一种电能质量记录回放装置及方法

1.一种电能质量记录回放装置，其特征是，包括采集设备、参数配置单元、数据读取及处理单元、存储初始化单元、文件存储单元、应急机制单元、电能质量回放单元和功放源；所述采集设备与参数配置单元相连，参数配置单元与数据读取及处理单元相连接，数据读取及处理单元与应急机制单元相连接；数据读取及处理单元与文件存储单元之间依靠缓冲机制相连；文件存储单元、电能质量回放单元和功放源依次相连；
所述参数配置单元进行多通道配置，改变高速采集设备内存的排列方式，对设备的触发方式、通道选择、采集速率、测量范围、耦合方式、阻抗大小进行选择，使本专利可根据测量环境测量需要进行不同选择；
所述数据读取及处理单元包含监测单元、读取单元及数据处理单元；监测单元负责监测目标数据量是否达到预期值；数据处理单元负责电能质量的计算；
所述应急机制单元用于在出现错误情况下及时提醒并中断采样行为；
所述电能质量回放单元和功放源实现电能质量的回放；
所述电能质量记录回放装置还包括存储初始化单元，存储初始化单元与文件存储单元相连接，存储初始化单元指定了磁盘存储区域、存储方式，并通过时间标识来判断获取记录波形长短。
2.如权利要求1所述的电能质量记录回放装置，其特征是，所述采集设备通过阻抗转化将电流采集转化成电压采集，分两路测量，第一路采集电压值，第二路采集电流值，采集设备经过阻抗转化同时将测量范围进行减小。
3.如权利要求1所述的电能质量记录回放装置，其特征是，所述文件存储单元能够实现参数归一化及波形文件存储。
4.如权利要求1所述的一种电能质量记录回放装置的工作方法，其特征是，包括记录步骤和回放步骤：
所述记录步骤包括参数采集、参数配置、数据读取及处理、文件存储和应急处理的步骤；
所述参数配置，进行多通道配置，改变高速采集设备内存的排列方式，可对设备的触发方式、通道选择、采集速率、测量范围、耦合方式、阻抗大小进行选择；
所述数据读取及处理，包括监测目标数据量是否达到预期值并进行电能质量的计算的步骤；
所述应急处理的步骤，在出现错误情况下及时提醒并中断采样行为；
所述回放步骤包括：
初始化，包含了设备的触发方式、通道选择、回放速率、定理数据大小、耦合方式、数据来源路径的选择；
初始化配置后判断样点数及内存是否能够满足要求，实时监测空间是否足够，若足够判断下一步，若不能满足条件重新进行初始化配置；
判断是否到达文件尾端即剩余数据大小小于设置的等量数据大小，若满足要求则取出剩余全部数据进行模数转换，若未满足要求则等量取数据进行数模转换；
每一步进行的同时关联到应急机制单元，应急机制单元负责判断回放发生的过程中是否出现错误，如果有错误出现，立即进行错误提示及清除并关闭程序进行。
5.如权利要求4所述的一种电能质量记录回放装置的工作方法，其特征是，所述文件存储之前还有存储初始化的步骤，存储初始化指定了磁盘存储区域、存储方式，并通过时间标识来判断获取记录波形长短。
6.如权利要求5所述的一种电能质量记录回放装置的工作方法，其特征是，所述文件存储的步骤，进行参数归一化及波形文件存储。

一种电能质量记录回放装置及方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种新的电能质量记录回放装置及方法。\n背景技术\n[0002] 近年来随着现代科学技术的飞速发展，电弧炉、粉碎机、轧钢机、电力牵引机、电动汽车快速充电设备及电气化铁路等高电压、大容量的冲击性设备得到广泛应用。这类设备的应用容易造成负荷突然变化很大，一般出现最大负荷的时间很短，但其峰值可能是其平均负荷的数倍或数十倍。当变化幅值相对于系统容量较大时，很有可能引起系统频率的连续振荡，电压摆动，不仅使电力系统各种污染日益严重、电能质量也日趋劣化，而且由于这类设备具有严重的功率冲击、三相平衡、谐波、间谐波、电压与电流剧变等复杂特性，使得采用基于正弦电路功率理论或传统非正弦电路功率理论而设计的电能计量仪表均不能真实的反映用户使用的电能，从而直接影响着电能计量的准确性。\n发明内容\n[0003] 本发明为解决上述技术问题，提供一种电能质量记录回放装置及方法，它基于虚拟设备技术，不依赖于标准表计量电能值，可灵活对电能质量进行分析，方便携带，便于在实验室中对现场情况进行浮现，对电能表的计量提供一种标准化测量方法。\n[0004] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。\n[0005] 一种电能质量记录回放装置，包括采集设备、参数配置单元、数据读取及处理单元、存储初始化单元、文件存储单元、应急机制单元、电能质量回放单元和功放源；所述采集设备与参数配置单元相连，参数配置单元与数据读取及处理单元相连接，数据读取及处理单元与应急机制单元相连接；数据读取及处理单元与文件存储单元之间依靠缓冲机制相连；文件存储单元、电能质量回放单元和功放源依次相连。\n[0006] 参数配置单元进行多通道配置，改变高速采集设备内存的排列方式，可对设备的触发方式、通道选择、采集速率、测量范围、耦合方式、阻抗大小等进行选择，使本专利可根据测量环境测量需要进行不同选择。\n[0007] 数据读取及处理单元包含监测单元、读取单元及数据处理单元；监测单元负责监测目标数据量是否达到预期值；数据处理单元负责电能质量的计算。\n[0008] 所述应急机制单元用于在出现错误情况下及时提醒并中断采样行为。\n[0009] 所述功放源为功率放大电路，所述功率放大电路的作用就是把信号产生电路的波形加以放大，在电表输出一定功率容量的电压和电流。\n[0010] 作为本发明的进一步改进，所述采集设备通过阻抗转化将电流采集转化成电压采集，分两路测量，第一路采集电压值，第二路采集电流值，采集设备经过阻抗转化同时将测量范围进行减小。\n[0011] 作为本发明的进一步改进，还包括存储初始化单元，存储初始化单元与文件存储单元相连接，存储初始化单元指定了磁盘存储区域、存储方式，并通过时间标识来判断获取记录波形长短。\n[0012] 所述文件存储单元能够实现参数归一化及波形文件存储。\n[0013] 本发明还提供了一种电能质量记录回放的方法，包括记录步骤和回放步骤。\n[0014] 所述记录步骤包括参数采集、参数配置、数据读取及处理、文件存储和应急处理的步骤。\n[0015] 所述参数配置，进行多通道配置，改变高速采集设备内存的排列方式，可对设备的触发方式、通道选择、采集速率、测量范围、耦合方式、阻抗大小等进行选择；\n[0016] 所述数据读取及处理，包括监测目标数据量是否达到预期值并进行电能质量的计算的步骤；\n[0017] 所述应急处理的步骤，在出现错误情况下及时提醒并中断采样行为。\n[0018] 所述回放步骤包括：\n[0019] 初始化，包含了设备的触发方式、通道选择、回放速率、定理数据大小、耦合方式、数据来源路径的选择。\n[0020] 初始化配置后判断样点数及内存是否能够满足要求，实时监测空间是否足够，若足够判断下一步，若不能满足条件重新进行初始化配置。\n[0021] 判断是否到达文件尾端即剩余数据大小小于设置的等量数据大小，若满足要求则取出剩余全部数据进行模数转换，若未满足要求则等量取数据进行数模转换。\n[0022] 每一步进行的同时关联到应急机制单元，应急机制单元负责判断回放发生的过程中是否出现错误，如果有错误出现，立即进行错误提示及清除并关闭程序进行。\n[0023] 作为方法的进一步改进，所述文件存储之前还有存储初始化的步骤，存储初始化指定了磁盘存储区域、存储方式，并通过时间标识来判断获取记录波形长短。\n[0024] 所述文件存储的步骤，进行参数归一化及波形文件存储。\n[0025] 本发明的基本思想是将得到的信号波形进行分解和量化，然后按顺序将波形的幅值以数字信息存到存储器里。工作时，再以相同的顺序取出幅值信息，经数模转换模块变换成模拟量，输出欲得到的波形。\n[0026] 其工作过程为：电压电流采集设备从电路上采集到电压电流值；电压电流采集设备通过阻抗转化和电压互感器，将电流值转化成电压值并进行倍数缩放，并将采集到的电压电流值分成两路通道传送给电能质量记录分析单元，电能质量记录分析单元中的参数配置单元、数据读取及处理单元、存储初始化单元、文件存储单元、应急机制单元进行电能质量的分析处理，并记录存储波形文件；将存储到的电压电流数据传送到电能质量回放单元中，功放源将电压电流值按比例放大回原始值大小，将其加载到智能电表上用以测量电表能否将带有冲击特性的电能值准确计量，可实现将现场值在实验室中回放。\n[0027] 本发明的有益效果：基于虚拟设备技术，不依赖于标准表计量电能值，可灵活对电能质量进行分析，方便携带，便于在实验室中对现场情况进行浮现，对电能表的计量提供一种标准化测量方法。同时可以避免标准表的误差，可进行高速采样，实现对带有冲击特性波形的记录与分析，对电能质量的分析灵活，使用方便。\n附图说明\n[0028] 图1是本实施例装置的结构原理图。\n[0029] 图2是本实施例装置的缓冲机制原理图。\n[0030] 图3为本实施例装置的时间标识方法原理图。\n[0031] 图4为本实施例的电能质量回放单元原理流程图。\n[0032] 其中，1、采集设备；2、参数配置单元；3、数据读取及处理单元；4、存储初始化单元；5、文件存储单元；6应急机制单元；7、监测单元；8、读取单元；9、数据处理单元；10、内存；11、电能质量回放单元；12、功放源。\n具体实施方式\n[0033] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。\n[0034] 如图1所示，一种电能质量记录回放的装置，包括采集设备1、参数配置单元2、数据读取及处理单元3、存储初始化单元4、文件存储单元5、应急机制单元6、电能质量回放单元11和功放源12；所述采集设备1与参数配置单元2相连，参数配置单元2与数据读取及处理单元3相连接，存储初始化单元4与文件存储单元5相连接，数据读取及处理单元3与应急机制单元6相连接；数据读取及处理单元3与文件存储单元5之间依靠缓冲机制相连，如图2所示，即将内存10空间分成一段一段的空间，实现实时数据的记录与存储，解决了高速信号采样时速率不匹配的问题。文件存储单元5、电能质量回放单元11和功放源12依次相连。\n[0035] 所述采集设备1通过阻抗转化将电流采集转化成电压采集，分两路测量，第一路采集电压值，第二路采集电流值，采集设备1经过阻抗转化同时将测量范围进行减小。\n[0036] 参数配置单元2进行多通道配置，改变高速采集设备内存的排列方式，可对设备的触发方式、通道选择、采集速率、测量范围、耦合方式、阻抗大小等进行选择，使本专利可根据测量环境测量需要进行不同选择。\n[0037] 其中，触发方式包含上升沿触发与下降沿触发；多通道选择用于高速采集设备内存排列方式的读取与存储；采集速率可根据需要自行设置；耦合方式有直流及交流两种；\n阻抗大小可选择50Ω和1MΩ两种，匹配不同测量条件。\n[0038] 在存储初始化单元4中，指定了磁盘存储区域、存储方式，并通过时间标识来判断获取记录波形长短。如图3所示，其中时间标识单元通过测试结束时间减去当前时间的值乘以采样率与每次读取数的商得到的值发送到监测单元7里。\n[0039] 数据读取及处理单元3包含监测单元7、读取单元8及数据处理单元9。\n[0040] 监测单元7负责监测目标数据量是否达到预期值。\n[0041] 数据处理单元9负责电能质量的计算，其中包括：\n[0042] （1）电压电流有效值\n[0043] 由于采集到的波形为非正弦波，因此根据真有效值公式进行计算。\n[0044] 根据电压真有效值计算公式： 获取到电压序列的均\n方根得到\n[0045] 电压有效值。\n[0046] U为电压真有效值。\n[0047] U1,U2,U3,Un为每个点取到的电压。\n[0048] n为取的点数。\n[0049] 采集设备通过阻抗转换将电流值转化成电压值，在处理单元再将取得的值乘以变比得到\n[0050] 电流数值。\n[0051] 再根据公式 获得电流有效值，求得相应值并在程序面板\n上显示\n[0052] 出来。\n[0053] I为电流有效值。\n[0054] I1，I2，I3，In为每个点取到的电流。\n[0055] n为取的点数。\n[0056] （2）视在功率、有功功率、基波功率因数、功率因数\n[0057] 根据以下公式求得相应值。\n[0058] 视在功率:S＝Urms×Irms。\n[0059] S为视在功率。\n[0060] Urms为电压有效值。\n[0061] Irms为电流有效值。\n[0062] 有功功率:\n[0063] P为有功功率。\n[0064] T为采样时间。\n[0065] u(t)为瞬时电压。\n[0066] I(t)为瞬时电流。\n[0067] 基波功率因数:DPF＝COSφ。\n[0068] cosφ，叫相移因子，或者叫基波功率因数。\n[0069] 功率因数:\n[0070] λ为功率因数。\n[0071] P为有功功率。\n[0072] S为视在功率。\n[0073] 对于0.9标准的用户：\n[0074] 如实际功率因数为0.65，则月电费增加15%。\n[0075] 如实际功率因数为0.95以上，则月电费减少0.75%。\n[0076] （3）最大最小值\n[0077] 依据数组比较的规则对n维数组通过数组索引获取最大最小值及相对应的时间。\n[0078] （4）频率\n[0079] 基波频率公式：\n[0080] n为10秒内的完整周期个数，T为完整周期时间。\n[0081] 将波形通过带Hanning窗的FFT计算，再从Hann频谱提取单频信息，得到频率。\n[0082] 所述文件存储单元5能够实现参数归一化及波形文件存储，如果本发明还连接了回放装置，那么由于回放装置回放范围为-1～+1，故需对存储的数据进行归一化。\n[0083] 将采集到的数据存入波形文件中，可观察到电压电流值波形，便于观察冲击性下的波形曲线。\n[0084] 所述应急机制单元6用于在出现错误情况下及时提醒并中断采样行为。\n[0085] 如图4所示，所述电能质量回放单元11的回放步骤为：\n[0086] 初始化，包含了设备的触发方式、通道选择、回放速率、定理数据大小、耦合方式、数据来源路径的选择。\n[0087] 初始化配置后判断样点数及内存是否能够满足要求，实时监测空间是否足够，若足够判断下一步，若不能满足条件重新进行初始化配置。\n[0088] 判断是否到达文件尾端即剩余数据大小小于设置的等量数据大小，若满足要求则取出剩余全部数据进行模数转换，若未满足要求则等量取数据进行数模转换。\n[0089] 每一步进行的同时关联到应急机制单元6，应急机制单元6负责判断回放发生的过程中是否出现错误，如果有错误出现，立即进行错误提示及清除并关闭程序进行。\n[0090] 所述功放源12为功率放大电路，所述功率放大电路的作用就是把信号产生电路的波形加以放大，在电表输出一定功率容量的电压和电流。\n[0091] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。