用于基于云的电力品质监测器的方法及装置与流程

本申请要求于2015年4月13日提交的名为“Method and Apparatus for a Cloud-Based Power Quality Monitor(用于基于云的电力品质监测器的方法及装置)”的美国专利申请No.14/684,795的优先权，该美国专利申请No.14/684,795是于2014年4月14日提交的美国专利申请No.61/979,201的非临时申请案，其全部内容通过引用合并至本文中。

技术领域

本发明大体上涉及用于测量电力品质的系统及方法，更特别地涉及用于测量和监测电力品质的基于云的系统及方法。

背景技术：

传统的电力品质(PQ)监测器在任何分析会被执行前都需要用户行走到设备以下载所记录的数据。更先进的设备使得能够直接远程连接到监测器，但是这仍然需要明确的数据下载时间段，并且在下载(下载可能是冗长的以用于较长记录)时需要存在良好的通信链路。传统的数据记录器的范式不能实时地或近实时地发出通知，因此难以及时进行数据分析。

此外，现代IT(Information Technology，信息技术)的需求给传统PQ分析提出了难以逾越的障碍。由于许多美国的电力设施都存在安全需求，所以更新软件包及共享PQ数据文件是一个缓慢而繁琐的过程。数据保留政策能够防止长期存储所采集的数据，并且随着现代记录器的文件大小的增加，而使得难以在用户之间发送大数据组。

因此，需要测量并监测电力品质的替代性系统和方法。

技术实现要素：

在一个实施例中，系统包括多个电力品质设备以及通信上耦接到所述多个电力品质设备的一个或更多个基于云的服务器。所述多个电力品质设备连续测量及缓冲以下数据，所述数据包括以下至少之一：RMS(Root Mean Square，均方根值)电压、RMS电流、有功功率、无功功率和视在功率、功率因数、位移功率因数、相位角、谐波的幅值和相位、间谐波、IFL、Pst(短时间闪变值)和Plt(长时间闪变值)闪变、对称分量、相量、聚合触发波形和瞬变，并且所述多个电力品质设备定期发送所缓冲的数据。所述一个或更多个基于云的服务器可操作用于接收由所述多个电力品质设备发送的所缓冲的数据；解压所缓冲的数据并将其存储在数据库中；在Web页面上显示使用所存储的数据而生成的带状图、日曲线图、直方图、波形、向量图、谐波柱状图和3D(Three Dimensional，三维)谐波图中的一个或更多个；以及使从所述多个电力品质设备中的第一电力品质设备接收的事件警报与从所述多个电力品质设备中的第二电力品质设备接收的数据相关联。

在另一实施例中，由计算机实现的方法包括：大约每五分钟从第一电力品质设备接收以下至少之一：RMS电压、RMS电流、功率因数、位移功率因数、相位角、谐波的幅值及相位、间谐波、IFL、Pst和Plt闪变、对称分量、相量、聚合触发波形和瞬变。所述方法还包括在Web页面上显示地图，其中，该地图包括对第一电力品质设备和第二电力品质设备的位置进行指示的标记。接下来，所述方法包括在Web页面上显示至少一个图表或图形，所述至少一个图表或图形示出以下中的一个或更多个：RMS电压、RMS电流、功率因数、位移功率因数、相位角、谐波的幅值及相位、间谐波、IFL、Pst和Plt闪变、对称分量、相量、聚合触发波形和瞬变。所述方法还包括从第一电力品质设备接收触发条件警报，以及基于从第二电力品质设备接收的数据来识别至少一个相关事件。

在又一实施例中，系统包括多个电力品质设备和通信上耦接到所述多个电力品质设备的一个或更多个基于云的服务器，所述多个电力品质设备用于连续测量和缓冲电力品质数据，并且定期传送所缓冲的电力品质数据。所述一个或更多个基于云的服务器可操作用于：接收由电力品质设备发送的所缓冲的数据；解压所缓冲的数据并将其存储在数据库中；以及在Web页面上显示使用所存储的数据而生成的带状图、日曲线图、直方图、波形、向量图、谐波柱状图和三维谐波图中的一个或更多个。所述系统还包括通信上耦接到所述多个电力品质设备和所述一个或更多个基于云的服务器的一个或更多个计算设备。所述一个或更多个计算设备可操作用于接收Web页面上的用户输入。

根据结合附图的以下详细描述，将更全面地理解通过本申请的实施例提供的以上特征及另外的特征。

附图说明

附图中提出的实施例在本质上是说明性且示意性的，并且非意在限制权利要求所限定的主题。当结合以下附图来阅读时，会理解说明性实施例的以下详细描述，其中，采用同样的附图标记指示同样的结构，并且在附图中：

图1示意性地描绘了根据本申请中示出和描述的一个或更多个实施例的用于对包括多个远程电力品质监测器的配电系统进行监测的系统；

图2示意性地描绘了根据本申请中示出和描述的一个或更多个实施例的电力品质监测器；

图3示意性地描绘了根据本申请中示出和描述的一个或更多个实施例的基于云的服务器系统；

图4示意性地描绘了根据本申请中示出和描述的一个或更多个实施例的基于Web的前端；

图5是根据本申请中示出和描述的一个或更多个实施例的用于操作电力品质设备的示例过程的框图；

图6是根据本申请中示出和描述的一个或更多个实施例的用于在基于云的服务器系统上从电力品质设备接收数据的示例过程的框图；以及

图7是根据本申请中示出和描述的一个或更多个实施例的用于对基于云的服务器系统上的Web服务器进行操作的示例过程的框图。

具体实施方式

各个实施例描述了包括通信上耦接到一个或更多个基于云的至少一个服务器的电力品质(“PQ”)设备的系统。该系统可以使用户能够使用标准的Web浏览器来对所采集的已经由PQ设备馈送至该系统的数据进行分析，因此来自所有设备的数据总是最新的，不需要明确的下载。

此处描述了基于云的电力品质监测系统的各个实施例。一般地，该系统包括两部分：一个或更多个物理PQ设备及基于云的PQ软件。PQ设备被安装在配电系统中，常常安装在与电力客户的共用耦接点处、安装在公共基础设施中的监测点处、或安装在与敏感或高价值的设备(例如大型的电控发动机)的电气连接处。

如图1所示，该系统可以包括一个或更多个电力品质(PQ)监测器101和基于云的服务器系统107。PQ设备101可以安装在配电系统中，并且可以通过电压输入端102从电力线103接收电压。PQ设备101可以使用无线通信设备104通过无线信号105(仅出于说明目的而将其表示为线)经由网络106与基于云的服务器系统107通信。计算设备108和外部公用系统109可以例如通过网络106来访问基于云的服务器系统107。

图1包括可以安装在配电系统中的关键位置处的多个PQ设备101。基于云的服务器系统107可以从/向任何一个PQ设备101收/发数据，可以通过基于云的服务器系统107将从PQ设备101接收的例如包括RMS电压的电压读数等的数据存储在例如数据库中。

PQ设备101是以下设备，该设备可以作为单独的监测器来操作或结合基于云的服务器系统107具体地结合由基于云的服务器系统107所托管的软件来操作。PQ设备101可以是例如以下设备，如可以从Power Monitors股份有限公司(Mt.Crawford,VA)获得的或等设备。在各个实施例中，PQ设备101可以是包括诸如在共同持有的美国专利No.7,881,907、No.7,209,804和No.8,775,109中更加详细地描述的那些特征和功能的特征和功能的设备，其中每个专利的全部内容通过引用而合并到本文中。

图2示意地更详细地描绘了PQ设备101。如图2所示，PQ设备101包括用于电力线103的电压输入端102。PQ设备101还可以包括电压减小器301、信号调整电路302、模数(A/D)转换器303、微处理器304、无线通信设备104和低功率无线通信设备306。在各个实施例中，PQ设备101包括电路和外部引线。外部引线连接到要记录的电压，并且传感器钳位在电压导体周围或使用其它方式来将电流转换成合适的输入信号。电路可以包含在单个壳体内、或者可以利用外部钳位部分来结合信号调整电路。在一些实施例中，PQ设备101还包括电流传感器。

电压减小器301可以是任何合适的用于使由电压输入端102从电力线103接收的电压减小的设备。例如，电压减小器301可以是电阻分压电路。信号调整电路302可以是任何合适的用于对来自电压减小器301的减小了的电压信号进行调整的设备。例如，电压减小器301可以是低通滤波器。

A/D转换器303可以是任何合适的用于使模拟信号数字化的设备。A/D转换器303可以接收电压信号并使用任何合适的采样率将该电压信号转换成包括数字样本的数字信号。可以将来自A/D转换器303的数字信号发送给微处理器304。

在各个实施例中，采样率能够包括大约每线周期256个样本(例如，l/(256x60Hz)＝65微秒样本长度)、或1MHz或用于高速瞬变捕获的更高采样率。可以将原始波形样本馈送至微处理器304(即，数字信号处理器或DSP)中以使得可以逐周期地(或适当的话可以是其它时间段)计算RMS电压、RMS电流、有功功率、无功功率和视在功率、功率因数、位移功率因数、相位角、谐波的幅值及相位、间谐波、IFL、Pst及Plt闪变、对称分量、相量(根据相量测量单元规范)和其它PQ度量。

可以通过软件PLL(Phase Locked Loop，锁相环)算法使采样同步至线频率。在各个实施例中，上述测量被聚合为1秒平均值、最大值和最小值。在一些实施例中，可编程的触发可以致使周期读数或原始波形数据存储为波形或瞬变捕获记录。

在各个实施例中，通过PQ设备101对1秒最小值/平均值/最大值读数进一步处理以形成长期平均值、日曲线图、直方图、GE闪变记录、显著的变化记录等等。该数据可以本地存储在PQ设备101中，并且还可以聚合并发送给基于云的服务器系统。触发波形、瞬变和其它的触发PQ事件的聚合大小可以变化，并且在一些实施例中，能够调整聚合大小以使得能够在压缩效率与对基于云的服务器系统的更快速更新之间进行权衡。

在各个实施例中，还将每个PQ度量的1秒最小值/平均值/最大值读数采集至以下缓冲区，该缓冲区的大小被设置成使得当向云系统发送时的网络开销最小。典型的缓冲区长度可以是1分钟、5分钟或其他合适的长度。然后重新设置数据以有助于压缩，并且随后将数据馈送至压缩算法。用标识监测器以及记录段的头将压缩数据包裹起来，以使得云软件能够根据连续的数据流重建记录段。根据设备的内部实时时钟(RTC)为该数据加时间戳。如果能够经由网络连接使用可靠的时间服务器，则RTC通过NTP(Network Time Protocol，网络时钟协议)或SNTP(Simple Network Time Protocol，简单的网络始终协议)进行同步，和/或如果可靠的时间服务器呈现在小区调制解调器硬件中或作为PQ设备中的单独的子系统，则RTC通过GPS(Global Position System，全球定位系统)进行同步。可以将RTC内部振荡器规定为GPS时钟以使得在没有外部基准的时期，RTC时钟尽可能地准确。在一些实施例中，可以通过无线通信设备104或低功率无线通信设备306发送该数据包，尽管可以取决于具体的实施例而使用其它通信信道。通信信道可以包括，但不限于蓝牙、WiFi、蜂窝技术(CDMA、TDMA、GSM、LTE等等)、光学、卫星、射频(RF)、传统的电话系统、以太网(有线或无线)、局域网、广域网或类似的信道。

在各个实施例中，PQ设备101连续测量并缓冲PQ信息，以及检查任何触发条件。在一些实施例中，PQ设备101包括将从导体、传感器和外部引线采集的电压和电流波形数据数字化所必需的全部模拟和数字电路。根据这样的数据，能够通过PQ设备101来计算诸如以下电力品质参数：RMS电压和电流、有功功率、视在功率、相位角、无功功率、功率因数、谐波(包括幅值和相位)、位移功率因数、总谐波失真、总电力量、总有功功率、总无功功率、总视在功率、总功率因数、相位角、周期直方图、周期事件变化、闪变、异常电压、瞬变、和断电等等。在一些实施例中，PQ设备101还可以聚合所触发的波形。

在一些实施例中，PQ设备101包括能够进行电流测量的硬件，诸如例如采用硬件或软件集成的Rogowski(罗氏)线圈传感器。

在各个实施例中，低功率无线通信设备306可以是任何合适的用于无线通信和数据传输的设备，包括例如RF设备、WiFi设备、或蓝牙设备。低功率无线通信设备306可以使用例如低功率无线通信协议与各个外部传感器305进行无线通信。低功率无线通信设备306可以是无线通信设备104的一部分、或者可以与无线通信设备104分离。

外部传感器305可以包括温度传感器、日照传感器、湿度传感器或其它环境传感器、或者可以是附接至其它电气设备上的传感器(例如配电变压器上的油温传感器和油压传感器、变电站电池组上的电池传感器)。这些传感器可以使用针对电力的能量收割技术，并且给PQ设备101提供低速率数据。可替换地，外部传感器305可以通过USB或以太网连接到PQ设备101。在通过以太网连接的情况下，可以使用以太网供电(PoE)技术，其中，PQ设备101通过以太网连接为传感器供电。在包括外部传感器305的实施例中，PQ设备101可以读取传感器数据，并将该传感器数据并入它自身的处理中，包括数据存储处理、警报触发处理以及朝向基于云的服务器系统107的传输。

在一些实施例中，PQ设备101可以可选择地包括到例如使用DNP3或IEC-61850协议的SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制系统)系统的接口。采用该接口，PQ设备101受控于SCADA主机，并且可以在任何时刻对PQ设备101进行轮询，或者如果触发条件满足，则通过异常消息发送未经请求的响应。SCADA接口可以使用与云接口相同的网络连接或不同的网络连接(例如，SCADA使用以太网、云使用CDMA小区调制解调器)作为云接口。不同的接口使SCADA侧托管在与基于云的服务器系统107分离的安全的网络环境中。

PQ设备101的一个实施例包括合适的用于连接到低压(600V及以下)配电网络的电压和电流传感器。PQ设备101包括用于计算实时PQ测量值的DSP。第二处理器(例如基于ARM的32位控制器)从DSP采集数据、对来自所有端口的通信进行管理、处理数据存储以及执行其它处理。可用的通信端口包括蓝牙(类(Class)和低能耗)、WiFi(ad-hoc和接入点模式)、小区调制解调器(CDMA/GSM/LTE)、以太网、高速USB(双模式、支持作为外设连接到PC、当附接USB闪存驱动时作为主机)、以及ANT(用于连接到外部传感器)。在该实施例中，PQ设备101从正在测量的电压信号或电流信号中汲取电力。一些实施例使用能够在满量程测量范围内(例如用于住宅仪表底座应用的60-600VAC、或80-250VAC)为设备供电的交流电源，而其它实施例可以涉及经由与电压监测点的电容耦合、或与正被监测的电流的电感耦合来进行能量收割。可再充电电池或超级电容器可以使得在断电期间能够提供备用(ride-thru)电力。可以使用备用电力来通过线路功率损耗继续进行记录，和/或提供电力以向基于云的服务器系统107或SCADA主机发送“即将断电(last-gasp)”通知(这可以触发电子邮件通知或SMS通知)。

在某些实施例如住宅服务监测等实施例中，2S形仪表底座卡圈位于收入仪表和仪表底座之间。在该实施例中，专用的外壳包含PQ设备101，并且使电压和电流能够通过PQ设备101从仪表底座进入收入仪表。用于蓝牙、WiFi、GPS、小区和ANT的天线可以位于该外壳内以最大程度地保证用户安全，还可以被安装在外部以扩展射频范围。为了状态监测和本地连接而可以包括外部LED和USB端口。在一些实施例中，针对USB连接可以有电隔离。在该实施例中，PQ设备101包括两个电压通道和两个电流通道。2S形外壳可以容纳内部塑料外壳，内部塑料外壳被设计为容纳电子器件并防止外部环境损害电子器件。

其它物理形状因数包括使用香蕉插孔输入或固定引线并且结合外部Rogowski(罗氏)线圈或铁芯钳的小矩形形状。能够在变压器外壳内侧、电气面板或其它小空间中使用上述实施例。在该实施例中，设备包括多个用于多相电气系统的通道。

一个实施例插入标准120V插孔，并且包括120V的流出口，以使得可以将负载插入其中。在该实施例中，可选择地可以使用PQ设备101内的继电器或其它开关来切换该出口。在该实施例中，PQ设备101可以包括一个或两个电压通道(一个用于线中性点，或者两个用于测量线中性点电压和中性点与接地点之间的电压)和一个电流通道。

在各个实施例中，PQ设备101在上电时可以连接到基于云的服务器系统107，并且可以向基于云的服务器系统107发送状态消息和其它信息例如缓冲数据。在各个实施例中，缓冲数据被定期发送到基于云的服务器系统107以给用户提供近实时的访问。传输时间段会因具体的实施例而异，并且在一些实例中，会因具体实施例中的具体设置而异。在一些实施例中，缓冲数据大约每5分钟来发送。在一些实施例中，缓冲数据大约每1分钟来发送。在另外其它的实施例中，缓冲数据每2秒来发送。

在各个实施例中，PQ设备101能够在向云系统传送数据的同时将所触发的波形、瞬变、最小/平均/最大数据集合、直方图、和/或日曲线图记录到内部非易失性存储器中，使得随后在暂时丢失通信的情况下将数据传送给基于云的服务器系统107。在一些实施例中，对触发波形、瞬变、最小值/平均值/最大值数据聚合、直方图、和/或日曲线图进行记录还可以使得能够通过如图1中的计算设备108等PC、平板计算机或智能手机来下载数据。可以在下载设备(例如通过PC软件)上直接对数据进行分析、将数据保存在数据文件中或者随后上传到云系统中。一旦数据被上传，则该数据可由云用户获得，就如同由该设备直接发送给云用户一样。

在一些实施例中，PQ设备101还能够操作用于将数据流传输至本地设备如计算设备108。例如，运行应用程序的平板计算机或其他的PC可以使用蓝牙或WiFi连接到PQ设备101。在一些实施例中，计算设备108能够经由网络106连接到PQ设备101。在各个实施例中，一旦建立了WiFi链接，就可以使用TCP/IP。在某些情况下，低功耗蓝牙技术可以用于初始化链接，并且通信可以以更快的速度过渡到WiFi。如果计算设备108(平板计算机、智能手机、PC等等)具有蜂窝数据连接，则可以使用PQ设备的小区或以太网连接，其中在这两个设备之间通过两个设备的小区连接进行TCP/IP通信。在采用PC的情况下，也可以使用本地USB连接。

在一些实施例中，可以通过计算设备108的应用程序来查询并显示实时波形、谐波、向量图等等，这呈现了用于检索全部PQ参数的完全协议。此外，正如前面所提到的，可以将所有记录数据从PQ设备101下载到计算设备108上。

除了向基于云的服务器系统107发送全套PQ测量值之外，PQ设备101还对有关每个测量值的触发条件进行检查。每个测量参数可以具有多个高触发阈值和低触发阈值，其中，可选的滑动平均窗、滞后和最小触发时间需要满足触发条件。如果触发条件被满足，则消息连同触发细节立即被发往云系统。可选择地，其它所有排队的数据在触发器触发时被清空至基于云的服务器系统107中，以使所有数据对云用户立即可用。PQ设备101检测到的任何触发的警报条件通过基于云的服务器系统107被立即发送，可能是触发电子邮件、文本消息或者其它操作。

基于云的服务器系统107包括一个或更多个服务器，来执行几个处理。基于云的服务器系统107监听来自外部PQ设备的传入数据、解压该数据并将其存储在文件系统或数据库中、以及后处理该数据以更有效的进行检索。基于云的服务器系统107还托管了基于Web的前端以方便用户登录、以图表和报告的形式访问存储数据、配置PQ设备、以及建立电子邮件/SMS分配列表等等。正如用户通过Web前端所配置的，基于云的服务器系统107基于从PQ设备接收到的触发条件来发送格式化了的电子邮件和的SMS消息。基于云的服务器系统107也可以与基于PC的单机PQ软件链接，将数据向和/或自其他软件导入和/或导出。

终端用户能够从标准Web浏览器访问基于云的服务器系统107，消除对安装PC软件或相关IT组件的需要。能够从台式PC、手机、平板计算机或任何带有互联网访问和标准兼容行Web浏览器的设备来访问基于云的服务器系统107。由于PQ数据可以从PQ设备101直接进入基于云的服务器系统107，所以该数据对所有授权了的云用户立即可用。

PQ数据从每个PQ设备101到基于云的服务器系统107连续流动确保了在没有物理访问监视器或进行冗长的远程数据下载的情况下，最新的数据总是可用的。

针对基于云的服务器系统107的各个实施例包括运行Linux或BSD Unix的服务器的联网集合。图3示出了基于云的服务器系统107的示例实施例。如图3所示，基于云的服务器系统107包括至少一个数据库401和多个处理，上述多个处理包括：监听处理402、报警处理404、电子邮件和SMS报警处理405及数据集处理408。图3示出了针对各个任务的单独的处理，并且这些处理可以存在于多个独立的服务器上、或者组合到单个服务器上。基于云的服务器系统107还被示出为包括数据集预处理器403、Web服务器406和外部接口407。基于云的服务器系统107可以是软件和硬件的任何合适的组合，并且如图1所示被连接到网络106。

数据库401可以是用于实现数据库的软件和硬件的任何合适的组合。数据库401可以实现在作为基于云的服务器系统107的剩余部分的同一硬件上，或者可以实现在作为基于云的服务器系统107的一部分的不同硬件上。数据库401可以存储从PQ设备101发送给基于云的服务器系统107的数据。

在各个实施例中，数据库401是关系数据库(例如，DB2或MySQL)并且可以用来存储元数据，该元数据包括但不限于PQ设备标识、位置、用户账户信息、电子邮件和SMS分配列表等等。原始PQ数据可以存储在数据库中，或者可选择地作为单独的二进制文件存储在合适的文件系统(例如zfs)中。在作为外部文件存储的情况下，数据库401可以存储原始数据的文件指针、或元数据，元数据使得能够在需要时从算法上计算出文件名称和目录。基于文件的数据可以存储在一个或几个机器或虚拟机中。在一些实施例中，替代数据库401使用文件系统，或除了数据库401之外还使用文件系统。

在各个实施例中，数据按块存储在数据库401中，该块的长度可以是例如240个数据点至1800个数据点。可以在PQ设备101中或者通过基于云的服务器系统107上的处理如由数据集处理器403执行的处理来对该数据进行分块。例如，数据集预处理器403可以累积传入的数据并将块的大小重新调整为期望的块水平。对来自PQ设备101的传入数据进行分块可以允许针对每个接收到的数据点通过避免在数据库401上执行插入操作来增加数据库性能。这些块被存储得带有时间戳和块长度。

在各个实施例中，使用数据抽取来减少很长的持续时间图需要的带宽。正如PQ设备所测量的，最初的用于每个PQ参量的1周期最小/最大值及1秒平均值是可用的，但是用户也可以改变平均间隔。例如，可以期望用1分钟平均值而非1秒平均值。以有助于上述操作的方式来抽取服务器上存储的数据。例如，采用抽取因数10，以原始形式存储每个数据源，然后采用第一级抽取，存储这10个点中的最小值、平均值及最大值(数据大小净减少10/3)。下一较高的抽取水平将100个最初的原始数据中的10个第一组抽取值进行组合以生成最小/平均/最大值(数据减少100/3)。在下一较高水平处，根据需要，从先前水平的10个值中生成最小/平均/最大值，依次类推。针对每个来自PQ设备的不同数据类型执行该抽取过程，该不同的数据类型包括各个1周期最小值和最大值、及1秒平均趋势数据集。最小的和最大的抽取值用于生成抽取图，并且抽取的平均值用于对不同平均间隔的图及日曲线图进行计算。

数据库401还可以存储该数据作为所抽取的带状图数据。例如，如果期望包括一秒第二平均值的一年带状图数据价值的图形，则会返回大量点：86400x365＝31百万个点。如果将这些点绘制在正常尺寸大小的显示器上，诸如例如1024像素宽的图形，则x轴的每个像素列所具有的点会超过30000个，因此不是每个点都是可见的。代替返回全部31百万个点，仅返回两组分辨率减小的轨迹是足够的。在这种情况下，可以使用抽取因数4096产生两条7500点的轨迹。这些“点”中的每一个可以覆盖4096个实际带状图点。一条轨迹可以是每组4096个点的最大值的时间序列，而另一轨迹可以是最小值。可以将这两条轨迹发送给正在请求的应用程序，并且用图形表示。可以在x轴上的最多一个像素处通过绘制从第一点的最大值到该点的最小值再到下一个点的最大值的线来渲染该图形，依次类推。该图形可以在视觉上与绘制最初的31百万个点数据集等同，并且无论图形被放大了多远仍然可以显示绝对最大值和最小值。如果用户缩小图形，则可以返回新的抽取的带状图。如果所请求的点足够小，则可以使用不同的抽取水平或者根本不需要。

一个抽取策略可以是例如使用因数16。原始的分块数据通常可以存储在数据库401中。然后可以按照因数16来抽取数据，并可以存储最大/最小值。例如，对于块中的每16个点，可以存储最大值和最小值。这些值还可以按块存储在数据库401中。然后可以按照因数16来进一步抽取所抽取的数据，依次类推。例如，可能需要多达8个水平的16倍抽取。当接收到带状图请求时，可以接收开始时间和结束时间。基于云的服务器系统107上的处理，诸如例如数据集处理408可以计算适当的抽取水平以使得返回合适数量的点。所返回的点的数量可以大到足以使得最大/最小值的图形可以在视觉上与全数据集坐标图等同，但是不会再大，再大可能使所传送的数据的数量最小化。

所抽取的带状图可以被计算为通过基于云的服务器系统例如通过数据集预处理器403接收的数据，然后将该数据实时发送给数据库401，或者离线批处理可以从数据库401中检索原始数据，对原始数据进行抽取，并将其存回数据库401中。可替换地，在未抽取的情况下可以将原始数据存储在数据库401中，并且可以在从数据库401请求数据时的必要的情况下执行抽取。这可以使得能够发送通过抽取而提供的较小的数据集，而不必维护抽取数据库401。在可替代实施例中，抽取数据会被存储为二进制文件而非直接存储在数据库401中。

数据集预处理器403还可以监听来自PC应用程序、平板计算机应用程序、或智能手机应用程序的块数据传输，通常监听经由本地连接从PQ设备下载的数据。可以将来自PQ设备101的所记录的数据文件从独立的PC软件、平板计算机或智能手机设备上传至基于云的服务器系统107。先前经由本地连接或远程连接下载到PQ设备101的这些文件表示各个记录段。当被上传时，这些记录以与以下相同的方式而可用于数据分析：从PQ设备101直接流处理至基于云的服务器系统107的数据被呈现。将导入的下载数据转换成基于云的服务器系统数据格式、为这些数据加索引、可选择地抽取、存储该数据以查看Web界面。能够将来自任一源的数据一起进行绘制或报告。唯一记录段ID被附接到来自PQ设备的每个导入包，这使流数据能够与来自同一PQ设备的记录文件和随后会上传的时间段相匹配。

使用日志可以被保存起来，使用日志可以用于识别哪些图形和报告最有可能被访问。可以通过离线批量处理器对被标识为随后可能被访问的图形和报告进行预渲染。

监听处理402对来自PQ设备101的导入连接进行监听、接收数据包、解析内容、并将数据分配到其他处理如数据集预处理器403和报警处理404。监听处理402可以是硬件和软件的任何合适的组合，诸如例如服务器系统107中的通用CPU上运行的后端软件。在一些实施例中，监听处理402可以解压带状图和其他数据。

数据集预处理器403可以是硬件和软件的任何合适的组合。数据集预处理器403可以从监听处理402接收数据，并且如上所述可以执行点分块及抽取操作，并且可以以任何合适的方式将数据插入数据库401中。例如，数据可以在经过数据集预处理器403处理之后直接被插入数据库401中，或者可以将原始的和抽取的带状图缓冲区保存在存储器中，并且当到达所期望的块大小时，将该原始的和抽取的带状图缓冲区写入数据库401中。在一些实施例中，原始数据可以存储在一个或更多个文件中。例如，可以使用文件系统而非数据库。

报警处理404可以是用于检测报警条件的软件和硬件的任何合适的组合，并且可以与数据库401分离、或者可以在数据库401中使用数据库触发器和所存储的程序来实现。报警处理404可以从监听处理402接收原始数据，并且可以对寻求来自PQ设备101的警报和事件消息的数据进行解析。如果报警处理404发现数据中的报警触发条件，则可以查询数据库401以决定该采取什么动作。报警处理404还可以缓存每个远程测量设备101的报警状态、最新状态值以及最新的实时模拟读数。这些所缓存的值可以馈送给Web服务器406以避免对数据库401的过度查询。

在各个实施例中，当基于云的服务器系统107并且特别是报警处理404接收到所触发的条件警报、报警或事件消息时，报警处理404可以基于从另一PQ设备接收的数据来识别至少一个相关事件。在一些实施例中，报警处理404可以使从一个PQ设备接收到的事件消息和从不同的PQ设备接收到的数据相关联。例如，第一PQ设备可以发送会触发报警处理404的事件消息，以对同一时段的来自其它PQ设备的数据进行评估从而识别相关事件。在一些实施例中，报警处理404试图基于用户输入例如用于对来自一个或更多个其他PQ设备的数据进行评估的指令来识别相关事件。如下文中所述，在各个实施例中，与来自多个PQ设备的事件对应的数据可以通过Web服务器406而显示在Web页面上。

在各个实施例中，基于云的服务器系统107响应于接收来自PQ设备101的报警或触发条件，而向用户发送至少一个电子邮件或SMS消息。报警处理404可以识别报警或触发条件并且触发电子邮件和SMS报警处理。电子邮件和SMS报警处理405可以是用于发送来自服务器系统107的报警通信的硬件和软件的任何合适的组合。电子邮件和SMS消息报警处理可以对数据库401进行查询以针对具体报警条件确定正确的分配列表。当被报警处理404通知报警条件或事件消息例如触发条件时，电子邮件和SMS报警处理405可以例如使用电子邮件和SMS消息来发出警报。电子邮件报警可以被格式化，并且可以包括文本或图形数据显示以及用于下载Web内容的URL。电子邮件和SMS消息可以根据特定的报警和设备来进行配置。

数据集处理408可以是用于对来自数据库401的数据进行检索和处理的硬件和软件的任何合适组合。当接收到来自例如Web服务器406的带状图请求时，数据集处理408可以向数据库401查询建立期望的带状图数据所需的必要块。数据集处理408可以检索块，并且使用分块数据来重构期望间隔的数据。数据集处理408还可以用于使用所检索的数据来生成报告和图形。

Web服务器406可以是用于托管Web页面的硬件和软件的任何合适的组合。在一些实施例中，Web服务器406可以是Apache(阿帕奇)服务器。Web服务器406可以托管Web前端，例如能够通过因特网访问的Web页面，其可以用作需求管理监测系统的用户界面。Web服务器406可以通过网络106访问任何合适的计算设备108，例如个人计算机或智能手机。在各个实施例中，Web站点被配置成在不使用任何客户端插件或需要软件安装的其他代码的情况下向用户提供数据。Web服务器406能够在必要时例如使用数据集处理408从数据库401检索数据，并且能够和PQ设备101通信，这使得可以通过计算设备108来控制PQ设备101。

外部接口407可以是用于与外部公用系统109(图1中示出)连接的硬件和软件的任何合适的组合。例如，外部接口407可以包括电力设施SCADA系统的DNP3接口。外部接口407可以用作DNP3网关，并且可以通过从数据库401中返回恰当的数据来响应DNP3轮询及请求，如果PQ设备101执行了DNP3协议，则对PQ设备101本来会发送的响应进行复制。如果基于云的服务器系统107从PQ设备101接收到报警或事件，则可以通过外部接口107向外部公用系统109发送对应的未经请求的消息，例如使用DPN3来向SCADA系统发送消息。外部接口107可以仿真以下系统的性能：其中，PQ设备101具有与外部公用系统109的直接链接，例如直接与SCADA系统的DNP3链接。

可替换地，PQ设备101可以使用例如DPN3或任何其它合适的协议来直接与外部公用系统109进行连接，并同时和服务器系统107连接。PQ设备101可以向服务器系统107发送压缩块数据，并且还可以根据SCADA主控制器的请求例如通过SCADA系统向外部公用系统109发送遥测数据。PQ设备101能够通过任一接口发送警报和报警条件。PQ设备101还可以仅与外部公用系统109连接，并且可以没有服务器系统107。

在各个实施例中，基于云的服务器系统107可以实施一个或更多个附加过程。这些过程可以包括在上文中所标识的过程中、或者可以是独立的过程。例如，图形/报告渲染过程可以处理来自Web服务器406的导入图形和报告请求(由用户在网站上生成)。该处理聚集了来自PQ设备的存储数据、渲染期望的图形或报告并将其发送给Web服务器406以显示在用户的Web浏览器上。还使用图形/报告渲染过程来创建带有嵌入式图形的格式化电子邮件。作为另一示例，一过程可以用于与PQ设备进行实时通信，其中，用户通过Web界面来初始化链接以实时查看数据。在一些实施例中，监督过程对其它过程进行监控，在必要的时候重启其它过程、保存处理日志，并根据需要针对适当的系统操作发送管理性报警和状态电子邮件。尽管描述了独立的、不同的过程，但是会考虑到这些过程可以彼此结合。

在各个实施例中，基于云的服务器系统107还允许用户将PQ设备101置于“突发模式”。突发模式使基于云的服务器系统107能够向PQ设备101发送消息，然后将实时读数逐秒发送回服务器，以显示在用户的Web浏览器中。这些读数可以是用户的浏览器中的基于文本的实时测量值、或被绘制为时间序列、谐波分解或向量图的全部波形。

各个实施例使用户能够通过基于云的服务器系统107来进一步修正PQ设备101的配置。用户可以在数据库中存储或检索标准的或定制的配置。在一些实施例中，基于云的服务器系统107可以显示用于配置PQ设备的界面，为用户提供各种配置选择。在一些实施例中，可以通过基于云的服务器系统107来查询设备配置，用户可以在Web浏览器中更改设备配置，并将设备配置发送回PQ设备101。用户可以通过在指示PQ设备的一个或更多个配置设置的界面处提供用户输入来更改一个或更多个PQ设备的配置。在一些实施例中，能够将设备配置保存为模板以应用到添加到系统的新的PQ设备。

如上文中所述，除了直接连接到PQ设备101之外，在一些实施例中，计算设备108可以连接到基于云的服务器系统107。基于云的服务器系统107能够通过智能手机或平板计算机Web浏览器、采用设备特定的交互(例如点击或其它手势、用于缩放的拿捏、旋转屏幕等等)的传统的PC Web浏览器可能没有的定制化向用户呈现数据。定制智能手机应用程序或平板计算机应用程序还绕过浏览器、通过编程接口直接连接到基于云的服务器系统107。

在各个实施例中，如图4所示，Web页面提供了使用地区的地图来覆盖设备状态信息的PQ设备的基于地图的视图。图4描绘了示例性Web前端。Web前端可以是Web浏览器窗口501中显示的Web页面502。Web浏览器窗口501可以是任何合适的Web浏览软件的部分。Web页面502可以包括带有标记的地图503，例如定位PQ设备101的标记505。可以使用Web页面502上的图标和指示符例如在信息栏504中显示关于PQ设备101的信息，例如电流报警状态、序列号、名称、电流读数和电流环境测量值。在地图503上为其中一个PQ设备101选择了标记505后，还可以以任何其他合适的例如以弹出窗口或单独的屏幕的方式来显示信息。用户可以使用从数据库中提取的具体参数来设置所显示的信息和该信息被显示的方式。例如，点击标记505可以弹出示出实时读数的显示窗口。用户可以点击以启动“突发模式”，这会导致Web服务器406向PQ设备101发送请求以开始发送实时更新。在突发模式中，Web页面502可以显示连续的实时读数，而同时突发模式在持续进行。

可以例如通过拖动地图503上的标记505手动地输入PQ设备101的位置，从机载GPS获得PQ设备101的位置，或者根据从PQ设备101收集的小区塔位置信息计算PQ设备101的位置。其它公用资产也可以连同用于如天气(例如日照、云层、温度、湿度等等)或配电系统信息(例如线路负载、已知故障)的第三方信息的覆盖一起显示在地图503上。可以从PQ设备101或从其它天气源、来自电力设施的GIS(Geographic Information System，地理信息系统)资产数据(诸如例如电杆位置、变电站位置等)中获得地图503上显示的公用资产、天气、配电系统及其它信息。用户可以对这些覆盖进行配置。

每个账户都包含PQ设备子集，以使用户能够仅查看他们自己的设备。用户可以查看来自一个或更多个PQ设备的最新PQ数据的带状图、日常曲线图、直方图、波形、向量图、谐波柱状图、3D谐波图等的图形和报告，并且能够易于缩小或放大以查看任何期望时间段。

Web页面502可以用于请求生成报告，诸如例如基本HTML报告。用户可以使用Web页面502来请求报告，这致使Web服务器406调用服务器系统107上的处理，例如数据集处理408，数据集处理408可以向数据库401查询具体报告所需的值、在HTML中渲染该报告并且在Web页面502上将报告显示给用户。Web页面502的用户输入可以由计算设备108接收并且被发送给基于云的服务器系统107。可选择地，报告可以被渲染为PDF、Excel电子表格或任何其它合适的格式。用户可以例如采用公司标识、标题、脚注等来定制报告的外观风格。用户还可以采用对数据库401所使用的数据库方案的了解、通过写合适的代码来创建报告。还可以采用图形向导或拖放方案来创建报告。

可以将数据库401中的任何时间序列数据的图形作为Web页面502显示在移动设备108的显示器上。例如，在其它的图形和报告中，图形可以包括使用存储数据生成的带状图、日曲线图、直方图、波形、向量图、谐波柱状图和3D谐波图。在各个实施例中，图形和报告可以示出从一个或更多个PQ设备接收的RMS电压、RMS电流、功率因数、位移功率因数、相位角、谐波的幅值和相位、间谐波、IFL、Pst及Plt闪变、对称分量、相量、聚合触发波形和瞬变中的一个或更多个。在一些实施例中，图形或图表可以在用户限定的间隔内示出从一个或更多个PQ设备接收到的RMS电压、RMS电流、功率因数、位移功率因数、相位角、谐波的幅值和相位、间谐波、IFL、Pst及Plt闪变、对称分量、相量、聚合触发波形和瞬变中的一个或更多个的平均值。用户限定的间隔可以通过Web页面503来接收并用来计算如上所述的平均值。

服务器系统107上的处理例如数据集处理408可以通过例如AJAX调用来调用，并且可以对来自数据库401的带状图数据进行访问，包括解块和适当的抽取，并将该数据作为JSON对象而返回到Web浏览器501。然后Web浏览器501中的Javascript代码可以在画布对象上渲染要在Web页面502上显示的图形。也可以使用Flash、JAVA或PC客户端代码的实施方式。

可以定制图形，包括定制轨迹颜色和属性、注释、标记等。可以根据图形动态地例如针对远程测量101设备通过将标记505从地图上拖动至图形上，或者针对远程测量设备101通过拖离图形添加或删除其中一个远程测量设备101的带状图信息。定制视图或注释图形可以保存在数据库401中以供后续再调用，或者可以保存为URL(Uniform Resource Locator，统一资源定位符)，URL可以添加书签或发送给其他用户。在各个实施例中，Web绘图系统允许用户将来自多个设备的数据混合到单个图形上，并且还可以在单个图形上混合不同的测量类型(例如RMS电压和阈值(THD))。使用多个坐标图、左右y轴及堆叠轴技术来有效地显示大数据集。图形上可点击的链接允许用户提取趋势图上的触发事件数据(例如RMS电压带状图可以具有以下链接，当该链接被点击时，生成同时的触发波形捕获图形)。

尽管PQ设备101可以发送来自每个谐波的各个幅值和相位信息，但是基于云的服务器系统107也可以根据波形捕获来直接执行波谱分析，能够作为Web页面上的谐波柱状图用于用户。交互式谐波图允许用户选择波形中的是时间段来进行分析。可以使用类似的方法来呈现交互式向量图。此外，波形数据可以用来计算逐样本滑动的RMS捕获图形。如果提供了这样的数据，则可以将趋势/带状图缩放到自动切换到基于样本的RMS视图或原始波形的水平。

如上所述，在各个实施例中，Web界面允许用户添加或移除所上传的数据文件，或者与其他用户共享所上传的数据文件。可以将图形或报告转换成链接，该链接允许第二用户生成相同的图形(例如，可以通过电子邮件将链接发送给另一用户，当该链接被点击时就启动Web站点并生成图形)。如果第二用户没有现有账户，则可以可选地创建一个新的临时账户，或者该链接可以要求特定组中的现有账户或会员。与同一账户相关联的其他用户可以将先前用户已经上传的文件下载回PC，并且在指定的时间段从PQ设备直接发送给基于云的服务器系统的数据可以导出为适合于加载到单机软件(例如ProVision、Excel等等)中的文件格式。在一些实施例中，可以将带有公共记录段ID的所有数据包进行组合以生成与从本地PQ设备下载中生成的记录文件等同的记录文件。

可以使用几种方法来针对云服务收费。在一个实施例中，针对费用减免提供了固定的时间段(例如持续滚动两周)，并且针对永久性存储单独收费。在另一方法中，年费可以与数据存储相关联。可替换地，免费提供实时数据访问和电子邮件报警，但是会针对长期数据存储收费。单独的费用可以用于PQ设备存储而不用于从其它软件的文件上传。

图5描绘了用于对远程测量设备进行操作的示例步骤。在框601中，可以从电力线接收线电压。例如，电力线103可以被连接到PQ设备101的电压输入端102。

在框602中，可以减小线电压的电压。例如，PQ设备101可以具有电压减小器301如连接至电压输入端102的变压器或脉冲耐受型分压电阻器。线电压可以流过电压减小器301并且止于降低了的电压。

在框603中，线电压会经受信号调整。在电压减小后，可以通过信号调整电路302以任何合适的方式来调整线电压。例如，可以将线电压通过低通滤波器。

在框604中，线电压可以转换成数字样本。例如，PQ设备101可以具有连接到信号调整电路302的A/D转换器303。在已经减小并调节了线电压的电压后，线电压可以通过A/D转换器303进行数字化并且作为带有数字样本的数字信号输出。

在框605中，可以基于线电压的数字样本来计算线电压的RMS电压。例如，在A/D转换器303将线电压转换成数字样本后，可以将数字样本馈送入微处理器304。微处理器304可以基于数字样本使用任何合适的算法来计算RMS电压。微处理器304还可以例如从外部传感器305接收其它数据，该数据可以用来计算RMS电压、或者可以和RMS电压数据打包在一起以发送给基于云的服务器系统107。适当地，微处理器304还可以生成报警或事件消息，并与RMS电压及其它数据一起发送。

在框606中，可以向服务器系统传送RMS电压及其它数据。例如，微处理器304可以向无线通信设备104发送RMS电压及其它数据。无线通信设备104可以使用无线信号105来与网络106通信。可以通过网络106将RMS电压及其它数据路由到基于云的服务器系统107，其中，可以由例如监听处理402来接收数据。RMS电压和其他数据可以被压缩，并且可以使用低数据率遥测方案来发送。例如，可以使用微分和算术压缩技术以最高至30:1的压缩率来压缩RMS电压及其它数据。压缩算法和数据块大小是可调的，以使得能够进行系统微调来将数据传输保持得尽可能地小。

尽管图5的示例性步骤具体描述了对RMS电压的计算，但应该理解，可以以类似的方式来计算和发送其他PQ测量值，例如RMS电流、闪变、谐波、波形捕获等等。

图6描绘了从基于云的服务器系统上的PQ设备接收数据的示例性步骤。在框701中，可以接收来自PQ设备的数据。例如，可以通过网络106将从PQ设备101发送的包括RMS电压及其它数据的数据路由到基于云的服务器系统107。监听处理402可以接收数据。

在框702中，可以针对警报和事件消息来检查数据。例如，监听处理402可以向报警处理404发送数据，并且报警处理404可以确定该数据是否包括任何报警或事件消息。

在框703中，如果在数据中检测到报警或事件消息，则流程行进至框704，否则流程行进至框705。

在框704中，可以发出警报。例如，如果报警处理404确定数据包括警报或事件消息，则报警处理404可以触发可以发送警报的电子邮件和SMS报警处理。可以通过电子邮件、SMS、或使用任何其它合适的通信方式来发送警报。电子邮件和SMS报警处理405可以基于在数据中发现的警报或事件消息来检查数据库401，以确定要发送哪种消息。

在框705中，可以对数据进行预处理。如上所述，例如，监听处理402可以向数据集预处理器403发送数据，其中，可以对数据进行抽取和分块。也可以执行任何其它的预处理，例如使RMS电压数据与包括例如来自外部传感器305的数据的其他数据相关联。

在框706中，可以将数据插入数据库。例如，在数据集预处理器403对数据进行了预处理后，可以将所处理的数据插入数据库401中以供长期存储及检索。

图7描绘了用于对基于云的服务器系统上的Web服务器进行操作的示例性步骤。在框801中，基于云的服务器系统上的Web服务器可以接收来自计算设备的请求。例如，使用计算设备108的用户可以使用Web浏览器501来导航到Web页面502，这可以显示地图503以及PQ设备101上的数据。Web页面502的来自计算设备108的请求以及显示在Web页面502上的数据可以通过网络106发送至基于云的服务器系统107，其中，Web服务器406可以接收该请求。

在框802中，响应于对数据的请求可以从数据库中检索数据。例如，Web服务器406可以调用数据集处理408，数据集处理408可以从数据库401中检索所请求的数据。

在框803中，可以对数据进行处理。例如，数据集处理408可以例如通过抽取尚未被抽取过的数据并将该数据转换成适于在Web页面502上显示的报告或图形来处理该数据。Web服务器407还可以处理该数据，例如，在地图503上将该数据与适当的PQ设备101的标记505相关联。

在框804中，可以在Web页面上显示数据。例如，可以在Web浏览器503的Web页面502上显示数据，以使用户可以查看并与计算设备108上的数据进行交互。显示该数据可以包括显示地图502、显示信息工具栏504、在弹出窗口中显示数据或者以图形或报告的形式显示数据。

由于基于云的服务器系统具有来自多个PQ设备的数据，所以各个实施例使得能够进行以其他方式难以或不可能进行的数据分析技术。例如，能够通过分配系统使用来自多个PQ设备的聚合数据来计算总需求失真。作为另一示例，可以通过访问来自整个电路的统一的数据来验证系统模型。可以使用不同位置处的PQ设备的相关性来发现趋势或问题。在分布式发电系统中，能够使用基于地图的显示来近实时地示出每个位置处的本地发电量，并且基于地图的显示可以用日照或云层来覆盖以标识即将发生的变化或趋势。

正如本申请中所使用的，“计算机”或“计算机系统”可以是例如且不限于，单独或组合使用的个人计算机(PC)、基于服务器的计算机、主机、服务器、微型计算机、迷你计算机、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、寻呼机、处理器，包括它们的无线和/或有线变型和/或任何能够被配置成用于接收、存储和/或处理用于单机应用程序的数据和/或联网介质或媒介上的数据的其它计算机化设备。可采用的通信介质的示例包括但不限于无线数据网络、有线网络、和/或各种各样的联网介质。

本文所描述的计算机和计算机系统可以包括操作上相关联的计算机可读介质，例如存储用于获取、处理、存储和/或传达数据的软件应用程序的存储器。可以理解，这样的存储器可以是相对于其操作上相关联的计算机或计算机系统而言为内部的、外部的、远程的或本地的。存储器还可以包括用于存储软件或其它指令的任何装置，上述其它指令包括但不限于硬盘、光盘、软盘、DVD、光碟、记忆棒、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EEPROM(扩展可擦除PROM)、和/或其他类似的计算机可读介质。

通常，计算机可读介质可以包括任何能够作为电子信号的载体的介质，上述电子信号表示根据本发明的实施例而存储、传达或处理的数据。适用时，本申请所描述的方法步骤可以被实现或执行为存储在计算机可读介质上的指令。

尽管本申请示出和描述了特定的实施例，但应该理解，在不脱离要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以进行各种其它变化和修改。此外，虽然本申请描述了要求保护的主题的各个方面，但这些方面无需组合起来使用。因此所附权利要求覆盖了位于要求保护的主题的范围内的全部这样的变化和修改。