用于检测电网的相电压中的下降的方法与流程

本发明涉及对电网进行管理，并且更具体而言，涉及检测电网中相电压下降的方法的领域。

发明背景

许多原因可能导致将电能分配到电气设施的电网中的电压下降。

在这些原因之中，可能会提到因电气设施所致的过度电力消耗。还可能提到由于维护操作、任何类型的故障或不利的天气条件而导致的电力生产单位(诸如水力发电站或核电站)的停工。

电网的电压不一定在整个电网上均匀地下降。一般而言，距离那些仍在运行中的生产单位最远的电气设施是受影响最大的设施。

电压下降在以下两者中都可能产生相当大的后果：电气设施中(电气设施的降级运行、故障)以及还有在电网本身中(由于级联的多个电力生产单位停止而导致的电压崩溃)。

可以通过测量由电网递送到电气设施的电能的电表来检测电网的电压中的下降。

尽管如此，确保由电表检测到的电压下降不是源于电表本身仍是合适的。具体而言，电表本身有可能引起局部压降。在与电表相关联的可导致局部压降的原因之中，有一个原因是电表中的切断构件的“变黑”。某些电表包括使得能够远程地采取动作来将电气设施和电网连接在一起或将电气设施和电网断开的切断构件。切断构件的触头可能遭受到电弧，这些电弧会在切断构件的触头上产生积碳。这种现象被称为“变黑”。变黑趋向于在切断构件被闭合时增加切断构件的电阻。典型地，切断构件在电阻中呈现出具有以毫欧(mω)表示的数量级的增加。然而，由切断构件运送的电流可能非常大，并且通常可以达到140安培(a)的值。因而，切断构件的电阻中的增加可导致跨电表的电压相当大地下降。

发明目的

本发明的目的是使电表能够检测电网的相电压中的下降，同时确保该下降不是源自电表本身。

技术实现要素：

为了达成该目的，提供了一种用于检测存在于电网的相线上的相电压的下降的检测方法，该检测方法由连接至电网并且包括被插入到连接至相线的相导体中的切断构件的电表来执行，该检测方法包括以下步骤：

-在切断构件的上游且以规则的区间测量由相导体运送的相电压和相电流；

-当相电压变得小于预定电压阈值时，打开切断构件；

-在打开切断构件之后，如果相电压返回到根据相电流定义的正常电压值，则检测到电表的故障，生成警报消息以通知电表的故障，并保持切断构件打开；

-在打开切断构件之后，如果相电压仍然小于预定电压阈值，则检测到相电压的下降，生成通知相电压的下降的警报消息，并重新闭合切断构件。

该检测方法因而不仅使得检测相电压的下降成为可能，而且还确保所检测到的相电压的下降的确来自电网，而不是来自电表本身的故障。

还提供了一种电表，该电表包括切断构件、电压传感器、电流传感器、存储器，以及被布置成执行如上面描述的检测方法的处理器组件。

还提供了一种计算机程序，该计算机程序包括用于使电表能够执行上面描述的检测方法的指令。

还提供了一种存储装置，其特征在于它们储存计算机程序，该计算机程序包括用于使电表能够执行上面描述的检测方法的指令。

在阅读了下面的对本发明的特定、非限制性实施例的描述之后，本发明的其他特征及优点将变得显而易见。

附图说明

参考附图，在附图中：

-图1示出了执行在本发明的第一实现中的检测方法的单相电表；

-图2是绘制参考点、参考区间上界曲线、参考区间下界曲线和新点的曲线图；

-图3示出了执行在本发明的第二实现中的检测方法的三相电表。

发明的详细描述

参考图1，在该示例中，在单相电表1中执行本发明的第一实现中的检测电网的相电压中的下降的方法。

电网2是单相电网，其包括相线3和中性线4。

电表1用于测量由电网2供应到电气设施5的电能的消耗。

电表1具有上游相端子6a、下游相端子6b、上游中性端子7a和下游中性端子7b。

上游相端子6a被连接到电网2的相线3。下游相端子6b被连接到电气设施5的相线8。上游中性端子7a被连接到电网2的中性线4。下游中性端子7b被连接到电气设施5的中性线9。

断路器11被定位在电网2旁边，以便能够在必要时将电气设施5从电网2隔离。

电表1还包括被连接在电表1的相导体13中的切断构件12。当电表1被连接到电网2时，相导体13被连接到电网2的相线3。切断构件12被连接在上游相端子6a与下游相端子6b之间。

切断构件12使得能够远程地采取动作来将电气设施5连接至电网2，或者将其从电网2断开。

电表1还包括相电压传感器15和相电流传感器16。

相电压传感器15由两个电阻器象征性地表示，但是实际上它可能会更复杂。

在该示例中，相电流传感器16是分流器。

相电压传感器15和相电流传感器16坐落于切断构件12的上游，即，相对于切断构件12在电网2的一侧。

相电压传感器15测量相电压vp，其等于相线3和电网2的中性线4的电势之间的电势差。在该示例中，相电压vp是频率等于50赫兹(hz)且均方根(rms)电压等于230伏(v)的交流电压。

相电流传感器16测量由相导体13运送的相电流ip。

相电压vp和相电流ip为电气设施5供电。

电表1还具有被一起编组在度量功能块20和应用功能块21中的多个电气组件。度量功能块20和应用功能块21是分开且独立的，以使得这些块之一的故障不会导致另一个块的故障。

度量功能块20获取相电压vp的测量和相电流ip的测量，并且其将这些测量传送到应用功能块21。

应用功能块21包括处理器装置22和存储器23。

处理器装置22包括处理器组件24(例如，处理器、微控制器或现场可编程门阵列(fpga))，其被适配成执行用于执行检测方法的程序的指令。处理器组件24执行其他功能，并且特别地，其被适配成管理电表1的操作，控制切断构件12，以及处理由相电压传感器15和相电流传感器16采取的测量。

存储器23是适于储存处理器组件24对其具有访问权的数据的非易失性存储器。

该检测方法开始于在切断构件12上游以规则的区间测量相电压vp和相电流ip。

该测量由相电压传感器15和相电流传感器16采取，并且它们接着由度量功能块20获取，并由应用功能块21进行处理。

相电压vp和相电流ip的测量在积分历时内被积分。在该示例中，积分历时等于1分钟，但是其可以不同且其不必是恒定的。

积分使得可以获得相电压vp和相电流ip的稳定值，而不受电气设施5所消耗的相电流ip的两个电平之间的瞬变的影响。

规则区间的历时对应于被用于测量电气设施5所消耗的电能的正常和常规采样。同样，相电压vp和相电流ip的测量也被整合在测量电能的上下文中。因此，执行检测方法除了电表1的正常操作所必需的测量之外不需要采取任何测量。

此后，当相电压vp(在该示例中更精确地是相电压vp的均方根值)变得小于预定电压阈值时，检测方法包括打开切断构件12。

在该示例中，预定电压阈值等于160v。

一旦切断构件12已打开，如果相电压vp返回到正常电压值，则处理器组件24检测到电表1的故障。处理器组件24接着生成给信息系统(is)的警报消息，以便向其通知电表1的故障。处理器组件24保持切断构件12打开。

警报消息由电力线载波或任何其他(有线或无线)类型的通信装置来传送。当电力线载波通信被选择时，使用设备语言报文规范/能量计量配套规范(dlms/cosem)应用层是有利的。

作为示例，警报消息如下：

与对应警报相关联的编码为：c20000010000616200ff020600000001。

应当观察到，电力线载波通信由电网2所供电的通信组件从坐落于切断构件12上游的点进行管理，并且电力线电流从坐落于切断构件12上游的点被注入到电网2中。因而，即使当切断构件12打开时，也可以通过电力线载波电流来传送警报消息。

还应当观察到，检测电表1的故障使得可以按预防的方式应对故障的潜在后果。具体而言，如果故障是切断构件12的变黑，则该故障可能导致在电表1中或者实际上在电气设施5中的着火。

一旦切断构件12已打开，如果相电压vp保持在预定电压阈值以下，则处理器组件24检测到相电压vp中的下降。

处理器组件24接着生成警报消息以通知相电压vp已经下降，并且其重新闭合切断构件12。

上面提到的正常电压值因变于相电流ip来被定义。

参考图2，正常电压值位于关于参考电压vref的参考区间int_ref内。参考电压vref取决于相电流ip。

因而，在由横坐标轴和纵坐标轴限定的平面中定义了多个参考点pref。每个参考点pref的横坐标是参考电流值iref，并且其纵坐标是参考电压值vref。

对于每个参考电压vref，参考区间具有由等于参考电压的值vref加上15％的最大电压vm构成的上界，以及由等于参考电压的值vref减去15％的最小电压vm构成的下界。

曲线cm因而表示因变于相电流ip的最大电压vm，而曲线cm则表示因变于相电流ip的最小电压vm。

因而，对于与参考电流iref相等的相电流ip的值，如果相电压vp处于由[vref-15％；vref+15％]定义的参考区间int_ref内，则处理器组件24确定相电压vp已返回到正常电压值。

参考点pref被储存在存储于应用功能块21的存储器23中的主表中。在该示例中，主表具有针对相电流ip的粒度为1a的各条目。

因而，在打开切断构件12之后，并且为了确定相电压是否已经返回到正常电压值，处理器组件24访问主表，在主表中标识与所测量的相电流ip相对应的参考电流iref的值，并利用在主表中与所述参考电流值iref相关联的参考电压vref。

该检测方法还包括根据相电流ip自动训练参考电压vref的阶段。自动训练阶段的目的是要确保主表具有与电表1实际测量的相电压vp和相电流ip相对应的条目。在电表没有故障的情况下并且在相电压vp没有任何下降的情况下，构成主表中的条目的相电压vp和相电流ip在切断构件12被闭合时被测量。

对于在切断构件12被闭合时测量的每个新相电压vp和每个新相电流ip，自动训练阶段首先包括在被储存在存储器23中的副表中输入新点pn，该新点pn由新相电压vp和新相电流ip定义。

此后，当相电流ip取(如已被储存在主表中的)参考点pref的参考电流iref的值时，如果对应的相电压vp在关于所述参考点pref的参考电压vref的值的参考区间int_ref之内，则处理器组件24将新点pn包括在主表中。由新相电压vp和新相电流ip定义的新点pn接着变成参考点pref。

在安装电表1之后不立即执行利用副表和“新点”的概念的自动训练阶段。在预定历时的预备阶段期间(在该示例中该预定历时等于一个星期)，所有新点pn都被直接地包括在主表中。

应当观察到，在检测方法开始时，即在切断构件12已经打开之后，以及处理器组件24正尝试确定相电压vp是否已经返回到正常电压值并且为此目的正在尝试标识参考电流iref的主表中与所测量的相电流ip相对应的值时，可能出现各种情况。

最简单的情况是当主表确实包含等于相电流ip(给定主表的粒度为1a，则在不超过±1a内)的参考电流iref的值时。

尽管如此，主表可能尚未包含等于相电流ip(在±1a之内)的参考电流iref的值。

如果对参考电流iref而言最接近的值与相电流ip相差小于或等于预定电流差的绝对值，则线性内插被用来估计将要使用的参考电压vref。

相反，如果对参考电流iref而言最接近的值与相电流ip相差大于预定电流差的绝对值，则该检测方法重新闭合切断构件12并使其保持闭合。

在该示例中，预定电流差等于5a。

参考图3，在该示例中，在三相电表101中执行本发明的第二实现中的检测电网的相电压中的下降的方法。

电网102是三相电网，其包括三条相线103和一条中性线104。

电表101用于测量由电网102供应到电气设施105的电能的消耗。

电表1具有三个上游相端子106a、三个下游相端子106b、上游中性端子107a和下游中性端子107b。

电表101进一步包括三个切断构件112，每个切断构件被连接在相线103中相应一条相线的相导体113中。

电表1进一步包括用于每条相线的相应的相电压传感器115(为了使图3更易读，在图3中仅由两个电阻器象征性地表示三个相电压传感器115)，以及用于每条相线的一个相电流传感器116。相电流传感器116是环形的(toruses)。

电表101还具有被一起编组在计量功能块120和应用功能块121中的多个电气组件。

应用功能块121包括处理器装置122和存储器123。

处理器装置112包括处理器组件124。

第二实现中的检测方法包括针对相线103的每一者以独立方式执行上面描述的第一实现的检测方法。

因而，每条相线使用一个主表且每条相线使用一个副表。

因而，可以针对相线103的每一者潜在地检测相下降，并且可以针对相线103的每一者执行自动训练阶段。

自然地，本发明不限于所描述的实施例，而是覆盖落在如由权利要求限定的本发明的范围内的任何变体。

本文提供的所有数值用于解说本发明，并且它们在执行本发明时自然可以是不同的。

单相电表和三相电表的电气架构也可能是不同的。自然地，所使用的组件可能会有所不同。具体而言，可以使用不同的电压传感器和不同的电流传感器。

本发明自然适用于任何多相电表(以及任何多相电网)。