相关申请交叉引用
本申请要求于2015年5月27日申请的美国专利申请序号14/722,412的优先权并要求其权益，该申请通过引用被并入本文中。
公开的构思一般涉及多相电力系统中的电力仪表或电能表，并且更具体地涉及在多相电力系统中使用的支路监测系统的不同布线配置中电压传感器和电流传感器的调试和诊断。
背景技术：
在支路监测系统中，维修面板通常有若干母线，母线的多相电压能够使用电压传感器测量。此外，面板还具有在母线上的多个主电流传感器。而且，维修面板可以具有分支和关联的支路电流传感器。为了进行适当的计量，这些电压和电流传感器被适当地配置是很重要的。不适当的配置通常包括接线到错误相的电压传感器，与错误相关联的支路电流传感器或不适当分组的支路电流传感器。
用于调试和诊断支路监测系统的传统方法基于对系统的物理布局的了解和由电压和电流传感器测量的值，这些值用来计算有功、无功和视在功率的值。支路电流传感器基于物理布局分组，用来计算支路功率。未能了解系统的物理布局常常导致不正确的配置。不正确的配置可能产生相似的有功、无功、视在和支路功率值。
技术实现要素：
在一个实施例中，提供了一种用于确定电力系统的布线配置的方法，包括：确定所述电力系统的多个线-线电压测量值；使用多个所述线-线电压测量值，确定所述电力系统的电压比；以及使用所述电压比确定所述电力系统的布线配置。
在另一实施例中，提供了一种用于电力系统的支路仪表模块，包括控制系统，其中，所述控制系统存储并被构造成执行若干例程。所述若干例程被构造成：确定所述电力系统的多个线-线电压测量值；使用多个所述线-线电压测量值，确定所述电力系统的电压比；以及使用所述电压比确定所述电力系统的布线配置。
在又一实施例中，提供了一种用于诊断在使用3相4线y形布线配置或3相4线三角形布线配置的电力系统中的中性点交换条件的方法，包括：确定所述电力系统的多个线-线电压测量值；使用多个所述线-线电压测量值，确定所述电力系统的电压比；以及使用所述电压比确定所述中性点交换条件是否存在。
在又一实施例中，提供了一种用于使用3相4线y形布线配置或3相4线三角形布线配置的电力系统的支路仪表模块，包括控制系统，其中，所述控制系统存储并被构造成执行若干例程。所述若干例程被构造成：确定所述电力系统的多个线-线电压测量值；使用多个所述线-线电压测量值，确定所述电力系统的电压比；以及使用所述电压比确定在所述电力系统中是否存在中性点交换条件。
在又一实施例中，提供了一种用于诊断在使用单相3线配置的电力系统中的中性点交换条件的方法，包括：使用第一电压传感器确定所述电力系统的第一相的第一线-中性点电压测量值；使用第二电压传感器确定所述电力系统的第二相的第二线-中性点电压测量值；以及如果所述第一线-中性点电压测量值比所述第二线-中性点电压测量值小至少一半，则确定关于所述第一电压传感器中性点交换条件存在；或者如果所述第二线-中性点电压测量值比所述第一线-中性点电压测量值小至少一半，则确定关于所述第二电压传感器中性点交换条件存在。
在又一实施例中，提供了一种用于使用单相3线配置的电力系统的支路仪表模块，包括控制系统，其中，所述控制系统存储并被构造成执行若干例程。所述若干例程被构造成：使用第一电压传感器确定所述电力系统的第一相的第一线-中性点电压测量值；使用第二电压传感器确定所述电力系统的第二相的第二线-中性点电压测量值；如果所述第一线-中性点电压测量值比所述第二线-中性点电压测量值小至少一半，则确定关于所述第一电压传感器中性点交换条件存在；或者如果所述第二线-中性点电压测量值比所述第一线-中性点电压测量值小至少一半，则确定关于所述第二电压传感器中性点交换条件存在。
在又一实施例中，提供了一种诊断电力系统中的相位交换条件的方法，所述电力系统具有第一相、第二相和第三相，并使用具有高桥臂(hi-leg)的3相4线三角形布线配置，其中，所述高桥臂是所述第一相。所述方法包括：确定所述第一相的第一线-中性点电压测量值；确定所述第二相的第二线-中性点电压测量值；确定所述第三相的第三线-中性点电压测量值；确定所述第一线-中性点电压测量值是否是所述第一线-中性点电压测量值、所述第二线-中性点电压测量值和所述第三线-中性点电压测量值中的最大值；以及如果所述第一线-中性点电压测量值不是所述最大值，则检测相位交换条件存在。
在又一实施例中，提供了一种用于具有第一相、第二相和第三相，并使用具有高桥臂的3相4线三角形布线配置的电力系统的支路仪表模块，其中，所述高桥臂是所述第一相，所述支路仪表模块包括控制系统，其中，所述控制系统存储并被构造成执行若干例程。所述若干例程被构造成：确定所述第一相的第一线-中性点电压测量值；确定所述第二相的第二线-中性点电压测量值；确定所述第三相的第三线-中性点电压测量值；确定所述第一线-中性点电压测量值是否是所述第一线-中性点电压测量值、所述第二线-中性点电压测量值和所述第三线-中性点电压测量值中的最大值；以及如果所述第一线-中性点电压测量值不是所述最大值，则检测相位交换条件存在。
在又一实施例中，提供了一种识别在使用3相4线y形、3相3线三角形或1相3线布线配置并具有多个支路和多个支路电流传感器的电力系统中的虚拟仪表的方法，其中，所述支路电流传感器中的每一个与相应的一个支路关联，并且其中，所述支路和所述支路电流传感器设置在物理布局中，其中，所述支路和关联的支路电流传感器相互邻近地串联定位。所述方法包括：确定所述支路电流传感器中的每一个的相位关联；使用每个相位关联测试所述物理布局，以确定所述支路电流传感器是否以重复相序或相反的重复相序设置；响应于确定所述支路电流传感器以重复相序或相反的重复相序设置，对于每个支路和关联的支路电流传感器：(i)识别包括关联的支路电流传感器的多个可能的虚拟仪表；(ii)对于每个可能的虚拟仪表，计算支路相位角方差的关联度量和支路电流方差的关联度量；以及(iii)基于支路相位角方差的关联度量和支路电流方差的关联度量，确定所述支路的候选虚拟仪表；基于所述候选虚拟仪表，确定各自包括两个或更多个支路电流传感器的若干识别的虚拟仪表。还提供了包括控制系统的支路仪表模块，其中，所述控制系统存储并被构造成执行若干例程，所述若干例程被构造成实现刚刚描述的方法。
附图说明
通过结合附图阅读下面对优选实施例的描述，可以获得对公开的构思的全面理解，附图中：
图1a和图1b是根据可以实现公开的构思的一个非限制示例性实施例的支路监测系统的示意图；
图2是示例性3相4线y形布线配置的电路图；
图3是示例性3相3线三角形布线配置的电路图；
图4是示例性3相4线三角形布线配置的电路图；
图5是示例性3相拐角接地三角形布线配置的电路图；
图6是示例性2相y形布线配置的电路图；
图7是示例性单相3线布线配置的电路图；
图8是根据由图1a和1b的支路监测系统或在其中实现的示例性实施例用于电流传感器诊断的方法和设备的总体架构的示意图；
图9是在具有3相平衡电压的3相电力系统中的van、vbn、vcn和vab、vbc、vca的相量图；
图10a是示出根据公开的构思的一个实施例的电压van、vbn和电流测量值ia、ib之间的关系的相量图；
图10b是示出根据公开的构思的一个实施例的电压测量值van、vbn、vcn和电流测量值ia、ib之间的关系的相量图；
图11是根据公开的构思的一个实施例的电压van、vbn和电压测量值van、vbn、vcn的相量图；
图12是示出根据公开的构思的一个实施例的电压测量值van、vbn和电流测量值ia、ib之间的关系的相量图；以及
图13是示出根据公开的构思的一个实施例的电压测量值van和电流测量值ia之间的关系的相量图。
具体实施方式
如本文中使用的两个或更多个零件“耦连”在一起的表述表示这些零件或者直接接合在一起或者通过一个或多个中间零件接合。
如本文中使用的术语“若干”意味着1或大于1的整数(即多个)。
如本文中使用的术语“处理器”表示能够存储、检索和处理数据的可编程模拟和/或数字装置；计算机；工作站；个人计算机；数字信号处理器；微处理器；微控制器；微型计算机；中央处理单元；控制器；主机计算机；小型计算机；服务器；联网处理器；或任何适当的处理装置或设备。
在一方面，公开的构思提供在对于多相电力系统中的保护继电器或电力仪表或电能表的不同布线配置中诊断电流传感器极性和相位关联的方法和设备。所述方法和设备监测电压和电流波形之间的相位角，并使用监测的相位角诊断不同的布线配置中电流传感器的极性和相位关联。电压和电流是分别通过电压和电流传感器测量的，测量的电压和电流由模数转换器转换成相应的离散时间电压和电流样本。计算每相的电压和电流之间的相位角，并基于该相位角诊断在不同的布线配置下电流传感器的极性和相位关联。诊断结果被输出以指示确定的极性和相位关联。诊断结果可以被存储并且可以用于故障检修或其它诊断目的。
在另一方面，公开的构思提供基于有功功率和无功功率计算验证支路电流传感器诊断的方法和设备。在又一方面，公开的构思提供基于确定的电力系统的特定的电压比检测电力系统的布线配置的方法和设备。在再一方面，公开的构思提供用于诊断电力系统中的电压交换条件的方法和设备。在再一方面，公开的构思提供用于识别电力系统中的虚拟仪表的方法和设备。在本文中详细地描述根据各个示例性实施例的公开的构思的这些方面中每一方面的细节。
图1a和图1b是根据可以实现公开的构思的一个非限制示例性实施例的支路监测系统2的示意图。出于图示简便，支路监测系统2分解到两个单独的图(图1a和图1b)中，图1a示出“干线”和“电压”的布线，图1b示出支路布线配置。
从图1a和图1b可见，支路监测系统2包括主电源4，诸如但不限于公用电源，其在图示的实施例中是三相ac电源。主电源4经由具有导体8a、8b和8c的母线8将a、b和c相提供至主断路器6。主断路器6是传统的3极断路器，用于向支路监测系统2提供电路保护功能。主断路器6的输出耦连至具有导体10a(其承载a相)、10b(其承载b相)和10c(其承载c相)的母线10。
从图1a和图1b可见，支路监测系统2还包括仪表底座12，用于为支路监测系统2提供功率计量功能。如所示的，第一和第二支路仪表模块14a和14b耦连至仪表底座12。每个支路仪表模块14被构造成提供上文简要描述并在本文中更详细描述的功能。尽管在图示的实施例中，支路监测系统2包括如刚描述的第一和第二支路仪表模块14a和14b(每一个与支路的特定分组关联)，但要理解这只是示例性的，两个支路仪表模块14的功能可以组合在单个支路仪表模块14中。而且，支路监测系统2还包括多于2个支路仪表模块14，例如四个、六个或八个这种模块。
在示例性实施例中，每个支路仪表模块14a、14b包括具有控制系统的计算装置，控制系统包括处理器16a、16b和存储器18a、18b。例如但不是限制，处理器16a、16b可以是与存储器18a、18b相接的微处理器(μp)、微控制器或某种其它适当的处理装置。存储器18a、18b可以是各种类型的内部和/或外部存储介质中的任何一个或多个，诸如但不限于提供存储寄存器即非瞬态机器可读介质用于诸如以计算机的内部存储区的方式的数据和程序代码存储的ram、rom、eprom、eeprom、flash等等，并且可以是易失性存储器或非易失性存储器。存储器18a、18b其中已经存储了可由处理器16执行的若干例程。一个或多个例程实现(通过计算机/处理器可执行的指令)在上文简要讨论并在下面更详细讨论的用于调试和诊断在不同的布线配置下形成支路监测系统2的一部分的电压和电流传感器的方法的至少一个实施例。
从图1a和图1b可见，支路监测系统2还包括标记为20a-20f的若干负载20，这些负载由从主电源4接收的电力供电。具体地，从图1b可见，每个负载20通过关联的断路器22耦连至主母线10的一个或多个导体10a、10b、10c，断路器22视情况而定可以是1极断路器(标记为22-1)、2极断路器(标记为22-2)或3极(标记为22-3)断路器。
参照图1a，支路监测系统2还包括用于测量主母线10上每一相的电压的电压传感器24a、24b、24c和用于测量主母线10上的每一相的电流的电流传感器26a、26b、26c。每个电压传感器24可以是例如但不限于常规的电压互感器，每个电流传感器26可以是例如但不限于常规的电流互感器。支路监测系统2还包括用于测量中性线32上的电压和电流的中性点电压传感器28和中性点电流传感器30。由电压传感器24、电流传感器26、中性点电压传感器28和中性点电流传感器30生成的信号提供至每个支路仪表模块14以如本文中描述的使用。
参照图1b，支路监测系统2包括若干支路电流传感器34，其中，如从图1b可见，每个支路电流传感器34与以下相关：(i)主母线10的特定相，(ii)断路器22中的特定一个的特定极，和(iii)特定负载20。每个支路电流传感器34可以是例如但不限于常规的电流互感器。由电流传感器34生成的信号提供至支路仪表模块14之一以如本文中描述的使用。在非限制示例性实施例中，由位于图1b的左侧并与主母线10的左侧上的断路器22关联的支路电流传感器34生成的信号提供至支路仪表模块14a，由位于图1b的右侧并与主母线10的右侧上的断路器22关联的支路电流传感器34生成的信号提供至支路仪表模块14b。
在刚描述的支路监测系统2中，电压和电流传感器24、26、28、30和34可操作以相应地测量电压和电流波形。电压测量值通常由电压传感器或者从相对于单独相的一相获得，或者从相对于电压参考点(例如中性点)的相获得。此外，支路监测系统2中有两种类型的电流传感器。第一种类型的电流传感器是主电流传感器26，其安装在例如维修面板的进入点的主母线10的导体10a、10b和10c上，并且测量每一相的汇聚电流。第二种类型的电流传感器是支路电流传感器34。支路电流传感器34安装在与相应的负载20关联的每个支路上，并且测量各个支路的电流。
在示例性实施例中，在本文中其它地方(图8)描述的模数转换器42、44分别用来将电压和电流测量值转换成采样频率为fs的离散时间电压和电流样本。采样频率为fs通常以赫兹(hz)或每周期的样本数表示。例如，假如电源频率fe＝60hz的电力系统，每周期512个样本的采样频率等同于30,720hz的采样频率。
上文描述的电压和电流测量值取决于布线配置。对于3相电力系统中使用的支路监测系统2，布线配置通常是以下可能情况中的一种：3相4线y形；3相3线三角形；3相4线三角形；3相拐角接地(corner-grounded)三角形；2相y形；单相3线以及单相2线。对于每种布线配置，电压和电流传感器24、26、28、30和34被相应地配置以提供电压和电流测量值。
各种布线配置的描述
以下提供的描述描述了与上文列出的每种特定的布线配置关联的电压和电流测量值。该描述将有助于理解本文中其它地方描述的公开构思的各个方面的细节。
3相4线y形
图2是示出示例性3相4线y形布线配置的电路图36a。实践中，中性点n通过至少一个高电阻电阻器连接至地g以抑制由重燃电弧引起的过电压。
在3相4线y形布线配置中，电压测量值通常由电压传感器或者从相对于电压参考点的相获取或者从相对于单独相的相获取。例如，当电压测量值由电压传感器从相对于图2中的电压参考点的相获取时，用于电压测量van的电压传感器被配置成测量从a相到中性点n的电压。用于电压测量vbn的第二电压传感器被配置成测量从b相到中性点n的电压。用于电压测量vcn的第三电压传感器被配置成测量从c相到中性点n的电压。
替代性地，当电压测量值由电压传感器从相对于图2中的单独相的相获取时，用于电压测量vab的电压传感器被配置成测量从a相到b相的电压。用于电压测量vbc的第二电压传感器被配置成测量从b相到c相的电压。用于电压测量vca的第三电压传感器被配置成测量从c相到a相的电压。
值得注意的是，通过以下公式电压测量值vab、vbc、vca与电压测量值van、vbn、vcn相关：
vab＝van-vbn(1)
vbc＝vbn-vcn(2)
vca＝vcn-van。(3)
在图2中，a相电流测量值ia的正方向定义为从节点“a”到节点“n”，在同一图中，电压van定义为节点“a”的电压相对于节点“n”的电压。同样，类似的定义适用于b和c相的量ib、ic和vbn、vcn。
3相3线三角形
图3是示出示例性3相3线三角形布线配置的电路图36b。电压vab定义为节点“a”的电压相对于节点“b”的电压，电流iab定义为从节点“a”流向节点“b”的电流。同样，类似的定义适用于电压vbc、vca和电流ibc、ica。
在图中，a相电流测量值ia的正方向定义为从源到节点“a”。同样，类似的定义适用于b和c相的量ib和ic。
3相4线三角形
图4是示出示例性3相4线三角形布线配置的电路图36c。这也称作高桥臂三角形布线配置。实际上，3相4线三角形系统中的节点“n”通常是可接近的，但并不总是提供同一3相4线三角形系统中的节点“n”。结果，电压测量值van、vbn、vcn和电流测量值ia、ib、ic是可得到的，而电压van、vbn、vcn通常是不可得到的。
3相拐角接地三角形
图5是示出36c示例性3相拐角接地三角形布线配置的电路图36d。实际上，3相拐角接地三角形系统中的节点“n”通常是可接近的，但并不总是提供同一3相拐角接地三角形系统中的节点“n”。结果，电压测量值van、vcn和电流测量值ia、ic是可得到的，而电压van、vbn、vcn通常是不可得到的。
2相y形
2相y形布线配置是3相4线y形布线配置的一种特殊的情况。在2相y形系统中，只使用三分之二的相。例如，图6是示出在负载侧只连接za和zb的示例性2相y形布线配置的电路图36e。实践中，中性点n通过至少一个高电阻电阻器连接至地g，以抑制由重燃电弧引起的过电压。
单相3线
图7是示出示例性单相3线布线配置的电路图36f。这也称作分离相布线配置。与3相布线配置不同，节点“a”、“b”和“n”全部从中央抽头变压器输出，中性节点“n”通常接地。
根据图7，假如变压器输出平衡，则电压测量值van和vbn具有以下关系：
van＝-vbn。(4)
单相2线
单相2线布线配置是单相3线布线配置的一种特殊情况。在单相2线系统中，只使用二分之一的相。例如，参照图7，当只连接za时，原来的单相3线y形系统变成单相2线系统。
支路电流传感器诊断
公开的构思的一个特定方面提供支路电流传感器诊断方法，其确定支路电流传感器是否已经配置了正确的极性并与正确的相关联。在下面更加详细地描述的公开构思的支路电流传感器诊断首先获得布线配置信息，然后使用电压和电流之间的相位角确定电流传感器的配置。
关于实现公开的构思的这个方面，提供了用于计算电压和电流之间的相位角的若干方法。还提供了诊断方法来确定支路电流传感器是否已经配置了正确的极性并且与特定于每种布线配置的正确的相关联。
图8示出根据由包括支路仪表模块14的支路监测系统2实现或在其中实现的示例性实施例的电流传感器诊断的方法和设备的总体架构。所述方法和设备包括以下五个部分或阶段：(1)电压和电流测量值38和40分别由电压传感器24、28和电流传感器26、30、34感测；(2)电压和电流测量值38和40由模数转换器(adc)42、44转换成相应的电压和电流样本46、48；(3)对于a、b和c相通常计算电压和电流之间的相位角50；(4)基于预定的布线配置54确定电流传感器极性和相位关联诊断52(参见本文中其它地方提供的对根据公开的构思的又一方面自动地确定布线配置54的方法的描述)；以及(5)诊断结果56被输出，并且可以存储，并且可以用于故障检修或其它诊断目的。形成如本文中描述的每个支路仪表模块14的一部分的适当的处理器16用于后三个部分或阶段50、52、56。处理器16可以耦连至示例性显示器58以用于诊断结果56的输出。尽管示出两个adc42、44，但可以使用具有若干通道以输出感测的电压和电流的数字样本的单个adc。
如刚刚描述的，公开的构思的支路电流传感器诊断方法确定支路电流传感器34是否已经配置了正确的极性以及是否与正确的相关联。具体地，所述方法首先获得布线配置信息，然后使用电压和电流之间的相位角确定电流传感器的配置。下面描述了可以用来计算电压和电流之间的相位角以便实现公开的构思的支路电流传感器诊断方法的两种替代方法。
在第一种方法中，对于每一相，诸如图1a和图1b中所示的a、b或c相，可以通过从电压样本的过零点时间到电流样本的过零点时间对样本的数目nz计数，计算电压和电流之间的相位角。因为采样频率fs是已知量，所以从电压样本的过零点时间到电流样本的过零点时间的样本数可以通过以下转换成时间量tz(单位为秒)：
tz＝nz/fs(5)
其中，fs单位是赫兹(hz)。
因为3相电力系统的电源频率fe(单位赫兹)通常是已知量，所以时间量tz还通过以下公式转换成电压和电流之间的相位角，相位角通常以度(°)表示：
其中，rem(·，360)表示一个量被360除之后的余数。
该操作将电压和电流之间的相位角包装成在0和360°之间的非负值，简化了后续的电流传感器诊断。
接着上面的定义，当电压和电流波形相互同相时，则电压和电流样本的过零点时间是相同的。结果，电压和电流之间的相位角是0°。否则，电压和电流之间的相位角是小于360°的正值。
在第二种方法中，当有功功率p(单位瓦特)、视在功率s(单位伏安)和每一相的超前/滞后信息可用时，通过使用下面的表1先计算中间相位角
表1.计算相位角的方法
在表1中，arccos(·)是反余弦函数，其范围在0和π之间，包括0和π，即0≤arccos(·)≤π。例如，如果p＜0并且超前，则
然后通过以下公式从中间相位角
而且，如下文更加详细地描述的，根据公开的构思的又一方面，本文中描述的每种不同的布线配置具有关联的规则集来确定布线配置中的支路电流传感器是否已经配置了正确的极性并与使用正被讨论的传感器的确定的相位角的正确的相关联。
更具体地，对于旨在测量3相4线y形布线配置中的a相电流的支路电流传感器34，对于此特定的支路电流传感器34有6种可能的情形：
1)支路电流传感器34接线到带正极性的a相载流导体。结果，支路电流传感器的电流测量值是ia。
2)支路电流传感器34接线到带翻转极性的a相载流导体。结果，支路电流传感器的电流测量值是-ia。
3)支路电流传感器34接线到带正极性的b相载流导体。结果，支路电流传感器的电流测量值是ib。
4)支路电流传感器34接线到带翻转极性的b相载流导体。结果，支路电流传感器的电流测量值是-ib。
5)支路电流传感器34接线到带正极性的c相载流导体。结果，支路电流传感器的电流测量值是ic。
6)支路电流传感器34接线到带翻转极性的c相载流导体。结果，支路电流传感器的电流测量值是-ic。
类似地，在每种情况下，旨在测量b或c相电流的支路电流传感器34也具有6种可能的情形。根据公开的构思，并且如下面更详细地描述的，支路电流传感器诊断方法通过根据特定于被讨论的特定布线配置的规则集(在示例性实施例中形式为查询表)分析电压和电流之间的相位角，确定特定的支路电流传感器34具有哪种情形，其中，这些规则将相位角与特定的传感器关联和极性相关联。
关于公开的构思，假设全部电压传感器24、28已经正确地配置极性和相位关联。例如，在上面的3相4线y形布线配置示例中，用于电压测量van的电压传感器24被正确地配置成测量从a相到中性点n的电压。用于电压测量vbn的第二电压传感器24被正确地配置成测量从b相到中性点n的电压。用于电压测量vcn的第三电压传感器24被正确地配置成测量从c相到中性点n的电压。
此外，因为最现代的3相电力系统是调节过的，因此假设3相电压平衡，即电压测量值vab、vbc、vca在以相量表示时具有相同的幅值，相互相差120°。
结果，根据等式(1)-(3)，电压测量值vab、vbc、vca在以相量表示时都具有相同的幅值，相互相差120°，如图9的相量图60示出的。
出于公开的构思的目的，假设3相对称负载，即：
za＝zb＝zc＝z，(8)
负载阻抗相位角
上面的负载阻抗相位角范围包括：1)纯电阻性负载，其中，负载阻抗相位角
尽管上面的假设将负载阻抗相位角
如上面提到的，对于本文中描述的每种布线配置，支路电流传感器诊断具有基于确定的相位角确定传感器相位关联和极性的不同的规则集。因此，根据公开的构思的一方面，本文中描述的每种特定的布线配置具有关联的表(称作“电流传感器诊断表”)，其总结了适用于特定的布线配置的规则集。根据公开的构思的电流传感器诊断方法通过读适当的表中的适当的表项确定电流传感器的极性和相位关联。适用于3相4线y形、3相3线三角形、3相4线三角形和3相拐角接地三角形布线配置的电流传感器诊断表详细地在美国专利申请公开号2015/0042311中描述，该申请由其受让人拥有，并通过引用被全部并入本文中。因此，这些表背后的基本原理在本文中不详细讨论。而是，出于方便在下面提供每种布线配置的电流传感器诊断表(表2-5)。而且，公开的构思的一方面是2相y形、单相3线和单相2线布线配置的电流传感器诊断表的提供，其中的每一个在下面详细描述(表6-8)。
表2.3相4线y形布线配置的电流传感器诊断
表3.3相3线三角形布线配置的电流传感器诊断
表4.3相4线三角形布线配置的电流传感器诊断
表5.3相拐角接地三角形布线配置的电流传感器诊断
讨论将转到2相y形、单相3线和单相2线布线配置的电流传感器诊断表。
关于2相y形，负载阻抗相位角限制到在10°超前和50°滞后之间。因此，电压van和电流测量值ia之间的相位角的范围从10°超前到50°滞后。同样，电压vbn和电流测量值ib之间的相位角的范围从10°超前到50°滞后。这由图10a的相量图62a展示。因为在2相y形布线配置(图)中c相和节点“n”之间没有连接负载，因此，ic＝0。
基尔霍夫电流定律规定节点“n”的电流测量值的和是0，即：
ia+ib＝0。(9)
根据图，
ia＝van/za、ib＝vbn/zb。(10)
将等式(10)代入等式(9)，得到：
van/za+vbn/zb＝0。(11)
注意，使用等式(8)中的对称负载假设，还可以进一步简化等式(11)。
van+vbn＝0。(12)
电压测量值vab通过以下公式与van和vbn相关：
vab＝van-vbn(13)
将等式(12)与等式(13)相加，得到：
vab＝2van(14)
因此，van＝vab/2，vbn＝-vab/2。产生的电压测量值van、vbn和vcn以相量表示示于图11的相量图64中。
因为ic＝0，所以，如果ia的幅值为0，即|ia|＝0，其中，|·|表示相量的幅值，则旨在测量a相电流的电流传感器34一定错误地与c相载流导体关联。
将图10a和11组合产生图10b。图10b是示出电压测量值van、vbn、vcn和电流测量值ia、ib之间的关系的相量图62b。图10b中的阴影区表示电流测量值关于电压测量值的角范围。
表6总结了图10b的情况，并示出2相y形布线配置的电流传感器诊断。注意在表6中，
表6.2相y形布线配置的电流传感器诊断
在2相y形布线配置中，如果第一支路电流传感器34旨在测量a相电流，第二支路电流传感器34旨在测量b相电流，则这些特定的支路电流传感器34有8种可能的情形。
1)第一支路电流传感器34接线到带正极性的a相载流导体。第二支路电流传感器34接线到带正极性的b相载流导体。结果，来自第一支路电流传感器的电流测量值是ia，来自第二支路电流传感器的电流测量值是ib。
2)第一支路电流传感器34接线到带翻转极性的a相载流导体。第二支路电流传感器34接线到带正极性的b相载流导体。结果，来自第一支路电流传感器的电流测量值是-ia，来自第二支路电流传感器的电流测量值是ib。
3)第一支路电流传感器34接线到带正极性的a相载流导体。第二支路电流传感器34接线到带翻转极性的b相载流导体。结果，来自第一支路电流传感器的电流测量值是ia，来自第二支路电流传感器的电流测量值是-ib。
4)第一支路电流传感器34接线到带翻转极性的a相载流导体。第二支路电流传感器34接线到带翻转极性的b相载流导体。结果，来自第一支路电流传感器的电流测量值是-ia，来自第二支路电流传感器的电流测量值是-ib。
5)第一支路电流传感器34接线到带正极性的b相载流导体。第二支路电流传感器34接线到带正极性的a相载流导体。结果，来自第一支路电流传感器的电流测量值是ib，来自第二支路电流传感器的电流测量值是ia。
6)第一支路电流传感器34接线到带翻转极性的b相载流导体。第二支路电流传感器34接线到带正极性的a相载流导体。结果，来自第一支路电流传感器的电流测量值是-ib，来自第二支路电流传感器的电流测量值是ia。
7)第一支路电流传感器34接线到带正极性的b相载流导体。第二支路电流传感器34接线到带翻转极性的a相载流导体。结果，来自第一支路电流传感器的电流测量值是ib，来自第二支路电流传感器的电流测量值是-ia。
8)第一支路电流传感器34接线到带翻转极性的b相载流导体。第二支路电流传感器34接线到带翻转极性的a相载流导体。结果，来自第一支路电流传感器的电流测量值是-ib，来自第二支路电流传感器的电流测量值是-ia。
根据表6，对于第一支路电流传感器34，如果
根据表6，对于第二支路电流传感器34，如果
根据表6，对于第一支路电流传感器34，如果
在这种情况下，为了辨别上面列表中的情况1)或情况8)是否是真实的，其它指示器，诸如附连到电流传感器的相位标记以及附连到载流导体的相位标记可以有助于最终确定。
下面的描述公开了分别使用电压测量值van、vbn和电流测量值ia、ib之间的相位角，诊断单相3线布线配置的电流传感器34的步骤。
根据单相3线布线配置(图7)，电压测量值van、vbn通过以下公式与电压van、vbn相关：
van＝van(15)
vbn＝vbn(16)
因此，根据等式(15)和(16)，van＝-vbn。
图12是示出电压测量值van、vbn和电流测量值ia、ib之间的关系的相量图66。图12中的阴影区指电流测量值相对于电压测量值的角范围。
表7总结了图12的情况，并示出单相3线布线配置的电流传感器诊断。注意在表7中，
表7.单相3线布线配置的电流传感器诊断
根据表7，
1)电流传感器34与a相载流导体关联，并具有正极性。
2)电流传感器34与b相载流导体关联，同时具有翻转极性。
在这种情况下，其它指示器，诸如附连到电流传感器的相位标记以及附连到载流导体的相位标记可以有助于最终确定。
单相2线布线配置是单相3线布线配置的一种特殊情况。图13是示出电压测量值van、vbn和电流测量值ia、ib之间的关系的相量图68。图13中的阴影区指示电流测量值关于电压测量值的角范围。
表8总结了图13的情况，并示出单相2线布线配置的电流传感器诊断。注意在表8中，
表8.单相2线布线配置的电流传感器诊断
支路电流传感器诊断的验证
在支路监测系统2中，在对每个支路执行如本文中描述的电流传感器诊断之后，如果主电流传感器26已经被安装并配置在相同的支路监测系统2中，则最终的支路电流传感器诊断结果可以被进一步验证。以下的讨论公开了使用有功功率p和无功功率q验证支路电流传感器诊断结果的步骤。
对于每个支路电流传感器34，有功功率p(单位瓦特)和视在功率s(单位伏安)是可用的。此外，功率因数pf也是可用的。假定非零的pf，则无功功率q(单位乏)通过以下公式计算：
其中，|pf|是功率因数的绝对值。
对于以下的4种布线配置：3相4线y形，3相3线三角形，3相4线三角形和3相拐角接地三角形，一旦完成如本文中描述的电流传感器诊断，则每个支路电流传感器34与a相载流导体10a或b相载流导体10b或替代性地c相载流导体10c关联。通过将与a相载流导体10a关联的所有支路电流传感器34的有功功率量相加，获得总的a相有功功率pa，total。类似地，通过将与b相载流导体10b关联的所有支路电流传感器34的有功功率量相加，获得总的b相有功功率pb，total，通过将与c相载流导体10c关联的所有支路电流传感器34的有功功率量相加，获得总的c相有功功率pc，total。同样，获得支路监测系统2的qa，total、qb，total、qc，total。
对于基于上面的4种布线配置的支路监测系统2，还通过由主电压传感器24进行的电压测量和由主电流传感器26进行的电流测量计算总的有功功率和无功功率量。有功功率和无功功率量表示为p’a，total、p’b，total、p’c，total和q’a，total、q’b，total、q’c，total。
下面的表9示出根据公开的构思的一方面的示例性实施例，可以用来对以下的4种布线配置验证支路电流传感器诊断结果的方法，这4种布线配置是3相4线y形，3相3线三角形，3相4线三角形和3相拐角接地三角形。例如，如果pb，total＝p’b，total，qb，total＝q’b，total，则对与b相载流导体关联的所有电流传感器34，支路电流传感器诊断结果被验证为ok。举另一示例，如果pc，total≠pc，total或者qc，total≠q’c，total，则对与c相载流导体关联的所有电流传感器34支路电流传感器诊断结果被验证为不ok。
表9.使用3相有功功率和无功功率量的支路电流传感器诊断的验证
接着上面概括的方法，对于以下的两种布线配置：2相y形和单相3线，通过将与a相载流导体10a关联的所有支路电流传感器34的有功功率和无功功率量相加，获得总的a相有功功率pa，total和总的a相无功功率qa，total，通过将与b相载流导体10b关联的所有支路电流传感器34的有功功率和无功功率量相加，获得总的b相有功功率pb，total和总的b相无功功率qb，total。
对于基于上面的2种布线配置的相同的支路监测系统2，还通过由主电压传感器24进行的电压测量和由主电流传感器26进行的电流测量计算总的有功功率和无功功率量。总的有功功率和无功功率量表示为p’a，total、p’b，total和q’a，total、q’b，total。
下面的表10示出根据公开的构思的一方面的另一示例性实施例可以用来验证对于下面的2种布线配置的支路电流传感器诊断结果的方法，这2种布线配置是：2相y形和单相3线。
表10.使用2相有功功率和无功功率量的支路电流传感器诊断的验证
对于单相2线布线配置，通过将与a相载流导体10a关联的所有支路电流传感器34的有功功率和无功功率量相加，获得总的a相有功功率pa，total和总的a相无功功率qa，total。还通过由主电压传感器24进行的电压测量和由主电流传感器26进行的电流测量计算总的有功功率和无功功率量，表示为p’a，total和q’a，total。
表11示出根据公开的构思的又一方面可以用来验证单相2线布线配置的支路电流传感器诊断结果的方法。
表11.使用单相有功功率和无功功率量的支路电流传感器诊断的验证
布线配置确定
下面根据公开的构思的又一方面提供对用于确定系统诸如支路监测系统2中的相数，然后还确定系统的布线配置的方法的描述。在示例性实施例中，此方法只使用由电压传感器24、28进行的rms电压测量完成，并假设支路仪表模块14a、14b的未使用的电压终端连接至包括中性导体32的中性电压节点。
公开的构思的这方面的方法在没有相位角信息的情况下，使用线-线和线-中性点电压测量值确定布线配置。具体地，电压传感器24、28将主母线10的每个导体10a、10b、10c(即每一相)的线-中性点电压测量值提供至支路仪表模块14。通过该信息，支路仪表模块14能够确定主母线10的每个导体10a、10b、10c(即每一相)的线-线电压测量值。为了区分单相和多相系统，所述方法首先确定由电压传感器24、28进行的非零线-中性点电压测量值的数目。如果只有两个非零测量值，则可以确定系统是单相2线配置。如果有三个非零测量值，则系统是2相y形、单相3线或3相配置。而且，vmin指最小的线-线电压测量值，vmax指最大的线-线电压测量值。如果vmax等于vmin，则所述方法确定系统是3相系统。如果vmax是vmin值的两倍，则所述方法确定系统是2相分离式。如果vmax比vmin大3的平方根的倍数，则所述方法确定系统是2相y形。一个特定的示例性实施例通过确定vmin：vmax的比率，并使用以下边界(确定为两个预期值之间的中点的边界)，用数学方法确定相位：
如果vratio＞.789，则布线配置是3相配置
如果vratio＜.539，则布线配置是单相3线配置
如果.789≥vratio≥.539，则布线配置是2相y形配置
如果根据所述方法，系统被确定为是3相系统，则根据线-中性点电压测量值，系统可以被进一步分类为拐角接地三角形、4线三角形或平衡4线y形。由缺少线-中性点电压测量值，可以分类为3相3线三角形。在这方面，vmin指具有最小的线-中性点电压测量值的相，vmax指具有最大的线-中性点电压测量值的相。接着，所述方法用vmax除以vmin。在拐角接地三角形的情况下，最小值应当为零或接近零。在4线三角形，也称作高桥臂三角形或中心抽头三角形的情况下，vratio值预计接近1/1.73即1除以3的平方根。在4线y形配置的情况下，如果系统是理想平衡的，则vratio值会是1，但一定不会比1小很多。因此，区分上面指出的三种配置的适当方法如下：
如果vratio＜0.366，则电压配置是拐角接地三角形
如果.366≤vratio≤0.732，则电压配置是4线三角形
如果vratio＞.732，则电压配置是4线y形
电压交换条件的诊断
公开的构思的另一方面涉及诊断电压交换条件。对于平衡的布线配置，电压相位是相互可互换和可区分的。然而，通过将中性点与相电压交换(也称作中性点交换)，使用中性点电压的配置可能被误接线。同样，在具有不平衡电压的配置中，误接线可能出现在各相之间(也称作相位交换)。可以诊断这两种误接线错误。
中性点交换可能出现在3相4线y形、3相4线三角形和单相3线配置中。为了诊断3相配置中任一种的中性点交换，获得线-线电压测量值的一个样本(即对每一相采样)。vmin指具有最小的线-线电压测量值的相，vmax指具有最大的线-线电压测量值的相。接着，所述方法用vmax除以vmin。下面的表12和13示出对于正确布线以及中性点与4线y形或4线三角形的任意相交换，基于120vln的系统的可能的vratio值：
表12-4线y形配置的中性点交换
表13-4线三角形配置的中性点交换
因此，检测中性导体32的测量点是否被正确接线的适当的方法如下：
如果vratio＞0.732，则中性点被正确接线
如果vratio≤0.732，则中性点被不正确接线
为了诊断单相3线配置的中性点交换条件，获得每一相的线-中性点电压的一个样本。va指第一电压，vb指第二电压。如果一个比另一个小1/2，则较小的一个与中性点交换。下面的表14示出对于正确布线以及中性点与任一相的交换，基于120vln的系统的示例值。
表14-单相3线配置的中性点交换
在3相4线三角形的不平衡相位配置中，识别高桥臂，就可以检测相位交换条件。根据公开的构思的另一方面，获得每一相的线-中性点电压的一个样本。va、vb和vc指每一相的电压。然后可以通过具有最高值的电压识别高桥臂。下面的表15示出基于120vln系统的示例值：
表15-单相3线配置的相位交换
预计的高桥臂与识别的高桥臂的不匹配就是误接线。
支路传感器分组
根据公开的构思的又一方面，作为支路监测系统2的调试过程的一部分，支路电流传感器34被分组成虚拟仪表。这些在很大程度上取决于支路监测系统2的物理布局，并且可以用关于物理布局的信息以及来自关联的成对的电压和电流传感器的数据加以诊断。
对于多相系统，支路的物理布局(每个支路与断路器22的单极关联)通常是重复的相序，或者是重复的相反相序。通过识别每个支路在支路监测系统2的物理布局中的位置，如果分支不遵守规定的次序之一，则可以发现相位误差。
下面在表16中是3相和2相系统的6个分支的典型的物理布局。不使用这些布局之一的3相或2相系统会出现错误。
表16-3相和2相系统的6个分支的典型的物理布局
一、二或三个支路电流传感器34可以组合在一起以创建虚拟仪表。虚拟仪表通常监测相同的平衡负载20的不同相，诸如hvac或3相电动机，并且通常物理地相互邻近。因此，典型的虚拟仪表可以根据以下准则对有源负载定义其支路：(i)虚拟仪表中的每个支路和关联的支路电流传感器34应当链接到没有重复相的不同相；(ii)虚拟仪表中的所有支路和关联的支路电流传感器34应当具有相同或相似的相位角；(iii)虚拟仪表中的所有支路和关联的支路电流传感器34应当具有相同或相似的电流；(iv)虚拟仪表中的所有支路和关联的支路电流传感器34应当在物理布局中相邻。
通过分析每个电流、相位角和每个支路在物理布局中的位置和关联的支路电流传感器34，能够以高的置信度识别虚拟仪表。
根据公开的构思，分析从根据支路监测系统2的物理布局，识别每个支路和关联的支路电流传感器34的可能的虚拟仪表开始。例如，下面的表17示出3相系统中的典型的支路，如下面说明的，可以是3种可能的3相仪表或2种可能的2相仪表的一部分。
表17-典型支路的可能的虚拟仪表
位置靠近物理布局边缘的分支和关联的支路电流传感器34比位置远离边缘的具有更少的可能的仪表。
此方法只识别3相4线y形和3相3线三角形系统上的3相仪表和1相3线系统上的2相仪表。
接着，对于每个可能的虚拟仪表，使用此方差等式计算其支路相位角方差：
其中，x是可能的虚拟仪表中的每一个支路相位角，u是可能的虚拟仪表中支路相位角的平均值，n是可能的虚拟仪表中分支和关联的支路电流传感器34的数目。还使用相同的等式计算每个可能的虚拟仪表的支路电流方差，其中，x是可能的虚拟仪表中的每一个支路电流，u是可能的虚拟仪表中的支路电流的平均值，n是可能的虚拟仪表中分支和关联的支路电流传感器34的数目。
然后对于每个支路和关联的支路电流传感器34，通过比较包括它的所有可能的虚拟仪表的所有方差，确定候选虚拟仪表。如果包括该支路的虚拟仪表之一具有最小的支路相位角方差和最小的支路电流方差，则其被确定为候选虚拟仪表。否则，该分支没有候选虚拟仪表。
如果存在可能的虚拟仪表，其中每一个支路已经确定该可能的虚拟仪表为其候选虚拟仪表，则该可能的虚拟仪表以高的置信度被识别为虚拟仪表。为了提高置信度，可以对方差设置过滤器，使得如果相位角或电流之间的方差太高，则不识别任何候选仪表。
尽管已经详细地描述了公开的构思的特定实施例，但本领域技术人员会认识到根据本公开的总体教导，可以产生对这些细节的各种修改和替代。因此，公开的特定布置旨在只是示意性的，不是对公开构思的范围的限制，公开构思的范围被赋予所附权利要求和其所有等同物的全部广度。