一种测量电量的方法和装置制造方法

一种测量电量的方法和装置制造方法
【专利摘要】一种用于测量电量的方法和装置，所述电量至少是三相系统中的电压和电流，优选还有功率，其中三相系统的相线中的相电压和相电流由连接到相线的电压和电流传感器感测。对应的电压和电流信号由处理器评估以形成显示在显示器上的测量数据。将电压信号和电流信号的相对相位置与给定的相序比较，并从其中确定电压和电流传感器到相线的连接的正确性或不正确性，并且将对应的显示信号输出到显示器。响应于确定一个或多个电压或电流传感器被不正确地连接到相线，提供了自动和电子的校正，其包括对测量数据的反转和/或交换。
【专利说明】一种测量电量的方法和装置

【技术领域】
[0001] 本公开涉及一种在三相系统中测量电量的方法，该电量至少是电压和电流，还优 选是功率。

【背景技术】
[0002] 在三相供电系统中，已知的是测量三相的电压以及流经相线的三个电流，其中，经 由相关的电压和电流的对应组合，可以逐相地确定功率和/或能量。就此而论，可以确定功 率的各种特性值，即有功功率、无功功率和视在功率。根据视在功率和有功功率，可以按照 已知的方式来确定功率因数COSP。
[0003] 迄今现有的测量技术中具有的一个问题在于，当电压传感器和电流传感器被连接 到相线时，连接中可能出现错误。例如，电流探头可能以错误方式被布置在相线周围，使得 将确定错误的电流方向，或者电压传感器和电流传感器可能不是以正确的配对分别被连接 到三相，而是例如，两个电流传感器（例如用于第二和第三相）被互换，使得在功率确定期 间导致不正确的功率以及还有负功率。


【发明内容】

[0004] 本公开的实施例提供了一种技术，借助于该技术，不正确或错误的连接可以被快 速和安全地检测，并且随后，还可以优选地被电子校正。本公开的实施例还有助于在前述 测试的辅助的情况下，确保仅确定合理的测量，至少就电压和电流的水平以及与标称系统 频率的定义最大偏差被校正而言。也可以提供对正确相的电压和电流的分配（旋转的感 测-相序）。
[0005] 由此，通过与给定的相序的比较来评估电压信号以及电流信号的相对相位置，并 且从其中确定电压和电流传感器与相线的连接的正确性或不正确性，其中输出用于显示器 的对应显示信号。
[0006] 以对应的方式，处理器可以被布置为通过与给定的相序的比较来确定电压信号以 及电流信号的相对相位置，并且从其中确定电压和电流传感器与相线的连接的正确性或不 正确性，以及输出用于显示器的对应显示信号。
[0007] 就涉及到电压和电流传感器的连接的正确性而言，在三相系统中，可以分别确定 用于相电压和相电流的旋转方向。为此目的，可以确定各个相电压之间或者各个相电流之 间的差异角度。差异角度的确定优选被提供有给定的带宽（裕度），例如±50°，连同三相 系统的标称相角，例如，+120°和 -120°。
[0008] 其于电压和电流测量数据，可以对每个相执行功率计算，其中还考虑了各自的相 序。并且优选地，所计算的功率将连同对应相序指示（正确的相序或反向的相序）一起被 显示。就涉及到正确的功率计算而言，有功功率、无功功率和视在功率可以被分别计算。并 且此外，如果期望，还可以通过快速傅立叶变换（FFT)来计算谐波分量。而且，在功率计算 中，可以考虑是给定了负载操作（消耗装置操作）还是发电机操作（例如，通过光伏系统的 连接）。
[0009] 为了确保合理的测量，所感测的电压和/或电流优选地预先与给定的最小阈值相 比较，并随后，仅在所感测的电压和/或电流超过阈值时执行评估。以类似的方式，可以执 行针对相电压和相电流的频率检查，即，检查所感测的电压或电流（例如，50Hz，或者在美 国是60Hz)中是否存在与标称系统频率的定义最大偏差。在围绕标称频率的定义频率范围 内执行给定标称频率的检查。
[0010] 此外，对于功率分析而言，还有利的是确定针对每相的电流方向，以便因此检测任 何以错误方式安装的电流传感器。以错误方式附着的电流传感器将导致各个相功率中的反 向能量流动（发电机和消耗装置功率被互换）。
[0011] 在一个或多个传感器与相线的错误连接的情况下，在本公开中，"校正"在数据交 换的意义上也可以被执行，而没有直接在相线处的传感器连接的物理改变，例如，通过仅交 换两个相的测量数据，以便因此产生正确的相序。此校正可以由处理器电子地和自动地执 行。
[0012] 将在下面更详细地解释本公开，特别地，针对按星形或Y形（"Y"）连接的三相系 统。还可以按相同的方式将本公开应用到按其中没有星点的三角连接（"Λ"连接）的三 相系统。在此情况下，将对矢量中势（vectorial mid-potential)做出参考，而不是使星点 (即中性线）直接可用为参考点。

【专利附图】

【附图说明】
[0013] 以下，将参考附图描述本发明的各种实施例，其中：
[0014] 图1示出了以多功能测量仪器的形式的用于测量电量的装置的框图；
[0015] 图2示出了用于检查测量仪器的传感器与相线的连接的正确性的一般流程图；
[0016] 图3和4示出了用于出于检查测量是否基本上有意义的目的而验证电压或电流的 部分流程图；
[0017] 图5按部分流程图图示了用于电压旋转的分析（电压的旋转方向）的根据图2的 示图中所示的步骤；
[0018] 图6按被视为结合在一起的部分图6a和图6b，示出了部分流程图中的电流旋转的 对应分析。
[0019] 图7按部分图7a和7b，借助于三个分量（图7a)不出了一般三相相量系统的组 成，即，具行正旋转方向（所谓的"正序系统"）、具有逆旋转方向（所谓的"逆序系统"），以 及具有纯位移或偏移。
[0020] 图8示出了针对图2中所一般图示的消耗装置系统功率分析的详细流程图。以及
[0021] 图9示出了针对根据图2的发电机系统功率分析的对应详细流程图。

【具体实施方式】
[0022] 图1示意性示出了测量仪器1，即，一种装置，其用于测量电量，即，电压和电流，以 及优选地还用于计算三相系统中的功率和功率因数。三相系统的三个相被称为LI、L2和 L3,其中这些标明也将被用于实际的相线。此外，在电压测量的范围内，图1还指示了中性 至帳地电势或星点电压Un，其被分配到中性线、中性或零点、或星点。
[0023] 为了测量电压Uu、队2、Uu，和电流I u、L、Iu，提供了电压和电流传感器2和3。在 所图示的实施例中，电压传感器2分别具备分压器4,其中在分压器4的分支点处，连接相应 的放大器5。按照三相LI、L2和L3,存在给定的三个通道，其中，对应于这三个通道，放大器 5的输出与A/D转换器6的三个通道输入Chi、Ch2和Ch3相连接。
[0024] 至此所描述的电压测量单元2、4、5和6是借助于变压器与测量仪器1的其余部分 电流隔离的（7、8)，以便一方面能够通过图1中所示的上部电流分离部7,将时钟信号或控 制信号从被提供为处理装置9的数字信号处理器9供应到A/D转换器6,或者能够通过电流 分离部7将来自A/D转换器6的信号从A/D转换器6供应到数字信号处理器9 (以下简称 为DSP 9)。另一方面，电压传感器单元的电压供应，特别是A/D转换器6的电压供应，此外 还有放大器5的电压供应，是通过图1中的下部电流分离部8来实现的。由此所考虑的是 中性线N可以处于与测量装置1的其余部分不同的电势。对于三个电压通道，中性线N是 三相系统的Y形连接的情况下的参考点，即，提供了与电源或干线电源的星点的连接。在三 角连接的情况下，不存在星点，但是矢量中势将在三相中随之发生，并且所述中势将充当参 考电势。
[0025] 具有三个输入电压Uu、队2、Uu的三个电压通道，被A/D转换器6通过电压传感器 (分压器）2和缓冲放大器5同步采样，例如，以5kHz的采样率。然后将对应的信号数据通 过电流分离部7单独地传送到DSP 9。
[0026] 电流传感器3可以具有任意类型。例如，可以采用提供差分信号的罗哥夫斯基 (Rogowski)传感器。作为电流传感器3,也可以使用实例分流器和常规电流探头。由于分 流器也位于高电势以用于电流-电压转换，电流测量元件必须是电流隔离的，然而，这对于 在这里的进一步解释是不必要的。电流1^1^込可以具有高动态，并且由此，对于每个电 流测量通道，可以提供范围改变开关或波段开关10,其可以由DSP 9通过控制线11独立控 制。此外，每个电流传感器3可以具有其自己的存储器元件12,其包含涉及传感器类型、放 大、相位置和进一步参数的数据，以便增加测量的准确性，并且所述"传感器ID"数据将通过 总线13由DSP 9所读取。
[0027] 作为预防，应当指出的是，相比电压通道，具有电流传感器3的三个电流通道不需 要电流分离，因为优选使用的电流传感器3,即Rogowski线圈或电流探头，由于测量的原理 已经确保了电流分离。
[0028] 因此，根据传感器类型，执行相应的范围改变开关10下游的运算放大器14的范围 内的切换（switch-over)或改变（change-over),以便提供在Rogowski传感器作为电流传 感器3的情况下的整合，或者在电流探头作为电流传感器的情况下的简单放大。参见各个 电流测量通道中的放大器14,具有在反馈分支中的可切换元件，即电容器15 (在Rogowski 传感器情况下用于整合）和电阻器16(在电流探头作为电流传感器3情况下）。切换或改 变由DSP 9通过对应的控制线17所触发。在此之后，由此获得的电流信号进而被供应到具 有三个通道的A/D转换器单元18,并且其中电流信号将被互相同步地以及还与A/D转换器 6中内电压采样同步地转换成数字信号。数字电流信号被供应给DSP 9。
[0029] 当前的装置1并不包括用于测量值通道的平衡的模拟设置。校准数据（参见存储 器19)将被用于校准电压通道，使得所定义的参考电压被施加到电压通道，其中参考电压 优选地处于与测量范围的最终值接近。参考电压与相应的所测量的电压有效值进行比较， 所述有效值是在A/D转换器6的值的基础上被计算的。
[0030] 另一方面，如已经提到的，电流传感器3的数据分别被输入到插接存储器元件12 中，其中，除了校正和放大因子，电流传感器3的类型，以及测量范围和相应支持的范围的 终值也被存储。因而，测量装置1可以直接考虑传感器3的传感器类型和特性。在电流探 头是电流传感器3的情况下，传感器信号被直按估计。在Rogowski传感器的情况下，信号 将被另外整合以便正确地映射由Rogowski传感器所差分的初始输入信号。在测量装置1 自身处的配置是不需要的。
[0031] 对于交流电，放大因子满足校准。另外，相应传感器的相角在校准期间被存储，因 为特别是在电流探头的情况下，相角可能由于每个电流探头的磁特性而是不同。因为直接 通过easy包括用于有功功率测量的相角

【权利要求】
1. 一种用于测量电量的方法，所述方法包括： 借助于连接到三相系统的相线的电压和电流传感器感测所述相线中的相电压和相电 流；并且 通过处理器评估与所感测的相电压和相电流相对应的电压和电流信号，以形成在显示 器上显示的对应测量数据， 其中所述评估包括： 借助于处理器将所述电压信号和电流信号的相对相位置与给定的相序进行比较；并且 基于所述比较，确定所述电压和电流传感器到所述相线的连接的正确性或不正确性， 其中对应的显示信号被输出到所述显示器。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，对于所述相电压和相电流，确定所述三相系统中 的相应旋转方向。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，为了确定所述相应旋转方向，确定各个相电压和 相电流之间的差异角度。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，在确定所述差异角度时，连同所述三相系统的标 称相角提供给定的裕度。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，对于每个相，所述方法进一步包括基于所述电压 和电流信号并考虑相应的相序，执行功率分析，其中针对每个相确定所述电压和电流之间 的相角。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，根据是给定负载操作还是发电机操作来执行所 述功能分析。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中，预先将所感测的相电压和/或相电流与给定的最 小阈值进行比较，并且其中仅当超过所述最小阈值时评估所述电压信号和/或电流信号。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中，预先针对与标称系统频率的定义最大偏差来检 查所感测的相电压和/或相电流。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中，响应于确定一个或多个电压或电流传感器被不 正确地连接到所述相线，执行校正，所述校正包括对一个或多个相线的测量数据的反转和/ 或交换。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，借助于所述处理器来电子地和自动地执行所述 校正。
11. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括功率分析，并且对于所述 功率分析，确定针对每个相的电流流动方向。
12. -种用于测量三相系统中的电量的装置，包括： 电压和电流传感器，用于感测三相系统的相线中的相电压和相电流； 处理器，其被供应有来自所述电压和电流传感器的电压和电流信号，其中所述电压和 电流信号对应于所感测的相电压和相电流，并且其中所述处理器被布置为将所述电压和电 流信号处理成对应的测量数据；以及 显示器，用于显示所述测量数据， 其中所述处理器被进一步布置为确定所述电压信号和电流信号的相对相位置，并将所 述相对相位置与给定的相序进行比较，以及基于所述比较，从其中确定所述电压和电流传 感器到所述相线的连接的正确性或不正确性，并输出对应的显示信号到所述显示器。
13. 根据权利要求12所述的装置，其中，所述处理器被布置为针对所述相电压和相电 流确定所述三相系统中的相应旋转方向。
14. 根据权利要求13所述的装置，其中，所述处理器被布置为确定各个相电压和各个 相电流之间的差异角度，以便确定所述旋转方向。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中，连同标称相角提供给定的裕度，以便确定所述 差异角度。
16. 根据权利要求12所述的装置，其中，所述处理器被布置为基于所述电压和电流信 号并考虑相应的相序来执行针对每个相的功率分析。
17. 根据权利要求16所述的装置，其中，根据是给定负载操作还是发电机操作来执行 所述功率分析。
18. 根据权利要求12所述的装置，其中，所述处理器被布置为预先将所感测的相电压 和/或相电流与给定的最小阈值进行比较，并且仅当超过所述最小阈值时执行其评估。
19. 根据权利要求12所述的装置，其中，所述处理器被布置为预先针对与标称系统频 率的定义最大偏差来检查所感测的相电压和/或相电流。
20. 根据权利要求12所述的装置，其中，响应于确定一个或多个电压或电流传感器被 不正确地连接到所述相线，所述处理器被布置为提供自动和电子的校正，所述自动和电子 的校正包括对一个或多个相线的测量数据的反转和/或交换。
21. 根据权利要求1所述的方法，其中，对于每个相，该方法进一步包括基于所述电压 和电流信号并考虑相应的相序来执行功率分析，并且其中将所计算的功率连同对应的相序 指示进行显示。
22. 根据权利要求16所述的装置，其中，所述显示器被驱动，以便连同所述相序的对应 指示显示所计算的功率。
23. 根据权利要求16所述的装置，其中，所述功率分析包括针对每个相确定相应的电 流流动方向。
【文档编号】G01R29/18GK104459433SQ201410591396
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】M·斯瓦塞克 申请人:弗兰克公司