专利名称：：产生数据组的方法和用于采集供电系统的电能质量的现场设备及系统的制作方法产生数据组的方法和用于采集供电系统的电能质量的现场设备及系统
背景技术：
：在电能供应系统中，用到所谓的故障记录仪表(Stoerschreiber),用于监控由供电系统输送的电能的质量。在这种情况下故障记录仪表可以设计成设置在供电网络的测量点附近的所谓的现场设备。在此在该测量点的电能质量由特定的质量参数确定，例如电流值和电压值关于频率、幅值和相位的随时间的变化与其期望的变化的偏差部分。还有谐波部分、电流和电压值的平均值的稳定性以及传输的功率可以表示这些质量参数。故障记录仪表例如是由Siemens目录"DigitalerStoerschreiberSIMEASR，PowerQualityKatalogSR10.1.1,2004'，公知的。为确定供电网络中的电能质量，由该公知的故障记录仪表采集供电网络测量点上的交流电流和交流电压，并产生与此成比例的测量值。从中形成所述的质量参数。质量参数与其期望的变化的偏差存储在事件记录(Ereignisprotokoll)中，并且可以为了分析而将其传送给外部的设备例如分析计算机。借助这样的分析计算机可以根据事件记录确定供电网络的电能质量的等级。例如在此可以检查，质量参数的变化是否在特定的指标之内，例如在EN50160要求的范围内。此外可以通过特定的方法来支持对所确定的质量参数的分析，利用这些方法可以估计质量参数的偏差的效应。在此例如可以在图中作出测得的电压平均值的正偏差(所谓的"鼓起，，=峰值)或该平均值的负偏差(所谓的"下陷，，=谷底)在各偏差持续时间上的绝对值。借助由例如ITIC(InformationTechnologyIndustriesCouncil,信息技术工业协会)预先给定的特征线可以确定，所测定的偏差是否特别对信息技术设备有害。
发明内容本发明要解决的技术问题是，提供能更精确地详细说明在供电网络中电能质量的偏差的方法和现场设备以及系统。本发明要解决的方法技术问题是通过一种产生数据组的方法来解决，该数据组给出在供电网络测量点的交流电流和/或交流电压值的随时间的变化与其期望的变化的偏差，在该方法中实施下列步骤记录由供电网络测量点的交流电流和/或交流电压值给出的测量值；当测量值偏离其期望的随时间的变化时，产生事件信号；在出现事件信号的情况下，由测量值以及在可预先给出的事件持续时间期间这些测量值的后续其它测量值，确定描述供电网络在测量点的状态的状态参数的参数组，并将参数组的至少几个状态参数与所属的给出偏差原因的原因字符串对应，和由至少该参数组和该原因字符串产生数据组。本发明方法的重要优点在于，不仅只产生描述在偏差期间供电网络的当前状态的状态参数，而且还输出数据组，用该数据组借助原因字符串给出被检测的偏差的原因。用这种方式供电网络的运营商可以非常快速地确定供电网络中导致偏差的故障源。必要时可以同时找到消除该故障源的合适措施。导致状态参数偏差的可能原因例如是故障(如短路)、电机的启动、变压器开始运行、继续的故障或自行消除的故障。在此需注意，状态参数可以是具体的计算值，例如被测量的测量值的频率偏差，也可以是描述的值，例如存在谐波的说明。本发明方法的一个具有优势的扩展是，分别在平均持续时间记录测量值，并由在平均持续时间记录的测量值形成平均值，并形成这些平均值和期望值之间的差值，其中该期望值给出平均值的期望值，其是就对于当前平均值来说时间上在前的平均值确定的，并且当差值超过预先给出的阈值时，产生给出平均值的偏差的事件信号。因此可以特别确定地检测到偏差并产生事件信号。在这个意义下平均值可以是例如所谓的RMS值(均方根，rootmeansquare)或记录的测量值的有效值。在这种关系上平均持续时间例如可以是所测量的交流电流或所测量的交流电压的半个振荡周期。这样一方面可以为求平均值提供足够多的作为基础的测量值，另一方面可以相对快地确定事件。根据本发明方法的另一个具有优势的扩展，为了将状态参数与原因字符串对应，使用电子数据库，在其中每个原因字符串对应一个所属的状态参数的比较组，并且该数据组由这样的原因字符串产生，其对应的比较组与确定的参数组一致。数据库具有其原因字符串是对应的状态参数的比较组。原因字符串例如由字符串变量组成，其具有偏差原因的标记的内容，例如"电机启动"。但是也可以仅包含从中可获得人们可理解的信息的的任意符号顺序。通过将实际存在的状态参数的参数组与电子数据库中相应的状态参数的各比较组进行比较，来检查参数组与比较组的一致性，并且在存在一致的情况下从数据库中读出与偏差匹配的原因字符串。本发明的另一个优选实施方式是，参数组还给出测量值的基波频率的谐波。在此可以给出如提及的出现的谐波的具体信息，或还可以是仅仅给出出现这样的谐波的信息。此外还可以设计，在三相供电系统中，参数组还可给出测量值的对称的分量。对称的分量是三相系统中的零分量、正序分量和负序分量。反过来，为确定对称分量或者实施对各个分量的具体计算，或者可以仅给出说明，即供电网络在测量点例如处于非对称的状态(在这种情况下零分量不等于零)。根据本发明的另一个优选实施方式，确定在其间出现偏差的事件持续时间，并且参数组也给出事件持续时间。这样的事件持续时间例如对过后的偏差分析是有帮助的。本发明的另一个优选实施方式是，在使用参数组的至少几个状态参数的情况下产生给出偏差的效应的效应字符串，并在考虑效应字符串的情况下产生数据组。例如在此可以使用开头提及的ITIC特征线的方法，根据借助其中绘有测得的电压平均值的偏差对偏差持续时间的绝对值的图表，确定偏差的等级。在此可以确定偏差对所连接的电器设备的有害性。最后本发明的另一个优选实施方式是，在供电系统的多个测量点实施该方法，并且将在各测量点产生的数据组综合成一个共同的数据组。用这种方式可以特别简单地获得关于供电系统的多个测量点的总概貌。该总概貌例如可以向监控供电系统的电网控制中心传输。本发明要解决的现场设备的技术问题通过用于在供电网络的测量点上采集电能质量的现场设备来解决，该设备具有用于确定由交流电流和/或交流电压给出的测量值的测量装置；借助测量值识别交流电流和/或交流电压与期望的变化的偏差的事件识别装置；用于由测量值和在可预先给出的测量持续时间期间这些测量值的后续其它测量值确定状态参数的参数组的参数计算装置>其中状态参数在测量点给出供电网络的状态；在出现偏差时将给出偏差原因的原因字符串与参数组对应的原因识别单元，以及输出在考虑参数组的至少几个状态参数和原因字符串的情况下形成的数据组的输出单元。用根据本发明的现场设备可以简单的方式确定给出状态参数与其期望值的偏差的可能原因的原因字符串。用这种方式可以向供电网络的运营商提供一种可能性，即快速识别和必要时去除供电网络中的故障源。与此相关，作为电气现场设备的优选的扩展设计成，具有用于确定所记录的测量值的平均值的计算单元，并且事件识别装置识别平均值与其期望变化的偏差。用这种方式可以借助简单的求平均值推断出偏差。此外本发明现场设备的另一个优选实施方式在于，原因识别单元具有电子数据库，其中每个原因字符串对应于所属的状态参数的比较组。通过数据库可以比较简单地将原因字符串与参数组的相应的状态参数对应。本发明现场设备的另一个优选实施方式是，现场设备具有效应识别装置，其借助至少几个状态参数产生给出偏差效应的效应字符串。用这种方式除了可以用产生的数据组输出原因还可以输出所识别的偏差的效应。效应例如可以用上述的ITIC特征线给出。因此可以提供给供电网络的运营商关于出现的偏差的全面信息。此外本发明现场设备的另一个优选实施方式是，现场设备的输出单元具有数据接口，通过该数据接口输出数据组。优选该数据接口是可以用于IP网络的接口，例如以太网接口。由此可以将本发明的现场设备绑定在可用于IP的网络中。可用于IP的网络是这样的网络，在其中可以根据IP协议传输数据消息。这例如是以太网，在其中数据例如可以根据IEC61850标准传输。上述技术问题还通过用来采集供电网络电能质量的系统来解决，其具有多个根据权利要求10至15所述的现场设备，在此现场设备通过通信网络互相连接。在此多个现场设备可以非常简单地识别，是否在供电网络的其它测量点也识别出偏差。同样可以将所有由电气现场设备产生的并输出到通信网络的数据组综合成一个共同的数据组，该共同的数据组给出整个供电系统状态的概况。优选通信网络是可用于IP的网络，例如以太网，在其中例如根据IEC61850标准进行数据交换。此外优选中心数据处理装置与通信网络连接。通过中心数据处理装置可以进行显示和分析各个数据组或共同的数据组。为了进一步解释本发明在图1中示出由多个现场设备组成的用于采集供电网络电能质量的系统的一个实施例；在图2中示出用于采集供电网络电能质量的电气现场设备的一个实施例；以及在图3中示出用于解释产生事件信号的工作原理的三个图。具体实施例方式图1中用l表示供电网络，此处从该供电网络示出例如两条线路、例如一条母线、和一个与此相连的分支点。在供电网络1的多个测量点2a至2c具有在图1中未示出的电流和/或电压互感器，其输出侧与电气现场设备3a至3c相连用于采集供电网络1的电能质量。电气现场设备3a至3c经过数据线4a至4c与通信网络5、例如以太网相连。通信网络5还通过通信线4d连接中心数据处理装置6。在图1中示出的系统如下所述地工作用现场i殳备3a至3c经过未示出的电流和电压互感器采集测量值，在供电网络1的各测量点2a、2b和2c给出交流电流值和/或交流电压值。采集的测量值接着被检测，在供电网络的各测量点是否出现测量值和由此的交流电流值及交流电压值的偏差。在这种情况下偏差被视为交流电流及交流电压与其要求的变化的差别。借助记录的测量值确定电气现场设备3a至3c的偏差的可能原因并以原因字符串的形式给出。附加地也可以设计成，电气现场设备在各测量点2a至2c还确定偏差的效应并以效应字符串的形式给出。原因字符串、必要时的效应字符串以及其它由测量值产生的给出供电网络在各测量点2a至2c的状态的状态参数，被用作产生数据组的基础，该数据组详细描述所识别的偏差。现场设备产生这些数据组并接着经过数据线4a至4c将其传输到通信网络5。通信网络5例如是以太网，这样可以根据涉及现场设备的通信的正C61850标准进行这些数据传输。各现场设备3a至3c的各个数据组可以综合成一个共同的数据组，用该共同的数据组可以给出关于供电网络的所有涉及的测量点的概况。这可以或者发生在现场设备3a至3c之一或者在中心数据处理装置6。最后或者将各数据组或者将由现场设备3a至3c之一产生的共同数据组传输到对识别的偏差进一步显示和分析的数据处理装置6。图2举例示出现场设备3a的详细描述。电气现场设备3a经过电压互感器911和电流互感器12与供电网络1的测量点2a相连。电气现场设备3a具有在输入侧与电压互感器11和电流互感器12相连、并在输出侧与计算单元14和分析单元15相连的测量装置13。计算单元14和分析单元15在其输出侧与差值形成单元16相连。差值形成单元16在其输出侧与事件识别装置17相连。事件识别装置17在其输出侧连接参数计算装置21。参数计算装置21在其输出侧一方面连接原因识别单元18、另一方面连接效应识别装置19。原因识别单元18和效应识别装置19在其输出侧与输出单元20连接，该输出单元20又在其输出端借助数据接口经过数据线4a与图1中示出的通信网络5相连。供电网络l是多相、例如三相的供电网络，这样对应每相具有一个电流互感器和一个电压互感器以及相应数量的电气现场设备3a的功能组件，例如测量装置13。以下详细解释在图2中示出的现场设备3a的工作原理在供电网络1中在测量点2a出现的交流电流值和/或交流电压值经过电流互感器12及电压互感器11转换为与交流电流值及交流电压值成比例的测量值，并由现场设备3a中的测量装置13采集。例如在测量装置13中还可以进行测量值的模拟/数字转换。但是模拟/数字转换也可以在电气现场设备3a之外进行。记录的测量值继续传送到计算单元14，计算单元14由测量值产生平均值例如RMS值(均方根)或有效值。在此当在例如交流电流或交流电压的半个振荡周期的持续时间期间记录测量值，并由在该半个振荡周期期间被记录的测量值形成平均值时是具有优势的。用这种方式一方面有足够的测量值用于可靠的计算，另一方面可以相当快速地确定平均值。同样地分析装置15与测量装置13连接，该分析装置15基于已经过去的测量值给出分析值，该分析值根据期望应采取平均值的值。在此例如可以使用通过电子的或数字的过滤器执行的带直流电压部分和指数部分的信号模块。直流电压部分采集平均值的保持不变的部分，而指数部分确定平均值的指数上升或下降的部分。为了解释分析装置15的工作原理首先介绍图3。图3示出三个图。在上面的图31中用加黑实线示出在计算单元14中确定的交流电压或交流电流的平均值的变化。平均值随时间的变化分为三段。第一段32显示RMS值的恒定变化。在通过第一虛线表示的时刻Tl平均值突然下降，然后在平均值变化的第二段33又以指数方式上升。从通过另一虛线表示的时刻T2开始，平均值的值又达到其初始值并在第三段34又保持恒定。在图3的中间的图35是在第一图中显示的平均值的直流部分随时间的变化。可以看到基本上是恒定的，仅在时刻Tl具有突然的偏差。最后在图3的下面的图36是在图31中示出的平均值随时间的变化的指数部分。可以看到，在32段和34段指数部分为零，即在这些段平均值的变化不包含指数部分。仅在在时刻Tl和T2之间的33段具有来自上面图中的平均值随时间变化的指数变化部分。如果从直流部分减去指数变化，这样又得到在最上面的图31中示出的平均值随时间的变化。分析单元15(参见图2)如下工作。在平均值随时间的变化的第一段32,分析单元15仅识别出该随时间的变化的直流部分并由此作为期望值用同样的值预测直流部分的延续。不仅计算单元14而且分析单元15都传输其结果到差值形成单元16，差值形成单元16从实际的平均值减去期望值。如果第一段32得到接近零的差值，这样事件识别装置17就不给出平均值与其期望的变化的的偏差，并由此不产生事件信号。为此事件识别装置17例如可以实施阈值比较。如果由差值形成单元16确定的差值超过可预先给出的阈值，例如为平均值的以往值的5%,这样事件识别装置17就识别出偏差并产生事件信号。实际的平均值在时刻Tl发生突然的变化。但是分析单元15在时刻Tl基于在32段范围在该时刻丁l之前的平均值确定了一个恒定变化的期望值。由此在差值形成单元16得到不等于零的差值，其被传送到事件识别装置17。在这种情况下假设，计算出的差值大于预先给出的阈值，从而由事件识别装置17识别出偏差并相应地输出事件信号。因为实际的平均值的进一步变化是以指数方式变化的，分析单元被重新初始化并给出新的按指数变化的期望值。因为现在由计算单元14给出的实际平均值和由分析单元15给出的期望值重新一致，在差值形成单元16计算出接近零的差值，其低于由事件识别装置17使用的阈值。在时刻Tl识别出偏差之后，在预先给出的测量持续时间期间记录其它的测量值，在此还由这些其它的测量值形成平均值。因此，例如在通过事件识别装置17输出事件信号之后，在预先给出的5秒的测量持续时间内记录其它的测量值，在此还由这些其它测量值分别对具有以交流电流或交流电压的半个振荡周期的持续时间的时间窗(Zeitfenster)形成平均值。此外由在这些测量持续时间期间记录的测量值在事件识別装置17后面连接的参数计算装置21中形成状态参数组，其描述在事件持续时间期间在测量点2a供电网络的状态。对此在以下还将详细讨论。在平均值的后续变化过程中平均值在34段(图3)又为初始的恒定值，因为此处变化的指数部分又衰减。因此，分析单元15又提供与由计算单元14给出的实际平均值相一致的另一期望值。因此，在34段差值形成单元16确定出接近零的差值，其导致事件识别装置17不给出事件信号。由参数计算装置21在测量持续时间内计算的状态参数例如可以是交流电流值或交流电压值的对称分量、谐波分量以及频率、相位和振幅。这些参数描述在测量点2a供电网络的状态。状态参数被传送到原因识别单元18。原因识别单元18具有数据库，其包含在测量点2a的交流电流变化或交流电压变化的偏差的可能的原因，并将每个可能的原因分别与状态参数的比较组对应。因此将由参数计算装置21计算的参数组与数据库中的比较组进行比较。在比较组与参数组一致的情况下，可以推断造成偏差的原因。在这种情况下从数据库可以读出原因字符串，其在输出侧被提供给原因识别单元。原因识别单元18的电子数据库例如可以如下表给出地建立:<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>根据所示的表，原因识别单元18借助在图3的最上面的图31显示的平均值随时间的变化，结合其它计算的状态参数，将电机的启动识别为原因，并因此作为原因字符串例如输出"启动电机"。除了确定出现的偏差的原因，还可以确定出现的偏差的效应。这在效应识别装置19中进行，状态参数的参数组同样被传递到该装置。效应识别装置19例如借助状态参数"偏差的绝对值"和"事件持续时间"(-偏差持续时间)，其在图中用ITIC参考曲线画出，确定偏差的严重程度并给出对连接于供电网络的耗电器、特别是信息
技术领域：
的耗电器的可能的损害。效应识别装置19在输出侧以效应字符串的形式提供这些效应。不仅原因字符串而且必要时产生的效应字符串还有在参数计算装置21中产生的状态参数用作产生数据组的基础。该数据组可以包含具体的原因字符串、效应字符串和状态参数或者由它们导出的信息。该数据组可以经过输出单元20的数据接口和通信线4a传送到例如可以是以太网的通信网络5，并由例如图1中所示的中心数据处理装置6接收。中心数据处理装置6可以向使用者显示数据组，使其由此能够得到关于出现的偏差的全面信息，而不必进行其它的分析。尽管结合图2解释的电气现场设备3a的组件是以独立的功能块的形式显示的，但也可以通过电气现场设备的纟效处理装置来实施，其提供可以用来实施各个方法步骤的相应软件。权利要求1.一种产生数据组的方法，该数据组给出在供电网络(1)的测量点(2a、2b、2c)的交流电流值和/或交流电压值与其期望的随时间的变化的偏差，其中在该方法中实施下列步骤记录由所述供电网络的测量点(2a、2b、2c)的交流电流值和/或交流电压值给出的测量值；当该测量值偏离其期望的随时间的变化时，产生事件信号；在存在所述事件信号的情况下，由该测量值以及在可预先给出的测量持续时间期间这些测量值的后续其它测量值确定描述供电网络(1)在所述测量点(2a、2b、2c)的状态的状态参数的参数组，并将该参数组的至少几个状态参数与所属的给出偏差原因的原因字符串相对应；以及由至少该参数组和该原因字符串产生所述数据组。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分别在平均持续时间期间记录测量值，并由该在平均持续时间期间记录的测量值形成平均值；形成所述平均值和期望值之间的差值，其中，所述期望值给出平均值的期望值，其是就对于当前平均值来说时间上在前的平均值确定的；并且当该差值超过预先给出的阈值时，产生给出平均值偏差的事件信号。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述平均持续时间为所测量的交流电流或所测量的交流电压的半个振荡周期。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为将所述状态参数与所述原因字符串相对应，使用电子数据库，在其中每个原因字符串对应一个所属的状态参数的比较组；并且所述数据组由这样的原因字符串产生，其对应的比较组与所确定的参数组一致。5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述参数组还给出所述测量值的基波频率的谐波。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在三相供电网络中，所述参数组还给出所述测量值的对称分量。7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，确定在其间出现偏差的事件持续时间，并且所述参数组还给出该事件持续时间。8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在使用所述参数组的至少几个状态参数的情况下产生给出所述偏差的效应的效应字符串；并且在考虑该效应字符串的情况下产生所述数据组。9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在供电网络(l)的多个测量点(2a、2b、2c)实施该方法；并且将在各测量点(2a、2b、2c)产生的所述数据组综合到一个共同的数据組中。10.—种在供电网络(1)的测量点(2a)上采集电能质量的现场设备(3a),具有测量装置(13),用于采集由交流电流和/或交流电压给出的测量值；事件识别装置(17),其借助该测量值识别交流电流和/或交流电压与期望的变化的偏差；参数计算装置(21)，用于由所述测量值和在可预先给出的测量持续时间期间这些测量值的后续其它测量值确定状态参数的参数组，其中所述状态参数给出在所述测量点(2a)供电网络(1)的状态；原因识别单元(18),其在出现偏差时将将该参数组与给出该偏差原因的原因字符串相对应；以及输出单元(20),其输出在考虑参数组的至少几个状态参数和所述原因字符串的情况下形成所述数据组。11.根据权利要求IO所述的现场设备(3a),其特征在于，具有计算单元U4)，用于确定所记录的测量值的平均值；以及所述事件识别装置(17)识别所述平均值与其期望变化的偏差。12.根据权利要求10或11所述的现场设备(3a),其特征在于，所述原因识别单元(18)具有电子数据库，在其中每个所述原因字符串对应于一个所属的状态参数的比较组。13.根据权利要求10至12中任一项所述的现场设备(3a)，其特征在于，该现场设备(3a)具有效应识别装置(19),该效应识别装置(19)借助至少几个状态参数产生给出偏差的效应的效应字符串。14.根据权利要求10至13中任一项所述的现场设备(3a)，其特征在于，所述该现场设备(3a)的输出单元(20)具有数据接口，通过该数据接口输出所述数据组。15.根据权利要求14所述的现场设备(3a)，其特征在于，所述数据接口是可用于IP网络的接口。16.根据权利要求15所述的现场设备(3a),其特征在于，所述数据接口是以太网接口。17.—种用来采集供电网络(1)的电能质量的系统，该系统具有多个根据权利要求10至15中任一项所述的现场设备(3a、3b、3c)，其中，这些现场设备(3a、3b、3c)通过通信网络(5)互相连接。18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述通信网络(5)是可用于IP的网络。19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述通信网络(5)是以太网。20.根据权利要求17或19所述的系统，其特征在于，中心数据处理装置(6)与所述通信网络(5)相连。全文摘要本发明涉及一种产生数据组的方法，其给出在供电网络(1)测量点(2a、2b、2c)上出现的交流电流和/或交流电压值的时间变化与其期望变化的偏差，为了能更精确描述此偏差，在该方法中实施下列步骤记录由供电网络测量点(2a、2b、2c)上交流电流和/或交流电压值给出的测量值；当测量值偏离其期望的时间变化时，产生事件信号；在出现事件信号的情况下，由测量值以及在可预先给出的事件持续时间期间这些测量值的后续其它测量值确定描述供电网络(1)在测量点(2a、2b、2c)的状态的状态参数的参数组，并将参数组的至少几个状态参数与所属的给出偏差原因的原因字符串对应，以及由至少该参数组和该原因字符串产生数据组。本发明还涉及用来采集供电网络(1)电能质量的电气现场设备及系统。文档编号G01R19/25GK101297202SQ200580051937公开日2008年10月29日申请日期2005年10月25日优先权日2005年10月25日发明者安德烈亚斯·朱里希申请人:西门子公司