專利名稱：可分析電能質(zhì)量的智能電表及用其計(jì)量與質(zhì)量分析的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種綜合電能質(zhì)量評(píng)估及電度計(jì)量的新型智能電表。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電負(fù)荷日趨復(fù)雜化和多樣化，大量具有沖擊性、非線性和不平衡特征的負(fù)荷造成電網(wǎng)電能質(zhì)量的惡化。而大量基于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的微處理器裝置的應(yīng)用，使得越來越多的行業(yè)對(duì)電能質(zhì)量表現(xiàn)出了 “敏感”的特征，電能質(zhì)量的任何擾動(dòng)都有可能給這些行業(yè)造成嚴(yán)重的影響和導(dǎo)致巨大的損失。為保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的電能，必須大量投入補(bǔ)償裝置，而需要怎樣的補(bǔ)償配置，必須以實(shí)時(shí)電網(wǎng)參數(shù)為依據(jù)，因此在用戶端安裝具有電能質(zhì)量分析功能的智能電表不僅可以為電力部門提供電能質(zhì)量實(shí)時(shí)參數(shù)，還可以為用戶提供電能質(zhì)量詳細(xì)報(bào)表，便于保護(hù)用電設(shè)備，有助于維護(hù)用戶權(quán)益。目前，對(duì)電能質(zhì)量的智能監(jiān)測(cè)均是針對(duì)容易對(duì)電網(wǎng)造成影響的大型用戶，例如鐵路變電站的電能質(zhì)量檢測(cè)，面向普通用戶的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)在國(guó)內(nèi)外研究還比較少。而電能質(zhì)量涉及電壓，頻率，功率因數(shù)等多個(gè)方面，電能質(zhì)量的綜合評(píng)估需要考慮多方因素，而其好壞直接影響用電設(shè)備的壽命，因此面向普通用戶的電能質(zhì)量的檢測(cè)及評(píng)估對(duì)電力用戶而言具有重要的意義。電力市場(chǎng)的開放化及智能配電網(wǎng)的發(fā)展，使得未來電力用戶對(duì)電能質(zhì)量擁有足夠的話語權(quán)，用戶對(duì)電能質(zhì)量將會(huì)有更高的要求，電能同其他商品一樣，必須保證質(zhì)量，一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開始實(shí)行電能的多等級(jí)質(zhì)量供電并按不同的價(jià)格計(jì)費(fèi)，對(duì)不同的電能質(zhì)量實(shí)行不同的價(jià)格即按質(zhì)計(jì)價(jià)將成為必然，而按質(zhì)計(jì)價(jià)的依據(jù)在于電能質(zhì)量分析及評(píng)估結(jié)果，因此，開發(fā)具有電能質(zhì)量分析單元的智能電表將有著廣闊的前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種可分析電能質(zhì)量的智能電表，該智能電表能對(duì)提供給用戶的電能質(zhì)量進(jìn)行分析，并為用戶提供電能質(zhì)量狀況報(bào)告；同時(shí)可及時(shí)為用戶發(fā)出保護(hù)用電設(shè)備的預(yù)警信號(hào)，還可為電力市場(chǎng)提供按質(zhì)計(jì)價(jià)的依據(jù)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案是一種可分析電能質(zhì)量的智能電表， 其組成是用戶線路的電壓互感器和電流互感器均通過低通濾波放大器與A/D轉(zhuǎn)換器相連； ARM處理芯片同時(shí)與A/D轉(zhuǎn)換器外部存儲(chǔ)器、IXD顯示器相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有效益處是本發(fā)明所采用的數(shù)據(jù)采集裝置可采集用戶供電線路上的實(shí)時(shí)電壓、電流信號(hào)，再經(jīng)濾波轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后可由ARM處理芯片進(jìn)行電度量計(jì)量并進(jìn)行諧波等電能質(zhì)量分析，并最終給出電能質(zhì)量的評(píng)估分析結(jié)果。從而該電表不僅能進(jìn)行電度量計(jì)量，還能進(jìn)行實(shí)時(shí)電能質(zhì)量分析，并能為用戶提供電能質(zhì)量狀況報(bào)告；當(dāng)用電質(zhì)量低于設(shè)定值時(shí)，可及時(shí)為用戶發(fā)出保護(hù)用電設(shè)備的預(yù)警信號(hào)，提示用戶關(guān)斷或停用對(duì)用電質(zhì)量敏感的設(shè)備，避免用
4戶的用電設(shè)備損壞或數(shù)據(jù)丟失。同時(shí)，分析出的電能質(zhì)量結(jié)果既可為電力公司提供諧波治理的參考，還可為電力市場(chǎng)提供按質(zhì)計(jì)價(jià)的依據(jù)。上述的ARM處理芯片還與GSM通信模塊相連。這樣，通過GSM通信模塊，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)便捷的用戶通信，在電能質(zhì)量出現(xiàn)異常時(shí)可通過GSM模塊快速及時(shí)告知用戶，并能識(shí)別用戶通過GSM手機(jī)短信返回的指令信息，根據(jù)指令信息做出相應(yīng)的動(dòng)作，如回應(yīng)用戶的查詢信息，有助于用戶更方便及時(shí)的獲得電能信肩、ο本發(fā)明的第二個(gè)發(fā)明目的是提供一種使用上述的可分析電能質(zhì)量的智能電表對(duì)電能進(jìn)行計(jì)量同時(shí)對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行分析的方法。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)第二個(gè)發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是一種使用權(quán)利要求1所述的可分析電能質(zhì)量的智能電表對(duì)電能進(jìn)行計(jì)量同時(shí)對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行分析的方法，包括以下步驟A.數(shù)據(jù)預(yù)處理電壓互感器和電流互感器檢測(cè)電力用戶供電線路的實(shí)時(shí)電壓、電流信號(hào)，并通過低通濾波放大器濾波并放大后再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器以6. 4ksps的采樣速率轉(zhuǎn)換為實(shí)時(shí)電壓、電流數(shù)字信號(hào)送入ARM處理芯片進(jìn)行處理；B.傅里葉變換ARM處理芯片將A步驟得到的實(shí)時(shí)電壓、電流數(shù)字信號(hào)，通過離散傅里葉變換獲得電壓、電流的基波和各次諧波分量，C.電能的計(jì)量ARM處理芯片對(duì)B步驟得到的電壓、電流的基波和各次諧波分量進(jìn)行離散積分獲得當(dāng)前累計(jì)電度量并實(shí)時(shí)送入LCD顯示器顯示，并在月末時(shí)將該月總電度量送入外部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；D.電能質(zhì)量事件分析ARM處理芯片對(duì)A步驟得到的實(shí)時(shí)電壓數(shù)字信號(hào)進(jìn)行電壓突升、電壓突降、過電壓的質(zhì)量事件分析，并將電能質(zhì)量事件發(fā)生時(shí)刻及持續(xù)時(shí)間送入外部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；ARM處理芯片對(duì)B步驟得到的電壓的基波分量進(jìn)行電壓偏差、頻率偏差的質(zhì)量事件分析，并將電壓偏差率、頻率偏差率送入外部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；對(duì)B步驟得到的電壓的各次諧波進(jìn)行諧波畸變率的質(zhì)量事件分析，并將諧波畸變率送入外部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。E.綜合電能質(zhì)量系數(shù)的評(píng)定ARM處理芯片按設(shè)定的監(jiān)測(cè)時(shí)間周期，對(duì)D步驟得到的各個(gè)電能質(zhì)量事件進(jìn)行加權(quán)得到綜合電能質(zhì)量系數(shù)。通過上述方法以6. 4ksps的采集速率得到的實(shí)時(shí)電壓、電流數(shù)字信號(hào)的能使本發(fā)明的智能電表方便快速的給出各個(gè)電能質(zhì)量事件符合國(guó)家規(guī)定精度的檢測(cè)結(jié)果，提供各個(gè)電能質(zhì)量事件的發(fā)生時(shí)刻及持續(xù)時(shí)間，并得出高達(dá)63次以內(nèi)的符合國(guó)家規(guī)定分析精度的諧波分析結(jié)果，得到可靠的綜合電能質(zhì)量系數(shù)，在為用戶提高電度計(jì)量信息的同時(shí)，還提供用電質(zhì)量信息。 上述ARM處理芯片對(duì)A步驟得到的電壓數(shù)字信號(hào)進(jìn)行電壓突升、電壓突降、過電壓的質(zhì)量事件分析的具體做法是當(dāng)實(shí)時(shí)電壓數(shù)字信號(hào)計(jì)算出的實(shí)時(shí)電壓有效值高于額定電壓有效值1. 1 1. 8倍時(shí)且持續(xù)時(shí)間在0. 5個(gè)工頻周期以上即記為電壓突升事件；當(dāng)實(shí)時(shí)電壓數(shù)字信號(hào)計(jì)算出的實(shí)時(shí)電壓有效值低于0.9倍額定電壓有效值高于0. 1倍額定電壓且持續(xù)時(shí)間超過0.5個(gè)工頻周期以上即記為電壓突降事件；當(dāng)實(shí)時(shí)電壓數(shù)字信號(hào)計(jì)算出的實(shí)時(shí)電壓有效值高過1. 8倍額定電壓有效值且持續(xù)時(shí)間超過0. 5個(gè)工頻周期即為過電壓事件。上述ARM處理芯片對(duì)B步驟得到的電壓信號(hào)的基波分量進(jìn)行電壓偏差、頻率偏差的質(zhì)量事件分析的具體做法是電壓偏差的計(jì)算公式是
幌勵(lì)e/產(chǎn)信=痛
客碇棲直( )頻率偏差的計(jì)算公式是
頻率偏酵(釋纖頻=；^靴) 1 )額定頻率值(厶)上述ARM處理芯片對(duì)B步驟得到的電壓信號(hào)的各次諧波進(jìn)行諧波畸變率的質(zhì)量事件分析的具體做法是計(jì)算第h次諧波電壓含有率HRUh，^^=^^100%，再計(jì)算總諧波畸變率
權(quán)利要求
1.一種可分析電能質(zhì)量的智能電表，其組成是用戶線路的電壓互感器(IA)和電流互感器(IB)均通過低通濾波放大器( 與A/D轉(zhuǎn)換器⑶相連；ARM處理芯片同時(shí)與A/D轉(zhuǎn)換器⑶外部存儲(chǔ)器(5)、LCD顯示器(6) 相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種可分析電能質(zhì)量的智能電表，其特征在于所述的ARM處理芯片(4)還與GSM通信模塊(7)相連。
3.一種使用權(quán)利要求1所述的可分析電能質(zhì)量的智能電表對(duì)電能進(jìn)行計(jì)量同時(shí)對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行分析的方法，包括以下步驟A.數(shù)據(jù)預(yù)處理電壓互感器(IA)和電流互感器(IB)檢測(cè)電力用戶供電線路的實(shí)時(shí)電壓、電流信號(hào)，并通過低通濾波放大器濾波并放大后再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器(3)以6. 4ksps的采樣速率轉(zhuǎn)換為實(shí)時(shí)電壓、電流數(shù)字信號(hào)送入ARM處理芯片(4)進(jìn)行處理；B.傅里葉變換ARM處理芯片(4)將A步驟得到的實(shí)時(shí)電壓、電流數(shù)字信號(hào)，通過離散傅里葉變換獲得電壓、電流的基波和各次諧波分量，C.電能的計(jì)量ARM處理芯片(4)對(duì)B步驟得到的電壓、電流的基波和各次諧波分量進(jìn)行離散積分獲得當(dāng)前累計(jì)電度量并實(shí)時(shí)送入LCD顯示器(6)顯示，并在月末時(shí)將該月總電度量送入外部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；D.電能質(zhì)量事件分析ARM處理芯片(4)對(duì)A步驟得到的實(shí)時(shí)電壓數(shù)字信號(hào)進(jìn)行電壓突升、電壓突降、過電壓的質(zhì)量事件分析，并將電能質(zhì)量事件發(fā)生時(shí)刻及持續(xù)時(shí)間送入外部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；ARM處理芯片(4)對(duì)B步驟得到的電壓的基波分量進(jìn)行電壓偏差、頻率偏差的質(zhì)量事件分析，并將電壓偏差率、頻率偏差率送入外部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；對(duì)B步驟得到的電壓的各次諧波進(jìn)行諧波畸變率的質(zhì)量事件分析，并將諧波畸變率送入外部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。E.綜合電能質(zhì)量系數(shù)的評(píng)定ARM處理芯片(4)按設(shè)定的監(jiān)測(cè)時(shí)間周期，對(duì)D步驟得到的各個(gè)電能質(zhì)量事件進(jìn)行加權(quán)得到綜合電能質(zhì)量系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的對(duì)電能進(jìn)行計(jì)量同時(shí)對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行分析的方法，其特征在于所述ARM處理芯片(4)對(duì)A步驟得到的電壓數(shù)字信號(hào)進(jìn)行電壓突升、電壓突降、過電壓的質(zhì)量事件分析的具體做法是當(dāng)實(shí)時(shí)電壓數(shù)字信號(hào)計(jì)算出的實(shí)時(shí)電壓有效值高于額定電壓有效值1. 1 1. 8倍時(shí)且持續(xù)時(shí)間在0. 5個(gè)工頻周期以上即記為電壓突升事件；當(dāng)實(shí)時(shí)電壓數(shù)字信號(hào)計(jì)算出的實(shí)時(shí)電壓有效值低于0.9倍額定電壓有效值高于0. 1倍額定電壓且持續(xù)時(shí)間超過0.5個(gè)工頻周期以上即記為電壓突降事件；當(dāng)實(shí)時(shí)電壓數(shù)字信號(hào)計(jì)算出的實(shí)時(shí)電壓有效值高過1.8倍額定電壓有效值且持續(xù)時(shí)間超過0.5個(gè)工頻周期即為過電壓事件。所述ARM處理芯片(4)對(duì)B步驟得到的電壓信號(hào)的基波分量進(jìn)行電壓偏差、頻率偏差的質(zhì)量事件分析的具體做法是
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的對(duì)電能進(jìn)行計(jì)量同時(shí)對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行分析的方法，其特征在于所述ARM處理芯片(4)按設(shè)定的監(jiān)測(cè)時(shí)間周期，對(duì)D步驟得到的各個(gè)電能質(zhì)量事件進(jìn)行加權(quán)得到綜合電能質(zhì)量系數(shù)的具體做法是綜合電能質(zhì)量系數(shù) R，R= l_[(tl+t2+t3)*il/T+AU*i2+Af*i3+THDu*i4]； 式中，T為設(shè)定的監(jiān)測(cè)時(shí)間周期，tl、t2、t3分別為設(shè)定監(jiān)測(cè)時(shí)間周期內(nèi)所有電壓突升事件持續(xù)時(shí)間的總和、所有電壓突降事件持續(xù)時(shí)間的總和、所有過電壓事件持續(xù)時(shí)間的總和；il、i2、i3、 4為相應(yīng)事件的加權(quán)系數(shù)，分別取0. 2-0. 3,0. 1-0. 2,0. 3-0. 4,0. 3-0. 4，且 il+i2+i3+i4 = 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的對(duì)電能進(jìn)行計(jì)量同時(shí)對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行分析的方法，其特征在于所述綜合電能質(zhì)量系數(shù)R小于設(shè)定值時(shí)，ARM處理芯片向IXD顯示器發(fā)出預(yù)警顯示信息，并將預(yù)警顯示信息存入外部存儲(chǔ)器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可分析電能質(zhì)量的智能電表及用其計(jì)量與質(zhì)量分析的方法，智能電表的組成是用戶線路的電壓互感器(1A)和電流互感器(1B)均通過低通濾波放大器(2)與A/D轉(zhuǎn)換器(3)相連；ARM處理芯片(4)同時(shí)與A/D轉(zhuǎn)換器(3)外部存儲(chǔ)器(5)、LCD顯示器(6)相連。該智能電表能對(duì)提供給用戶的電能質(zhì)量進(jìn)行分析，并為用戶提供電能質(zhì)量狀況報(bào)告；同時(shí)可及時(shí)為用戶發(fā)出保護(hù)用電設(shè)備的預(yù)警信號(hào)，還可為電力市場(chǎng)提供按質(zhì)計(jì)價(jià)的依據(jù)。
文檔編號(hào)G01R22/10GK102539910SQ20121001089
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者何正友, 廖凱, 張桂南, 林圣 , 王志遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)