专利名称：基于本地功率基准的异常用电监测方法
技术领域：
本发明涉及一种能提供由异常用电所造成的电量损失数据的异常用电监测方法，属监测技术领域。
背景技术：
目前，我国IOkV线路采用中性点不接地方式，用户变压器高压侧接线方式为三相三线制，低压侧接线方式为三相四线制，电能表安装在高压侧，当出现三相负荷不平衡的异常用电情况时，电能表的计量结果就会出现较大误差，从而影响了计费的公平性。造成三相负荷不平衡的原因通常有两种，一种原因是用电情况发生了变化，需要通过对异常用电情况的监测来指导负荷的最优分配；另一种原因是存在人为的窃电现象，需要根据对异常用电情况的监测结果来提供罚款依据。但由于目前我国的IOkV计量和监测设备均不能提供异常用电所造成的电量损失数据，给不平衡用电的治理和惩处造成了困难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种能提供由异常用电所造成的电量损失数据的异常用电监测方法，为不平衡用电的治理和惩处提供证据。本发明的目的是由以下述技术方案实现的
一种基于本地功率基准的异常用电监测方法，它利用安装在用户变压器高压侧的监测终端实时测量三相三线制线路的线电压和电流信号，由此求得线路的实际功率P'、各相相电压及电流的有效值和相位，然后将三相相电压、电流有效值的平均值和三相相电压与相电流夹角的平均值作为基准电压、基准电流幅值和基准电压与基准电流的夹角α ,计算出基准功率尸，再根据三相相电压和相电流的夹角与的偏差判断用户是否存在不平衡负荷，并利用基准功率尸和实际功率P’估计用户异常用电量，最后通过GPRS将监测信息传送给后台服务器，具体步骤如下
a.变压器高压侧线电压和电流信号的测量
利用两个电压互感器分别测量A、B相之间的线电压U8b和C、B相之间的线电压Ua，利用两个电流互感器分别测量A相电流夂和C相电流；
b.求解三相三线制线路的实际功率P'
对LU、Ua、匕和Ic进行傅里叶运算，求得四者的有效值Uab、Ucb、Ia、I。和相位，依据公
式 =UabIaC0M JUebIeCos 02计算三相三线制线路的实际功率_p‘，式中八是^^和z
间的相角差；Φ 2是^和h之间的相角差；
C.求各相电压和相电流三相三线制线路A、B相之间的线电压Uai与C、B相之间的线电压经过矢量差运算得到c、a相之间的线电压υ级;对A相电流/a和C相电流I,进行和运算，再取反求得B相电流厶，将A进行傅里叶运算获得其有效值Ib和相位；利用阻抗三角形-星形变换原理，进一步计算得到三个相电压有效值和相位角，至此得到所有三相相电压有效值Ua、Ub、Uc和相位A2、 、CKw ,以及三相相电流的有效值Ia、Ib、I。和相位；
d.本地功率基准计算
算出、Ia的夹角> Ib的夹角aW , uc、Ic的夹角^ ,取三相相电压有效值UA、US、Uc的平均值为基准电压幅值('取三相电流有效值Ia、Ib、I。的平均值为基准电流幅值一取三相相电压和相电流的夹角以-、、a*的平均值为基准电压、基准电流的
夹角a ,计算基准功率^ ,Ffs=JUl cos ； e.异常用电量估计
将三相相电压和相电流的夹角a-、a-、auk与基准电压和基准电流的夹角a相比较，若某一相电压和相电流夹角与a的差大于设定的阈值，说明用户存在不平衡负荷，此时计算三相三线制线路的基准功率炉和实际功率户的差与设定的时间间隔的乘积，得到
用户异常用电量的估计值；将三相相电压有效值Uil、Ub、Uc分别和基准电压幅值y相比
较，计算各相电压幅值偏差；
f.监测数据的传送
监测终端通过GPRS无线信道将监测信息传送给后台服务器，由后台服务器完成监测结果的显示、记录及异常用电告警。上述基于本地功率基准的异常用电监测方法，所用监测系统包括监测服务器和至少一个监测终端，所述监测终端包括电压互感器、电流互感器、信号调理单元、A/D转换器、CPU、液晶显示单元和GPRS通讯模块，所述电压互感器和电流互感器各设置两个，两个电压
互感器分别测量用户变压器高压侧A、B相之间的线电压LU和C、B相之间的线电压^^，
两个电流互感器分别测量用户变压器高压侧A相电流4和C相电流A，它们的输出信号依
次经信号调理单元、A/D转换器接CPU的输入端口，所述液晶显示单元接CPU的信号输出端口，所述CPU通过GPRS通讯模块给后台服务器传送监测信息。上述基于本地功率基准的异常用电监测方法，相电压、相电流的夹角与基准电压、基准电流的夹角《之差的设定阈值为60'。本发明根据三相相电压和相电流的夹角与基准电压和基准电流的夹角α’的差来判断用户是否存在不平衡负荷，并根据基准功率和实际功率的差来估算用户的异常用电量，由于基准功率的确定是相对独立的，异常用电程度的评定不受相邻用户的影响，因而可有效避免用电治理过程中的纠纷。本发明不仅能准确判断用户是否存在不平衡负荷，而且可提供由异常用电所造成的电量损失数据，为不平衡用电的治理和惩处创造条件。
下面结合附图对本发明作进一步详述。图I是本发明的监测系统构成图。图2是监测终端原理示意图。图3是监测处理流程图。图4是阻抗三角形-星形变换原理图。文中各符号清单为户为实际功率；P0为基准功率；α为基准电压与基准电流的夹角；U必为Α、Β相之间的线电压；U沙为C、B相之间的线电压；I为C、A相之间的线 电压；4为A相电流；厶为B相电流；Zf为C相电流；Ia为A相电流的有效值；Ib、为B相电流的有效值；1。为c相电流的有效值'Φ'为和4之间的相角差\ Φ2为^和勾之间的相角差；Ujl为A相电压有效值；为B相电压有效值；为C相电压有效值；CKiia为A相电压相位；&为B相电压相位；《W为C相电压相位；士为A相电流相位；％为B相电流相位；％为C相电流相位；Aia为1^与Ia的夹角，为Uii与Ib的夹角，为Uc与
I。的夹角；U为基准电压幅值；/为基准电流幅值。
具体实施例方式本发明的异常用电监测系统主要包括监测终端和后台主站两部分。监测终端通过GPRS通信传送监测信息给后台主站，完成监测结果显示、异常告警功能。监测终端包括电压互感器、电流互感器、信号调理单元、A/D转换器、CPU、液晶显示单元和GPRS通讯模块。后台主站包括GPRS接收单元和监测服务器。本发明提出的基于本地功率基准的异常用电监测方法为
(O求解三相三线制计量功率
因为三相三线制接线中只接两个电压互感器和两个电流互感器，所以采集到的电参量只有匕和^、L和4,经过傅里叶运算求得工频线电压和电流有效值Uab、ucb、ia、I。，依
据公式p' = UabIaC0s^AUebIeC0sA计算实际功率，式中01是^和4之间的相角;02是
Ua和总之间的相角。(2)求各相电压和相电流
监测终端将采集到的电压(和[& )经过矢量差运算得到矢量Uia ;对采样的和
4进行和运算，再取反求得A，将A进行傅里叶运算获得其有效值和相位；利用阻抗三角
形-星形变换原理，进一步计算得到三个相电压有效值和相位角。至此得到所有三相相电压和三相相电流的有效值和相位。(3)本地功率基准计算
通过上面计算分别可得出相电压电流有效值^ ,UsJjc^ Ia、Ib、I。和相角、ay、 A,算出Ua、Ia夹角a* , 、Ib夹角, %、I。夹角α* ,取三相相电压有效值、Us、Uc的平均值为基准电压幅值t/，取三相电流有效值Ia、Ib、I。的平均值为基准电流幅值/，取三相相电压和相电流夹角、OW、CiW的平均值为基准电压、基准电
流的夹角a，计算基准功率P0 :护3UI cos a。(4)异常用电量估计
将《W、与基准相位a相比较，它们之间的差值称为相位偏差。依据相位偏差
的大小可以判断用户是否存在不平衡负荷，是否异常用电。比较基准功率妒和实际功家^，通过计算功率差和设定的时间间隔的乘积，估计用户异常用电量。将三相相电压有效值Ua、U&、Uc分别和基准电压幅值U相比较，计算各相电压幅值偏差；将三相电流有效值
Ia、Ib、I。分别和基准电流幅值/相比较，计算各相电流的幅值偏差。
(5)后台直观丰富的显示
监测终端通过GPRS无线信道将监测信息传送给后台管理部分，完成监测结果显示和记录、异常用电告警等功能。如图I所示，监测系统包括若干个监测终端和一个后台主站。监测终端安装在专用变压器的计量箱内；后台主站放置在用电营销中心。由监测服务器将监测到的信息上传到电力公司信息内网上，电力系统相关部门可以通过网页浏览方式方便地查看相关信息。如图2所示，监测终端由电压互感器、电流互感器、信号调理单元组成，对其中使用的芯片或电路没有特殊要求。该电路将电压互感器和电流互感器输出的信号调理为适合A/D转换器输入范围的信号，主要包括分压、隔离、电流/电压转换、放大、抗混叠滤波电路模块、A/D转换器、CPU、液晶显示单元和GPRS通讯模块组成，CPU采用LPC2148。信号调理
单元对电压电流(U-和Uii、4和/,)进行调理，变换为适合A/D转换的信号；A/D转换器
(AD73360)芯片实现A/D转换。数据处理是LPC2148处理的主要环节，因为三相三线制接线中只接两个电压互感器和两个电流互感器，所以采集到的电参量只有^和^ 乂和4,对仏和^、/￡和4-进行傅里叶运算求得有效值uab、Ucb, Ia、I。和相位a-、, Φ 1=- aia、Φ 2= ~ Α ，代入公式 P = UabIaCos 0 !+UcbIcCos 0 2 计算头际功率。将Usi、Uci进行矢量差运算得到Uae: Uss = Uai - Uei，进而计算其有效值Uac和相位qW ;对于B相电流，因为三相电流瞬时值之和为零，则B相电流瞬时值h = -L - 4 ,进一步得B相电流有效值Ib和相位。通过三角形-星形变换计算各相电压的过程如下
Im: - If ~ 1H
/ -I-I
I戍-lh~ ^
Z
权利要求
1.一种基于本地功率基准的异常用电监测方法，其特征是，它利用安装在用户变压器高压侧的监测终端实时测量三相三线制线路的线电压和电流信号，由此求得线路的实际功率P'、各相相电压及电流的有效值和相位，然后将三相相电压、电流有效值的平均值和三相相电压与相电流夹角的平均值作为基准电压、基准电流幅值和基准电压与基准电流的夹角《，计算出基准功率尸，再根据三相相电压和相电流的夹角与CS的偏差判断用户是否存在不平衡负荷，并利用基准功率尸和实际功率卢估计用户异常用电量，最后通过GPRS将监测信息传送给后台服务器； 具体步骤如下 a.变压器高压侧线电压和电流信号的测量 利用两个电压互感器分别测量A、B相之间的线电压V必和C、B相之间的线电压Ua，利用两个电流互感器分别测量A相电流/2和C相电流4 ； b.求解三相三线制线路的实际功率P' 对Ucii、Ua、4和Ic进行傅里叶运算，求得四者的有效值Uab、Ucb、Ia、I。和相位，依据公式# = UabIaC0M JUebIeC0i^2计算三相三线制线路的实际功率户，式中八是仏和4之间的相角差·' Φ 2是Uα和A之间的相角差； c.求各相电压和相电流 三相三线制线路Α、B相之间的线电压与C、B相之间的线电压Veb经过矢量差运算得到C、A相之间的线电压h ;对A相电流4和C相电流h进行和运算，再取反求得B相电流厶，将A进行傅里叶运算获得其有效值Ib和相位；利用阻抗三角形-星形变换原理，进一步计算得到三个相电压有效值和相位角，至此得到所有三相相电压有效值Ua、Ue、Ue和相仨n,以及三相相电流的有效值Ia、Ib、I。和相位^^ ； d.本地功率基准计算 算出、Ia的夹角aW , h、Ib的夹角，ue、Ic的夹角Ak，取三相相电压有效值Ua、Ub、Uc的平均值为基准电压幅值τ取三相电流有效值Ia、Ib、I。的平均值为基准电流幅值J，取三相相电压和相电流的夹角的平均值为基准电压、基准电流的夹角O,计算基准功率尸P0 = 3U1 cos α ； e.异常用电量估计 将三相相电压和相电流的夹角Aic、a,-、与基准电压和基准电流的夹角β相比较，若某一相电压和相电流夹角与G的差大于设定的阈值，说明用户存在不平衡负荷，此时计算三相三线制线路的基准功率#和实际功率户的差与设定的时间间隔的乘积，得到用户异常用电量的估计值；将三相相电压有效值、t/￡、分别和基准电压幅值相比较，计算各相电压幅值偏差；f.监测数据的传送 监测终端通过GPRS无线信道将监测信息传送给后台服务器，由后台服务器完成监测结果的显示、记录及异常用电告警。
2.根据权利要求I所述基于本地功率基准的异常用电监测方法，其特征在于，所用监测系统包括监测服务器和至少一个监测终端，所述监测终端包括电压互感器、电流互感器、信号调理单元、A/D转换器、CPU、液晶显示单元和GPRS通讯模块，所述电压互感器和电流互感器各设置两个，两个电压互感器分别测量用户变压器高压侧A、B相之间的线电压和C、B相之间的线电压O:，两个电流互感器分别测量用户变压器高压侧A相电流4和C相电流A，它们的输出信号依次经信号调理单元、A/D转换器接CPU的输入端口，所述液晶显示单元接CPU的信号输出端口，所述CPU通过GPRS通讯模块给后台服务器传送监测信息。
3.根据权利要求I或2所述基于本地功率基准的异常用电监测方法，其特征在于，相电压、相电流的夹角与基准电压、基准电流的夹角* Z差的设定阈值为60'。
全文摘要
一种基于本地功率基准的异常用电监测方法，它实时测量三相三线制线路的线电压和电流信号，由此求得线路的实际功率、各相相电压及电流的有效值和相位，然后将三相相电压、电流有效值的平均值和三相相电压与相电流夹角的平均值作为基准电压、基准电流幅值和基准电压与基准电流的夹角，计算出基准功率，再根据三相相电压和相电流的夹角与的偏差判断用户是否存在不平衡负荷，并利用基准功率和实际功率估计用户异常用电量，最后通过GPRS将监测信息传送给后台服务器。本发明不仅能准确判断用户是否存在不平衡负荷，而且可提供由异常用电所造成的电量损失数据，为不平衡用电的治理和惩处提供依据。
文档编号G01R25/00GK102944741SQ201210503059
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者崔燕生, 刘继志, 叶明 申请人:保定市理想电器设备制造有限公司