CN1438488A - 智能网络化防窃电多功能全电子式电能表 - Google Patents
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Abstract
智能网络化防窃电多功能全电子式电能表，它由电网电压电流变换采样模块(1)、电流互感器开路短路检测模块(2)、电能计量模块(3)、谐波分析模块(4)、幅值分析模块(5)、相位分析模块(6)、智能故障分析判断模块(7)、数据记录模块(8)、状态显示模块(9)、数据通信模块(10)、时钟模块(11)、电源模块(12)、参数设置模块(13)等模块组成。从根本上实现了电能计量、防窃电、网络数据传输和网络通信的一体化，是一种用途广泛的全电子式电能表。
Description
所属技术领域
本发明属于电力系统中的电能计量装置，特别是涉及一种智能网络化防窃电多功能全电子式电能表。
背景技术
现有技术中的电能计量方式，通常使用的有感应式、电子式、多功能全电子式等几种电能表。感应式电能表、电子式电能表一般只具有有功电能计量和无功电能计量功能；多功能全电子电能表除具有感应式电能表、电子式电能表的功能外，还具有多费率计量，正反向有功、无功计量，电网参数测量、电量统计、标准串口通信和脉冲输出以及部分故障或错误接线监测功能。
多功能全电子电能表的电能计量故障监测方式，一般只对电压或电流幅值及相位进行检测。在检测方法上，通常都是根据电网电压幅值的高低判断电能计量是否失压；或根据电网电流幅值的大小判断电能计量是否失流；或根据电压和电流的相位关系判断电能计量是否接线错误；根据检测和判断结果，记录电能计量装置的故障时间和故障次数。
多功能全电子电能表的数据传输方式，通常只具有标准串口、远红外输出口或脉冲输出口，使用中需借助于远红外抄表器，或集中抄表器，或利用电力载波和有线电话才能实现数据远传或网络通信。
随着电力配电网络化发展以及电力计量技术和现代化管理的需要，现有的电能表存在以下不足：1)电能表的电能计量功能单一；2)电能表的防窃电功能仅针对电压电流幅值或相位进行监测，不能全方位实现检测和记录电能计量中的各种数据和故障，对于故障类型、故障方式无法准确判断、精确计算和可靠记录；而对于电能计量中的电流互感器开路或短路、表前用电等故障或异常现象则无法准确判断和记录；3)电能表的网络通信能力差或根本不具备网络通信能力，难以较好地实现数据远传和网络通信。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种智能网络化防窃电多功能全电子式电能表。该电能表可有效地解决现有电能表中计量和检测功能单一的缺陷，能实现多功能电能计量、电网谐波检测、电能质量检测等多种功能。
本发明的另一目的是提供一种智能网络化防窃电多功能全电子式电能表，该电能表可有效地解决现有电能表中电能计量故障检测智能化程度低、适应能力差、不能准确完整地检测和记录电能计量中的异常运行状态以及故障的类型、方式等缺陷，能实时在线检测电网电压的高低、电流的大小、电压电流相序及相位、接线错误、表前用电等状态；并能根据检测结果准确判断电能计量是否失压、分流、逆相序、错相位等；能在高低压配电电网的各种运行方式下，智能检测和判断电流互感器是否短路或开路；记录并显示所有故障的起止时间和相别。
本发明的再一目的是提供一种智能网络化防窃电多功能全电子式电能表，该电能表采用基于GSM、GPRS、CDMA等移动通信网络，利用移动短消息或数传方式，将电度数、电网谐波检测、电能质量检测、计量故障等数据信息实时、快速上传至监控主站或相关用电管理部门，有效地解决了现有电能表中网络通信和数据远传能力差，难以实现实时、快速数据传输等关键问题。本发明的目的还具有网络建设投资小、周期短、无线数据实时传输、故障实时报警等优点，并能满足无线集中抄表和负荷监控的需要。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
智能网络化防窃电多功能全电子式电能表，它由电网电压电流变换采样模块(1)、电流互感器开路短路检测模块(2)、电能计量模块(3)、谐波分析模块(4)、幅值分析模块(5)、相位分析模块(6)、智能故障分析判断模块(7)、数据记录模块(8)、状态显示模块(9)、数据通信模块(10)、时钟模块(11)、电源模块(12)、参数设置模块(13)等模块组成。其中：电网电压电流变换采样模块(1)用于对电网电压及电流进行采样，并向电能计量模块(3)、谐波分析模块(4)、幅值分析模块(5)、相位分析模块(6)提供电压电流幅值及相位信号；电流互感器开路短路检测模块(2)用于对电流互感器短路或开路故障进行检测，并向智能故障分析判断模块(7)提供电流互感器短路或开路故障信号。
电能计量模块(3)与电网电压电流变换采样模块(1)、时钟模块(11)相连，用于计算用电电量，并向数据记录模块(8)和数据显示模块(9)提供有功电量、无功电量等数据。谐波分析模块(4)与电网电压电流变换采样模块(1)相连，将电网电压电流变换采样模块(1)提供的电压电流信号，采用FFT算法进行快速傅立叶运算、分析处理后，给出电网电压、电流中各次谐波含量及畸变率等数据，并送至数据记录模块(8)和数据显示模块(9)。
幅值分析模块(5)与电网电压电流变换采样模块(1)相连，将电网电压电流变换采样模块(1)提供的电压及电流幅值信号进行分析计算，当电能计量出现失压、欠压、失流等故障时，向智能故障分析判断模块(7)提供故障特征数据信号。相位分析模块(6)与电网电压电流变换采样模块(1)相连，将电网电压电流变换采样模块(1)提供的电压及电流相位信号进行分析计算，当电能计量出现电压逆相序、电压电流错相、反相等故障时，向智能故障分析判断模块(7)提供故障特征数据信号。
智能故障分析判断模块(7)与电流互感器开路短路检测模块(2)、幅值分析模块(5)、相位分析模块(6)相连，当电能计量发生故障时，智能故障分析判断模块(7)对电流互感器开路短路检测模块(2)输出的电流互感器开路及短路故障信号、幅值分析模块(5)输出的电压电流幅值故障信号，以及相位分析模块(6)输出的电压电流相位故障信号进行智能分析及综合判断后，准确给出故障种类、发生相别等故障信息并送至数据记录模块(8)、状态显示模块(9)、数据通信模块(10)，进行数据记录、显示、实现实时上传报警。
数据记录模块(8)与电能计量模块(3)、谐波分析模块(4)、智能故障分析判断模块(7)、时钟模块(11)、参数设置模块(13)相连，用于记录电能计量模块(3)输出的各种电能计量数据、谐波分析模块(4)输出的电网电压电流中各次谐波含量及畸变率等数据、智能故障分析判断模块(7)输出的电能计量故障数据，并记录电能计量故障的起止时间。数据记录模块(8)还用于记录和保存参数设置模块(13)所设置的电能表运行参数数据。记录数据可通过数据显示模块(9)实现数据显示，并通过数据通信模块(10)实现数据远传。
数据显示模块(9)由汉字库和汉字液晶显示器两部分组成。数据显示模块(9)与电能计量模块(3)、谐波分析模块(4)、智能故障分析判断模块(7)、数据记录模块(8)、时钟模块(11)相连，以汉字和数字两种方式实时显示或在查阅时显示电能计量、计量故障、谐波含量及畸变率等数据。数据通信模块(10)与智能故障分析判断模块(7)、数据记录模块(8)、时钟模块(11)相连。通过通信网络模块(10)，按照相关标准规定的通信协议，实现对电能计量数据的定时抄录和实时抄录；当电能计量发生故障时，及时向监控主站或相关用电管理部门发送故障信息，达到对电能计量故障进行实时、快速报警的目的；通信网络模块(10)接收监控主站和相关用电管理部门监控中心计算机发出的指令，对时钟模块(11)的时钟进行校正，并控制参数设置模块(13)设置电能表的运行参数。通信网络模块(10)还可向监控主站和相关用电管理部门提供数据记录模块(8)中的各种数据记录信息。
时钟模块(11)用于为智能网络化防窃电多功能全电子式电能表中各个需要时钟信号的模块提供基准时钟信号。电源模块(12)为智能网络化防窃电多功能全电子式电能表提供工作电源，工作电源的相关元器件中包含有电源变换器、稳压器及后备蓄电池组，当智能网络化防窃电多功能全电子式电能表失电时，电源模块(12)可自动启动后备电源，使智能网络化防窃电多功能全电子式电能表始终保持正常工作。参数设置模块(13)用于设置、修改电能表的运行参数。
附图说明
附图1为本发明的模块结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的智能网络化防窃电多功能全电子式电能表的工作原理作如下描述：
电网电压电流变换采样模块(1)用于对电网相电压的幅值相位及电网相电流的幅值相位进行变换和采样。其变换方法可以是以下几种方式：
a.通过电压互感器及电流互感器将电网强电幅值相位信号变换为弱电幅值相位信号；
b.通过电压变送器及电流变送器将电网强电幅值相位信号变换为弱电幅值相位信号；
c.通过电压传感器及电流传感器将电网强电幅值相位信号变换为弱电幅值相位信号；
d.通过电压分压器及电流分流器将电网强电幅值相位信号变换为弱电幅值相位信号。
电网电压电流变换采样模块(1)通过以上方法或方式，对变换后的弱电电压电流幅值相位信号进行放大、滤波、整形、变频、同步、A/D转换等采样处理，并将处理后的幅值相位信号分别输出给电能计量模块(3)和谐波分析模块(4)，同时将处理后的幅值信号输出给幅值分析模块(5)、将处理后的相位信号输出给相位分析模块(6)。
电流互感器开路短路检测模块(2)用于对电能计量电流互感器短路或开路故障进行检测。电流互感器开路短路检测模块(2)对计量电流互感器施加检测激励信号，给出的检测激励信号在计量电流互感器回路中形成反馈信号；电流互感器开路短路检测模块(2)将反馈信号进行放大、滤波、整形、同步等处理，并将分处理后的反馈信号输出给智能故障分析判断模块(7)。
电能计量模块(3)用于完成有功电能计量、无功电能计量、最大需量、分时电量、负荷曲线等数据计算，达到和满足多功能电能计量的要求。并将所有计算数据输出给数据记录模块(8)和数据显示模块(9)。
谐波分析模块(4)用于分析电网中电压谐波和电流谐波，采用矢量运算及傅立叶变换等算法对电网电压电流变换采样模块(1)提供的电压电流幅值相位信号进行处理后，准确计算出电网中各次谐波含量及总畸变率等数据，并将以上数据输出给记录模块(8)和数据显示模块(9)。
幅值分析模块(5)从电网电压电流变换采样模块(1)提供的电压电流幅值信号中，采用矢量运算及傅立叶变换等算法，分离出电网50Hz基波电压电流幅值信号，并对50Hz基波电压电流幅值信号进行分析处理后输出给智能故障分析判断模块(7)。
相位分析模块(6)从电网电压电流变换采样模块(1)提供的电压电流相位信号中，采用矢量运算及傅立叶变换等算法，分离出电网50Hz基波电压电流相位信号，并对50Hz基波电压电流相位信号进行分析处理后输出给智能故障分析判断模块(7)。
智能故障分析判断模块(7)接收由电流互感器开路短路检测模块(2)提供的电流互感器反馈信号、由幅值分析模块(5)提供的电网电压电流幅值信号、以及由相位分析模块(6)提供的电网电压电流相位信号。智能故障分析判断模块(7)对电流互感器开路短路检测模块(2)提供的反馈信号采用自适应算法，在复杂多变的反馈信号中，提取电流互感器短路或开路故障特征信号，根据电流互感器短路或开路故障特征信号，智能分析判断电流互感器一次或二次线圈是否存在损坏、二次回路是否存在开路或短路等故障，并对故障种类按相别及类型进行分类识别。智能故障分析判断模块(7)将幅值分析模块(5)提供的电网电压电流幅值信号，以及相位分析模块(6)提供的电网电压电流相位信号，根据电压电流幅值的大小，智能分析判断电能计量是否存在失压、欠压、失流等故障；以及根据各相电压与电流之间的相位关系，智能判断电能计量是否存在电压逆相序、电流错相、电流互感器一次或二次反相等故障，并对故障种类按相别及类型进行分类识别。并将所有的故障判断结果输出给数据记录模块(8)，数据显示模块(9)及数据通信模块(10)。
数据记录模块(8)在电能计量模块(3)、谐波分析模块(4)、智能故障分析判断模块(7)、时钟模块(11)、参数设置模块(13)的共同控制下，对电能计量数据、电网谐波数据、电能计量故障的起始时间和结束时间、故障种类、故障发生相别进行准确记录，并记录参数设置模块(13)设置的电能表运行参数，如：分时计费时段设置值、抄表时间设置值、电量冻结时间设置值等参数。所有记录数据均具有密码和掉电保护功能。数据记录模块(8)的数据记录可以根据需要，输出给数据显示模块(9)或输出给数据通信模块(10)。
时钟模块(11)，用于向智能网络化防窃电多功能全电子式电能表的各种需要时间数据的模块提供当前时间和计时信号，时钟模块(11)可接收数据通信模块(10)提供的校时信号，实现时钟校对功能。
数据显示模块(9)，包含汉字库和汉字液晶显示器。数据显示模块(9)可以显示时钟模块(11)提供的当前动态时间数据，以及显示数据记录模块(8)中的所有数据，实时显示电能计量模块(3)提供的实时电量数据，实时显示智能故障分析判断模块(7)提供的实时故障信息。其中：文字以汉字方式显示，数值以数字方式显示。
数据通信模块(10)的输出方式包含有基于移动通信网(GSM、GPRS、CDMA)的无线通信方式，可构成结构简单、价格低廉、可靠性高、使用方便的无线数据通信网络，完成用电负荷监控、自动抄表等多种功能。数据通信模块(10)的输出方式还包含有RS232、RS485、远红外通信、以及脉冲输出等多种接口，可方便地与各种数据接收设备相连接，实现数据远传和网络通信。数据通信模块(10)将智能故障分析判断模块(7)输出的故障数据，按照规定的通信协议，在电能计量发生故障时，及时向监控主站或相关用电管理部门发送故障信息，对电能计量故障进行实时、快速报警；数据通信模块(10)可向监控主站或相关用电管理部门传送数据记录模块(8)中的所有记录数据，并能接收监控主站或相关用电管理部门指令，控制参数设置模块(13)，对电能表的运行参数进行设置。数据通信模块(10)还可对时钟模块(11)进行时钟校对。
电源模块(12)用于为智能网络化防窃电多功能全电子式电能表提供工作电源，其中工作电源的相关元器件中包含有电源变换器、稳压器及后备蓄电池组。电源模块(12)能实时监测智能网络化防窃电多功能全电子式电能表的工作电源。当智能网络化防窃电多功能全电子式电能表失电时，电源模块(12)可自动启动后备电源。
参数设置模块(13)用于设置、修改智能网络化防窃电多功能全电子式电能表运行参数，设置、修改的方式可以是现场设置或远控设置。
本发明提供的智能网络化防窃电多功能全电子式电能表，将电能计量、防窃电和错误接线故障检测、网络数据传输等功能有机结合，从根本上实现了电能计量、防窃电、网络数据传输和网络通信的一体化。该电能表结构合理、简单实用、可靠性高，可在在各种运行环境下实现多功能电能计量、计量故障实时在线检测、故障类型、起止时间和相别的记录和显示，以及电能计量、电网谐波检测、电能质量检测等数据的远传和实时快速电能计量故障报警，是一种用途广泛的全电子式电能表。
Claims (8)
1.一种智能网络化防窃电多功能全电子式电能表，它由电网电压电流变换采样模块(1)、电流互感器开路短路检测模块(2)、电能计量模块(3)、谐波分析模块(4)、幅值分析模块(5)、相位分析模块(6)、智能故障分析判断模块(7)、数据记录模块(8)、状态显示模块(9)、数据通信模块(10)、时钟模块(11)、电源模块(12)、参数设置模块(13)等模块组成，其特征在于，电能计量模块(3)与电网电压电流变换采样模块(1)、时钟模块(11)相连，用于计算用电电量，并向数据记录模块(8)和数据显示模块(9)提供有功电量、无功电量等数据；谐波分析模块(4)与电网电压电流变换采样模块(1)相连，将电网电压电流变换采样模块(1)提供的电压电流信号，采用FFT算法进行快速傅立叶运算、分析处理后，给出电网电压、电流中各次谐波含量及畸变率等数据，并送至数据记录模块(8)和数据显示模块(9)；智能故障分析判断模块(7)与电流互感器开路短路检测模块(2)、幅值分析模块(5)、相位分析模块(6)相连，当电能计量发生故障时，智能故障分析判断模块(7)对电流互感器开路短路检测模块(2)输出的电流互感器开路及短路故障信号、幅值分析模块(5)输出的电压电流幅值故障信号，以及相位分析模块(6)输出的电压电流相位故障信号进行智能分析及综合判断后给出电能计量故障的种类、发生相别，并送至数据记录模块(8)、状态显示模块(9)、数据通信模块(10)，进行数据记录、显示，实现实时上传报警；数据通信模块(10)与智能故障分析判断模块(7)、数据记录模块(8)、时钟模块(11)相连，通过通信网络模块(10)，按照相关标准规定的通信协议，实现对电能计量数据的定时抄录和实时抄录；当电能计量发生故障时，及时向监控主站或相关用电管理部门发送故障信息；通信网络模块(10)接收监控主站和相关用电管理部门监控中心计算机发出的指令，对时钟模块(11)的时钟进行校正，并控制参数设置模块(13)设置电能表的运行参数；通信网络模块(10)还可向监控主站和相关用电管理部门提供数据记录模块(8)中的各种数据记录信息。
2.根据权利要求1所述的智能网络化防窃电多功能全电子式电能表，其特征在于，电网电压电流变换采样模块(1)用于对电网电压及电流进行采样，并向电能计量模块(3)、谐波分析模块(4)、幅值分析模块(5)、相位分析模块(6)提供电压电流幅值及相位信号；电流互感器开路短路检测模块(2)用于对电流互感器短路或开路故障进行检测，并向智能故障分析判断模块(7)提供电流互感器短路或开路故障信号。
3.根据权利要求1所述的智能网络化防窃电多功能全电子式电能表，其特征在于，幅值分析模块(5)与电网电压电流变换采样模块(1)相连，将电网电压电流变换采样模块(1)提供的电压及电流幅值信号进行分析计算，当电能计量出现失压、欠压、失流等故障时，向智能故障分析判断模块(7)提供故障特征数据信号；相位分析模块(6)与电网电压电流变换采样模块(1)相连，将电网电压电流变换采样模块(1)提供的电压及电流相位信号进行分析计算，当电能计量出现电压逆相序、电压电流错相、反相等故障时，向智能故障分析判断模块(7)提供故障特征数据信号。
4.根据权利要求1所述的智能网络化防窃电多功能全电子式电能表，其特征在于，数据记录模块(8)与电能计量模块(3)、谐波分析模块(4)、智能故障分析判断模块(7)、时钟模块(11)、参数设置模块(13)相连，用于记录电能计量模块(3)输出的各种电能计量数据、谐波分析模块(4)输出的电网电压电流中各次谐波含量及畸变率等数据、智能故障分析判断模块(7)输出的电能计量故障数据，并记录电能计量故障的起止时间；数据记录模块(8)还用于记录和保存参数设置模块(13)所设置的电能表运行参数数据。
5.根据权利要求1、4所述的智能网络化防窃电多功能全电子式电能表，其特征在于，数据显示模块(9)由汉字库和汉字液晶显示器两部分组成；数据显示模块(9)与电能计量模块(3)、谐波分析模块(4)、智能故障分析判断模块(7)、数据记录模块(8)、时钟模块(11)相连，以汉字和数字两种方式实时显示或在查阅时显示电能计量、计量故障、谐波含量及畸变率等数据。
6.根据权利要求1、4、5所述的智能网络化防窃电多功能全电子式电能表，其特征在于，时钟模块(11)用于为智能网络化防窃电多功能全电子式电能表中各个需要时钟信号的模块提供基准时钟信号。
7.根据权利要求1所述的智能网络化防窃电多功能全电子式电能表，其特征在于，电源模块(12)为智能网络化防窃电多功能全电子式电能表提供工作电源，工作电源的相关元器件中还包含有电源变换器、稳压器及后备蓄电池组，当智能网络化防窃电多功能全电子式电能表失电时，电源模块(12)可自动启动后备电源，使智能网络化防窃电多功能全电子式电能表始终保持正常工作。
8.根据权利要求1、4所述的智能网络化防窃电多功能全电子式电能表，其特征在于，参数设置模块(13)用于设置、修改电能表的运行参数。
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