用于监控电力传输、扰动和预测的方法和设备的制作方法

用于监控电力传输、扰动和预测的方法和设备的制作方法
【专利摘要】公开了一种用于监控电网中的电力传输、扰动和预测的设备(10)及方法。设备(10)包括多个磁场传感器(30)或电压传感器(50)，用于测量电力传输线(20)处磁场(35)或电压随时间的改变。
【专利说明】用于监控电力传输、扰动和预测的方法和设备
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请与12/678, 272号美国专利申请"用于监控电力传输的方法和设备"有关， 该专利申请为2008年9月10日提交的PCT/EP2008/061997号国际专利申请进入国家阶段， 该国际专利申请要求2007年9月17日提交的60/973, 046号美国临时专利申请和2007年 10月2日提交的69/975, 946号美国临时专利申请的优先权。

【技术领域】
[0003] 本发明的领域涉及用于针对电力传输网络监控电力传输、扰动和预测的设备及方 法。

【背景技术】
[0004] 欧盟、美国和其他国家在近几年已经放松了电力公用事业公司的传统垄断。由此 已发展出持续增长的大规模电力供应市场。公用事业公司、独立电力生产商和电力营销商 及经纪人是不稳定的电力供应市场中的一些参与者。众所周知，例如，诸如日期及时刻、天 气、温度和油价的可变因素在给定区域的电价制定中发挥作用。类似地，电力传输线（或电 网）的途径和电价制定在诸如油的燃料及其他商品的存储中发挥作用。
[0005] 此外，电价制定取决于电力供应发电机的操作状态和设施使用以及电力传输网络 (也称电网）的传输容量。电力供应市场的参与者需要访问关于区域中的供电发电和使用 设施以及电力传输线的操作状态的大致实时信息以及历史数据。该信息允许电力交易策略 和对电力系统事件（诸如起因于变压器故障的电网中断）的响应得以发展。
[0006] 对传统电力公用事业公司的垄断地位的放松已导致在电力供应商中对客户的竞 争增加。与潜在客户的电力使用有关的信息将对参与电力供应合同投标的那些供应商起到 帮助作用。确定关于电力随时间的供应和需求的信息而无需直接连接至电力传输线也将是 有利的。
[0007] 另外，需要对电网进行监控，以确保电网日益稳定。
[0008] 与放松传统电力公用事业的垄断地位有关的问题之一是，需要确定电网中的电力 系统扰动。（Gardner等人的，转让与弗吉尼亚理工大学知识产权的）US 7, 519, 454号美国 专利教导了 一种用于探测和定位电力组（power group)内的扰动事件的系统，其包括在电 力组中、在电力组的不同点处进行测量的一系列频率扰动记录器，以及配置为从一系列记 录器接收数据并分析所接收的数据的信息管理系统。频率数据记录器包括低通滤波器，以 消除来自壁式插座的所测量的110V AC信号中的高频成份。US'454的系统进一步包括互 连一系列频率数据记录器和信息管理系统的通信网络。信息管理系统配置为检测由扰动事 件所造成的频率改变的收到的顺序和模式，并基于频率改变的收到的顺序和模式对扰动事 件的位置进行三角测量。US' 454号专利的教导要求对频率的完整周期进行测量以确定频 率的改变，并且还因消除110V AC信号中的高频而丢失了信息。
[0009] 从数份现有技术文件中获悉用于测量电力传输的方法和系统。例如（Staats的， 转让与Genscape有限公司的）US 6, 714, 000号美国专利教导了一种用于在长时间段内远 程监控至或自所监控的设施的净电力和电流的幅度和方向的方法。在Staats的US'000号 专利中所描述的方法包括探测并测量从所监控的电力传输线发出的磁场并探测与从电力 线发出的电力系统频率同步的信号。该方法进一步包括对关于从电力传输线发出的电磁场 的数据的评估、存储以及传输。
[0010] 另一（Genscape Intangible Holding 有限公司的）W02006/112839 号国际专利申 请也教导了一种用于对AC电网中的发电厂和其他组成部分的操作动态进行大致实时监控 的方法和系统。该监控通过使用从电网频率探测和报告装置网络所收集的信息来进行。该 发明允许实时探测及报告某些电网事件，诸如发电厂跳闸（trip)或故障。
[0011] (Genscape Intangible Holding 有限公司的）W02007/030121 号国际专利申请教 导了一种用于监控沿电力传输线的潮流（power flow)的系统，其包括多个置于所选位置的 磁场监控器。磁场监控器具有灵敏轴置于水平或垂直方向的两个磁力计。这类磁场监控器 的详细描述在（Lapinski的）6, 771，058号美国专利中找到。该系统进一步包括中央处理 设施，用于将潮流传输到终端用户。
[0012] (Genscape Intangible Holding有限公司的）EP 1 297 347号欧洲专利公开了一 种用于远程测量并监控电力传输线的设备。该设备包括第一传感器，其对与电力传输线相 关联的磁通量密度的第一分量作出响应，并输出与由流经已设定的电力传输线的电流所生 成的磁通量密度成比例的电压。该设备进一步包括第二传感器，其输出和与电力传输线相 关联的净电势成比例的电压。流经电力传输线的电流和电压的值被传递至中央处理设施， 其将所测量的电势的相位和所测量的磁通量密度的相位组合以确定相对于磁通量密度的 电势的相位，并通过从相对于磁通量密度的电势的面进行确定来确定。流经电力传输线的 电流与传输线的电压相关的相位角也被确定。由此计算电力传输线的功率因数以及流经电 力传输线的电力的幅度和方向。应当注意的是，电压传感器和磁通量传感器大致处于同一 位置，如可从该专利的图1所见的。
[0013] 其他公司也测量沿电力传输线流动的电力。例如，挪威公司powermonitor. 〇rg供应关于德国发电厂的信息。他们的产品在0k〇n〇misk Rapport 04/2006,40-41 的文章 "Slik drives StT0m-Spi〇nasje" 中进行 了描述。另一挪威公司，Energieinfo AS, Stavern,已经提交了题目为 "Fremgangsm&te og apparat for overvakning av produksjon ogOver'h.M'ingav elektrisk kraft" 的挪威专利申请（申请号 NO 2007 2653)〇


【发明内容】

[0014] 本公开教导了 一种用于确定电网上的扰动的方法，其包括在第一磁场传感器处监 控磁场，在第一磁场传感器处确定与磁场相关联的特征的值的第一改变，以及将与磁场相 关联的特征的值的第一改变与第一磁场参考值进行比较，并由此确定扰动的存在。
[0015] 第一磁场参考值可以是例如可更新的值，其取决于电网而被定期更新。与磁场相 关联的特征可以是磁场的预期波形，或者通过使用数学变换进行计算，所述数学变换诸如 傅立叶或拉普拉斯变换。
[0016] 确定与磁场相关联的特征的值的改变使能快速评估电力传输网络中的扰动。该确 定是快速的，因为无需确定磁场的频率在数个周期上的改变，并且较高的频率不被滤波去 除。
[0017] 在发明的一方面，对磁场进行数字米样以在已知时间产生表不磁场的值的一系 列数字值。数字值的数目越多，则可以越快地确定磁场的值的改变。
[0018] 在本发明的进一步方面，可以分析磁场的预期波形的改变的形状，以探寻指示电 力传输网络中的过谐波（over-harmonics)的非预期波形信号形状。非预期信号改变可 以包括但不限于：表示磁场的曲线的梯度（一阶或二阶导数）。表示几毫秒的曲线的快拍 (snapshot)可足以允许识别这类非预期信号改变。
[0019] 在本发明的进一步方面，在多个磁场传感器中的第二磁场传感器处确定与磁场相 关联的特征的值的第二改变。可以使用针对时间的磁场的第一改变和磁场的第二改变二者 以计算电力传输网络上的扰动的位置。
[0020] 该方法可以进一步用于预测对电力、商品成本或电力燃料值的至少一个需求。
[0021] 在本公开的进一步方面，用于确定电力传输网络上的扰动的方法包括在一个或多 个电压传感器处监控电压。确定与电压相关联的特征的值的改变，并且与电压相关联的特 征的值的改变与第一电压参考值的比较使能确定扰动的存在。
[0022] 第一电压参考值可以是可更新的值之一。与电压相关联的特征可以是电压信号的 预期波形，或通过使用数学变换进行计算，所述数学变换诸如傅立叶或拉普拉斯变换。
[0023] 确定与电压相关联的特征的值的改变使能快速评估电力传输网络中的扰动。该确 定是快速的，由于无需确定电压的频率在数个周期上的改变，并且较高的频率不被滤波去 除。在某些状况下，如上所述，该确定可以通过使用快拍在小于一个周期内完成。
[0024] 本公开还教导了一种用于确定电力传输网络上的扰动的设备，其包括一条或多条 数据线以及处理器，所述一条或多条数据线用于接收与多个磁场或电压中的至少一个相关 联的特征的、在至少一个位置处的数据，所述处理器用于分析所接收的数据并且确定与磁 场或电压相关联的特征的值的改变，并且由此通过与参考值进行比较来确定电力传输网络 上的扰动。
[0025] 在本发明的一个方面，建立字段描述数据库。字段描述数据库包括接近实时的电 力网络数据，包括潮流、电力生产的值和参数以及关于电网的状态的更通用的信息。字段描 述数据库还将存储用于历史目的的电力网络数据。
[0026] 在本发明的进一步方面，可以建立统计和概率数据库，其用于确定电力传输网络 的配置和操作的状态的概率。统计和概率数据库使用字段描述数据库中的数据以及历史数 据来描述发电和电力传输系统的状况，并且还预测电力传输网络的未来行为。例如，预测可 以包括需求、发电厂燃料值或商品成本。
[0027] 简单地通过示出实施例及实现方案，本发明的其他方面、特征以及优点从下面的 详细描述中是显而易见的。本发明能够具有其他的和不同的实施例，并且可以在各显而易 见的方面修改其数个细节，上述均不脱离本发明的精神和范围。相应地，附图和描述应被视 为本质上为示例性而非限制性的。发明的附加目标和优点将部分地在以下描述中进行阐 述，并且部分地从描述当中显而易见，或者可以通过实践本发明而习得。

【专利附图】

【附图说明】
[0028] 为了更完整地了解本发明及其优点，现参考以下描述及附图，在附图中：
[0029] 图1示出了系统的概况；
[0030] 图2更详细地示出了系统中的过程和数据流的概况；
[0031] 图3示出了磁场传感器
[0032] 图4示出了电压相位传感器
[0033] 图5示出了来自电压传感器的触发信号
[0034] 图6示出了确定潮流方向的示例
[0035] 图7示出了从瑞典到挪威的潮流
[0036] 图8示出了对潮流的方向的确定。
[0037] 图9A和9B示出了起因于电网中的扰动的相位变化。
[0038] 图10示出了电站周围的电力线

【具体实施方式】
[0039] 为了完整地了解本发明及其优点，现结合附图参考以下详细描述。
[0040] 应当理解的是，当考虑到权利要求书和以下详细描述时，本文所讨论的本发明的 各方面仅说明制造并使用本发明的特定方式，而不因此限制发明的范围。将进一步理解的 是，来自本发明一个实施例的特征可与来自本发明其他实施例的特征加以组合。
[0041] 所援引的文件的教导应通过引用合并到描述中。
[0042] 图1示出了在电网中使用本公开的教导的示例。图1示出了用于测量电力传输线 20中的电力的系统10。系统10为高压电力传输网络（也称为"电网"）的一部分，如后文 将解释的。电网为电力网络的一部分，所述电力网络还包括低压部分。电力传输线20在图 1中示出为系在塔架25之间的单条线。将理解的是，电力传输线20将通常由系在无数的塔 架25之间的多条线组成。多条线中的每一条将运载分开的电流并具有多条线周围的磁场 35。还将理解的是，电力传输线20可以铺设于地面上或埋入地下。
[0043] 一个或多个磁场传感器30安装在距电力传输线20 -段距离处。磁场传感器30 测量由电力传输线20所产生的磁场35。可以在通常相互正交的X方向和Y方向上测量磁 场35。有利地，一个或多个磁场传感器30被布置于塔架25的底座26的附近。这是因为电 力传输线20会在任何两个塔架25之间松弛。电力传输线20的松弛将在炎热天气下增加， 并且另外电力传输线30可能在风暴中由于风力而晃动。电力传输线30的晃动和/或松弛 将影响磁场35。然而，如果磁场传感器30被布置于塔架25的底座26的附近一电力传输 线20被固定的点一则电力传输线20的松弛和/或晃动将被大致消除。电力传输线20的 晃动和/或松弛在 申请人:的未决专利申请中有所描述。
[0044] 磁场传感器30典型地被置于距电力传输线为25m和400m之间。使用例如全球定 位系统（GPS)来测量磁场传感器30的准确坐标，因为需要关于准确坐标的信息以识别被测 量的电力传输线20,计算正在电力传输线20上传输的电力，以及记录电网中的扰动，如后 文将解释的那样。然而，将理解的是，可以使用其他手段来确定磁场传感器30的准确坐标， 诸如欧洲伽利略系统或三角测量。由GPS系统所供应的信号还可以用于获得高度精确的时 间信号，如后文将解释的那样。还可以从移动通信网络获得高度精确的时间信号。
[0045] 将进一步注意的是，图1仅示出了布置于电力传输线20的两个塔架25的底座26 处的两个磁场传感器30。将注意的是，每个塔架25或电力传输线20不需要具有多个磁场 传感器30。通常，对于一个单条电力传输线20将存在一个磁场传感器30,并且如果附近 有η条电力传输线25则存在η个或少于η个的磁场传感器30。本公开的上下文中的术语 "附近"典型地意为小于lkm，且通常仅为几十米。例如，如果存在相距30m的两条电力传输 线20 (或在同一塔架25处的两条电力传输线20)，则使用单个磁场传感器30 (其测量在X 方向和Y方向上的磁场以及相位/时间二者）是可能的。该举措的原因是，时间被使用GPS 系统非常精确地测量，磁场信号的峰值也被精确地测量。通过检查由（在同一测量单元内 部的）磁场传感器30进行的X方向和Y方向上的测量之间的相位差，如果同时已知电力传 输线20的几何结构和具有磁场传感器30的测量单元的放置，则求解用于在两条电力传输 线20中流动的电流的方向和幅度的方程是可能的。该测量实时（在测量单元内部）进行， 或需要对X方向和Y方向二者的磁场测量非常精确地进行时间标记，并随后进行运算。为 了校准系统10,在一段时间中在同一电力传输线20处使用具有多个磁场传感器30的若干 测量单元是可能的。
[0046] 图1还示出了通过第一数据线33连接到多个磁场传感器30的处理器40。第一数 据线33大致实时地传送磁场数据37,其表示由磁场传感器30所测量的磁场35的值。电压 传感器50也通过第二数据线53连接到处理器40。第二数据线53大致实时地传送电压相 位数据55至处理器40。在本公开的该方面中，电压传感器50被置于电力传输网络的低压 部分。电力传输网络的低压部分通过变压器和其他线路（由参考标号45表示）连接到高 压电网。在本发明的一方面，低压部分为230V(或美国的110V)的家用或工业供电。
[0047] 将注意的是，处理器40不需要位于多个磁场传感器30附近。类似地，处理器40 不需要位于电压传感器50附近。电压传感器50需要连接到与电力传输线20相同的AC网 络。也就是说，电压传感器50和电力传输线20之间可以不存在DC连接。欧洲已经达到该 要求，例如中欧（即德国、丹麦、荷兰、比利时、法国）的电网和斯堪的纳维亚（瑞典、挪威） 的电网。
[0048] 图1还示出了时钟38。时钟38是高度精确的，并且用于向磁场传感器30和处理 器40处的本地时钟发送时间信号。时钟38可以是GPS系统的一部分。已知，例如，轨道中 的GPS卫星传输精确的时间信号。时钟38还可以是地面原子钟。
[0049] 应当进一步注意的是，处理器40不需要位于任何特定的国家，因为处理器40可以 远程取得磁场数据37和/或电压波形数据55。将注意的是，处理器40、磁场传感器30和 电压传感器50在不同国家是可能的。
[0050] 变换相位计算器60连接到处理器40。典型地，变换相位计算器60将实现为在处 理器40上运行的软件模块，但变换相位计算器60也可以在硬件（诸如ASIC芯片）中实现 或在第二处理器（未示出）上运行。在本发明的一个方面，变换相位计算器60和由变换相 位计算器60所使用的例程和算法具有对实现为数据库的查找表65的访问权。本发明的该 方面将在后文关联图2进行更详细的解释。
[0051] 图1所示出的系统10可以使用磁场数据37来确定在电力传输线20中流动的电 流的方向，如U-I相位角（后文所要解释的）和其他电网参数。其他电网参数包括但不限 于电网的配置、电容性负载和HVDC负载。
[0052] 系统10能够监控并评估电力传输线20中的频率。频率不仅包括标称频率（欧洲 50Hz ;美国60Hz)，如有需要时，还包括更高和更低的频率。
[0053] 将认识到的是，第一数据线33和第二数据线53并不必须是物理电缆或其他固定 线。第一数据线33和第二数据线53还可以由GSM移动通信网络上的通用分组无线业务 (GPRS)构建。可替代的，第一数据线33和第二数据线53可以在移动通信网络LTE移动通 信网络、RF、卫星等上实现。使用移动通信网络要求大量功耗用于建立上行数据信道和/或 下行数据信道，这是因为与磁场数据37和电压波形数据55相关的短时间间隔的数据将需 要跨移动通信网络建立并传送。在本发明的一个方面，磁场数据37和/或电压波形数据55 不被实时地发送给处理器40。相反，磁场数据37和/或电压波形数据55被临时存储，并跨 移动通信网络以爆发式数据包加以传输。该过程增加每项数据传送之间的时间，并因此减 小建立连接的速率。固定线通信网络的使用减小功耗。
[0054] 本发明的设备10允许确定电网的配置、电网的状况以及识别电网中的电力系统 扰动。因此，设备10将提供关于有关电力生产和电网的情况的信息，并且还可以将该信息 与预期状况进行比较。电网的确定可能对不具有对与电网的结构相关的信息的访问权（其 被电网的运营商所持有）的独立电力提供商是有用的。
[0055] 电网中的扰动由连接到或存在于电网中的装置、电网本身或电网周边的环境影 响所造成。连接到或存在于电网中的装置包括但不限于，发电厂、电压变压器、如电容器 组的相位调整装置、开关（switch)、HVDC变压器、如商品工厂的用户、泵发电厂（pumping power plant)等等。可以扰动电网的环境影响包括但不限于，环境中的电噪声，诸如太阳风 暴，天气，燃料获取/贮存（油、天然气、水等等）的改变。环境影响还包括起因于环境中的 可能物理损坏电网中的电力线和塔架的物质的影响。这类物质为，例如，树木或建筑。
[0056] 电网中的扰动将影响电网的优选的和正常的运行状况。AC(交流）电网的优选的 和正常的运行状况是给定的电压-电流相位关系和给定的交变信号的波形。交变信号的正 常波形为具有标称频率（欧洲50Hz和美国60Hz)的正弦波。
[0057] 要通过本发明的教导进行测量的扰动的示例为：
[0058] -交变信号的波形的斜率的改变。如果将超过电网的容量的负载应用于电网，则电 网将不能如优选方案那样迅速地升高（或降低）在电网中所运载的电力的电压及电流。通 过测量波形的斜率并将所测量的斜率与预期斜率相比较，将能够确定电网中的不稳定性。
[0059] -作为波形与完美的正弦曲线的偏差。作为示例，如果电网中的变压器开始进入饱 和状态，则波形将变形。
[0060] -交变信号的电压-电流相位的改变。
[0061] -过谐波和低于交流的标称频率的频率。
[0062] 当在给定时间在单点测量下与参考值相比较时扰动可见，如每次具有给定梯度的 两个单一测量，如一系列表示形状的单一测量，如数个单一测量至新域（例如至傅立叶、拉 普拉斯和/或频域）的变换。
[0063] 当扰动被定位时，通过一种或数种下列方法可以找出该扰动的来源：
[0064]-将所定位的扰动和一组已知的扰动示例相比较。例如，可以核查以查看所定位的 扰动是否与给定的变压器相关联，或该扰动是否已知与给定的电网负载模式相关联，等等。 [0065]-比较电网内的不同位置处的扰动。例如如果扰动在电网内的另一位置处被平滑 化，则可以假定扰动的位置是在扰动最强处的方向。
[0066] -测量在电网上的不同位置处测量扰动的时间差。与扰动的位置的距离通过将时 间与传递函数相乘给出。
[0067] 当找出或定位到扰动时，可以评估电网的当前状态并预测未来状态的概率。该评 估及预测可以通过分析计算和电网仿真完成，和/或通过利用一系列已知的或预定义的电 网状态完成。
[0068] 场景的示例可以是：现在，知晓电网的历史状态，知晓在当前时间电网的当前状 态；而后测量扰动。因为电网的历史和当前状态已知，一旦探测到扰动，计算某区域中的断 电的概率是可能的。
[0069] 进一步的示例将如下。从公开信息已知，由于维护，发电厂生产的备用容量是有限 的。另外已知，"南部"发电厂具有的最大电力生产被限制为以容量的105%运行30min，并 且此后需要以容量的60%运行至少3个小时。历史数据教导了，以X%的概率，下面几个小 时的电力消耗将处于某一水平。已经测量到电网上的消耗正如从历史数据中所预期的那 样，并且已经测量到"南部"发电厂已经以105%生产了 29分钟。突然测量到来自被称为 "北部"的另一个发电厂的变压器中的信号指示饱和。使用该信息，可以估计并预测该区域 中的短期和长期这二者内的低电力生产。例如，由于两座发电厂"南部"和"北部"都具有 共同的问题，所以可以预测在某区域中的停电概率为X%并且将持续3小时。计算区域中的 电力成本将由于起因于"北部"发电站的问题的电力的长期缺少而增加的概率也是可能的。
[0070] 进一步的示例将如下。测量未预期的电力生产模式。通过对比历史电价、现行实 时电价和预测电价，可以找出现行发电厂燃料成本和/或发电厂自身对未来燃料成本和燃 料值的预测。
[0071] 处理器40可以使用从磁场传感器30和电压传感器50所得到的信息来仿真电力 生产商、电网运营商和用户的活动。这提供可允许采取合适的活动以将对电力的需求与电 力的可用性相匹配的信息。例如，如果意大利缺少电力，则可以人工召集西班牙的发电站来 补充电网上的电力容量。系统10可以使用可得到的历史数据评估或预测这类通过由西班 牙的电力生产商所运营的发电站已经进行或将要进行的活动。
[0072] 在本公开的一个方面，处理器40可以根据测量扰动来仿真并确定电网的操作的 不同方式和不同场景的发展概率，如上所述。这可以通过例如使用状态估计器和蒙特卡洛 方法进行。状态估计器是仿真真实系统以在给出至真实系统的输入和真实系统的输出的测 量的情况下提供真实系统的内部状态的近似的系统。状态估计器典型地实现为计算机上 的数学模型。状态估计器通过针对一系列场景凭经验监控输入并记录输出而建立。另一方 面，蒙特卡洛方法是使用重复的随机采样来运算结果的一类算法。类似地，蒙特卡洛方法在 计算机上实现。
[0073] 在本公开的一方面，处理器40可以在仿真中使用大致实时的数据连同历史数据 (存储在数据库中）。处理器40可评估这些仿真可如何影响电网的操作以及进入经改变的 操作方式的概率。除磁场数据37和电压波形数据55之外，仿真可以包括历史数据，诸如天 气数据、网络配置数据、时间相关数据、能源价格、能源储备。这些仿真可以提供针对电力生 产和电网的概率以识别与预期行为不同的场景。
[0074] 在本发明的进一步方面，在同一区域使用多个分散开的磁场传感器30。磁场传感 器30可以安装在同一测量单元内部，或者磁场传感器30可以在不同位置处的数个不同测 量单元中找到。通过将时间测量关联到用于每个磁场传感器30的每个磁场测量，可以随后 对比不同位置中的每个磁场测量的相位和幅度。可以实施计算，以找出电力传输线20的未 知几何结构和/或测量具有附加性（additive)磁场的多个电力传输线20。
[0075] 本发明的进一步方面，可以合并参考信号发生器（reference generator)，其可以 全部或部分地与磁场传感器30中的噪声同相并在磁场传感器30中由电力传输线20感应 产生。噪声源可以例如来自电力传输线20周边的电场。磁场传感器30使用所测量的磁场 和参考信号发生器来计算电力传输线20中的电力的功率和方向。
[0076] 现将解释本发明背后的原理。已知功率（P)是电压（V)和电流（I)的乘积，即：
[0077] P = V*I 方程（1)
[0078] 任何测量流经电力传输线20的电力的方法必须基于对流经电力传输线20的电流 I和电压V的直接测量或者其导出。电压U和电流I的乘积的符号给出功率P的符号。在 小于半个周期（即50Hz下小于10ms)的时间段内，方程（1)对DC和AC电二者都是近似有 效的。
[0079] 本发明中使用沿电力传输线20安置的磁场传感器30测量电流I。磁场传感器30 测量与电力传输线20相关联的磁场35。随后可以根据安培定律和毕奥-萨伐尔定律计算 通过电力传输线20的电流I。如果在电力传输线20中的数条不同电力线均对磁场35做 出贡献，或如果电力线不具有一维形状（例如由于如上所述的松弛），则可以使用利用一个 或数个正交的磁场传感器30的一维、二维或三维的标准矢量微积分。
[0080] 如果电力传输线20中的电压V和电流I总是相互同相，则所测量的RMS电压和所 测量的RMS电流的标积将总是指示电力传输线20中的瞬时功率。换言之，有效功率与视在 功率相同。
[0081] 然而，在AC电力系统中，由于负载可能为电抗性而非电阻性的事实，电压V和电流 I不是完全同相的。这起因于组成电网的组成部分（电力线、电缆、变压器等）的电感和电 容。换言之，有效功率（即可用于有用功的功率）小于视在功率。这导致功率因数（有效功 率和视在功率的比率）小于一，并且因此必须确定电压V和电流I之间的相位差以获得功 率的精确运算。电压V和电流I之间的相位差在低电力流下以及电网中发生故障时特别显 而易见。电压V和电流I之间的相位差还将在一段时期内是显著的。当电力改变方向时， 相位差将终结于180°。
[0082] 图2示出了根据本发明的处理器40的更详细概况。图2示出了位于电力传输线 20附近的磁场传感器30。磁场传感器30经由无线电或通过移动通信网络（如上所述）或 固定线相互连接或连接到移动数据访问接口 36。无线磁场传感器30还可以连接到无线LAN 收发器34。移动数据访问接口 36和LAN收发器34通过互联网连接到处理器40。
[0083] 处理器40包括认证核查200,其连接到移动数据访问接口 36和无线LAN收发器 34,以认证在处理器40处所接收的数据。认证核查200还连接到电压传感器50。应当注 意，可能存在可置于与处理器40相同的设施内的多于一个电压传感器50。在存储在原始 数据数据库220之前，来自磁场传感器30和电压传感器50的数据在原始数据存储处理器 210中加以处理。
[0084] 字段描述数据库240包含描述电网的给定配置的配置数据集。例如，数据集可以 描述斯堪的纳维亚电网的配置，其中数据集中的每个字段描述电网的每个单独部分的给定 配置，例如闭合的断路器。字段描述数据库240包括但不限于有关断路器的状态、耦连至电 网的电容器、电力传输线20的连接、电力传输线20的长度、变压器等等的数据。另一数据 集可以与第一数据集完全相同，除了断路器之一具有不同的状态，例如断开。字段描述数 据库240内的数据和数据集的一部分从公共信息或通过人工检查电网获得。余下的数据集 将主要通过检查所测量的值进行人工计算或根据本发明自动计算。
[0085] 处理器40持续监控由系统中的多个磁场传感器30和电压传感器50所供应的数 据，并计算电网在给定时间的配置。通过这类手段，处理器40确定电网在给定时间的给定 配置并使用字段描述数据库240作为查找表用于电网配置处理260的输入是可能的。举个 例子。假设处理器40探测到UX I相位角在10 - 60s内从15度快速改变到2度。处理器 40将随后对字段描述数据库240中的电流数据集进行检查，并在如此做时确定UX I相位角 的这一改变典型是（或只能是）因为断路器之一从闭合状态改变到断开状态。附加的电容 性负载使得电网更加具有电抗性（其导致减小的相位角）及较小的有效功率。之后电网配 置处理器260将更新字段描述数据库240中的当前状态，以符合新计算得到的电网的配置。
[0086] 如果存在不匹配字段描述数据库260中的任何现存状态的电网中的新配置，则电 网配置处理器260将尝试定义新的状态并将该新的状态通知运营商，或者电网配置处理器 260将发出告警并要求运营商的援助。
[0087] 统计和概率数据库270持续维护统计数据并确定电网的状态的概率。一个示例 是，在给定日期和时间至给定用户的预期潮流。例如，在给定时间的给定电力传输线20 中，可能确定60-KKMW的潮流的概率为68%，大于160丽的潮流的概率为22%，并且大于 120丽的潮流的概率为32 %等等。
[0088] 经济特征数据库280包含与可以影响电网的状态和活动的间接参数有关的信息。 这些间接参数包括历史、实时及未来参数，诸如天气预测、燃料价格、水资源价值等等。
[0089] 估计器模块290从字段描述数据库240获得当前状态，从统计和概率数据库270 及经济特征数据库280获得统计数据和概率，并利用所估计的概率构建新的可能电网状 态。新的可能电网状态例如存储在数据库镜像数据库295中。新的可能电网状态可以使用 算法来预测单独电站的燃料值、未来需求或者商品成本。
[0090] 此外，存在监控整个系统并实施质量控制、SMS处理、VPN安全、校准等等的若干过 程和数据库。
[0091] 图3示出了磁场传感器30的示例，其包括先后连接到放大器315和模数转换器 320的一个或多个传感线圈310。如上所述，磁场传感器310实时测量电力传输线20附近 的场中的磁通量，并且典型地置于与电力传输线20相距25至400m。磁场传感器30典型地 配置为以适合的时间间隔进行测量，但如有需要也可配置为持续测量磁场通量的改变。对 磁场所进行的测量可以是底-峰值、积分、形状、频率等等。对磁场传感器的设计在2011年 5月31日提交的、 申请人:的共同未决申请US 13/118, 696和GB 1109208. 9中进行了描述。
[0092] 磁场传感器30进一步包括微处理器330以及全球定位和时间单元340,所述微处 理器330处理来自A/D转换器320的数字值，所述全球定位和时间单元340通常使用GPS 系统测量磁场传感器30的准确位置以及时间。磁场传感器30典型地包括移动数据传输模 块350,用于向处理器40传输数据。
[0093] 在本发明的一个方面，由微处理器330处理并存储220千米样每秒。换言之，A/D 转换器320在电流的每个标称周期具有440个数字值（在欧洲50Hz标准下）。这意味着微 处理器330 (或者处理器40)可以快速确定磁场的频率的改变。
[0094] 磁场传感器30在空间中具有准确已知位置。该位置使用全球定位和时间单元340 计算，或者可以使用三角测量进行。利用微处理器330的全球定位和时间单元340能够以 给定时间精确标记磁场传感器30的给定地点处的所有测量。结合整体全球位置和定时系 统，处理器40将系统中的所有磁场传感器30视为实际上大致实时操作的单个复合单元是 可能的。
[0095] 举个例子。考虑在整个电网上对电流信号同时进行的50ms时长的快拍。在磁场 传感器30周边的电力传输线20具有空间中的准确已知位置。该已知位置可以与磁场传感 器30相关，可以从官方信息诸如地图等处获得，或者从使用移动GPS单元进行的测量获得， 等等。使用该已知位置，做出磁场传感器30被置于其中的磁场的数学模型，并且建立描述 磁场如何取决于电力传输线20中的电流的方程是可能的。例如，基本的线性代数可以用于 求解这些方程。
[0096] 全球电网位置和定时系统（GGPT)单元340被置于所有的测量单元中，诸如磁场传 感器30、处理器40和电压传感器50,并且为系统的所有部分提供精确的时间数据。GGPT 单元340在图1示出为时钟38。GGPT单元340允许基于几何结构和信号速度随时间的变 化来运算空间数据。GGPT单元340具有典型地在时间和空间上低至纳秒和小于一米的精 度和分辨率。精度用作用于评估电网上的给定电力信号从一个位置到另一位置的传送的基 础。在本发明的进一步方面，测量电压信号跨越（cross)平均电压值的时间点。
[0097] 电网上的标称功率信号在欧洲具有50Hz的标称频率，在美国具有60Hz的标称频 率。标称功率信号具有大致正弦形式。在理论上，在完美的线性网络中不可能从一个周期 中提取另一个周期。但由于电网中的不完美，存在频率的变化（近似几百mHz)并且功率信 号具有不完美的正弦形式，其起因于来自电力生产商的、安装在电网中的电力生产装置的 精度，电阻性、电感性和电容性负载，电网本身，以及来自用户的噪声的扰动。这将导致标称 频率的覆盖（overlying)频率（例如谐波）。这些在电网上自然地自发生成的独特混合信 号，可以随后在网络分析仪中作为输入和输出处理。这些覆盖频率向电压或磁场的波形给 予独特的"标志特征（signature)"。该标志特征指示不同类型的扰动。
[0098] 电压传感器50的功能是测量电压信号的相位。如上所述，电压传感器50典型地 被置于办公室，在集中式计算机近旁或者在电压信号上存在非常低噪声的位置处。根据发 明的第一方面，图4示出了电压传感器50的示意图。
[0099] 本发明第一方面中的电压传感器50包括比较器440。比较器430的一个输入连 接在由电阻410和420所形成的分压器之间。电阻410的一个输入连接家用电源输出口 400 (在欧洲典型地为220V AC)。电阻420的一个输入连接到地430。将注意的是，家用电 源输出口 400可以距计算潮流的电网几百千米远。只要电网的位置和电压传感器50的位 置之间的传递函数已知或可计算，这就是可行的，如在 申请人:于2008年9月10日提交的 12/678, 272号共同未决专利申请中描述的那样，其教导通过引用并入本文。
[0100] 比较器440的另一输入被设置为450处的固定的且非常稳定的阈值电压Vief，其接 近〇伏。当来自分压器的输入等于或大于450处的阈值电压V Mf时，比较器440的输出460 将典型性地走高。固定阈值电压vMf的实际幅度并不重要并且可能是未知的，但固定阈值 电压VMf随时间是稳定的。可选地，阈值电压可以给出为在家用电源输出口 400处所测量 的峰值电压的最大值与最小值的平均。比较器440具有一种迟滞作用，所以只有当来自分 压器的输入电压从负到正时才给出输出460。在本公开的可替代方面，不需要迟滞作用。然 而，已经发现，如果没有使用迟滞作用，则将使得电压传感器50的操作和随后在GGPT单元 340中的计算轻微复杂化。来自比较器440的460处的高输出的持续时间无需已知。持续时 间应当足够高，例如，高于100 μ S，以允许微控制器例如使用比较器的输出的斜坡（ramp) 起点作为输入。比较器440典型地在每次触发器要由GGPT使用时打开，例如，示范性的每 10s〇
[0101] 在本发明的进一步方面，测量电压信号跨越平均电压值的时间点。
[0102] 在本发明的进一步方面，电压传感器包括处理来自A/D转换器的数字值的微处理 器（未示出）。典型地，由微处理器处理并存储220千采样每秒。换言之，类似于磁场传感 器30, A/D转换器在电流的每个标称周期具有440个数字值（在欧洲50Hz标准下），这意 味着连接到电压传感器50的微处理器（或者处理器40)可以快速确定电压频率的改变。
[0103] 在本发明的进一步方面，电压传感器还用于分析并找出电网中的扰动。这是如上 所给出的以独立方式或者与数个电压传感器和/或磁场传感器相结合完成的示例。
[0104] 以下图5以图形方式比较GGPT的输入信号（IN)和由比较器440所生成的触发信 号（TR)。
[0105] 现在将解释通过使用GGPT单元340进行的U-I相位角的计算。假设要求在电网 上的给定位置处计算U-I相位角。计算u-ι相位角的常见方法是减去正弦电流波形I和正 弦电压波形U这二者跨越时间轴时二者之间的时间差，并且随后基于已知时间周期将该时 间差变换为弧度单位的等同相位差。
[0106] 磁场传感器30在第一给定位置处使用GGPT单元340以准确时间标记所有正弦电 流波形I的测量。在相同的时间或几乎（例如±5s)相同的时间，电压传感器50在第二给 定位置处使用GGPT单元340向正弦电压波形其他某处给予准确时间。通过使用用于从第 一给定位置到第二给定位置的电压的传递函数的查找表，计算在与完成电流测量的第一给 定位置相同的地点和时间处的电压波形U的定时是可能的。这允许在给定的地点和时间处 匹配电流波形I的周期和电压波形U的周期。
[0107] 电压传感器50可以在每个周期（即欧洲的每1/50秒，或者美国的每1/60秒）或 者以数秒的时间间隔输出脉冲和时间标记。为了避免在数据库220中有太大数据量，电压 传感器50通常并不在电压波形U的每个周期输出时间标记。如果电压传感器50没有在每 个周期输出时间标记，则必须调整时间，以符合由磁场传感器30所测量的给定周期。特别 的，需要调整以推断消逝的时间周期，其归因于由频率波动所造成的、相对于电网的标称时 间周期的实际时间周期的轻微波动。
[0108] 该方程给出了校正时间：
[0109] n. time_period. adjustment 方程 2
[0110] 其中η是在第一位置和第二位置处的两个测量之间的周期不匹配的数目，time period是电网的标称时间周期，并由1/f给出，其中f为AC供电频率（典型地为50Hz或者 60Hz)，并且adjustment为来源于调整表的调整值。该调整表是由相比磁场传感器30通常 在更短的周期中进行测量的电压传感器50持续建立的。
[0111] 该调整表将典型地包括数个纪录。例如，该调整表可以有具有字段η和字段 "adjust"的纪录。在初始记录中，字段η可以例如具有值45678,并且adjust可以具有值 20. 001，其指示在初始记录的记录时刻，时间周期比标称时间周期长1 μ s。25个周期后，创 建另一个记录，且η的值=45703。ad just值为20. 0015,其指示时间周期比标称时间周期 长1. 5 μ s。类似地，在进一步的25个周期，η的值=45728且adjust值为20. 002-指示 时间周期长出2 μ s。如果磁场传感器30对在初始记录后55个周期的周期执行测量，且电 压传感器50在初始记录后50个周期实施测量（即在上述的第二记录处），则现在可以从 调整表插入将在由磁场传感器30进行测量的5个周期上改变的电压波形的峰值的德尔塔 t(delta t)〇
[0112] 当然，将注意的是，如果电压传感器50和磁场传感器30在同一周期实施测量，则 将不需要该调整。
[0113] 存储在字段描述数据库240中的用于传递函数的查找表是预定义的，且主要由配 置模块260持续进行预计算。
[0114] GGPT单元340能够在整个电网上的相同的相对时间生成电脉冲，或者至少生成随 后可能反向计算以给出整个电网上的相对时间标记的脉冲。在图5中示出来自GGPT单元 340的时间脉冲的示例。可以在图5中示出为阈值的由GGPT单元340所生成的时间脉冲 (IN)的斜坡和比较器输出460的斜坡之间测量时间差A tv。作为图5中的示例，Atv近似 为23ms。用于在给定的电网配置下的电网中的电压信号的时间传递函数先前已经确定为 Ut_tMns (condition, X，y，z)，并在这种情况下存储在字段描述数据库240中的查找表中且发 现为12ms。一个示例可以是，从西班牙的给定地点到波兰的给定地点的传播时间。现在通 过针对系统的校准进行调整并考虑经调整的传递函数，将给出在电网上的任何位置处的任 何已知地点处的未知的电压相位时间U(t，X，y，z)。
[0115] 以给定的磁场传感器30所位于的具有坐标（X，y，z)的位置A作为示例，在位置 A(x，y，z)处的磁场传感器30处的电流相对于来自GGPT单元340的时间脉冲具有相同的 时间差AtI。所以，在磁场传感器30位置处的Uxl相位将由以下给出：
[0116] U X I Phase (condition, t, X, yjz)=
[0117] ( Δ tv- ( Δ tI+n. time_period. adjustmentn) -Ut trans (condition, x, y, z) *2 η /T
[0118] 其中T是AC供电的时间周期。 （方程3)
[0119] 本发明的方法可以用于确定电网上的扰动。假设连接到电网的电站A、B或者C中 的一个存在问题，如图9A中所示出的那样。这类问题包括，例如，附接到电力传输线20的 负载的增加，电力传输线20中的干扰。
[0120] 这类额外负载或干扰具有多种原因。例如，众所周知，在风暴中树木可压倒一条 或多条电力传输线20。可替代地，电站A、B或C中的一个的非预期断开可导致大量额外 负载被置于电站A、B或C中的其他操作电站上。另外一个示例可以是，在电网站点（grid station)处的变压器的饱和或电力传输元件中的开关元件。还已知的是，太阳风暴将造 成电力传输网络中的扰动（见2011年12月1日下载的"Philips" Serve Space Weather network-Social and Economic Impacts-NASA Science"。额外负载或干扰将导致电力 传输线周围的磁场的相位改变，如图9B中的点E所示。图9B将电力传输线20周围的正常 或常规磁场Bn示出为连续的线并且将经改变的磁场Bin示出为点划线。将看到，存在表示 场的线的斜率的改变。技术人员将注意到经改变的磁场Bitt的图示以大致大于事实的方式 在图9B中示出。场B in的值的改变可以从审查磁场Bitt的值的不同数字采样看出。
[0121] 已知每个磁场传感器30处的准确时间，所述磁场传感器30测量位于电站A、B、C 近旁以及电网内的其他位置处的经改变的磁场Bitt，并因此知晓场Bitt的改变发生的准确时 间。每个磁场传感器30将以220千采样每秒测量磁场的值（即标称的一个周期440个采 样），如上所解释的。因此，通过针对准确时间察看场B in的值的改变，快速确定在电力传输 网络中已发生的扰动将是可能的。
[0122] 概念上，磁场的改变可以被解释如下。假设存在将电站A、B或C连接到电力传输 网络的电力传输线20中的干扰。这将意味着电站A、B或C察觉较低负载，并且作为结果电 站内的发电机可能加速，因为它们初始向较低负载供应等量的电力。将耗费至少数秒甚至 数分钟来调整适应较低负载。该结果将是通过电力传输线20传输的电流将比原本预期的 更快速地升高。换言之，与磁场&的正常或预期的值相比，电力传输网络周围的磁场B in的 值将随时间更急剧地升高。类似地，如果存在置于电力传输网络上的附加负载，则电站A、 B或C中的发电机将至少在几分钟的前几秒钟内产生等量的电力，但将具有大致较高负载。 换言之，由于等量的电流被供应给较高负载，所以随时间电流的量将减少并且作为结果磁 场的坡度下降。由于被递送的电流的改变，在电力传输网络中的扰动和由磁场传感器30所 记录的结果之间总是存在时间差。
[0123] 注意微处理器330在电流的每个标称周期典型存储440个数字值。该磁场的值的 数字化允许迅速确定正弦曲线以及与正弦曲线的预期波形形状的偏差，且该这类改变可以 在小于一个周期内被确定。这对电压传感器也同样有效。
[0124] 存在测量磁场Bin的改变的多于一个磁场传感器30。因此通过使用来自多个磁场 传感器30的结果，计算磁场B in的改变发生的点和时间以及改变的量是可能的。通过每个 磁场传感器30处的延迟的知识，计算至电力传输网络上的扰动的距离是可能的。该计算将 允许定位电力传输网络上的扰动。优选的，评估在磁场传感器30处的磁场B ilT的改变的多 于一个结果，因为这将使能通过求解与电力的传输相关的方程来更精确地对电力传输网络 上的扰动进行定位。
[0125] 本发明的以上方面已经关于电力传输线周围的磁场Bin的测量进行了描述。电力 传输网络中的扰动的影响还可以在电压传感器50处看到。换言之，通过使多个电压传感 器50分布在电力传输网络周围来记录并测量电力传输网络中的扰动也是可能的。当然，将 认识到在低电压网络中使用电压传感器50意味着在将电压下转换至230V时可能发生附加 影响，其可以混淆关于电力传输网络中的扰动的位置的结果。当计算扰动的位置时，需要考 虑这些附加因素。
[0126] 现在将描述另外一种找出电力的方向和功率因数的方式。在本示例中，功率因数 和电力的方向也可以通过信号分析确定。磁场传感器30分析所测量的交流信号的形状。理 想上，所测量的交流信号的形状为具有固定时间周期T (在欧洲T = l/50s，或者在美国T = l/60s)的正弦。实际上，如上所述，电网的交流正弦波形与完美的正弦波形有偏差。作为示 例，具有高饱和度（例如处于最大吞吐量）的变电站将造成在输入电流和输出电流二者上 的标称正弦波形上均叠加谐波。这些谐波可能具有例如在1000-2000Hz范围中的频率，并 且将覆盖且偏离在标称频率下的所测量的交流信号的正弦。
[0127] 图7示出了叠加了较高频率的50Hz正弦波形的两个示例。术语"正弦噪声"将用 于这些与理想优选形状的偏差。一些正弦噪声将与电压有关，一些正弦噪声与电流有关，还 有一些正弦噪声与Uxl相位角有关。对于正弦噪声的主要部分，将存在同时对电压噪声、电 流噪声和Uxl相位角噪声做出贡献的关联性。使用磁场传感器30,只可能检查与电流有关 的正弦噪声，所以焦点为电流信号上所看到的正弦噪声。由于电流正弦噪声和Uxl相位角 之间的物理联系，随后间接根据电流信号中的正弦噪声确定Uxl相位角是可能的。从而根 据Uxl相位角确定电力的方向和无功功率是可能的。
[0128] 图6不出了对电力传输线20所进行以确定电力的方向的运算。图6不出了一对正 弦电源600和620，其向用户610和630供应电力。为了阐明问题，已引入"黑箱"，在其内部 进行测量，而无需任何来自外部的信息。如果在中间点650处测量黑箱640中的交流，应该 看到载流子在半个周期中从点660移动到点670。在另外半个周期中从点670到点660-理 想上以正弦波形的形式。如果先前知晓电路的RMS电压，则其将使能计算电力的量，但不是 方向或有功部分。确定电力是向点660还是向点620流动将是不可能的。
[0129] 几乎所有的电路都具有某种不对称。这对于图6中电路的中间点650也成立。通 过仔细检查电路中的交流信号的电流标志特征，通常将看到交流信号如上所述不具有完美 的正弦波形。交流信号通常是不对称的。该正弦波形的不对称变形通常将在电力方向改变 时被改变或仅被镜像，使用该信息能够确定电力方向何时改变。
[0130] 考虑图7和图8,示出了从挪威到瑞典的电力传输线20上的电流的两个测量的示 例。标识为"系列1"的第一测量是当存在从挪威到瑞典的电力的流动时进行的。标识为 "系列2"的第二测量是在存在从瑞典到挪威的电力的流动后大约一小时后进行的。通过依 靠将图形镜像并进行适当的调整来仔细匹配图形，可以清楚看到形状大致是相同的。适当 的调整可以是，比如，乘以因数k和/或在时间域中移动图形。
[0131] 这在图8中示出。如可以看到的，图8中的曲线"系列2"（其中电力流的方向与 一小时前的曲线系列1的方向相反）现按因数k的比例缩放并且"被镜像"以符合曲线"系 列1"。曲线"系列3"与曲线"系列2"相同，但仅在时间上移动，以符合曲线"系列1"。通 过这样做看到，可以得到两个测量的更好匹配，并且进一步得出电力的流动已经改变方向 的结论。如果在两个测量中电力尚未改变方向，则可以看到图8中的曲线系列1和曲线系 列2会比图9中的曲线系列1和曲线系列2匹配得更好。
[0132] 这个简单示例和分析表明，确定电力方向的改变而无需知晓或测量电路中的电压 是可能的。
[0133] 这可以使用测量单元30的微处理器330或在处理器40中在数学上完成，通过存 储交流信号I的正弦波形的一个周期的数字化值集，以给出值集Ii。数字化值集被镜像以 给出经镜像的数字化值集I ml。通过比较数字化值集Ii和经镜像的数字化值集Imi来计算误 差值Ei。随后，存储正弦波形的新的数字化值集1 2，并且通过比较新的数字化值集12及其 镜像来计算新的误差值E2。
[0134] 如果E2小于Ei则电力已经改变方向。
[0135] 如上所述，该正弦噪声的物理原因可以是接近饱和的变压器。由于饱和，变压器中 的电压随后将因叠加的谐波而失真。耦连至变压器的输入和输出绕组的电力传输线20中 的电压和电流之间存在物理联系，使得谐波还将叠加在交流信号的正弦波形上。谐波将不 会遵循标称频率的Uxl相位角，而将例如由于电抗和电容性负载的不同影响而轻微变化。
[0136] 通过对形状的更详细分析，还可能确定Uxl相位角，电容性/电感性负载，电网的 扰动，以及表征电力生产、电网及用户等的其他参数。该详细分析可以通过执行波形的傅立 叶变换？变换来实施。
[0137] 该分析及信息可以在磁场传感器30内部实时使用，或者信息可以被传送到处理 器40，在处理器40处可以结合来自电网的其他信息进一步分析信息。
[0138] 在正常情况下（即在电力传输网络中不存在任何扰动），磁场传感器30和/或电 压传感器50测量通过电力传输线20或在低电压网络处的电流，并且近似每秒将值发送给 处理器40用于评估。如果磁场传感器30之一或者电压传感器50探测到电力传输网络中 的扰动，那么该磁场传感器30和/或电压传感器50可以向其他磁场传感器30或电压传感 器50发送如图10所示的"唤醒"信号。该唤醒信号由信号发生器生成，所述信号发生器诸 如但不限于前述的无线LAN收发器34。该唤醒信号1010指示磁场传感器30或者电压传 感器50在更频繁的基础上，可能在持续的基础上，向处理器40发送数据，以允许由多个电 压传感器50和磁场传感器30精确地评估扰动。唤醒信号1010由处理器40发起也是可能 的。唤醒信号1010优选通过无线电频率传输，而非通过GPRS网络，因为这样更快。
[0139] 图10示出了这样的示例，其示出了通过多条电力传输线连接到电力传输网络的 电站。流经电力传输线20的电流由位于电力传输线20近旁的一个或多个磁场传感器30 监控，如上所述。每个磁场传感器30定期向原始数据存储处理器210发送数据，直至探测 到扰动。基于探测到电力传输网络中的扰动，唤醒信号1010被转发到位于电站1000周围 的所有磁场传感器。将理解的是，并非所有的磁场传感器30都需要被唤醒以更频繁地发送 数据，但这样通常是有利的，因为电站1000中的扰动可以被更精确地分析。
[0140] 将理解的是，本发明的方面可以在硬件或软件中实现，并且该选择留给技术人员 来决定。仅作为示例，在软件中的实现通过以合适的计算机语言编程一系列指令来完成，所 述计算机语言诸如但不限于Basic、C++、Perl或者Java。
[0141] 前述对本发明实施例的描述已出于说明和描述的目的加以呈现。它们不意图穷举 或将本发明限制为所公开的确切形式，并且修改和变化鉴于以上教导是可能的或可从本 发明的实践中取得。选择和描述了实施例以解释本发明的原理及其实际应用，以使得本领 域技术人员能够在如适于所构思的特定应用的各实施例中利用本发明。意图是本发明的范 围由其随附的权利要求及其等同物所限定。
[0142]

【权利要求】
1. 用于确定电力传输网络上的扰动的方法，包括： -在第一磁场传感器处监控磁场； -在所述第一磁场传感器处确定与所述磁场相关联的特征的值的第一改变； -将与所述磁场相关联的所述特征的所述值的所述第一改变与第一磁场参考值进行比 较，并由此确定所述扰动的存在。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一磁场参考值为可更新的值。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述特征为预期波形。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中与所述磁场相关联的所述特征的所述值通过使用 数学变换进行计算。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中监控所述磁场包括：对所述磁场进行数字采样，以 在已知时间产生表不所述磁场的所述值的一系列数字值。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中确定所述磁场的所述值的改变包括：针对所述已 知时间将所述系列数字值中的各项进行比较。
7. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括： -在第二磁场传感器处确定与所述磁场相关联的所述特征的所述值的第二改变； -将所述第一改变与所述第二改变进行比较以确定所述扰动的所述存在。
8. 根据权利要求7所述的方法，进一步包括：使用所述第一改变与所述第二改变的时 间以及电网传递函数的知识来确定所述扰动的位置。
9. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括：基于所述扰动的确定向一个或多个所述 第一磁场传感器发送唤醒信号。
10. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括：预测需求、商品成本或发电厂燃料值中 的至少一个。
11. 用于确定电力传输网络上的扰动的方法，包括： -通过第一电压传感器监控电压； -在所述第一电压传感器处确定与所述电压相关联的特征的值的第一改变； -将与所述电压相关联的所述特征的所述值的所述第一改变与第一电压参考值进行比 较，并由此确定所述扰动的存在。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一电压参考值为可更新的值。
13. 根据权利要求11所述的方法，其中所述特征为预期波形。
14. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一电压参考值通过使用数学变换进行计 算。
15. 根据权利要求11所述的方法，其中监控所述电压包括：对所述电压的值进行数字 米样，以在已知时间产生表不所述电压的所述值的一系列数字值。
16. 根据权利要求11所述的方法，其中确定所述电压的所述值的改变包括：针对所述 已知时间将所述系列数字值中的各项进行比较。
17. 根据权利要求11所述的方法，其中所述电压传感器在所述电力传输网络的低压部 分。
18. 根据权利要求11所述的方法，进一步包括： -在第二电压传感器处确定与所述磁场相关联的所述特征的值的第二改变； -将所述第一改变与所述第二改变进行比较，以确定所述扰动的所述存在。
19. 根据权利要求18所述的方法，进一步包括：使用所述第一改变和所述第二改变的 时间以及电网传递函数的知识来确定所述扰动的位置。
20. 根据权利要求11所述的方法，进一步包括：基于所述扰动的确定向一个或多个所 述第一电压传感器发送唤醒信号。
21. 根据权利要求11所述的方法，进一步包括：预测需求、商品成本和发电厂燃料值中 的至少一个。
22. 用于确定电力传输网络上的扰动的设备，包括： -一条或多条数据线，其用于接收与特征的、在至少一个位置处的值相关的数据，所述 特征表不磁场或电压中的至少一个； -处理器，其用于分析所接收的数据，并针对时间确定表示所述磁场或所述电压中的至 少一个的所述特征的所述值的改变，并且由此通过与参考值进行比较来确定所述电网上的 所述扰动。
23. 根据权利要求22所述的设备，其中所述参考值为可更新的值。
24. 根据权利要求22所述的设备，其中所述特征为预期波形。
25. 根据权利要求22所述的设备，其中所述参考值通过使用数学变换进行计算。
26. 根据权利要求22所述的设备，其中所述数据线为无线电信道。
27. 根据权利要求22所述的设备，进一步包括位于所述一条或多条数据线中的至少一 条附近的多个磁场传感器。
28. 根据权利要求22所述的设备，进一步包括字段描述数据库，其用于存储表示所述 电力传输网络的配置和操作的状态。
29. 根据权利要求22所述的设备，进一步包括统计和概率数据库，其用于确定所述电 力传输网络的所述配置的状态的概率。
30. 根据权利要求22所述的设备，进一步包括唤醒信号发生器，其用于使至少一个传 感器向所述处理器提供附加数据。
31. 根据权利要求22所述的设备，其中所述处理器适于确定所述特征的值的至少两次 改变，并将所述至少两次改变中的第一改变与所述至少两次改变中的第二改变相比较，以 确定所述扰动的位置。
32. 根据权利要求22所述的设备，进一步包括预测装置。
33. 根据权利要求32所述的设备，其中所述预测装置适于预测需求、发电厂燃料值或 商品成本中的至少一个。
34. 存储在非易失性介质上的计算机程序产品，包括： 第一软件模块，其用于存储与磁场或电压中的至少一个的所测量的值相关的多个数字 值，以及测量的时间； 第二软件模块，其用于比较所述多个数字值中的两个或多于两个，以确定与所述磁场 或所述电压中的至少一个相关联的特征的值在一段时间内的改变；以及 第三软件模块，其用于计算所述特征的所测量的值的改变率随时间的改变，并由此确 定电网上的扰动。
【文档编号】G01R31/08GK104285153SQ201380024909
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年3月13日 优先权日:2012年3月13日
【发明者】帕尔·埃文·戈德尔 申请人:阿博利公司