一种实时监测三相智能电表错误接线方式的方法及系统与流程

1.本发明涉及电力测量技术领域，尤其涉及一种实时监测三相智能电表错误接线和追补电量的方法。


背景技术：

2.目前，电能表是用来计量用户使用电量的装置，是供电公司收取电费的参照标准，但常常因为新装轮换、线路设备检修等导致表计异常运行，特别是经互感器引入的高压高供型电能表，接线复杂。如果发生接线错误和其他异常情况，就会造成实际用电与计量用电不一致，势必对电力部门和用户造成影响。要想真正准确的计量电能，不仅要保证电能表自身的准确度，更重要的是要保证电能表接线的正确，及时发现和纠正。
3.三相智能电表错误接线有很多种，本发明针对的是二次回路与交流采样装置接线完备(意味着不缺相)，仅仅是在连接时位置接错了的错接线情况，而这其中大多数错误接线都会造成电能计量损失。同时传统的接线检查方法，比如采用相位伏安表或相序表来检查电能表的接线是否正确，这需要操作人员现场测量校验，且应具有相当高的理论知识与现场经验，才能正确判断电能表的接线情况。虽然工作人员可以对电能表做接线检查工作和实现追补电量，但是接线检查也只是本次的接线检查，如果再有更改还要再到现场检查，耗时耗力，另外其电量的追补也只是用的某一个时间点的追补系数，算出的追补电量也只是一个大概数据，不能算是一个真正的追补电量值。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种实时监测三相智能电表错误接线和追补电量的方法，应用分布式hplc模块，利用实时测量的电压电流等用电数据进行相位角分析判断接线方式及计算追补电量，以便供电部门及时获取信息并对故障进行快速处理，替代人工现场核查。
5.本发明是通过如下技术方案实现的：一种实时监测三相智能电表错误接线方式的方法，包括以下步骤：
6.s1：数据采集，获取各三相智能电表的用电数据；现有的电力采集系统多采用分布式系统，每个三相智能电表对应一个编号，基于分布式采集系统能够实时获取每个三相智能电表的用电数据；
7.s2：接线分析，结合所述用电数据，计算出各三相智能电表各相的相位角，并判断三相智能电表的接线是否正确，若接线错误，则记录错误接线方式、错接线持续时间，并计算追补电量；
8.s3：追补电量计算，将正确接线方式和错误接线方式对应的功率比作为电量更正系数，结合三相智能电表在错接线持续时间内计量的电量，确定追补电量；
9.s4：结果输出，将三相智能电表对应的编号、接线分析的结果、追补电量发送至集中器；
10.s5：数据汇总，所述集中器汇总台区内所有三相智能电表的错接线方式和追补电量信息并实时上传至用电信息采集主站中。
11.其中步骤s1-s4均在三相智能电表侧完成，基于分布式采集系统，实现对三相智能电表错误接线方式的及时判断和追补电量的准确计算；步骤s5是基于现有采集系统完成信息汇总。
12.进一步，所述s1具体为基于电力线高速载波技术，对三相智能电表进行高频实时数据采集，按规定的时间间隔保存各类用电数据，所述用电数据包括三相分别对应的相电压、相电流、功率因数、有功功率和无功功率。
13.高速电力线载波技术(hplc)指以低压电力线作为通信媒介，实现低压电力用户用电信息汇聚、传输、交互的通信网络为高速电力线载波通信网，通过分布式hplc模块能够对三相智能电表进行分钟级数据采集，可实现居民用电负荷电量的实时监测，深入挖掘用电数据，为居民和企业更好地实施需求侧管理。
14.进一步，三相四线制接线，接入三个电流，电流的方向会出现两类接线方式，一类是各相电流自身反接，一类是各相电流接线位置互换；接入三个电压，电压方向会出现两类接线方式，一类是正相序(abc、bca、cab)，三个电压之间各自滞后前一个电压相差120度，一类是逆相序(acb、bac、cba)，三个电压之间各自滞后前一个电压相差240度。两类组合下只有一种正确接线方式，即电流按abc正接线，电压按abc正相序接线。图3为三相四线制电能表正确接线时的相量图。
15.所述s2具体为：
16.s21：确定基准电压坐标系：获取相序状态字，确定电压正相序或者电压逆向序，若是正向序，则电压参考基准为ua、ub、uc，若是逆相序，则电压参考基准为ua、uc、ub；
17.s22：计算各相电压电流相位角：确定有功功率p和无功功率q正负，对功率因数求反余弦值，获得各相电压电流相位角；对功率因数取反余弦值得到电压电流的相位角，并根据有功功率和无功功率的正负能唯一确定相位角的角度，再进行角度换算，如下式：
[0018][0019]
s23,根据相位角范围判断三相智能电表的接线方式；
[0020]
s24，若接线错误，则记录错误接线方式、错接线持续时间。
[0021]
进一步，所述s23具体为：
[0022]
s231：由于接线方式未知，暂定三个电流分别为i1、i2和i3，通过步骤s21和s22得到各相电流相对于对应相电压相量的相位角关系，记为∠uai1、∠ubi2和∠uci3，角度数对应为θa、θb、θc；
[0023]
s232：根据θa、θb、θc计算i1和i2、i2和i3、i3和i1的角度，计算如下：∠i1i2＝|θ
a-(θ
b-240
°
)|、∠i2i3＝|(θ
b-240
°
)-(θ
c-120
°
)|、∠i3i1＝|(θ
c-120
°
)-θa|；
[0024]
s233：判断电流方向：正确接线时三个电流向量是对称的，三个电流向量的相位差依次120
°
；具体判断如下：
[0025]
情况1：若∠i1i2＝120
°
、∠i2i3＝120
°
、∠i3i1＝120
°
，且为正相序，则三相接线正确；
[0026]
情况2：若∠i1i2《120
°
、∠i2i3＝120
°
、∠i3i1《120
°
,且为正相序，则i1接反或i2、i3接反；调整i1方向，即θa＝θa 180
°
，判断i1方向改变之后的三个电流向量是否对称；若对称且θa、θb、θc小于45
°
，说明i1反接，记为-i1；若不对称或者θa、θb、θc大于45
°
，则不改变i1方向，同时调整i2、i3方向，即θb＝(θ
b-240
°
) 180
°
、θc＝(θ
c-120
°
) 180
°
，且转换在[0，2π]内，然后判断调整i2、i3之后的三个电流方向是否对称，若对称且θa、θb、θc小于45
°
，说明i2、i3反接，记为-i2、-i3；
[0027]
情况3：若∠i1i2＝120
°
、∠i2i3《120
°
、∠i3i1《120
°
,且为正相序，则i3接反或i1、i2接反，按照情况2的判断方法进行推理判断，即可得到接线方式；对于除正确三相电流接线角度差和相位差外，其他情况均按照上类情况推理判断；
[0028]
s234：对判断方向后的三个电流i1、i2和i3重新定相：将θa、θb、θc转换成属于[0，2π]范围内的角，并根据转换后的角度大小将θa、θb、θc所对应的电流按顺时针方向记为ia、ib、ic，再按照i1、i2、i3的顺序转换ia、ib、ic对应关系和符号确定，此时错误接线方式确定。
[0029]
进一步，所述s3具体为：
[0030]
s31：计算错误接线时的功率记为p(误)，
[0031][0032]
s32：计算正确接线时的功率p(正)，其中p(正)为p(误)经过调整后对应的有功功率，计算p(正)所用的功率因数通过相量图分析可以计算得出
[0033]
s33：计算更正系数k
x
＝p(正)/p(误)；
[0034]
s34：计算追补电量δa＝(k
x-1)*a(误)，其中a(误)为错接线持续时间内的三相智能电表中的已计电量。
[0035]
一种实时监测三相智能电表错误接线方式的系统，包括：
[0036]
数据采集模块，所述数据采集模块为基于电力线高速载波技术(hplc)，利用hplc模块对三相智能电表进行高频实时数据采集并存储，按规定的时间间隔保存各类用电数据，所述用电数据包括三相分别对应的相电压、相电流、功率因数、有功功率和无功功率；
[0037]
接线分析模块，结合所述用电数据，计算出各三相智能电表各相的相位角，并判断三相智能电表的接线是否正确，若接线错误，则记录错误接线方式、错接线持续时间，并计算追补电量并存储；
[0038]
追补电量计算模块，将正确接线方式和错误接线方式对应的功率比作为电量更正系数，结合三相智能电表在错接线持续时间内计量的电量，确定追补电量；
[0039]
结果输出模块，将三相智能电表对应的编号、接线分析的结果、追补电量发送至集中器；
[0040]
数据汇总，所述集中器汇总台区内所有三相智能电表的错接线方式和追补电量信息并实时上传至用电信息采集主站中。
[0041]
进一步，所述结果输出模块具体为基于hplc模块将每个三相智能电表的判断结果将三相智能电表对应的编号、接线分析的结果、追补电量以数据报文形式附加在hplc协议上发送至集中器，所述集中器汇总台区内所有三相智能电表的错接线方式和追补电量信息并实时上传至用电信息采集主站中。
[0042]
进一步，所述接线分析模块的工作步骤包括：
[0043]
s21：确定基准电压坐标系：获取相序状态字，确定电压正相序或者电压逆向序，若是正向序，则电压参考基准为ua、ub、uc，若是逆相序，则电压参考基准为ua、uc、ub；
[0044]
s22：计算各相电压电流相位角：确定有功功率p和无功功率q正负，对功率因数求反余弦值，获得各相电压电流相位角；
[0045]
s23：根据相位角范围判断三相智能电表的接线方式；
[0046]
s24：若接线错误，则记录错误接线方式、错接线持续时间。
[0047]
进一步，所述s23具体为：
[0048]
s231：由于接线方式未知，暂定三个电流分别为i1、i2和i3，通过步骤s21和s22得到各相电流相对于对应相电压相量的相位角关系，记为∠uai1、∠ubi2和∠uci3，角度数对应为θa、θb、θc；
[0049]
s232：根据θa、θb、θc计算i1和i2、i2和i3、i3和i1的角度，计算如下：∠i1i2＝|θ
a-(θ
b-240
°
)|、∠i2i3＝|(θ
b-240
°
)-(θ
c-120
°
)|、∠i3i1＝|(θ
c-120
°
)-θa|；
[0050]
s233：判断电流方向：正确接线时三个电流向量是对称的，三个电流向量的相位差依次120
°
；具体判断如下：
[0051]
情况1：若∠i1i2＝120
°
、∠i2i3＝120
°
、∠i3i1＝120
°
，且为正相序，则三相接线正确；
[0052]
情况2：若∠i1i2《120
°
、∠i2i3＝120
°
、∠i3i1《120
°
，且为正相序，则i1接反或i2、i3接反；调整i1方向，即θa＝θa 180
°
，判断i1方向改变之后的三个电流向量是否对称；若对称且θa、θb、θc小于45
°
，说明i1反接，记为-i1；若不对称或者θa、θb、θc大于45
°
，则不改变i1方向，同时调整i2、i3方向，即θb＝(θ
b-240
°
) 180
°
、θc＝(θ
c-120
°
) 180
°
，且转换在[0，2π]内，然后判断调整i2、i3之后的三个电流方向是否对称，若对称且θa、θb、θc小于45
°
，说明i2、i3反接，记为-i2、-i3；
[0053]
情况3：若∠i1i2＝120
°
、∠i2i3《120
°
、∠i3i1《120
°
,且为正相序，则i3接反或i1、i2接反，按照情况2的判断方法进行推理判断，即可得到接线方式；对于除正确三相电流接线角度差和相位差外，其他情况均按照上类情况推理判断；
[0054]
s234：对判断方向后的三个电流i1、i2和i3重新定相：将θa、θb、θc转换成属于[0，2π]范围内的角，并根据转换后的角度大小将θa、θb、θc所对应的电流按顺时针方向记为ia、ib、ic，再按照i1、i2、i3的顺序转换ia、ib、ic对应关系和符号确定，此时错误接线方式确定。
[0055]
进一步，所述追补电量计算模块工作步骤包括：
[0056]
s31：计算错误接线时的功率记为p(误)，
[0057][0058]
s32：计算正确接线时的功率p(正)，
[0059]
s33：计算更正系数k
x
＝p(正)/p(误)；
[0060]
s34：计算追补电量δa＝(k
x-1)*a(误)，其中a(误)为错接线持续时间内的三相智能电表中的已计电量。
[0061]
本发明的有益效果为：本发明提供的一种实时监测三相智能电表错接线方式的方
法及系统，依靠hplc通信网络，不仅能够实现对计量装置接线异常实时检测与智能分析，还能够针对相应错接线类型实现自动电量追补，解决了计算追补电量工作繁重、处理不及时等问题；本发明采用以hplc模块为介质进行分布式计算，避免了传统方式将数据采集汇总到主站诊断造成的网络拥堵和时间延迟，计算处理速度加快，提高维修人员效率。
附图说明
[0062]
图1为本发明提供的方法流程图。
[0063]
图2为三相四线制正确接线相量图。
[0064]
图3为本发明系统框图1。
[0065]
图4为本发明系统框图2。
具体实施方式
[0066]
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
[0067]
实施例一，如图1所示，本发明是通过如下技术方案实现的：一种实时监测三相智能电表错误接线方式的方法，包括以下步骤：
[0068]
s1：数据采集，基于电力线高速载波技术(hplc)，对三相智能电表进行高频实时数据采集，按规定的时间间隔保存各类用电数据，所述用电数据包括三相分别对应的相电压、相电流、功率因数、有功功率和无功功率；高速电力线载波技术(hplc)指以低压电力线作为通信媒介，实现低压电力用户用电信息汇聚、传输、交互的通信网络为高速电力线载波通信网，通过分布式hplc模块能够对三相智能电表进行分钟级数据采集，可实现居民用电负荷电量的实时监测，深入挖掘用电数据，为居民和企业更好地实施需求侧管理；
[0069]
s2：接线分析，结合所述用电数据，计算出各三相智能电表各相的相位角，并判断三相智能电表的接线是否正确，若接线错误，则记录错误接线方式、错接线持续时间，并计算追补电量；
[0070]
三相四线制接线，接入三个电流，电流的方向会出现两类接线方式，一类是各相电流自身反接，一类是各相电流接线位置互换；接入三个电压，电压方向会出现两类接线方式，一类是正相序(abc、bca、cab)，三个电压之间各自滞后前一个电压相差120度，一类是逆相序(acb、bac、cba)，三个电压之间各自滞后前一个电压相差240度。两类组合下只有一种正确接线方式，即电流按abc正接线，电压按abc正相序接线。图2为三相四线制电能表正确接线时的相量图；
[0071]
具体为：s21：确定基准电压坐标系：获取相序状态字，确定电压正相序或者电压逆向序，若是正向序，则电压参考基准为ua、ub、uc，若是逆相序，则电压参考基准为ua、uc、ub；
[0072]
s22：计算各相电压电流相位角：确定有功功率p和无功功率q正负，对功率因数求反余弦值，获得各相电压电流相位角；对功率因数取反余弦值得到电压电流的相位角，并根据有功功率和无功功率的正负能唯一确定相位角的角度，再进行角度换算，如下式：
[0073][0074]
s23,根据相位角范围判断三相智能电表的接线方式；
[0075]
s231：由于接线方式未知，暂定三个电流分别为i1、i2和i3，通过步骤s21和s22得到各相电流相对于对应相电压相量的相位角关系，记为∠uai1、∠ubi2和∠uci3，角度数对应为θa、θb、θc；
[0076]
s232：根据θa、θb、θc计算i1和i2、i2和i3、i3和i1的角度，计算如下：∠i1i2＝|θ
a-(θ
b-240
°
)|、∠i2i3＝|(θ
b-240
°
)-(θ
c-120
°
)|、∠i3i1＝|(θ
c-120
°
)-θa|；
[0077]
s233：判断电流方向：正确接线时三个电流向量是对称的，三个电流向量的相位差依次120
°
；具体判断如下：
[0078]
情况1：若∠i1i2＝120
°
、∠i2i3＝120
°
、∠i3i1＝120
°
，且为正相序，则三相接线正确；
[0079]
情况2：若∠i1i2《120
°
、∠i2i3＝120
°
、∠i3i1《120
°
,且为正相序，则i1接反或i2、i3接反；调整i1方向，即θa＝θa 180
°
，判断i1方向改变之后的三个电流向量是否对称；若对称且θa、θb、θc小于45
°
，说明i1反接，记为-i1；若不对称或者θa、θb、θc大于45
°
，则不改变i1方向，同时调整i2、i3方向，即θb＝(θ
b-240
°
) 180
°
、θc＝(θ
c-120
°
) 180
°
，且转换在[0，2π]内，然后判断调整i2、i3之后的三个电流方向是否对称，若对称且θa、θb、θc小于45
°
，说明i2、i3反接，记为-i2、-i3；
[0080]
情况3：若∠i1i2＝120
°
、∠i2i3《120
°
、∠i3i1《120
°
,且为正相序，则i3接反或i1、i2接反，按照情况2的判断方法进行推理判断，即可得到接线方式；对于除正确三相电流接线角度差和相位差外，其他情况均按照上类情况推理判断；
[0081]
s234：对判断方向后的三个电流i1、i2和i3重新定相：将θa、θb、θc转换成属于[0，2π]范围内的角，并根据转换后的角度大小将θa、θb、θc所对应的电流按顺时针方向记为ia、ib、ic，再按照i1、i2、i3的顺序转换ia、ib、ic对应关系和符号确定，此时错误接线方式确定；
[0082]
s24，若接线错误，则记录错误接线方式、错接线持续时间。
[0083]
s3：追补电量计算，将正确接线方式和错误接线方式对应的功率比作为电量更正系数，结合三相智能电表在错接线持续时间内计量的电量，确定追补电量；
[0084]
具体为：s31：计算错误接线时的功率记为p(误)，
[0085][0086]
s32：计算正确接线时的功率p(正)，其中p(正)为p(误)经过调整后对应的有功功率，计算p(正)所用的功率因数通过相量图分析可以计算得出；
[0087]
s33：计算更正系数k
x
＝p(正)/p(误)；
[0088]
s34：计算追补电量δa＝(k
x-1)*a(误)，其中a(误)为错接线持续时间内的三相智能电表中的已计电量；
[0089]
s4：结果输出，基于hplc模块将每个三相智能电表的判断结果将三相智能电表对应的编号、接线分析的结果、追补电量以数据报文形式附加在hplc协议上发送至集中器；
[0090]
s5：数据汇总，所述集中器汇总台区内所有三相智能电表的错接线方式和追补电量信息并实时上传至用电信息采集主站中。
[0091]
如图3-4所示，实施例二，一种实时监测三相智能电表错误接线方式的系统，包括：
[0092]
数据采集模块，所述数据采集模块为基于电力线高速载波技术(hplc)，利用hplc
模块对三相智能电表进行高频实时数据采集并存储，按规定的时间间隔保存各类用电数据，所述用电数据包括三相分别对应的相电压、相电流、功率因数、有功功率和无功功率；
[0093]
接线分析模块，结合所述用电数据，计算出各三相智能电表各相的相位角，并判断三相智能电表的接线是否正确，若接线错误，则记录错误接线方式、错接线持续时间，并计算追补电量并存储；所述接线分析模块的具体过程采用实施例一中步骤s21-s24的方法；
[0094]
追补电量计算模块，将正确接线方式和错误接线方式对应的功率比作为电量更正系数，结合三相智能电表在错接线持续时间内计量的电量，确定追补电量；所述追补电量计算模块的具体过程采用实施例一中步骤s31-s34的方法；
[0095]
结果输出模块，基于hplc模块将每个三相智能电表的判断结果将三相智能电表对应的编号、接线分析的结果、追补电量以数据报文形式附加在hplc协议上发送至集中器；
[0096]
数据汇总，所述集中器汇总台区内所有三相智能电表的错接线方式和追补电量信息并实时上传至用电信息采集主站中。
[0097]
实施例三，如图3所示，实施例二通过软件实现，内嵌运行在分布式hplc模块的硬件中；
[0098]
实施例四，如图4所示，实施例二通过硬件模块实现，数据采集模块通过与hplc模块通信，获取用电数据，结果输出模块能够与hplc模块通信，将结果数据上传。
[0099]
本发明创造的描述中，前面的详细描述已经通过使用框图、流程图和/或示例阐述了装置和/或过程的各种实施例。在这样的框图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作的程度上，本领域技术人员将理解的是，这样的框图、流程图或示例内的每个功能和/或操作可通过许多各种不同的硬件、软件、固件或实际上它们的任何组合被单独地和/或集体地实现。
[0100]
在系统的各方面的硬件和软件实施方式之间几乎没有差别；硬件或软件的使用通常是(但并不总是，因为在某些情景中在硬件和软件之间的选择可能变得重要)代表成本与效率折衷的设计选择。存在本文中所述的过程和/或系统和/或其它技术可借以被实现的各种手段(例如，硬件、软件和/或固件)，并且优选的手段将随着其中过程和/或系统和/或其它技术被部署的情景的不同而改变。例如，如果实施者确定速度和准确性是极为重要的，那么实施者可选择主要为硬件和/或固件的手段；如果灵活性是极为重要的，那么实施者可选择主要为软件的实施方式；或者，但同样可替换地，实施者可选择硬件、软件和/或固件的某组合。
[0101]
本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。