改进的电力子计量系统的制作方法

本发明涉及一种用于住宅、商业和工业应用的电力子计量系统。具体地，本发明适用于需要实时的电能和电力质量数据以及控制的单相电力系统和三相电力系统。

背景技术：

为了管理和控制网络，子计量通常需要对每个低压线路(lowvoltageway，lvw)使用单独的布置。为了容纳大量的低压线路，对于单相应用中的复杂网络，将因此需要大量的布线，并在集中表箱中处理计量数据。在应用于三相网络时，所需的基础设施是相当大的。

此外，集中表箱通常将被配置为具有固定的lvw容量。因此，在避免容量过小的情况下，当消费者购买不使用的额外的lvw容量时，会给消费者造成浪费。

技术实现要素：

在第一方面，本发明提供一种用于测量和传送电能质量数据的电力子计量系统，所述系统包括：多个计量节点单元，每个计量节点单元包括计量节点；电联接到多个计量节点中的每一个的至少一个低压线路；其中，多个计量节点单元从主计量节点单元开始以线性串联的方式连接在一起。

在第二方面，本发明提供一种用于测量和传送电能质量数据的电力子计量系统，所述系统包括：多个计量节点单元；每个计量节点单元包括连接有多个集成模块的计量节点；每个集成模块具有与其联接的电流测量装置的阵列；其中，多个计量节点单元以线性串联的方式连接在一起。

本发明旨在提供一种具有成本效益、可扩展、低功耗、小型化电能质量(powerquality，pq)计量前端系统。虽然本发明可以适用于单相应用，但是其也可以适用于电网边缘的三相低压(lowvoltage，lv)网络，例如配电盘(lvb)或地上表箱(overgroundbox，ogb)支柱(pillar)，它们通常利用多条馈线共享相同的母线电压。

本发明可以适用于低碳技术，例如电动车辆、热泵、光伏和储能系统、或者微型chp。

总体来说，从主计量节点单元开始，通过将多个计量节点单元以菊花链的形式连接在一起，本发明的系统减少了所需的布线量，并且在低压配电盘中占用的空间更小。因此，可以缩短用于执行维护工作所需的时间。

此外，本发明的系统可以使得每个低压配电盘或表箱能够共享一组计量系统电源和同步时钟源、数据集中和输出通信(take-outcommunication)。

此外，该系统可以允许用户通过将一个或更多个额外的计量节点单元以菊花链的形式连接在一起来添加额外的低压线路。这最终允许用户根据他们的设计要求来定制所需的计量节点单元和低压线路的数量。

将理解，通过使用术语“低压线路”，可以表示一组馈线或电源导线。例如，在单相系统中，低压线路具有一根导线，而在三相系统中，它具有四根导线。

在一个实施方案中，诸如电压和电流数字化、功率参数计算和信号处理的子计量处理可以发生在电流感测信号源的附近。因此，子计量处理可以在0.5m内以分布式形式发生。

在另一实施方案中，可以设置智能数据集中器网关，其布置为以差分信号形式向多个计量节点馈送降低的电压信号。这种布置可以确保智能数据集中器网关和具有过零检测的计量节点之间的精确时间同步机制的一种方式。因此，在计量节点处存在实时的降低的电压信号和电流感测模拟信号两者的情况下，实时计量处理可以以同步方式分布在每个电流感测节点处。

此外，本发明还减轻和/或解决由于从远处引入电流感测数据而导致的高信号丢失和/或失真的问题。

此外，该系统可以允许将增强的分布式智能集成到低压配电盘中。具体地，智能数据集中器网关可以预先加载分布式智能应用，以对低压配电盘的状态进行实时分析，例如电能完整性分析。因此，通过与计量节点协同工作，智能数据集中器网关可以准确地监测所有低压线路的性能。例如，智能数据集中器网关可以实时检测、记录和报告任何异常。

此外，这也减少了后端服务器的计算工作量，同时也提高了电网运营商的响应能力。

附图说明

参照说明本发明的可能的布置的附图将便于进一步描述本发明。本发明的其它布置是可能的，因此，附图的特殊性不应被理解为取代本发明的先前描述的一般性。

图1a是根据本发明一个实施方案的用于单相电路的子计量系统的示意图；

图1a是示意图。

图2a是根据本发明另一实施方案的用于三相电路的子计量系统的示意图。

图2b是示意图。

图3a至图3f是示意图，

图4是根据本发明又一实施方案的计量节点单元的示意图。

具体实施方式

图1a示出了根据本发明一个实施方案的用于单相10的lvdb子计量系统示例。系统10连接至前端数据集中单元(headenddataconcentratedunit，hdcu)72，前端数据集中单元72可以从一个或更多个所述系统10接收数据。hdcu或数据集中器网关72通过电力线(nle)连接到墙上插座插头并通过wifi无线传输。在住宅建筑中，数据集中器网关可以安装在封闭的配电箱(distributionbox，db)中，所述配电箱被封闭在防止db箱进行无线通信的金属柜中。电力线通信提供了一种硬线解决方案，以克服受损的wifi信号的限制。

电力子计量系统10包括多个计量节点单元40、60，它们通过65连接以形成所述节点的菊花链。每个计量节点单元40、60、62包括用于从多个电流测量装置55接收数据并将数据传送到计量节点45的计量节点或电能质量节点(powerqualitynode，pqn)45。在这种情况下，电流测量装置是罗氏线圈(rogowskycoil)55，其布置成与单相电路的导线(未示出)接合。将理解，电流测量装置可以是多种已知的电流测量装置中的任何一种，其能够将数据发送到计量节点45。因此，每个计量节点45将接收与多个装置相关联的多个电流通道。

如前所述，单元40、60、62中的每一个接收对应于低压线路(lvw)的数据，所述低压线路可以包括馈线或电源导线(例如用于单相系统的单根导线或用于三相系统的四根导线)。这些单元通过通信总线65而以数据通信的方式布置，形成连接到本地数据集中单元(localdataconcentratedunit，ldcu)15的单元的菊花链。图1b示出了单相的计量节点连接总线的一个实施方案，其中“a”是降压(stepdown)的母线电压模拟信号。

主计量节点单元40直接连接到智能数据集中器网关，所述智能数据集中器网关可以包括本地数据集中单元(ldcu)15，用于接收单独的数据，并且随后用于与外部源25进行通信20。

ldcu15可以进一步连接到gps(未示出)，用于检索时间数据并同步整个系统的时间。为此，ldcu15将把时间数据返回给每个节点，以与从所述节点中的每个节点接收到的数据耦合。

图2a示出了根据本发明的用于三相80的lvdb子计量系统示例，适于与三相电路一起使用。

此处，一系列的计量节点单元85、90、95通过通信100连接为每个单元以菊花链排列。图2b示出了三相的计量节点连接总线的一个实施方案，其中，“a”、“b”、“c”是降压的母线电压模拟信号。与图1a的实施方案一样，每个计量节点单元85、90、95包括连接到多个电流测量装置120a至120d的计量节点110。在该实施方案中，电流测量装置是罗氏线圈，其与三相电路的四根导线115a至115d中的每一导线相接合。罗氏线圈120a至120d以传统方式测量电流，并且数据沿着各自的通道通过计量节点110来传送。然后，主计量节点单元85将累积的数据直接传送到ldcu130。ldcu130随后将数据传送135至外部接收器。

根据本发明的串联连接的子计量系统的另一优点是具有单一电源为系统供电的便利性。此处，终端计量节点110连接至向其余的计量节点单元85、90供电的电源155、160、165。在替代的布置中，ldcu130可以连接到电源，以向系统供电。

本发明的一个实施方案的实现可以包括：

a.位于分布式计量节点信号数字化和处理模块的核心的低端数字信号处理器(dsp)，其以基于iec61000-4-30a类的pq标准支持多达四(4)个电压通道和十二(12)个电流通道；

b.连接用于特定产品或应用的dsp模块的应用适配板(applicationadaptationboard，aab)；

c.在另一实施方案中，罗氏线圈可以通过作为多通道罗氏线圈电流传感器积分器的罗氏线圈集成模块间接连接到计量节点。rim具有作为罗氏线圈传感器的接线盒以及提供可扩展性和即插即用功能的积分器的双重作用；

d.包括计量节点的单元可以是菊花链，主单元位于菊花链的前端，与ldcu直接通信。计量节点单元可以安装在电流信号源附近的馈线终端处。每个计量节点可以具有特定的最大电流传感器扇出数，例如根据图1a的实施方案的6个通道或根据图2a的实施方案的12个通道。图3a至图3f示出了计量节点单元的一系列可能的扇出的实施方案。其中，各种实施方案包括与计量节点180通信的三相连接170和/或单相连接175。各种实施方案包括专用单相布置(图3f)、专用三相布置(图3a至图3c)和混合应用(图3d和图3e)；

e.此外，可以包括小型化外壳中的dsp和aab，以安装在馈线电力电缆终端处。系统可以是可扩展的，通过减少布线数量/总布线长度节省成本，在过度的容量方面减少财务成本和安装成本。例如，一(1)个计量节点可以测量馈线及其紧邻的左或右两(2)条馈线；

f.本地数据集中器单元(ldcu)形式的智能数据集中器网关识别、配置并管理其计量节点链的集群。ldcu可以将整个动态集群虚拟化为单一的“物理”仪表，并且为连接到后端的仪表前端系统提供开放的读取和报告接口。ldcu向所有计量节点提供衰减和隔离的模拟电压信号、功率和时间同步。它向计量节点链供电，并且可选地也向hdcu供电。它将母线相中性电压分为由所有计量节点通过菊花链电缆共享的模拟电压信号，用于pq参数数据采集和处理。以此方式，可以避免需要将每个计量节点直接连接到母线或馈线电压。另一方面，由于电压信号是模拟信号，所以与数字电压信号(数字网络包延迟不确定性)相比具有实时性。

电能质量边缘感测包括：与具有frc的rim集成的多个计量节点单元、ldcu和菊花链电缆(daisychaincable，dcc)。在一个实施方案中，根据本发明的系统可以提供从一(1)条馈线到共享相同母线电压的十二(12)条馈线的可扩展性。总体大小也可以设计为适合ogb和lvb电网边缘资源。ldcu管理边缘pq仪表系统的虚拟化，将pq参数、事件、波形和系统日志记录到本地非易失性存储器中，并且为后端(前端)系统提供统一、开放的接口，就好像它是为电网边缘服务的单个巨型多馈线/多通道pq仪表。

图4示出了计量节点单元190的又一实施方案。在该实施方案中，计量节点单元包括计量节点195，从计量节点195突出(project)多个电流传感器扇出连接200，在这种情况下为四个电流传感器扇出连接。

图4的电流传感器扇出连接与其它实施方案的电流传感器扇出连接的不同之处在于使用了介于罗氏线圈205和计量节点195之间的罗氏集成模块(rim)210。rim210感测来自线圈205的各种输入信号，用于将这些信号传送到计量节点195。因此，rim用于配置布置，特别是配置线圈205在相关应用中的使用，以允许更容易地适应子计量系统。