專利名稱：一種電能質(zhì)量記錄回放裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新的電能質(zhì)量記錄回放裝置及方法。
背景技術(shù)：
近年來隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電弧爐、粉碎機、軋鋼機、電力牽引機、電動汽車快速充電設(shè)備及電氣化鐵路等高電壓、大容量的沖擊性設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。這類設(shè)備的應(yīng)用容易造成負(fù)荷突然變化很大，一般出現(xiàn)最大負(fù)荷的時間很短，但其峰值可能是其平均負(fù)荷的數(shù)倍或數(shù)十倍。當(dāng)變化幅值相對于系統(tǒng)容量較大時，很有可能引起系統(tǒng)頻率的連續(xù)振蕩，電壓擺動，不僅使電力系統(tǒng)各種污染日益嚴(yán)重、電能質(zhì)量也日趨劣化，而且由于這類設(shè)備具有嚴(yán)重的功率沖擊、三相平衡、諧波、間諧波、電壓與電流劇變等復(fù)雜特性，使得采用基于正弦電路功率理論或傳統(tǒng)非正弦電路功率理論而設(shè)計的電能計量儀表均不能真實的反映用戶使用的電能，從而直接影響著電能計量的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供一種電能質(zhì)量記錄回放裝置及方法，它基于虛擬設(shè)備技術(shù)，不依賴于標(biāo)準(zhǔn)表計量電能值，可靈活對電能質(zhì)量進行分析，方便攜帶，便于在實驗室中對現(xiàn)場情況進行浮現(xiàn)，對電能表的計量提供一種標(biāo)準(zhǔn)化測量方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。一種電能質(zhì)量記錄回放裝置，包括采集設(shè)備、參數(shù)配置單元、數(shù)據(jù)讀取及處理單元、存儲初始化單元、文件存儲單元、應(yīng)急機制單元、電能質(zhì)量回放單元和功放源；所述采集設(shè)備與參數(shù)配置單元相連，參數(shù)配置單元與數(shù)據(jù)讀取及處理單元相連接，數(shù)據(jù)讀取及處理單元與應(yīng)急機制單元相連接；數(shù)據(jù)讀取及處理單元與文件存儲單元之間依靠緩沖機制相連；文件存儲單元、電能質(zhì)量回放單元和功放源依次相連。參數(shù)配置單元進行多通道配置，改變高速采集設(shè)備內(nèi)存的排列方式，可對設(shè)備的觸發(fā)方式、通道選擇、采集速率、測量范圍、耦合方式、阻抗大小等進行選擇，使本專利可根據(jù)測量環(huán)境測量需要進行不同選擇。數(shù)據(jù)讀取及處理單元包含監(jiān)測單元、讀取單元及數(shù)據(jù)處理單元；監(jiān)測單元負(fù)責(zé)監(jiān)測目標(biāo)數(shù)據(jù)量是否達到預(yù)期值；數(shù)據(jù)處理單元負(fù)責(zé)電能質(zhì)量的計算。所述應(yīng)急機制單元用于在出現(xiàn)錯誤情況下及時提醒并中斷采樣行為。所述功放源為功率放大電路，所述功率放大電路的作用就是把信號產(chǎn)生電路的波形加以放大，在電表輸出一定功率容量的電壓和電流。作為本發(fā)明的進一步改進，所述采集設(shè)備通過阻抗轉(zhuǎn)化將電流采集轉(zhuǎn)化成電壓采集，分兩路測量，第一路采集電壓值，第二路采集電流值，采集設(shè)備經(jīng)過阻抗轉(zhuǎn)化同時將測量范圍進行減小。作為本發(fā)明的進一步改進,還包括存儲初始化單元，存儲初始化單元與文件存儲單元相連接，存儲初始化單元指定了磁盤存儲區(qū)域、存儲方式，并通過時間標(biāo)識來判斷獲取記錄波形長短。所述文件存儲單元能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)歸一化及波形文件存儲。本發(fā)明還提供了一種電能質(zhì)量記錄回放的方法，包括記錄步驟和回放步驟。所述記錄步驟包括參數(shù)采集、參數(shù)配置、數(shù)據(jù)讀取及處理、文件存儲和應(yīng)急處理的步驟。所述參數(shù)配置，進行多通道配置，改變高速采集設(shè)備內(nèi)存的排列方式，可對設(shè)備的觸發(fā)方式、通道選擇、采集速率、測量范圍、耦合方式、阻抗大小等進行選擇；所述數(shù)據(jù)讀取及處理，包括監(jiān)測目標(biāo)數(shù)據(jù)量是否達到預(yù)期值并進行電能質(zhì)量的計算的步驟；所述應(yīng)急處理的步驟，在出現(xiàn)錯誤情況下及時提醒并中斷采樣行為。所述回放步驟包括初始化，包含了設(shè)備的觸發(fā)方式、通道選擇、回放速率、定理數(shù)據(jù)大小、耦合方式、數(shù)據(jù)來源路徑的選擇。初始化配置后判斷樣點數(shù)及內(nèi)存是否能夠滿足要求，實時監(jiān)測空間是否足夠，若足夠判斷下一步，若不能滿足條件重新進行初始化配置。判斷是否到達文件尾端即剩余數(shù)據(jù)大小小于設(shè)置的等量數(shù)據(jù)大小，若滿足要求則取出剩余全部數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，若未滿足要求則等量取數(shù)據(jù)進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。每一步進行的同時關(guān)聯(lián)到應(yīng)急機制單元，應(yīng)急機制單元負(fù)責(zé)判斷回放發(fā)生的過程中是否出現(xiàn)錯誤，如果有錯誤出現(xiàn)，立即進行錯誤提示及清除并關(guān)閉程序進行。作為方法的進一步改進，所述文件存儲之前還有存儲初始化的步驟，存儲初始化指定了磁盤存儲區(qū)域、存儲方式，并通過時間標(biāo)識來判斷獲取記錄波形長短。所述文件存儲的步驟，進行參數(shù)歸一化及波形文件存儲。本發(fā)明的基本思想是將得到的信號波形進行分解和量化，然后按順序?qū)⒉ㄐ蔚姆狄詳?shù)字信息存到存儲器里。工作時，再以相同的順序取出幅值信息，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊變換成模擬量，輸出欲得到的波形。其工作過程為電壓電流采集設(shè)備從電路上采集到電壓電流值；電壓電流采集設(shè)備通過阻抗轉(zhuǎn)化和電壓互感器，將電流值轉(zhuǎn)化成電壓值并進行倍數(shù)縮放，并將采集到的電壓電流值分成兩路通道傳送給電能質(zhì)量記錄分析單元，電能質(zhì)量記錄分析單元中的參數(shù)配置單元、數(shù)據(jù)讀取及處理單元、存儲初始化單元、文件存儲單元、應(yīng)急機制單元進行電能質(zhì)量的分析處理，并記錄存儲波形文件；將存儲到的電壓電流數(shù)據(jù)傳送到電能質(zhì)量回放單元中，功放源將電壓電流值按比例放大回原始值大小，將其加載到智能電表上用以測量電表能否將帶有沖擊特性的電能值準(zhǔn)確計量，可實現(xiàn)將現(xiàn)場值在實驗室中回放。本發(fā)明的有益效果基于虛擬設(shè)備技術(shù)，不依賴于標(biāo)準(zhǔn)表計量電能值，可靈活對電能質(zhì)量進行分析，方便攜帶，便于在實驗室中對現(xiàn)場情況進行浮現(xiàn)，對電能表的計量提供一種標(biāo)準(zhǔn)化測量方法。同時可以避免標(biāo)準(zhǔn)表的誤差，可進行高速采樣，實現(xiàn)對帶有沖擊特性波形的記錄與分析，對電能質(zhì)量的分析靈活，使用方便。


圖1是本實施例裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是本實施例裝置的緩沖機制原理圖。圖3為本實施例裝置的時間標(biāo)識方法原理圖。圖4為本實施例的電能質(zhì)量回放單元原理流程圖。其中，1、采集設(shè)備；2、參數(shù)配置單元；3、數(shù)據(jù)讀取及處理單元；4、存儲初始化單元；5、文件存儲單元；6應(yīng)急機制單元；7、監(jiān)測單元；8、讀取單元；9、數(shù)據(jù)處理單元；10、內(nèi)存；11、電能質(zhì)量回放單元；12、功放源。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。如圖1所示，一種電能質(zhì)量記錄回放的裝置，包括采集設(shè)備1、參數(shù)配置單元2、數(shù) 據(jù)讀取及處理單元3、存儲初始化單元4、文件存儲單元5、應(yīng)急機制單元6、電能質(zhì)量回放單元11和功放源12 ;所述采集設(shè)備I與參數(shù)配置單元2相連，參數(shù)配置單元2與數(shù)據(jù)讀取及處理單元3相連接,存儲初始化單元4與文件存儲單元5相連接,數(shù)據(jù)讀取及處理單元3與應(yīng)急機制單元6相連接；數(shù)據(jù)讀取及處理單元3與文件存儲單元5之間依靠緩沖機制相連，如圖2所示，即將內(nèi)存10空間分成一段一段的空間，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的記錄與存儲，解決了高速信號采樣時速率不匹配的問題。文件存儲單元5、電能質(zhì)量回放單元11和功放源12依次相連。所述采集設(shè)備I通過阻抗轉(zhuǎn)化將電流采集轉(zhuǎn)化成電壓采集，分兩路測量，第一路采集電壓值，第二路采集電流值，采集設(shè)備I經(jīng)過阻抗轉(zhuǎn)化同時將測量范圍進行減小。參數(shù)配置單元2進行多通道配置，改變高速采集設(shè)備內(nèi)存的排列方式，可對設(shè)備的觸發(fā)方式、通道選擇、采集速率、測量范圍、耦合方式、阻抗大小等進行選擇，使本專利可根據(jù)測量環(huán)境測量需要進行不同選擇。其中，觸發(fā)方式包含上升沿觸發(fā)與下降沿觸發(fā)；多通道選擇用于高速采集設(shè)備內(nèi)存排列方式的讀取與存儲；采集速率可根據(jù)需要自行設(shè)置；耦合方式有直流及交流兩種；阻抗大小可選擇50Ω和1ΜΩ兩種，匹配不同測量條件。在存儲初始化單元4中，指定了磁盤存儲區(qū)域、存儲方式，并通過時間標(biāo)識來判斷獲取記錄波形長短。如圖3所示，其中時間標(biāo)識單元通過測試結(jié)束時間減去當(dāng)前時間的值乘以采樣率與每次讀取數(shù)的商得到的值發(fā)送到監(jiān)測單元7里。數(shù)據(jù)讀取及處理單元3包含監(jiān)測單元7、讀取單元8及數(shù)據(jù)處理單元9。監(jiān)測單元7負(fù)責(zé)監(jiān)測目標(biāo)數(shù)據(jù)量是否達到預(yù)期值。數(shù)據(jù)處理單元9負(fù)責(zé)電能質(zhì)量的計算,其中包括(I)電壓電流有效值由于采集到的波形為非正弦波，因此根據(jù)真有效值公式進行計算。根據(jù)電壓真有效值計算公式-.U = Jl/{ +^+……+ W獲取到電壓序列的均
Vη
方根得到電壓有效值。U為電壓真有效值。U1, U2, U3, Un為每個點取到的電壓。
η為取的點數(shù)。采集設(shè)備通過阻抗轉(zhuǎn)換將電流值轉(zhuǎn)化成電壓值，在處理單元再將取得的值乘以變比得到電流數(shù)值。再根據(jù)公式
權(quán)利要求
1.一種電能質(zhì)量記錄回放裝置，其特征是，包括采集設(shè)備、參數(shù)配置單元、數(shù)據(jù)讀取及處理單元、存儲初始化單元、文件存儲單元、應(yīng)急機制單元、電能質(zhì)量回放單元和功放源；所述采集設(shè)備與參數(shù)配置單元相連，參數(shù)配置單元與數(shù)據(jù)讀取及處理單元相連接，數(shù)據(jù)讀取及處理單元與應(yīng)急機制單元相連接；數(shù)據(jù)讀取及處理單元與文件存儲單元之間依靠緩沖機制相連；文件存儲單元、電能質(zhì)量回放單元和功放源依次相連； 所述參數(shù)配置單元進行多通道配置，改變高速采集設(shè)備內(nèi)存的排列方式，對設(shè)備的觸發(fā)方式、通道選擇、采集速率、測量范圍、耦合方式、阻抗大小進行選擇，使本專利可根據(jù)測量環(huán)境測量需要進行不同選擇； 所述數(shù)據(jù)讀取及處理單元包含監(jiān)測單元、讀取單元及數(shù)據(jù)處理單元；監(jiān)測單元負(fù)責(zé)監(jiān)測目標(biāo)數(shù)據(jù)量是否達到預(yù)期值；數(shù)據(jù)處理單元負(fù)責(zé)電能質(zhì)量的計算； 所述應(yīng)急機制單元用于在出現(xiàn)錯誤情況下及時提醒并中斷采樣行為； 所述電能質(zhì)量回放單元和功放源實現(xiàn)電能質(zhì)量的回放。
2.如權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量記錄回放裝置，其特征是，所述采集設(shè)備通過阻抗轉(zhuǎn)化將電流采集轉(zhuǎn)化成電壓采集，分兩路測量，第一路采集電壓值，第二路采集電流值，采集設(shè)備經(jīng)過阻抗轉(zhuǎn)化同時將測量范圍進行減小。
3.如權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量記錄回放裝置，其特征是，還包括存儲初始化單元，存儲初始化單元與文件存儲單元相連接，存儲初始化單元指定了磁盤存儲區(qū)域、存儲方式，并通過時間標(biāo)識來判斷獲取記錄波形長短。
4.如權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量記錄回放裝置，其特征是，所述文件存儲單元能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)歸一化及波形文件存儲。
5.如權(quán)利要求1所述的一種電能質(zhì)量記錄回放的方法，其特征是，包括記錄步驟和回放步驟 所述記錄步驟包括參數(shù)采集、參數(shù)配置、數(shù)據(jù)讀取及處理、文件存儲和應(yīng)急處理的步驟； 所述參數(shù)配置，進行多通道配置，改變高速采集設(shè)備內(nèi)存的排列方式，可對設(shè)備的觸發(fā)方式、通道選擇、采集速率、測量范圍、耦合方式、阻抗大小進行選擇； 所述數(shù)據(jù)讀取及處理，包括監(jiān)測目標(biāo)數(shù)據(jù)量是否達到預(yù)期值并進行電能質(zhì)量的計算的步驟； 所述應(yīng)急處理的步驟，在出現(xiàn)錯誤情況下及時提醒并中斷采樣行為； 所述回放步驟包括 初始化，包含了設(shè)備的觸發(fā)方式、通道選擇、回放速率、定理數(shù)據(jù)大小、耦合方式、數(shù)據(jù)來源路徑的選擇； 初始化配置后判斷樣點數(shù)及內(nèi)存是否能夠滿足要求，實時監(jiān)測空間是否足夠，若足夠判斷下一步，若不能滿足條件重新進行初始化配置； 判斷是否到達文件尾端即剩余數(shù)據(jù)大小小于設(shè)置的等量數(shù)據(jù)大小，若滿足要求則取出剩余全部數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，若未滿足要求則等量取數(shù)據(jù)進行數(shù)模轉(zhuǎn)換； 每一步進行的同時關(guān)聯(lián)到應(yīng)急機制單元，應(yīng)急機制單元負(fù)責(zé)判斷回放發(fā)生的過程中是否出現(xiàn)錯誤，如果有錯誤出現(xiàn)，立即進行錯誤提示及清除并關(guān)閉程序進行。
6.如權(quán)利要求5所述的電能質(zhì)量記錄回放的方法，其特征是，所述文件存儲之前還有存儲初始化的步驟，存儲初始化指定了磁盤存儲區(qū)域、存儲方式，并通過時間標(biāo)識來判斷獲取記錄波形長短。
7.如權(quán)利要求6所述的電能質(zhì)量記錄回放的方法，其特征是，所述文件存儲的步驟，進行參數(shù)歸一化及波形文件存儲。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電能質(zhì)量記錄回放裝置，包括采集設(shè)備、參數(shù)配置單元、數(shù)據(jù)讀取及處理單元、存儲初始化單元、文件存儲單元、應(yīng)急機制單元、電能質(zhì)量回放單元和功放源。本發(fā)明還提供了一種測量記錄電能質(zhì)量的方法，包括參數(shù)采集、參數(shù)配置、數(shù)據(jù)讀取及處理、文件存儲、應(yīng)急處理、電能質(zhì)量回放的步驟。本發(fā)明基于虛擬設(shè)備技術(shù)，不依賴于標(biāo)準(zhǔn)表計量電能值，可靈活對電能質(zhì)量進行分析，方便攜帶，便于在實驗室中對現(xiàn)場情況進行浮現(xiàn)，對電能表的計量提供一種標(biāo)準(zhǔn)化測量方法。同時可以避免標(biāo)準(zhǔn)表的誤差，可進行高速采樣，實現(xiàn)對帶有沖擊特性波形的記錄與分析，對電能質(zhì)量的分析靈活，使用方便。
文檔編號G01R19/02GK102998572SQ20121055012
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者徐鼎, 郭寶利, 郭紅霞, 代燕杰, 李琮琮 申請人:山東電力集團公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司