專利名稱：高密度計(jì)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及配電系統(tǒng)的監(jiān)控，尤其涉及監(jiān)控電力供應(yīng)自主母線的配電系統(tǒng)及其多 個(gè)分支電路。
背景技術(shù)：
在具有多個(gè)分支電路的配電系統(tǒng)中，由于種種理由，包括負(fù)載管理、電能質(zhì)量分析 和租戶計(jì)量，期望監(jiān)控每個(gè)分支電路。過去，不得不用單獨(dú)的儀表監(jiān)控每個(gè)分支電路，從而 造成多個(gè)儀表、導(dǎo)線、存儲(chǔ)器、處理器、通信端口等的冗余。開發(fā)了高密度計(jì)量(HDM)系統(tǒng)， 以用單個(gè)儀表監(jiān)控具有多個(gè)分支電路的配電系統(tǒng)，并消除大量的冗余。結(jié)果，HDM顯著節(jié)約 材料、空間和安裝成本。在設(shè)計(jì)HDM系統(tǒng)時(shí)，目的是設(shè)計(jì)一種有效監(jiān)控多個(gè)分支電路，并且精確、通用、方 便和經(jīng)濟(jì)的儀表。HDM—般具有為配電系統(tǒng)所共有的單一電壓輸入，和來自每個(gè)被監(jiān)控分支 電路的每一相的電流輸入。HDM監(jiān)控一段時(shí)間內(nèi)的電壓輸入和電流輸入，并計(jì)算實(shí)時(shí)讀數(shù)、 需求讀數(shù)、電能讀數(shù)和功率分析值。盡管所有HDM監(jiān)控相同的輸入，不過就HDM系統(tǒng)獲取數(shù) 據(jù)、內(nèi)部傳送數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的方式來說，仍然存在很多變化。為了設(shè)計(jì)一種通用的HDM，重要的是能夠從各種各樣的分支電路配置獲取數(shù)據(jù)。 HDM 一般只監(jiān)控配置都一樣的分支電路。當(dāng)單個(gè)配電板向各種各樣的單相和/或多相負(fù)載 供電時(shí)，這是成問題的。圍繞HDM的其他局限性源于HDM傳送和處理獲取的數(shù)據(jù)的能力。HDM的傳送和/ 或處理數(shù)據(jù)的能力限制了它能夠監(jiān)控的分支電路的數(shù)量。必須仔細(xì)地權(quán)衡決定使用什么內(nèi) 部通信系統(tǒng)或處理器來監(jiān)控?cái)?shù)目最多的電路，和實(shí)現(xiàn)這樣的組件的成本。實(shí)施成本不僅包 括通信系統(tǒng)和處理器的成本，而且包括將受到影響的其它設(shè)計(jì)考慮因素，比如存儲(chǔ)器要求、 布線和HDM的總尺寸。為了達(dá)到設(shè)計(jì)HDM的目的，重要的是擁有一種在HDM內(nèi)獲取、傳送和處理數(shù)據(jù)的有 效方法。本發(fā)明的目的是滿足這樣的需要以及其他需要。

發(fā)明內(nèi)容
按照一個(gè)實(shí)施例，監(jiān)控AC配電系統(tǒng)的多個(gè)分支電路中的電功率的方法包括利用 主計(jì)量單元來監(jiān)控為所述多個(gè)分支電路所共有的至少一個(gè)電壓，利用從多個(gè)分支電路中的 電流變換器接收多個(gè)電流輸入的多個(gè)電流卡來監(jiān)控多個(gè)分支電路的電流，在AC功率信號(hào) 的每個(gè)周期中多次在主計(jì)量單元中對(duì)被監(jiān)控電壓取樣并在電流卡中對(duì)被監(jiān)控電流取樣，在 電流卡中確定被取樣電流的頻譜分量的幅度和角度，把代表至少所選頻譜分量的幅度和角 度的數(shù)據(jù)從電流卡發(fā)給主計(jì)量單元，和把電壓樣本與至少所選頻譜分量的幅度和角度存儲(chǔ) 在主計(jì)量單元中。在一種實(shí)現(xiàn)中，只把幅度超過預(yù)定值的頻譜分量發(fā)給主計(jì)量單元。優(yōu)選地，主計(jì)量單元確定被取樣電壓的頻譜分量的幅度和角度，并把代表電壓頻 譜分量的所述幅度和角度的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在主計(jì)量單元中。
另外，優(yōu)選地，主計(jì)量單元存儲(chǔ)表征配電系統(tǒng)的系統(tǒng)電壓類型，電流變換器和分支 電路配置的數(shù)據(jù)，使得主計(jì)量單元能夠利用存儲(chǔ)的特征數(shù)據(jù)以及存儲(chǔ)的電壓頻譜分量和電 流頻譜分量，計(jì)算在每個(gè)分支電路中消耗的功率。根據(jù)參考附圖做出的各個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)說明，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，本 發(fā)明的上述及另外的各個(gè)方面將是顯而易見的，下面提供附圖的簡(jiǎn)要說明。


參考附圖，閱讀下面的詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述及其他優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。圖1是HDM監(jiān)控的配電系統(tǒng)的功能方框圖；圖2是圖1中的HDM的示意圖；圖3是包括在圖1和2的HDM中的MMU的方框圖；圖4是圖3的MMU的一般操作的流程圖；圖5是包括在圖1和2的HDM中的CC的方框圖；圖6是圖5的CC的一般操作的流程圖；圖7a和7b是在電力線信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，圖5的CC的操作的圖形實(shí)例；圖8是在圖3的MMU中定義分支電路參數(shù)的步驟的流程圖；圖9是與配電系統(tǒng)連接的HDM的一部分的方框圖。
具體實(shí)施例方式
盡管下面將結(jié)合一些優(yōu)選實(shí)施例描述本發(fā)明，不過應(yīng)該理解本發(fā)明并不局限于這 些特殊實(shí)施例。相反，本發(fā)明意圖覆蓋可包括在由附加的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和 范圍內(nèi)的所有替代物、修改和等同方案。圖1是從具有多個(gè)分支電路la、lb、lc的主母線1供電，并由高密度儀表(HDM) 2 監(jiān)控的配電系統(tǒng)的簡(jiǎn)化配置。HDM 2是計(jì)量主母線1和所有分支電路，并且符合ANSI C12. 16. 1. 0、ANSI C12. 20. 0. 5，和 IEC62053-21 及 IEC62053_23Class 1 的功率計(jì)。HDM 2(1)經(jīng)由線路3監(jiān)控為配電系統(tǒng)所共有的瞬時(shí)電壓，和(2)經(jīng)由線路5及變流器(CT)fe監(jiān) 控主母線1的瞬時(shí)電流。HDM 2還經(jīng)由線路^、4b3c*CT 6a、6b、6c監(jiān)控每個(gè)分支電路的 瞬時(shí)電流。HDM 2能夠監(jiān)控包括單相電路或多相電路，比如三線和四線電路的分支電路配置 的組合體。接下來轉(zhuǎn)向圖2，HDM 2包括主儀表單元(MMU) 20、標(biāo)記為0C1-0C8的8個(gè)選項(xiàng)卡 21、背板22、用戶接口 23和“監(jiān)聽”顯示器對(duì)。MMU 20和選項(xiàng)卡21被置于單一單元或組件 中，并沿著公共背板22連接。用戶接口 23和監(jiān)聽顯示器M以菊花鏈形式被鏈接在一起， 并利用RS-485電纜經(jīng)用戶接口端口 25與MMU 20連接。MMU20是監(jiān)控主母線1的電壓和電 流，基本功能與PowerLogic PM800序列功率計(jì)或等同儀表相同的獨(dú)立儀表。如下更詳 細(xì)所述，通過存儲(chǔ)分支電路參數(shù)，并獲取每個(gè)分支電路的時(shí)間重合的頻譜分量數(shù)據(jù)，MMU 20 還能夠計(jì)量多個(gè)分支電路。選項(xiàng)卡21是可互換的模塊組件，它包括諸如電流卡(CC) 26、高 級(jí)通信卡27、1/0卡洲、記錄卡等的選項(xiàng)。CC20—起工作，以監(jiān)控多個(gè)分支電路 中的電流。CC沈?qū)Ｓ糜讷@取分支電路的電流數(shù)據(jù)，和操縱該數(shù)據(jù)。圖2表示HDM 2的一個(gè) 實(shí)施例，其中選項(xiàng)卡21包括五個(gè)CC 26、一個(gè)高級(jí)通信卡27和兩個(gè)I/O卡28。
參見圖3，MMU 20包括電壓輸入45、電流輸入46、分壓網(wǎng)絡(luò)47、取樣與保持電路
48、模-數(shù)(A-D)轉(zhuǎn)換器49、微處理器50、存儲(chǔ)器51、通信端口31、用戶接口端口 25和電源 52。圖4中的流程圖表示作為HDM 2的一部分，MMU 20是如何工作的。在步驟71，MMU 20確定配電系統(tǒng)的頻率。為了確定頻率，MMU 20微處理器50采用以電壓輸入45監(jiān)控的配 電系統(tǒng)的電壓為基礎(chǔ)的過零均值技術(shù)。在步驟72，MMU 20根據(jù)頻率產(chǎn)生取樣選通控制信 號(hào)，取樣選通控制信號(hào)包含1 個(gè)脈沖/電壓基頻周期，以獲得(1)為配電系統(tǒng)所共有的電 壓輸入和(2)主電路和所有分支電路的電流輸入的時(shí)間重合的樣本。為了獲取時(shí)間重合的 數(shù)據(jù)樣本，在步驟73，控制信號(hào)被分發(fā)并被MMU的取樣和保持電路48接收?？刂菩盘?hào)還經(jīng) 背板22被分發(fā)給選項(xiàng)卡21。在步驟74，MMU 20對(duì)主母線1的MMU的電壓和電流輸入取樣，并把值存儲(chǔ)在MMU 的存儲(chǔ)器51中?？刂菩盘?hào)脈沖的每個(gè)上升沿啟動(dòng)MMU 20的取樣和保持電路48中的模擬 電壓輸入45和電流輸入46的取樣。在被發(fā)送給微處理器50之前，這些值經(jīng)過A-D轉(zhuǎn)換器49。重新參見圖3，MMU電壓輸入45來源于主母線1。MMU電壓輸入45要求0_600相 電壓。對(duì)大于該范圍的系統(tǒng)電壓來說，可以使用諸如變壓器之類的電壓變換器，使電壓變到 可接受的電壓輸入范圍中。電壓輸入45與用適當(dāng)?shù)碾娮杵餍纬傻姆謮壕W(wǎng)絡(luò)47連接，以把 電壓衰減或按比例降低到MMU 20的集成電路組件M的可接受水平。MMU電流輸入46來源于主母線1的電流。主母線1導(dǎo)線中的電流由諸如變流器之 類的電流變換器測(cè)量。按照配電系統(tǒng)的總額定值和MMU的電流輸入46的最大額定值，確定 電流變換器的尺寸。在圖4的步驟75，MMU 20確定是否存儲(chǔ)了每個(gè)電壓和電流模擬輸入的1 個(gè)樣 本。如果否，那么MMU 20接收另外的控制信號(hào)脈沖，并繼續(xù)對(duì)所有模擬輸入取樣。當(dāng)累積 了每個(gè)電壓和電流模擬輸入的1 個(gè)樣本(相當(dāng)于一個(gè)周期的樣本)時(shí)，在步驟76，MMU的 微處理器50對(duì)前一周期內(nèi)的被取樣數(shù)據(jù)執(zhí)行快速傅里葉變換(FFT)，以計(jì)算頻譜(諧波) 分量的幅度和角度。隨后在步驟77，把計(jì)算的頻譜分量值存儲(chǔ)在MMU的存儲(chǔ)器51中。隨后，在步驟78和79，MMU 20關(guān)于前一周期，最后的1 個(gè)樣本從選項(xiàng)卡21獲得 數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器51中，如下更詳細(xì)所述。在步驟80，MMU 20把主母線1的所有存儲(chǔ)的時(shí)間重合的電壓和電流頻譜分量幅度 和角度值及選項(xiàng)卡21數(shù)據(jù)，與存儲(chǔ)的電路配置聚合在一起。MMU 20執(zhí)行主電路和所有分支 電路的功率和波形計(jì)算。MMU 20執(zhí)行的計(jì)算算出每個(gè)電路的實(shí)時(shí)讀數(shù)、需求讀數(shù)、電能讀數(shù) 和功率分析值。下面的表1是對(duì)于每個(gè)電路可得到的讀數(shù)的列表。在步驟81，MMU 20存儲(chǔ) 每個(gè)電路的所有計(jì)算的結(jié)果。表 權(quán)利要求
1.一種監(jiān)控AC配電系統(tǒng)的多個(gè)分支電路中的電功率的方法，包括 利用主計(jì)量單元來監(jiān)控為所述多個(gè)分支電路所共有的至少一個(gè)電壓；利用從多個(gè)分支電路中的電流變換器接收多個(gè)電流輸入的多個(gè)電流卡來監(jiān)控多個(gè)分 支電路的電流；在AC功率信號(hào)的每個(gè)周期中，多次在主計(jì)量單元中對(duì)被監(jiān)控電壓取樣并在電流卡中 對(duì)被監(jiān)控電流取樣；在電流卡中確定被取樣電流的頻譜分量的幅度和角度；把代表至少所選頻譜分量的所述幅度和角度的數(shù)據(jù)從電流卡發(fā)給主計(jì)量單元；和 把電壓樣本與代表至少所選頻譜分量的幅度和角度的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在主計(jì)量單元中。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，還包括在主計(jì)量單元中確定被取樣電壓的頻譜分量的幅度和角度；和 把代表電壓頻譜分量的所述幅度和角度的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在主計(jì)量單元中。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，還包括在主計(jì)量單元中存儲(chǔ)表征配電系統(tǒng)的系統(tǒng)電壓類型、電流變換器和分支電路配置的數(shù) 據(jù)；和在主計(jì)量單元中利用所述存儲(chǔ)的特征數(shù)據(jù)以及存儲(chǔ)的代表電壓頻譜分量和電流頻譜 分量的所述幅度和角度的數(shù)據(jù)來計(jì)算在每個(gè)分支電路中消耗的功率。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過在電流卡中對(duì)被取樣電流進(jìn)行快速傅里葉 變換來確定所述頻譜分量幅度和角度。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，包括 比較頻譜分量幅度和與基頻相關(guān)的預(yù)定值；和 確定哪些頻譜分量幅度大于所述預(yù)定值。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其中，只有代表幅度超過預(yù)定值的電流頻譜分量的幅 度和角度的數(shù)據(jù)才被發(fā)給主計(jì)量單元。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其包括監(jiān)控來自相同分支電路中的多個(gè)變換器的電流。
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其包括在所述主計(jì)量單元中產(chǎn)生代表將對(duì)監(jiān)控的電壓 和電流取樣的時(shí)間的控制信號(hào)，把所述控制信號(hào)傳給所述電流卡，并響應(yīng)所述控制信號(hào)實(shí) 現(xiàn)對(duì)所述被監(jiān)控電壓和電流取樣，以產(chǎn)生時(shí)間重合的樣本。
9.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，單個(gè)電流卡對(duì)來自多個(gè)分支電路的電流取樣。
10.按照權(quán)利要求9所述的方法，其中，其電流被所述單個(gè)電流卡取樣的所述多個(gè)分支 電路具有不同的電路配置。
11.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，公共背板耦接主計(jì)量單元和多個(gè)電流卡，和 單個(gè)機(jī)箱包含主計(jì)量單元、多個(gè)電流卡和公共背板。
12.按照權(quán)利要求11所述的方法，其中，數(shù)據(jù)經(jīng)公共背板從電流卡發(fā)給主計(jì)量單元。
13.按照權(quán)利要求11所述的方法，其包括在所述計(jì)量單元中產(chǎn)生代表將對(duì)被監(jiān)控電壓和電流取樣的時(shí)間的控制信號(hào)；和 經(jīng)公共背板把所述控制信號(hào)傳給多個(gè)電流卡。
14.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述被監(jiān)控電壓和電流的取樣產(chǎn)生時(shí)間重合的樣本。
15.按照權(quán)利要求1所述的方法，其還包括利用主計(jì)量單元來監(jiān)控為所述多個(gè)分支電路所共有的至少一個(gè)電流； 在主計(jì)量單元中對(duì)為所述多個(gè)分支電路所共有的被監(jiān)控電流取樣； 在主計(jì)量單元中確定為所述多個(gè)分支電路所共有的被取樣電流的頻譜分量的幅度和 角度；和把代表為所述多個(gè)分支電路所共有的電流頻譜分量的所述幅度和角度的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在主計(jì)量單元中。
全文摘要
一種監(jiān)控AC配電系統(tǒng)的多個(gè)分支電路中的電功率的方法，包括利用主計(jì)量單元，監(jiān)控為所述多個(gè)分支電路所共有的至少一個(gè)電壓，利用從多個(gè)分支電路中的電流變換器接收多個(gè)電流輸入的多個(gè)電流卡，監(jiān)控多個(gè)分支電路的電流，在AC功率信號(hào)的每個(gè)周期中，多次在主計(jì)量單元中對(duì)被監(jiān)控電壓取樣，和在電流卡中對(duì)被監(jiān)控電流取樣，在電流卡中確定被取樣電流的頻譜分量的幅度和角度，把代表至少所選頻譜分量的幅度和角度的數(shù)據(jù)從電流卡發(fā)給主計(jì)量單元，和把電壓樣本與至少所選頻譜分量的幅度和角度存儲(chǔ)在主計(jì)量單元中。
文檔編號(hào)G01R21/133GK102077098SQ200980123823
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者A·D·勞恩, R·W·卡特 申請(qǐng)人:施耐德電氣美國(guó)股份有限公司