基於本地功率基準的異常用電監測方法

2023-10-24 03:38:32

專利名稱：基於本地功率基準的異常用電監測方法
技術領域：
本發明涉及一種能提供由異常用電所造成的電量損失數據的異常用電監測方法，屬監測技術領域。
背景技術：
目前，我國IOkV線路採用中性點不接地方式，用戶變壓器高壓側接線方式為三相三線制，低壓側接線方式為三相四線制，電能表安裝在高壓側，當出現三相負荷不平衡的異常用電情況時，電能表的計量結果就會出現較大誤差，從而影響了計費的公平性。造成三相負荷不平衡的原因通常有兩種，一種原因是用電情況發生了變化，需要通過對異常用電情況的監測來指導負荷的最優分配；另一種原因是存在人為的竊電現象，需要根據對異常用電情況的監測結果來提供罰款依據。但由於目前我國的IOkV計量和監測設備均不能提供異常用電所造成的電量損失數據，給不平衡用電的治理和懲處造成了困難。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足、提供一種能提供由異常用電所造成的電量損失數據的異常用電監測方法，為不平衡用電的治理和懲處提供證據。本發明的目的是由以下述技術方案實現的
一種基於本地功率基準的異常用電監測方法，它利用安裝在用戶變壓器高壓側的監測終端實時測量三相三線制線路的線電壓和電流信號，由此求得線路的實際功率P'、各相相電壓及電流的有效值和相位，然後將三相相電壓、電流有效值的平均值和三相相電壓與相電流夾角的平均值作為基準電壓、基準電流幅值和基準電壓與基準電流的夾角α ,計算出基準功率屍，再根據三相相電壓和相電流的夾角與的偏差判斷用戶是否存在不平衡負荷，並利用基準功率屍和實際功率P』估計用戶異常用電量，最後通過GPRS將監測信息傳送給後臺伺服器，具體步驟如下
a.變壓器高壓側線電壓和電流信號的測量
利用兩個電壓互感器分別測量A、B相之間的線電壓U8b和C、B相之間的線電壓Ua，利用兩個電流互感器分別測量A相電流夂和C相電流；
b.求解三相三線制線路的實際功率P'
對LU、Ua、匕和Ic進行傅立葉運算，求得四者的有效值Uab、Ucb、Ia、I。和相位，依據公
式 =UabIaC0M JUebIeCos 02計算三相三線制線路的實際功率_p『，式中八是^^和z
間的相角差；Φ 2是^和h之間的相角差；
C.求各相電壓和相電流三相三線制線路A、B相之間的線電壓Uai與C、B相之間的線電壓經過矢量差運算得到c、a相之間的線電壓υ級;對A相電流/a和C相電流I,進行和運算，再取反求得B相電流厶，將A進行傅立葉運算獲得其有效值Ib和相位；利用阻抗三角形-星形變換原理，進一步計算得到三個相電壓有效值和相位角，至此得到所有三相相電壓有效值Ua、Ub、Uc和相位A2、 、CKw ,以及三相相電流的有效值Ia、Ib、I。和相位；
d.本地功率基準計算
算出、Ia的夾角> Ib的夾角aW , uc、Ic的夾角^ ,取三相相電壓有效值UA、US、Uc的平均值為基準電壓幅值('取三相電流有效值Ia、Ib、I。的平均值為基準電流幅值一取三相相電壓和相電流的夾角以-、、a*的平均值為基準電壓、基準電流的
夾角a ,計算基準功率^ ,Ffs=JUl cos ； e.異常用電量估計
將三相相電壓和相電流的夾角a-、a-、auk與基準電壓和基準電流的夾角a相比較，若某一相電壓和相電流夾角與a的差大於設定的閾值，說明用戶存在不平衡負荷，此時計算三相三線制線路的基準功率爐和實際功率戶的差與設定的時間間隔的乘積，得到
用戶異常用電量的估計值；將三相相電壓有效值Uil、Ub、Uc分別和基準電壓幅值y相比
較，計算各相電壓幅值偏差；
f.監測數據的傳送
監測終端通過GPRS無線信道將監測信息傳送給後臺伺服器，由後臺伺服器完成監測結果的顯示、記錄及異常用電告警。上述基於本地功率基準的異常用電監測方法，所用監測系統包括監測伺服器和至少一個監測終端，所述監測終端包括電壓互感器、電流互感器、信號調理單元、A/D轉換器、CPU、液晶顯示單元和GPRS通訊模塊，所述電壓互感器和電流互感器各設置兩個，兩個電壓
互感器分別測量用戶變壓器高壓側A、B相之間的線電壓LU和C、B相之間的線電壓^^，
兩個電流互感器分別測量用戶變壓器高壓側A相電流4和C相電流A，它們的輸出信號依
次經信號調理單元、A/D轉換器接CPU的輸入埠，所述液晶顯示單元接CPU的信號輸出埠，所述CPU通過GPRS通訊模塊給後臺伺服器傳送監測信息。上述基於本地功率基準的異常用電監測方法，相電壓、相電流的夾角與基準電壓、基準電流的夾角《之差的設定閾值為60'。本發明根據三相相電壓和相電流的夾角與基準電壓和基準電流的夾角α』的差來判斷用戶是否存在不平衡負荷，並根據基準功率和實際功率的差來估算用戶的異常用電量，由於基準功率的確定是相對獨立的，異常用電程度的評定不受相鄰用戶的影響，因而可有效避免用電治理過程中的糾紛。本發明不僅能準確判斷用戶是否存在不平衡負荷，而且可提供由異常用電所造成的電量損失數據，為不平衡用電的治理和懲處創造條件。


下面結合附圖對本發明作進一步詳述。圖I是本發明的監測系統構成圖。圖2是監測終端原理示意圖。圖3是監測處理流程圖。圖4是阻抗三角形-星形變換原理圖。文中各符號清單為戶為實際功率；P0為基準功率；α為基準電壓與基準電流的夾角；U必為Α、Β相之間的線電壓；U沙為C、B相之間的線電壓；I為C、A相之間的線 電壓；4為A相電流；厶為B相電流；Zf為C相電流；Ia為A相電流的有效值；Ib、為B相電流的有效值；1。為c相電流的有效值'Φ'為和4之間的相角差\ Φ2為^和勾之間的相角差；Ujl為A相電壓有效值；為B相電壓有效值；為C相電壓有效值；CKiia為A相電壓相位；&為B相電壓相位；《W為C相電壓相位；士為A相電流相位；％為B相電流相位；％為C相電流相位；Aia為1^與Ia的夾角，為Uii與Ib的夾角，為Uc與
I。的夾角；U為基準電壓幅值；/為基準電流幅值。
具體實施例方式本發明的異常用電監測系統主要包括監測終端和後臺主站兩部分。監測終端通過GPRS通信傳送監測信息給後臺主站，完成監測結果顯示、異常告警功能。監測終端包括電壓互感器、電流互感器、信號調理單元、A/D轉換器、CPU、液晶顯示單元和GPRS通訊模塊。後臺主站包括GPRS接收單元和監測伺服器。本發明提出的基於本地功率基準的異常用電監測方法為
(O求解三相三線制計量功率
因為三相三線制接線中只接兩個電壓互感器和兩個電流互感器，所以採集到的電參量只有匕和^、L和4,經過傅立葉運算求得工頻線電壓和電流有效值Uab、ucb、ia、I。，依
據公式p' = UabIaC0s^AUebIeC0sA計算實際功率，式中01是^和4之間的相角;02是
Ua和總之間的相角。(2)求各相電壓和相電流
監測終端將採集到的電壓(和[& )經過矢量差運算得到矢量Uia ;對採樣的和
4進行和運算，再取反求得A，將A進行傅立葉運算獲得其有效值和相位；利用阻抗三角
形-星形變換原理，進一步計算得到三個相電壓有效值和相位角。至此得到所有三相相電壓和三相相電流的有效值和相位。(3)本地功率基準計算
通過上面計算分別可得出相電壓電流有效值^ ,UsJjc^ Ia、Ib、I。和相角、ay、 A,算出Ua、Ia夾角a* , 、Ib夾角, %、I。夾角α* ,取三相相電壓有效值、Us、Uc的平均值為基準電壓幅值t/，取三相電流有效值Ia、Ib、I。的平均值為基準電流幅值/，取三相相電壓和相電流夾角、OW、CiW的平均值為基準電壓、基準電
流的夾角a，計算基準功率P0 :護3UI cos a。(4)異常用電量估計
將《W、與基準相位a相比較，它們之間的差值稱為相位偏差。依據相位偏差
的大小可以判斷用戶是否存在不平衡負荷，是否異常用電。比較基準功率妒和實際功家^，通過計算功率差和設定的時間間隔的乘積，估計用戶異常用電量。將三相相電壓有效值Ua、U&、Uc分別和基準電壓幅值U相比較，計算各相電壓幅值偏差；將三相電流有效值
Ia、Ib、I。分別和基準電流幅值/相比較，計算各相電流的幅值偏差。
(5)後臺直觀豐富的顯示
監測終端通過GPRS無線信道將監測信息傳送給後臺管理部分，完成監測結果顯示和記錄、異常用電告警等功能。如圖I所示，監測系統包括若干個監測終端和一個後臺主站。監測終端安裝在專用變壓器的計量箱內；後臺主站放置在用電營銷中心。由監測伺服器將監測到的信息上傳到電力公司信息內網上，電力系統相關部門可以通過網頁瀏覽方式方便地查看相關信息。如圖2所示，監測終端由電壓互感器、電流互感器、信號調理單元組成，對其中使用的晶片或電路沒有特殊要求。該電路將電壓互感器和電流互感器輸出的信號調理為適合A/D轉換器輸入範圍的信號，主要包括分壓、隔離、電流/電壓轉換、放大、抗混疊濾波電路模塊、A/D轉換器、CPU、液晶顯示單元和GPRS通訊模塊組成，CPU採用LPC2148。信號調理
單元對電壓電流(U-和Uii、4和/,)進行調理，變換為適合A/D轉換的信號；A/D轉換器
(AD73360)晶片實現A/D轉換。數據處理是LPC2148處理的主要環節，因為三相三線制接線中只接兩個電壓互感器和兩個電流互感器，所以採集到的電參量只有^和^ 乂和4,對仏和^、/￡和4-進行傅立葉運算求得有效值uab、Ucb, Ia、I。和相位a-、, Φ 1=- aia、Φ 2= ~ Α ，代入公式 P = UabIaCos 0 !+UcbIcCos 0 2 計算頭際功率。將Usi、Uci進行矢量差運算得到Uae: Uss = Uai - Uei，進而計算其有效值Uac和相位qW ;對於B相電流，因為三相電流瞬時值之和為零，則B相電流瞬時值h = -L - 4 ,進一步得B相電流有效值Ib和相位。通過三角形-星形變換計算各相電壓的過程如下
Im: - If ~ 1H
/ -I-I
I戍-lh~ ^
Z
權利要求
1.一種基於本地功率基準的異常用電監測方法，其特徵是，它利用安裝在用戶變壓器高壓側的監測終端實時測量三相三線制線路的線電壓和電流信號，由此求得線路的實際功率P'、各相相電壓及電流的有效值和相位，然後將三相相電壓、電流有效值的平均值和三相相電壓與相電流夾角的平均值作為基準電壓、基準電流幅值和基準電壓與基準電流的夾角《，計算出基準功率屍，再根據三相相電壓和相電流的夾角與CS的偏差判斷用戶是否存在不平衡負荷，並利用基準功率屍和實際功率盧估計用戶異常用電量，最後通過GPRS將監測信息傳送給後臺伺服器； 具體步驟如下 a.變壓器高壓側線電壓和電流信號的測量 利用兩個電壓互感器分別測量A、B相之間的線電壓V必和C、B相之間的線電壓Ua，利用兩個電流互感器分別測量A相電流/2和C相電流4 ； b.求解三相三線制線路的實際功率P' 對Ucii、Ua、4和Ic進行傅立葉運算，求得四者的有效值Uab、Ucb、Ia、I。和相位，依據公式# = UabIaC0M JUebIeC0i^2計算三相三線制線路的實際功率戶，式中八是仏和4之間的相角差·' Φ 2是Uα和A之間的相角差； c.求各相電壓和相電流 三相三線制線路Α、B相之間的線電壓與C、B相之間的線電壓Veb經過矢量差運算得到C、A相之間的線電壓h ;對A相電流4和C相電流h進行和運算，再取反求得B相電流厶，將A進行傅立葉運算獲得其有效值Ib和相位；利用阻抗三角形-星形變換原理，進一步計算得到三個相電壓有效值和相位角，至此得到所有三相相電壓有效值Ua、Ue、Ue和相仨n,以及三相相電流的有效值Ia、Ib、I。和相位^^ ； d.本地功率基準計算 算出、Ia的夾角aW , h、Ib的夾角，ue、Ic的夾角Ak，取三相相電壓有效值Ua、Ub、Uc的平均值為基準電壓幅值τ取三相電流有效值Ia、Ib、I。的平均值為基準電流幅值J，取三相相電壓和相電流的夾角的平均值為基準電壓、基準電流的夾角O,計算基準功率屍P0 = 3U1 cos α ； e.異常用電量估計 將三相相電壓和相電流的夾角Aic、a,-、與基準電壓和基準電流的夾角β相比較，若某一相電壓和相電流夾角與G的差大於設定的閾值，說明用戶存在不平衡負荷，此時計算三相三線制線路的基準功率#和實際功率戶的差與設定的時間間隔的乘積，得到用戶異常用電量的估計值；將三相相電壓有效值、t/￡、分別和基準電壓幅值相比較，計算各相電壓幅值偏差；f.監測數據的傳送 監測終端通過GPRS無線信道將監測信息傳送給後臺伺服器，由後臺伺服器完成監測結果的顯示、記錄及異常用電告警。
2.根據權利要求I所述基於本地功率基準的異常用電監測方法，其特徵在於，所用監測系統包括監測伺服器和至少一個監測終端，所述監測終端包括電壓互感器、電流互感器、信號調理單元、A/D轉換器、CPU、液晶顯示單元和GPRS通訊模塊，所述電壓互感器和電流互感器各設置兩個，兩個電壓互感器分別測量用戶變壓器高壓側A、B相之間的線電壓和C、B相之間的線電壓O:，兩個電流互感器分別測量用戶變壓器高壓側A相電流4和C相電流A，它們的輸出信號依次經信號調理單元、A/D轉換器接CPU的輸入埠，所述液晶顯示單元接CPU的信號輸出埠，所述CPU通過GPRS通訊模塊給後臺伺服器傳送監測信息。
3.根據權利要求I或2所述基於本地功率基準的異常用電監測方法，其特徵在於，相電壓、相電流的夾角與基準電壓、基準電流的夾角* Z差的設定閾值為60'。
全文摘要
一種基於本地功率基準的異常用電監測方法，它實時測量三相三線制線路的線電壓和電流信號，由此求得線路的實際功率、各相相電壓及電流的有效值和相位，然後將三相相電壓、電流有效值的平均值和三相相電壓與相電流夾角的平均值作為基準電壓、基準電流幅值和基準電壓與基準電流的夾角，計算出基準功率，再根據三相相電壓和相電流的夾角與的偏差判斷用戶是否存在不平衡負荷，並利用基準功率和實際功率估計用戶異常用電量，最後通過GPRS將監測信息傳送給後臺伺服器。本發明不僅能準確判斷用戶是否存在不平衡負荷，而且可提供由異常用電所造成的電量損失數據，為不平衡用電的治理和懲處提供依據。
文檔編號G01R25/00GK102944741SQ201210503059
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者崔燕生, 劉繼志, 葉明 申請人:保定市理想電器設備製造有限公司