一種數(shù)字式電能表在線監(jiān)測與評估系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種數(shù)字式電能表在線監(jiān)測與評估系統(tǒng)及方法，屬于電能計量測試【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明包括：合并單元、交換機、RS485集線器、遠端計算機、數(shù)據(jù)傳輸單元及本地計算機。本發(fā)明對實際運行的數(shù)字式電能表進行長期在線監(jiān)測，找出對數(shù)字式電能表的計量誤差和事件記錄功能可靠性的敏感影響因素，建立數(shù)字化電能計量系統(tǒng)的狀態(tài)評估模型，促進電子式互感器、數(shù)字化電能表等電能計量新設(shè)備在數(shù)字化變電站電能計量體系中的應(yīng)用。
【專利說明】一種數(shù)字式電能表在線監(jiān)測與評估系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電能計量測試【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種數(shù)字式電能表在線監(jiān)測與評估系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力系統(tǒng)數(shù)字化發(fā)展的日益推進，數(shù)字化計量體系得到越來越廣泛的應(yīng)用。作為數(shù)字化計量體系的重要組成部分，數(shù)字式電能表的需求也越來越大。數(shù)字式電能表的輸入信號是由電子式電流、電壓互感器米集并傳輸至合并單兀的、符合IEC61850-9-1或IEC61850-9-2通信協(xié)議的全數(shù)字信號。數(shù)字式電能表對輸入的電流、電壓數(shù)字信號進行邏輯運算，理論上其有功電能計量沒有誤差。但實際上由于采樣精度、處理器字長及時間同步等因素影響，誤差必然存在。在實際運行中哪些因素對數(shù)字式電能表的計量誤差影響較大、在遇到極端工況例如大量高次諧波情況下數(shù)字式電能表是否還能正常工作、數(shù)字式電能表的異常事件記錄工作的可靠性等問題，都是需要進行研究的對象。數(shù)字式電能表目前尚處于發(fā)展階段，其檢定方法、量值傳遞、誤差判斷和可靠性等還沒有統(tǒng)一的標準，這給數(shù)字式電能表的發(fā)展及大規(guī)模應(yīng)用帶來了很大的阻礙。
[0003]目前尚未公布數(shù)字式電能表的國家標準及檢定規(guī)程，而現(xiàn)有的研究都是針對數(shù)字式電能表的現(xiàn)場校驗，沒有提到對數(shù)字式電能表工作狀態(tài)長期的、在線的實時監(jiān)測和評估，例如申請?zhí)枮?01210545604.5的專利《一種數(shù)字量輸入式電能表在線校準裝置》中提到對數(shù)字式電能表的在線校驗方法及設(shè)備。且目前的研究主要是針對性數(shù)字式電能表的計量誤差的檢測，例如申請?zhí)枮?01210447903.5的專利《一種數(shù)字電能表準確度評估系統(tǒng)及其方法》中介紹了一種能對數(shù)字式電能表進行現(xiàn)場測試的方法，還能模擬報文丟幀、網(wǎng)絡(luò)風暴等異常狀態(tài)，檢測數(shù)字式電能表的潛動、啟動及諧波影響量，但沒有關(guān)注數(shù)字式電能表的異常事件記錄功能?！皵?shù)字式電能表特殊要求”中明確規(guī)定數(shù)字式電能表應(yīng)具備電網(wǎng)異常事件記錄功能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)字式電能表在線監(jiān)測與評估的系統(tǒng)，對實際運行的數(shù)字式電能表進行在線監(jiān)測。通過數(shù)據(jù)分析與對比，監(jiān)測數(shù)字式電能表的計量誤差和事件記錄功能的可靠性。
[0005]本發(fā)明提供一種數(shù)字式電能表在線監(jiān)測與評估系統(tǒng)，包括:
[0006]合并單元:用于通過所述交換機向多個數(shù)字式電能表和所述遠端計算機傳輸數(shù)據(jù)，其中所述數(shù)據(jù)包括電壓數(shù)字信號和電流數(shù)字信號；
[0007]交換機:將所述合并單元某一端口輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多路數(shù)據(jù)，并將所述多路數(shù)據(jù)分別輸出至所述多個數(shù)字式電能表及所述遠端計算機；
[0008]RS485集線器:收集所述多個數(shù)字式電能表計量的電能值及異常事件記錄并發(fā)送至所述遠端計算機；
[0009]遠端計算機:從所述交換機接收所述數(shù)據(jù)，通過FFT變換解析電壓、電流值并發(fā)送至所述本地計算機，并分析是否發(fā)生電網(wǎng)異常事件并存儲所述電網(wǎng)異常事件，還從所述RS485集線器獲取所述多個數(shù)字式電能表計量的所述電能值及所述異常事件記錄并存儲；
[0010]數(shù)據(jù)傳輸單元:把所述遠端計算機中的所述解析后的電壓、電流值、所述電網(wǎng)異常事件、所述多個數(shù)字式電能表計量的所述電能值及所述異常事件記錄通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送回所述本地計算機；以及
[0011]本地計算機:根據(jù)所述遠端計算機中傳回的所述解析后的電壓、電流值計算電能量值，每個計量周期內(nèi)將計算的所述電能量值與所述多個數(shù)字式電能表計量的所述電能值進行一次比較，分析所述多個數(shù)字式電能表的長期在線運行計量誤差；還根據(jù)所述遠端計算機中傳回的所述電網(wǎng)異常事件分別與所述多個數(shù)字式電能表記錄的所述電網(wǎng)異常事件記錄進行比較，分析所述多個數(shù)字式電能表的長期在線運行事件記錄功能的可靠性。
[0012]本發(fā)明還提供一種數(shù)字式電能表在線監(jiān)測與評估方法，包括:
[0013]步驟I將合并單元某一端口輸出的數(shù)據(jù)由交換機轉(zhuǎn)換為多路數(shù)據(jù)，并分別傳輸至遠端計算機及多個數(shù)字式電能表；
[0014]步驟2所述遠端計算機對獲取的所述數(shù)據(jù)進行FFT變換，得到諧波電壓、電流幅值及相位差，并發(fā)送至所述本地計算機；
[0015]步驟3所述遠端計算機在每個計量周期內(nèi)讀取所述多個數(shù)字式電能表定時凍結(jié)的電能量值并發(fā)送至所述本地計算機，還讀取所述多個數(shù)字式電能表的電網(wǎng)異常事件記錄數(shù)，若所述記錄數(shù)發(fā)生變化，則根據(jù)異常代碼讀取對應(yīng)的數(shù)字式電能表的異常事件記錄并存儲；
[0016]步驟4數(shù)據(jù)傳輸單元通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將所述遠端計算機中的所述解析后的諧波電壓、電流幅值、所述相位差、所述多個數(shù)字式電能表定時凍結(jié)的電能量值及所述異常事件記錄傳回所述本地計算機，所述本地計算機根據(jù)傳回的所述解析后的諧波電壓、電流幅值計算電能量值，并與凍結(jié)的同時間點的所述多個數(shù)字式電能表的電能量值進行對比，計算所述多個數(shù)字式電能表的計量誤差；
[0017]步驟5所述本地計算機根據(jù)傳回的所述解析后的諧波電壓、電流幅值及所述相位差分析是否發(fā)生過電網(wǎng)異常事件，并與所述多個數(shù)字式電能表的異常事件記錄進行對比，判斷所述多個數(shù)字式電能表的電網(wǎng)異常事件記錄功能的可靠性。
[0018]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0019]本發(fā)明通過數(shù)據(jù)分析與對比，找出對數(shù)字式電能表的計量誤差敏感的影響因素，促進數(shù)字式電能表相關(guān)標準的盡快出臺和完善；
[0020]設(shè)置各待評估的數(shù)字式電能表定時凍結(jié)，以保證各數(shù)字式電能表傳回的數(shù)據(jù)為同時間點的數(shù)據(jù)，避免返回數(shù)據(jù)由于時間不同步造成的誤差，提高了本發(fā)明的計量誤差考核精度；
[0021]本地計算機分析經(jīng)遠端計算機FFT解析后的電流、電壓數(shù)據(jù)，來判斷是否發(fā)生異常事件，然后與數(shù)字式電能表記錄的異常事件數(shù)進行對比，分析數(shù)字式電能表異常事件記錄的可靠性，推動電子式互感器和數(shù)字式電能表等電能計量新設(shè)備在數(shù)字化變電站電能計量體系中的應(yīng)用，有效解決數(shù)字化變電站電能計量設(shè)備的日常運行維護和電能計量長期精度、可靠性問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明數(shù)字式電能表在線監(jiān)測與評估系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0024]圖1所示為本發(fā)明數(shù)字式電能表在線監(jiān)測與評估系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，數(shù)字式電能表在線監(jiān)測與評估系統(tǒng)包括合并單元、交換機、遠端計算機、RS485集線器、數(shù)據(jù)傳輸單元和本地計算機。從合并單元某一數(shù)據(jù)端口讀取符合IEC61850-9-1或IEC61850-9-2標準的數(shù)據(jù)，再通過交換機將讀取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多路數(shù)據(jù)輸入至遠端計算機及多個待評估的數(shù)字式電能表。各數(shù)字式電能表分別將自身計得的電能量數(shù)據(jù)通過RS485端口傳出，傳出的數(shù)據(jù)符合DLT645-2007規(guī)約，由RS485集線器將多個數(shù)字式電能表的計量數(shù)據(jù)傳入遠端計算機。遠端計算機通過串口將接收的多個數(shù)字式電能表的計量數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)傳輸單元，數(shù)據(jù)傳輸單元將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)并通過通信網(wǎng)絡(luò)(例如GPRS)傳送至本地計算機。
[0025]遠端計算機從交換機獲取合并單元數(shù)據(jù)后，對IEC61850-9-1或IEC61850-9-2數(shù)據(jù)幀進行解包，每I秒鐘做一次FFT變換，即對4000個點數(shù)據(jù)(一般合并單元發(fā)出的數(shù)據(jù)頻率為每個周波80個點，我國電力系統(tǒng)是50hz，即一個周波是0.02秒，I秒內(nèi)有50個周波)做FFT變換，通過FFT變換得到I至13次諧波的電流、電壓幅值與相位差，并通過數(shù)據(jù)傳輸單元將計算結(jié)果傳回本地計算機。在本發(fā)明實施例中，I秒鐘即能滿足精度要求，若取的時間太長，則采樣點過多，導致計算很慢；若取的時間太短，則采樣點太少，精度不滿足。
[0026]本發(fā)明采用遠端計算機和本地計算機結(jié)合的方式，遠端計算機主要是讀取電能表數(shù)據(jù)和合并單元數(shù)據(jù)，實時進行FFT變換后傳回本地計算機。本地計算機分析FFT數(shù)據(jù)，判斷是否發(fā)生電網(wǎng)異常事件，與遠端計算機傳回的電能表異常事件對比，并計算電能量值，與電能表計得的電能量值比較。遠端計算機的主要作用是采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳回本地分析可減少遠端計算機的工作量，提高實時性，并且利于大容量的數(shù)據(jù)存儲。
[0027]本地計算機根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸單元傳回的電壓、電流、相位差計算電能量，每22小時進行一次電量累加。
[0028]在本發(fā)明實施例中，對于0.2S級的數(shù)字式電能表，《DLT645-2007多功能電能表通信規(guī)約》中規(guī)定數(shù)字式電能表顯示電能數(shù)據(jù)中最低位為0.01kff.h，即由于示數(shù)精度造成的誤差最大為0.0099kff.h，約等于0.01kW。h根據(jù)誤差理論可知，當誤差為裝置誤差的
?~時可以忽略(裝置誤差為電能表的誤差，對于0.2S級的表,規(guī)定誤差不超過0.2% ),則數(shù)字式電能表最少要計量

【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字式電能表在線監(jiān)測與評估系統(tǒng)，包括合并單元、交換機、RS485集線器、遠端計算機、數(shù)據(jù)傳輸單元及本地計算機，其特征在于: 所述合并單元:用于通過所述交換機向多個數(shù)字式電能表和所述遠端計算機傳輸數(shù)據(jù)，其中所述數(shù)據(jù)包括電壓數(shù)字信號和電流數(shù)字信號； 所述交換機:將所述合并單元某一端口輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多路數(shù)據(jù)，并將所述多路數(shù)據(jù)分別輸出至所述多個數(shù)字式電能表及所述遠端計算機； 所述RS485集線器:收集所述多個數(shù)字式電能表計量的電能值及異常事件記錄并發(fā)送至所述遠端計算機； 所述遠端計算機:從所述交換機接收所述數(shù)據(jù)，通過FFT變換解析電壓、電流值并發(fā)送至所述本地計算機，并分析是否發(fā)生電網(wǎng)異常事件并存儲所述電網(wǎng)異常事件，還從所述RS485集線器獲取所述多個數(shù)字式電能表計量的所述電能值及所述異常事件記錄并存儲； 所述數(shù)據(jù)傳輸單元:把所述遠端計算機中的所述解析后的電壓、電流值、所述電網(wǎng)異常事件、所述多個數(shù)字式電能表計量的所述電能值及所述異常事件記錄通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送回所述本地計算機； 所述本地計算機:根據(jù)所述遠端計算機中傳回的所述解析后的電壓、電流值計算電能量值，每個計量周期內(nèi)將計算的所述電能量值與所述多個數(shù)字式電能表計量的所述電能值進行一次比較，分析所述多個數(shù)字式電能表的長期在線運行計量誤差；還根據(jù)所述遠端計算機中傳回的所述電網(wǎng)異常事件分別與所述多個數(shù)字式電能表記錄的所述電網(wǎng)異常事件記錄進行比較，分析所述多個數(shù)字式電能表的長期在線運行事件記錄功能的可靠性。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字式電能表在線監(jiān)測與評估系統(tǒng)，其特征在于，所述合并單元輸出的數(shù)據(jù)遵循IEC61850-9-1或IEC61850-9-2通信協(xié)議，所述多個數(shù)字式電能表輸出的數(shù)據(jù)均遵循DL/T645-2007通信協(xié)議。
3.如權(quán)利要求1或2所述的數(shù)字式電能表在線監(jiān)測與評估系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置待評估的所述多個數(shù)字式電能表定時凍結(jié)數(shù)據(jù)，所述遠端計算機向所述多個數(shù)字式電能表發(fā)送讀凍結(jié)數(shù)據(jù)命令，以保證所述多個數(shù)字式電能表傳回的數(shù)據(jù)為同時間點的數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字式電能表在線監(jiān)測與評估系統(tǒng)，其特征在于，所述本地計算機在所述計量周期內(nèi)進行一次電能量值累加，并與所述多個數(shù)字式電能表計量的所述電能值進行比較。
5.如權(quán)利要求4所述的數(shù)字式電能表在線監(jiān)測與評估系統(tǒng)，其特征在于，所述本地計算機采用點積和與FFT變換結(jié)合的方法計算每秒電能量值Ws為: 4000I Ws = §(I,-Ux(m)x — 其中，IpVi分別表示第i個點的電流、電壓值，i = 1,2,…，4000 ;1。3、Vtjs分別表示經(jīng)所述FFT變換得到的直流分量的電流幅值和電壓幅值。
6.如權(quán)利要求1或2所述的數(shù)字式電能表在線監(jiān)測與評估系統(tǒng)，其特征在于，每天在一固定時間點對所有被監(jiān)測的數(shù)字式電能表進行一次廣播校時，以所述遠端計算機時間為準。
7.如權(quán)利要求1或2所述的數(shù)字式電能表在線監(jiān)測與評估系統(tǒng)，其特征在于，所述電網(wǎng)異常事件包括: (1)A、B、C相失壓:在三相或單相供電系統(tǒng)中，某相負荷電流大于啟動電流，但電壓線路的電壓低于數(shù)字式電能表正常工作電壓的78%時，且持續(xù)時間大于I分鐘； (2)A、B、C相欠壓或A、B、C相過壓:在三相或單相供電系統(tǒng)中，某相電壓線路的電壓低于正常工作電壓220V或380V的5%或高于5% ； (3)全失壓:三相電壓均低于數(shù)字式電能表的臨界電壓，且負荷電流大于5%基本電流的狀態(tài)； (4)A、B、C相失流:在三相供電系統(tǒng)中，三相有電壓大于數(shù)字式電能表的臨界電壓,三相電流中任一相或兩相小于啟動電流，且其他相線負荷電流大于5%基本電流的狀態(tài)； (5)A、B、C相斷相:在三相供電系統(tǒng)中，某相出現(xiàn)電壓低于數(shù)字式電能表的臨界電壓，同時負荷電流小于啟動電流時間超過60秒的狀態(tài)； (6)A、B、C相斷流:在三相供電系統(tǒng)中，某相出現(xiàn)電壓低于數(shù)字式電能表的臨界電壓，同時負荷電流小于啟動電流時間超過60秒的狀態(tài)； (7)電壓不平衡率不大于30%:電壓不平衡率=((最大相電壓-最小相電壓)/最大相電壓)X 100% ； (8)電流不平衡:電流不平衡率=((最大相電流-最小相電流)/最大相電流)X100% ； (9)電壓逆相序:C相電壓超前A相、A相超前B相、B相超前C相則為正相序，否則為逆相序； (10)電流逆相序:C相電流超前A相、A相超前B相、B相超前C相則為正相序，否則為逆相序。
8.一種數(shù)字式電能表在線監(jiān)測與評估方法，其特征在于，包括: 步驟I將合并單元某一端口輸出的數(shù)據(jù)由交換機轉(zhuǎn)換為多路數(shù)據(jù)，并分別傳輸至遠端計算機及多個數(shù)字式電能表； 步驟2所述遠端計算機對獲取的所述數(shù)據(jù)進行FFT變換，得到諧波電壓、電流幅值及相位差，并發(fā)送至所述本地計算機； 步驟3所述遠端計算機在每個計量周期內(nèi)讀取所述多個數(shù)字式電能表定時凍結(jié)的電能量值并發(fā)送至所述本地計算機，還讀取所述多個數(shù)字式電能表的電網(wǎng)異常事件記錄數(shù)，若所述記錄數(shù)發(fā)生變化，則根據(jù)異常代碼讀取對應(yīng)的數(shù)字式電能表的異常事件記錄并存儲； 步驟4數(shù)據(jù)傳輸單元通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將所述遠端計算機中的所述解析后的諧波電壓、電流幅值、所述相位差、所述多個數(shù)字式電能表定時凍結(jié)的電能量值及所述異常事件記錄傳回所述本地計算機，所述本地計算機根據(jù)傳回的所述解析后的諧波電壓、電流幅值計算電能量值，并與凍結(jié)的同時間點的所述多個數(shù)字式電能表的電能量值進行對比，計算所述多個數(shù)字式電能表的計量誤差； 步驟5所述本地計算機根據(jù)傳回的所述解析后的諧波電壓、電流幅值及所述相位差分析是否發(fā)生過電網(wǎng)異常事件，并與所述多個數(shù)字式電能表的異常事件記錄進行對比，判斷所述多個數(shù)字式電能表的電網(wǎng)異常事件記錄功能的可靠性。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述異常事件類型包括:(1)A、B、C相失壓:在三相或單相供電系統(tǒng)中，某相負荷電流大于啟動電流，但電壓線路的電壓低于數(shù)字式電能表正常工作電壓的78%時，且持續(xù)時間大于I分鐘； (2)A、B、C相欠壓或A、B、C相過壓:在三相或單相供電系統(tǒng)中，某相電壓線路的電壓低于正常工作電壓220V或380V的5%或高于5% ； (3)全失壓:三相電壓均低于數(shù)字式電能表的臨界電壓，且負荷電流大于5%基本電流的狀態(tài)； (4)A、B、C相失流:在三相供電系統(tǒng)中，三相有電壓大于數(shù)字式電能表的臨界電壓,三相電流中任一相或兩相小于啟動電流，且其他相線負荷電流大于5%基本電流的狀態(tài)； (5)A、B、C相斷相:在三相供電系統(tǒng)中，某相出現(xiàn)電壓低于數(shù)字式電能表的臨界電壓，同時負荷電流小于啟動電流時間超過60秒的狀態(tài)； (6)A、B、C相斷流:在三相供電系統(tǒng)中，某相出現(xiàn)電壓低于數(shù)字式電能表的臨界電壓，同時負荷電流小于啟動電流時間超過60秒的狀態(tài)； (7)電壓不平衡率不大于30%:電壓不平衡率=((最大相電壓-最小相電壓)/最大相電壓)X 100% ； (8)電流不平衡:電流不平衡率=((最大相電流-最小相電流)/最大相電流)X100% ； (9)電壓逆相序:C相電壓超前A相、A相超前B相、B相超前C相則為正相序，否則為逆相序； (10)電流逆相序:C相電流超前A相、A相超前B相、B相超前C相則為正相序，否則為逆相序。
【文檔編號】G01R35/04GK104076321SQ201410321322
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】張秋雁, 余倩 申請人:貴州電力試驗研究院, 華中科技大學