一种基于智能电能表的电能质量监测系统及其监测方法技术方案

本发明专利技术属于电力设备领域，具体涉及一种基于智能电能表的电能质量监测系统及其监测方法。该电能质量监测系统用于对当前节点的电网电能质量进行监测，并在电网环境异常时及时向电网控制中心发出预警。该电能表质量监测系统包括：通信模块、数据采集单元、存储模块、指令接收单元、指令响应单元，以及警报模块。其中，通信模块用于在智能电能表和主站服务器之间建立通信连接。数据采集单元用于获取实时的电力信息。存储模块中存储有算法程序和基础数据。指令接收单元用于接收请求指令。指令响应单元用于在智能电能表中执行算法程序计算出电能质量监测结果。本发明专利技术解决了电网的电能质量监测效率低，设备成本较高，工作负荷较大的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于智能电能表的电能质量监测系统及其监测方法


[0001]本专利技术属于电力设备领域，具体涉及一种基于智能电能表的电能质量监测系统及其监测方法。

技术介绍

[0002]电能质量监测是根据采集到的实时监测数据来表征电网的基本运行状况，进而用于分析用户用电存在的问题，为电网的快速检修、供电故障恢复提供把帮助的电网监测任务。随着风能、太阳能等新能源电站的快速发展，这些受到自然因素影响较大，稳定性较低的电能的并网率也不断提升，这提高了电网的清洁性，但是也使得电网中电能质量出现较大波动。因此电网的电能质量监测变得尤为重要。现有的电网的电能质量功能主要用专门的电力监测设备实现；这些设备的安装和应用成本较高。
[0003]智能电表是智能电网的智能终端，智能电表除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，在智能电网和新能源的发展趋势下，不断开发出各种功能，如多费率计量、用户端控制、防窃电、拓扑辨识等智能化功能，智能电表代表着未来节能型智能电网用户智能化终端的发展方向。随着智能配电网的快速发展，传感器、电力电子器件数目的不断增加。大量网络技术(如大数据、云计算等)涌入电网使电网公司进入了技术改革的新阶段。因此如何基于智能电能表来实现电网电能质量监测，是电网提质升级、系统更新发展的新方向。
[0004]然而，目前还有可供应用的新型产品出现，电能的质量监测依然需要依靠运维人员到各相关节点定期巡查，及时发现问题并采集终端数据上传到系统。这导致电网的电能质量检测工作费时费力，效率较低，无法及时发现电网的故障状态。

技术实现思路

[0005]为了解决现有方法和设备对电网的电能质量监测效率低，设备成本较高，人员工作负荷较大的问题；本专利技术提供一种基于智能电能表的电能质量监测系统及其监测方法。
[0006]本专利技术采用以下技术方案实现：
[0007]一种基于智能电能表的电能质量监测系统，该电能质量监测系统安装在智能电能表中，用于对当前节点的电网电能质量进行监测，并在电网环境异常时及时向电网控制中心发出预警。该电能表质量监测系统包括：通信模块、数据采集单元、存储模块、指令接收单元、指令响应单元，以及警报模块。
[0008]其中，通信模块用于在本地的智能电能表和远端的主站服务器之间建立通信连接。
[0009]数据采集单元用于获取由智能电能表中的计量单元计量的各项实时的电力信息。
[0010]存储模块中包括程序存储单元和数据存储单元。程序存储单元中存储有用于分析和计算各项电能质量监测指标的算法程序。数据存储单元用于存储数据采集单元获取到的实时电力信息，以及根据实时电力信息计算出的电能质量监测指标的结果。
[0011]指令接收单元用于接收由主站服务器下达并由智能电能表的主控模块转发的一
个电能质量监测指令。并通过设备识别码对指令进行安全验证。电能质量监测指令中包含主站服务器请求上传的一项或多项电能质量监测指标；以及执行指令的智能电能表的设备识别码。
[0012]指令响应单元用于在电能质量监测指令验证通过后，根据解析出的电能质量监测指令中请求上传的电能表质量监测指标项，将存储模块中存储的相应的算法程序写入到智能电能表的主控模块的处理器RAM中。主控模块在RAM中执行算法程序时，先向计量单元调用各个电能质量监测指标项所需的电力信息；然后计算和分析出相应的电能质量监测指标的结果；最后将结果经通信模块上传到主站服务器中；并写入到存储模块的数据存储单元中。
[0013]警报单元用于采集存储模块中写入的实时的电能质量监测结果，并将监测结果与一个预设的安全阈值作比较，当任意一项实时的电能质量监测结果超出安全阈值时，则生成一个相应的安全预警信号。
[0014]作为本专利技术进一步的改进，电能质量监测系统通过URAT接口与智能电能表的主控模块电连接。数据采集单元通过SPI接口与智能电能表的计量单元电连接，进而获取所需的实时的电力信息。
[0015]作为本专利技术进一步的改进，电能质量监测系统中，用于分析电能质量的电力信息包括：谐波电压、2～50次电流含有率、2～50次谐波电流有效值、电压总谐波畸变率、电流总谐波畸变率、2～50次谐波相角、谐波功率、间谐波电压、0.5～49.5次电流含有率、0.5～49.5次间谐波电流有效值。
[0016]作为本专利技术进一步的改进，电能质量监测系统中，电能质量的监测指标包括稳态数据指标项和暂态数据指标项。其中，稳态数据指标项包括：电压偏差、频率偏差、三相电压或三相电流不平衡、电压波动、闪变、谐波类数据和间谐波类数据。谐波类数据包括谐波电压或谐波电流含有率、谐波电流有效值、电压总谐波畸变率、电流总谐波畸变率、谐波相角、谐波功率。间谐波类数据包括间谐波电压或间谐波电流含有率、间谐波电流有效值。暂态数据指标项包括事件数据和有效值数据。事件数据包括电压暂降、电压暂升和短时中断。有效值数据指触发记录的有效值数据。
[0017]作为本专利技术进一步的改进，电能质量监测系统采用可拆卸的模组方案与现有的智能电能表中预留的通信接口电连接。安装状态下，智能电能表自动配置相应模组的工作状态信息。其中，电能质量监测系统中的通信模块采用电能表中现有的功能模块。通信模块采用基于以太网、电力载波通信或数字移动通信的功能模块。
[0018]作为本专利技术的另外一种方案，电能质量监测系统采用集成化的模组方案设置在现有的智能电能表的主控模块中，作为智能电能表硬件的一部分；所述智能电能表自身配备有电能质量监测功能。
[0019]作为本专利技术的另外一种方案，警报单元生成的安全预警信号输出到智能电能表本地端连接到的警报器上，用于驱动警报器工作。同时输出到远端的主站服务器，主站服务器接收到安全预警信息后，根据电能质量监测结果分析电能表对应的电网节点的故障状态，并向运维管理人员下达相应的运维决策方案。
[0020]作为本专利技术的另外一种方案，电能质量监测系统中还包括一个数据输出接口，数据输出接口用于连接外部设备，进而将系统生成的当前节点的电网电能质量评估结果输出
到外部设备上。
[0021]本专利技术还包括一种基于智能电能表的电能质量监测方法，该方法应用于如前述的电能质量监测系统中。电能质量监测方法包括如下过程：
[0022]主站服务器按照预设的指标采样频率向电网中各节点处的智能电能表下达一个电能质量监测指令。
[0023]电能表接收到电能质量监测指令后将指令转发至电能质量监测模组中的指令接收单元。指令接收单元对指令进行验证。验证通过后由指令响应单元根据解析出的指令中包含的请求上传的电能表质量监测指标项，调用存储模块中存储的相应算法程序。并将算法程序写入到电能表主控模块中处理器的RAM上。
[0024]电能表中的主控模块执行RAM中相应的算法程序，程序执行过程中，主控模块首先获取计量单元采集到的电力信息；然后根据电力信息计算或分析出对应的电能质量监测指标项；最后将计算出的电能质量监测结果发送到远端的主站服务器，并存储所述在存储模块中。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于智能电能表的电能质量监测系统，其特征在于，其安装在所述智能电能表中，用于对当前节点的电网电能质量进行监测，并在电网环境异常时及时向电网控制中心发出预警；所述电能表质量监测系统包括：通信模块，其用于在本地的智能电能表和远端的主站服务器之间建立通信连接；数据采集单元，其用于获取由智能电能表中的计量单元计量的各项实时的电力信息；存储模块，其包括程序存储单元和数据存储单元；所述程序存储单元中存储有用于分析和计算各项电能质量监测指标的算法程序，所述数据存储单元用于存储数据采集单元获取到的实时电力信息，以及根据所述实时电力信息计算出的电能质量监测指标的结果；指令接收单元，其用于接收由主站服务器下达并由智能电能表的主控模块转发的一个电能质量监测指令，并通过设备识别码验证对指令进行安全验证；所述电能质量监测指令中包含主站服务器请求上传的一项或多项电能质量监测指标，以及执行指令的智能电能表的设备识别码；指令响应单元，其用于在所述电能质量监测指令验证通过后，根据解析出的所述电能质量监测指令中请求上传的电能表质量监测指标项，将所述存储模块中存储的相应的算法程序写入到智能电能表的主控模块的处理器RAM中；主控模块执行所述算法程序时，先向所述计量单元调用各个电能质量监测指标项所需的电力信息，然后计算和分析出相应的电能质量监测指标的结果，最后将结果经通信模块上传到所述主站服务器中，并写入到所述存储模块的数据存储单元中；警报单元，其用于采集存储模块中写入的实时的电能质量监测结果，并将监测结果与一个预设的安全阈值作比较，当任意一项实时的电能质量监测结果超出安全阈值时，则生成一个相应的安全预警信号。2.如权利要求1所述的基于智能电能表的电能质量监测系统，其特征在于：所述电能质量监测系统通过URAT接口与所述智能电能表的主控模块电连接；所述数据采集单元通过SPI接口与智能电能表的计量单元电连接，进而获取所需的实时的电力信息。3.如权利要求2所述的基于智能电能表的电能质量监测系统，其特征在于：所述电能质量监测系统中，用于分析电能质量的电力信息包括：谐波电压、2～50次电流含有率、2～50次谐波电流有效值、电压总谐波畸变率、电流总谐波畸变率、2～50次谐波相角、谐波功率、间谐波电压、0.5～49.5次电流含有率、0.5～49.5次间谐波电流有效值。4.如权利要求3所述的基于智能电能表的电能质量监测系统，其特征在于：所述电能质量监测系统中，电能质量的监测指标包括稳态数据指标项和暂态数据指标项；其中，所述稳态数据指标项包括：电压偏差、频率偏差、三相电压或三相电流不平衡、电压波动、闪变、谐波类数据和间谐波类数据；所述谐波类数据包括谐波电压或谐波电流含有率、谐波电流有效值、电压总谐波畸变率、电流总谐波畸变率、谐波相角、谐波功率；所述间谐波类数据包括间谐波电压或间谐波电流含有率、间谐波电流有效值；所述暂态数据指标项包括事件数据和有效值数据；所述事件数据包括电压暂降、电压暂...

【专利技术属性】
技术研发人员：许夏莹，马波，左勇，
申请(专利权)人：安徽南瑞中天电力电子有限公司，
类型：发明
国别省市：