无效功率、有效功率、温度、频率和报警状态等)的多个测量设备；用于测量漏电流的电气漏电报警单元，用于测量电流波形信息的功率捕获单元；以及用于监控各个通道的状态信息的I/O接触点监控单元。

根据本发明的数字图示开关设备系统的操作将在下文中参照附图进行描述。

图5a和图5b是描述根据本发明所述的功率自动装置的系统环境设置任务的流程图。

参照图5a～5b，在步骤S110中，上述功率自动装置检验外围环境以实现环境的建立，并在步骤S200实现该功率自动装置的环境设置。功率自动装置建立的处理过程包括功率自动装置网络信息设置过程和功率自动装置数据存储方法设置过程等。

如果在步骤S210没有完成功率自动装置的环境设置过程，在步骤S220中，该功率自动装置检验和重置上述环境设置的处理过程。否则，如果在步骤S210完成了功率自动装置的环境设置处理过程，则功率自动装置在步骤S300中建立使用者信息。

在建立使用者信息时，功率自动装置建立管理员ID和密码，并建立普通的使用者ID和密码。

如果在步骤S310没有完成使用者信息设置处理过程，则功率自动装置在步骤S320中重置该使用者信息。如果在步骤S310完成了使用者信息设置的处理过程，上述功率自动装置在步骤S400中建立设备历史信息。

在上述设备历史设置的处理过程当中，功率自动装置建立开关设备系统的各主设备(例如，变压器和电路断路器等)的历史信息，并确定是否使用功率自动装置的端口。

如果在步骤S410中没有完成上述设备设置过程，则功率自动装置在步骤S420中重置设备设置处理过程。如果在步骤S410中完成了上述设备设置过程，则功率自动装置在步骤S500中执行数字测量设备设置过程。

在数字测量设备设置过程当中，功率自动装置建立智能化的数字功率控制器、漏电报警单元和波形捕获单元的各个基本值，并建立报警等级。

如果在步骤S510没有完成上述数字测量单元的设置过程，功率自动装置在步骤S520中重置上述数字测量单元设置处理过程。否则，如果在步骤S510完成了数字测量单元的设置过程，则功率自动装置在步骤S600中执行开关设置过程。

在上述开关设置过程当中，功率自动装置选择开关设备系统的格式化的信息，并确定是否使用开关或峰值/功率因数通道。

如果在步骤S610没有完成上述开关设置过程，则功率自动装置在步骤S620重置上述开关。反之，如果在步骤S610完成了上述开关设置过程，则功率自动装置在步骤S700建立标准管理值。

在标准管理值设置过程当中，功率自动装置建立标准的管理值、指数值的基准管理值以及报警等级。

如果在步骤S710中没有完成标准管理值设置处理，则功率自动装置在步骤S720重置标准的管理值。反之，如果在步骤S710中完成了上述标准管理值设置过程，则功率自动装置在步骤S800建立基于环球网的功率监控服务。

在上述基于环球网的功率监控服务设置过程当中，功率自动装置建立通信方法和使用者ID等。

如果在步骤S810中没有完成基于环球网的功率监控服务设置，则功率自动装置在步骤S820重置上述基于环球网的功率监控服务。

图6描述了根据本发明的功率自动装置的信息收集任务的流程图。

功率自动装置100实时收集由实地数字测量单元测量的各种测量值，使用功率质量分析单元计算指数值和其它数据，并将计算出的结果应用到系统操作处理过程中。下面将对功率自动装置100的数据收集处理过程进行详细的描述。

参照图6，功率自动装置100在收集必要的数据之前检验数字测量单元和通信环境，并构建数据收集计划。

功率自动装置开始收集功率测量信息、接触点状态信息和谐波信息。如果收集到上述功率测量信息、接触点状态信息和谐波信息，则功率自动装置将上述收集到的信息存储到缓冲器中。否则，如果没有收集到上述功率测量信息、接触点状态信息和谐波信息，则功率自动装置确定错误发生，并将错误记录到日志中，并进入到下一个处理过程中。

存储在缓冲器中的信息被存储到存储器中。存储在上述存储器中的信息由数据CPU读取，并适于执行数据操作处理。

图7是描述利用本发明所述功率质量分析单元计算指数的方法的流程图。

功率质量分析单元300使用从数字测量单元、功率谐波测量设备和漏电报警单元产生的各种测量信息识别开关设备操作状态信息，功率监控和质量分析信息、报警事件信息和事故波形信息等。而且，功率质量分析单元300使用功率质量分析算法以指数形式表示被识别的信息，计算火灾指数、功率状况指数、输出衰减指数和线路质量指数，并使用上述四个指数计算综合质量指数。

在计算上述指数之前，功率质量分析单元接收来自数字测量单元的数据，收集上述接收的数据，将上述收集的信息存储在存储器中，并与各个指数计算算法相互操作。上述功率质量分析单元使用上述指数计算算法计算各个指数并将计算结果值结合起来，这样使得它能够计算综合指数。

火灾指数使用漏电流、电压器(TR)温度、过电流、开相(open-phase)和接触不良以指数形式表示上述开关系统的火灾发生概率。

功率状况指数使用电压、负载率、功率因数、不平衡负载和失真因数以指数形式表示上述开关系统的状态信息。

输出衰减指数使用电压、变压器(TR)损耗比、变压器(TR)温度、功率因数和不平衡负载率以指数形式表示上述开关设备系统的输出衰减程度信息。

线路质量指数使用电压变化率、SAG/SWELL、SAIDI(系统平均中断持续时间指数)、失真因数和不平衡负载以指数形式表示上述开关设备系统的线路质量信息。

下面将对上述指数进行详细的描述。

在计算上述火灾指数时，可使用各种组成成分，例如，漏电流、变压器(TR)温度、过电压、开相和不良接触等。

在不良接触的状况下，功率分析单元使用安装于各个相中的温度传感器识别温度的升高。

功率质量分析单元使用ZCT测量漏电流。如果被测量到的漏电流值高于最大允许值，则功率质量分析单元确定火灾发生的概率为100％。小到中等规模的开关设备系统(也被称为小到中等规模的用户开关设备系统)接收22.9kV的电，使用变压器将接收到的电降为低电压，例如，380V或220V，并且给客户提供必要的功率，这样使得超高电压经过上述开关设备系统。在这种状况下，如果在邻近上述开关设备系统的连接部分发生接触不良，就会发生危险。由于不良的接触，可能会无法预料地发生过热、短路、漏电流和电弧放电。

终端中的接触不良可以导致过热，并且该过热可被温度传感器测量到。与漏电流的方式相同，如果温度传感器接收到高于基准温度值的温度，火灾发生的概率被确定为100％。

国内的分布式变压器的过载发生确定基准由短期额定电压的130％的最大值表示。然而，上述过载发生确定基准必须考虑短期过载以提供对变压器有效和经济的使用，并且必须满足变压器使用寿命被异常地减少的预定范围。例如IEEE、IEC(国际电气技术委员会)和JEC(日本电气技术委员会)的国际规范为每种绝缘材料提供了不同的最大允许温度。在短期过载持续1～2小时的状况下，上述国际规格使用不同的短期过载。

本发明基于变压器绝缘材料的允许温度来确定上述变压器的异常使用寿命耗损的存在或不存在。

变压器通常被分为模制型(mold-type)变压器和油浸型(oil-type)变压器。油浸型变压器的最上部分的油温被传感器测量到，以使得配线的最热点的温度能够基于被测量到的温度预测到。干式(dry)变压器将传感器安装到配线内，从而能够预测到最高的配线温度。如果上述预测到的配线温度高于预定的允许基准值，则上述火灾指数被确定为100％。

上述功率系统的过压会由于各种原因发生，例如，雷击、线路事故、开关操作或开关故障、非线形/线形谐振、突变的负载变化和电容器开关等。电缆线路上承载的高电压会产生配线电介质的击穿，导致电路烧损。然而，上述系统由避雷针(lighting arrester)保护，这样使得发生过电压的概率非常低。考虑到火灾发生的概率，由于单一的瞬间过电压而可能发生电介质击穿，这样使得过电压必须由系统的使用者来检测。如果过电压高于额定次级电压130％，则本发明确定火灾的概率为100％。

如果在三相中发生开相的情况，在开关设备系统中可能发生过电流，导致了火灾发生的概率增加。因此，该开关设备系统对开相进行探测，并使用上述探测到的开相作为火灾指数。如果电流没有被施加到任一的单相中，就可确定发生了开相。

本发明确定了与上述五个组成成分相关联的门限基准值。如果上述五个组成成分中的任意一个高于相应的门限基准值，本发明就确定火灾发生的概率是非常高的。单个组成成分的门限基准值如下表1所示。

[表1]

数据门限基准值	漏电流	接触不良	变压器的最高温度	过压	开相
						门限值	基于变压器容量的不同漏电流允许值	80度	基于绝缘材料种类的不同允许温度	130％	三相电流中的一相电流＝0

下面将描述功率状况指数计算处理过程。

上述功率状况指数收集电压、负载率、功率因数、不平衡负载和失真因数，将不同的权重值施加给被收集的数据，并以指数的形式表示最终的结果。

基于电气工业法则(electric industrial law regulations)第18款(其指出了电气质量标准)，如果变压器次级线电压处于电压维持范围，则能够使用算法以指数的形式改变电压值。如果变压器次级线电压偏离了上述电压维持范围，则指数被确定为0％，导致了最低的指数。

由将综合视在功率划分进变压器容量的百分比来表示负载率，被计算出的负载率使用预定算法以指数的形式表示出。如果负载率高于130％，指数被确定为0％，导致了最低的指数。

在农村中的(in the country)负载功率因数必须至少维持在90％。如果高于90％的功率因数被维持，使用者就不会损失电费，这样，高于90％的功率因数一般被称为基准功率因数。

为了维持上述基准功率因数，基于“电容器安装电容基准表”的具有不同电容的不同电容器被安装在各个的设备中。在这种情况下，上述各个电容器必须随同上述各个设备一起被切换。

上述功率因数通过上述功率质量分析单元计算，并且以0～100％指数的形式表示。

在不平衡负载的状况下，不平衡电流因素被计算出来，与三倍于额定相电流相关的各相电流的总和被乘以不平衡电流，从而计算出不平衡负载并使用算法以指数的形式表示出来。

使用功率/电气元件的大部分设备产生谐波电流。不同于传统的模拟开关设备系统，最近的开关设备系统被电气地开发出来并被数字化，这样，目前大量的功率/电气元件被使用。谐波表示相应于基波整数倍的频率，并通常可使用总谐波失真(THD)和谐波包含率表示失真的波质量。根据韩国功率公司(KEPCO)的供电条款，与从变电站(包括小于66kV的地下和高架线路)接收电的客户相关的电压失真因数被确定为3％。因此，3％的电压失真因素被确定为门限值，并使用预定算法被以指数的形式表示出。

上述功率状况指数基本上适于有效地和可视地通知使用者功率状况信息。因此，不同于上述火灾算法，尽管上述功率状况指数高于预定基准值，危险状态也不会被立即确定。更详细地说，组合五个指数，并根据独特的重要性将不同的权重值施加给上述五个指数，这样使得最终的结果以指数的形式表示。

在输出衰减指数的状况下，根据独特的重要性将不同的权重值施加给电压、变压器耗损率、变压器温度、功率因数和不平衡负载，从而以指数形式表示出上述输出衰减指数。

上述电压、变压器温度、功率因数和不平衡负载按照相同于上述火灾指数和功率状况指数方式的指数形式表示。由于诸如产生于上述开关设备系统的变压器的谐波障碍，上述变压器耗损率损坏变压器的输出特性，并且被以指数的形式表示出来。

在上述变压器产生功率谐波时，会发生涡流耗损，并且涡流耗损的程度以K因子的形式表示。使用该K因子计算出上述变压器耗损率，并且以指数形式表示所计算的结果。

上述线路质量指数将电压变化率、SAG/SWELL、SAIDI、失真因数和不平衡负载综合起来，并根据独特的重要性将不同的权重值施加到综合的结果中，并用指数的形式表示最终的结果。

上述电压变化率在多个测量的电压值中计算出最高电压和最低电压，计算上述最高电压和最低电压之间的差异，用最低电压除以所计算出的最高电压和最低电压的差异，用百分比的形式表示所计算出的差异，并用指数的形式表示最终的结果。

在SAG/SWELL的状况下，由波形捕获单元测量的SAG/SWELL的增加次数被计算出来，并且结果以指数的形式表示出来。增加重置功能以使得SAG/SWELL的增加次数能够被确定为‘0’。上述SAG表示基准电压被降低到90％或小于90％并且保持至少0.5～30周期的特殊状况。上述SWELL表示基准电压增加到110％或以上并至少保持0.5～30周期的特殊状况。

SAIDI表示基准电压降低到10％或以下并在至少0.5～180个周期中保持的特殊状况。SAIDI的持续时间被计算出来、并且计算出的结果以指数的形式表示。也增加重置功能以使得功率瞬间故障(SAIDI)的持续时间能够被确定为‘0’。

利用同上述功率状况指数和输出衰减指数中使用的同样的方法，可计算出失真因数和不平衡负载。

根据本发明的上述数字开关设备系统能够执行网络学习演化操作、远程无人智能操作和智能学习控制功能，并能够配置事件数据库，能够分析故障的原因，能够自动地解决上述故障，能够计算和预测出各个电气设备的费用，并且能够执行虚拟电费减少模拟。

如上面所描述显而易见一样，根据本发明的数字开关设备系统使用能够执行监控控制功能的监控器设备(例如，触摸凭等)改进了使用者界面，使用五个指数实时测量上述开关设备系统的大量测量数据，并且实时收集所测量的数据，这样使得它能够允许初学者容易地确定上述开关设备系统的当前状态信息。

而且，为了防止电气火灾的发生，本发明以指数的形式表示了火灾概率，本发明表示由谐波导致的变压器输出衰减率程度，并以有效传输大量开关设备系统的信息到使用者的方式执行自诊断功能。

虽然本发明的优选实施方案出于描述的目的而被公开，但本领域的普通技术人员应当认识到，根据在这里公开的相应权利要求的保护范围和精神可以对本发明做各种修改和变化。

Claims (19)

1.一种用于将外部输入功率传输给负载的数字图示开关设备系统，包括：

测量单元，用于测量包含于所述开关设备系统中的各个单元的状态信息；

环境设置单元，用于建立包含于所述开关设备系统中的各个单元的操作环境；

功率质量分析单元，用于利用所述测量单元测得的测量数据分析所述开关设备系统的供电状态信息；

功率自动装置，用于存储由所述测量单元测得的测量数据，并管理所述测量单元、所述功率质量分析单元和所述环境设置单元的各个操作；以及

数字图示终端单元，其被连接到所述功率自动装置，并用图形表示出所述开关设备系统的供电状态信息。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述功率自动装置包括：

操作系统(OS)，用于操作所述功率自动装置；

系统环境管理器，用于存储与所述功率自动装置连接的多个单元的信息，并管理各个单元的操作环境；

存储器，用于存储所述测量单元收集的实时信息，并存储所述功率自动装置使用的信息；

射频(RF)单元，用于允许所述功率自动装置与所述开关设备系统的各个单元进行通信；

设备处理器，用于管理所述测量单元的操作；

数据中央处理单元(CPU)，用于分析所收集的数据；

数据日志记录单元，用于记录与所述开关设备系统的操作关联的日志信息；

文件管理器，用于管理存储在所述功率自动装置中的所有文件的信息；以及

输入/输出(I/O)处理器，用于管理所述功率自动装置的数据传输/接收。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述功率质量分析单元包括：

功率监控单元，用于实时监视/控制电压、电流、功率因数、不平衡率、峰值、有效和无效功率值、负载率、频率和温度等；

漏电监控单元，用于监控每一通道的漏电流；

谐波监控单元，用于监控事故波形信息，例如系统平均中断持续指数(SAIDI)或过电压等；

数据分析器，用于分析数字测量信息、漏电流信息和事故波形信息；

峰值管理器，用于存储/管理对目标功率值进行管理所需的峰值功率信息；

开关管理器，用于管理所述开关设备系统的开关操作信息；

指数分析器，用于利用所述功率质量分析单元分析指数信息；

报警管理器，用于表示由所述开关设备系统产生的事件信息，并综合地管理所述事件信息；以及

报告管理器，用于管理每日的、每周的、每月的和每年的报告。

4.如权利要求1所示的系统，其中，所述测量单元包括：

多个测量设备，用于测量各种现场测量值，例如电压、电流、功率因数、峰值、不平衡率、负载率、无效功率、有效功率、温度、频率和报警状态等；

漏电报警单元，用于测量漏电流；

功率捕获单元，用于测量电流波形信息；以及

I/O接触点监控单元，用于监控各个通道的状态信息。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述环境设置单元包括：

功率自动装置设置单元，用于在所述功率自动装置和环境设置程序之间建立通信模式；

使用者设置单元，用于建立对使用者的授权，例如使用者ID或密码等；

设备设置单元，用于建立所述数字测量单元的端口、ID和通道；

开关设置单元，用于根据所述开关设备系统的格式化信息建立开关设置功能；

测量单元值设置单元，用于输入或改变所述数字测量单元的设置值；

标准管理值设置单元，用于建立标准的管理值，并建立在报警范围内的指数值；以及

基于环球网的功率监控设置单元，用于建立基于环球网的功率监控服务和相关信息。

6.如权利要求1到5中的任意一项所述的系统，其中，所述数字图示终端单元包括自诊断显示器、常规操作显示器、测量信息显示器、开关操作显示器、功率状况显示器、预测信息显示器、标准管理显示器和环境信息显示器。

7.如权利要求6所述的系统，其中，所述自诊断显示器指示出所述开关设备系统的各种信息，包括，配线图表信息、操作状态信息、综合质量信息、火灾指数信息、功率状况信息、输出衰减信息和线路质量信息。

8.如权利要求7所述的系统，其中，所述火灾指数信息通过漏电流、变压器(TR)温度、过电压、开相和不良接触中的一项或多项计算出。

9.如权利要求7所述的系统，其中，所述功率状况指数信息通过电压、负载率、功率因数、不平衡负载和失真因数中的一项或多项计算出。

10.如权利要求7所述的系统，其中，所述输出衰减指数通过电压、变压器(TR)耗损率、变压器(TR)温度、功率因数和不平衡负载率中的一项或多项计算出。

11.如权利要求7所述的系统，其中，所述线路质量指数通过电压变化率、SAG/SWELL、系统平均中断持续指数(SAIDI)、失真因数和不平衡负载中的一项或多项计算出。

12.如权利要求7所述的系统，其中，所述综合质量指数通过所述火灾指数信息、所述功率状况指数信息、所述输出衰减指数信息和所述线路质量指数信息计算出。

13.如权利要求6所述的系统，其中，所述常规操作显示器显示数字和模拟值形式的电压、电流、功率因数和功率。

14.如权利要求6所述的系统，其中，所述测量信息显示器显示所述数字测量单元的测量屏幕，并允许使用者在所述测量屏幕中自由地选择所需的信息。

15.如权利要求6所述的系统，其中，所述开关操作显示器显示用于执行开关操作的基本开关的布局和操作状态信息，并允许使用者选择最大需求功率控制模式或功率因数控制模式，从而它能够执行最佳的操作/控制功能。

16.如权利要求6所述的系统，其中，所述功率状况显示器以指数的形式显示综合质量指数、火灾指数、功率状况指数、输出衰减指数和线路质量指数。

17.如权利要求6所述的系统，其中，所述预测信息显示器显示可用的功率、电流、视在功率、不平衡率、功率因数、变压器温度、15分钟需求和负载率。

18.如权利要求6所述的系统，其中，所述环境信息显示器显示网络设置信息、报警设置信息、电流报警信息、简要状况信息、屏幕/声音控制信息和A/S(售后服务)设置信息。

19.如权利要求6所述的系统，其中，所述数字图示终端单元通过触摸屏幕的方法来操作。

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