电力监测器和电力监测系统的制作方法

1.本公开的实施例一般地涉及电力控制领域，并且更具体地，涉及电力监测器和电力监测系统，其能够实现适应于不同负载的柔性的大量程或多量程电流/电压感测功能。


背景技术：

2.电力监测器广泛地应用于工业生产和人们的日常生活中，用于监测各种负载消耗的电能，其通常利用电流或电压互感器将电能表连接至负载电路，电流或电压互感器将来自负载电路的电流或电压转换成适合电能表测量的数值。
3.流过电能表的电流通常有一定的工作范围，超过这个范围的电流将导致电力监测器过载或欠载而不能正常工作。为了测量具有不同负载的电路中的电流/电压，通常需要更换不同的电流或电压互感器来获得合适的转换后电流或电压，这导致实际测量操作不便。而不同的电流或电压互感器具有不同电流或电压转换比，这需要在电力监测器或电能表中的软件或硬件中进行配置，这明显不便于用户在不同的负载之间自由地切换电能监测操作。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术存在的上述和其它问题和缺陷中的至少一种，提出了本公开。
5.根据本公开的一个方面，提供了一种电力监测器，包括包括串联连接的电流/电压互感器和电能表，电流/电压互感器用于将电能表连接至负载，以由电能表监测负载消耗的电能；电力监测器还包括至少一个电流调节元件，所述至少一个电流调节元件连接在电流/电压互感器和电能表之间，并被配置成在从电流/电压互感器流向电能表的电流大于或等于一阈值电流时将该电流降低为小于电能表的额定最大电流。
6.在一些实施例中，电力监测器还包括至少一个开关元件，每个开关元件被配置成在从电流/电压互感器流向电能表的电流大于或等于阈值电流时将对应的一个电流调节元件串联连接在电流/电压互感器和电能表之间。
7.在一些实施例中，每个开关元件具有第一接通状态和第二接通状态，并且每个开关元件被配置成：在从电流/电压互感器流向电能表的电流小于阈值电流时处于第一接通状态，以在电流/电压互感器与电能表之间建立直接电连接；以及在从电流/电压互感器流向电能表的电流大于或等于所述阈值电流时被触发而切换到第二接通状态，以将对应的一个电流调节元件串联连接在电流/电压互感器和电能表之间。
8.在一些实施例中，所述至少一个电流调节元件包括第一电流调节元件和第二电流调节元件，所述至少一个开关元件包括第一开关元件和第二开关元件，第一开关元件被配置成在从电流/电压互感器流向电能表的电流大于或等于第一阈值电流时将第一电流调节元件串联连接在电流/电压互感器和电能表之间，第一开关元件和第二开关元件中的每一个被配置成在从电流/电压互感器流向电能表的电流大于或等于第二阈值电流时将第一电流调节元件和第二电流调节元件串联连接在电流/电压互感器和电能表之间，第二阈值电
流大于第一阈值电流。
9.在一些实施例中，第一开关元件被配置成：在从电流/电压互感器流向电能表的电流小于第一阈值电流时处于第一接通状态，以在电流/电压互感器与电能表之间建立直接电连接，并且在从电流/电压互感器流向电能表的电流大于或等于第一阈值电流时被触发而切换到第二接通状态，以将第一电流调节元件串联连接在电流/电压互感器和电能表之间；第二开关元件被配置成：在从电流/电压互感器流向电能表的电流小于第二阈值电流时处于第一接通状态，使得第一电流调节元件经由第一开关元件和第二开关元件串联连接在电流/电压互感器与电能表之间且第二电流调节元件与电流/电压互感器断开连接，并且在从电流/电压互感器流向电能表的电流大于或等于第二阈值电流时被触发而切换到第二接通状态，使得第一电流调节元件和第二电流调节元件经由第一开关元件和第二开关元件串联连接在电流/电压互感器与电能表之间。
10.在一些实施例中，第一开关元件和第二开关元件中的每一个被配置成在电力监测器启动时处于第一接通状态，并且在切换到第二接通状态之后且在电力监测器重启之前一直处于第二接通状态。
11.在一些实施例中，电能表被配置成在电流调节元件串联连接在电流/电压互感器和电能表之间时，至少基于该电流调节元件的电流调节系数确定经电流/电压互感器从负载转换后的电流。
12.在一些实施例中，所述至少一个电流调节元件包括电感元件。
13.在一些实施例中，所述至少一个开关元件包括继电器。
14.在一些实施例中，电力监测器还包括串联连接在电流/电压互感器和电能表之间的电阻元件。
15.根据本公开的另一方面的实施例，还提供了电力监测系统，包括：至少一个在本公开的任一实施例中描述的电力监测器，每个电力监测器用于监测对应的负载消耗的电能；至少一个数据传输单元，每个数据传输单元与对应的一个电力监测器连接，以接收和发送与电力监测器所监测到的电能相关的数据信号；数据库服务器，该数据库服务器被配置成接收来自各个数据传输单元的所述数据信号，并通过数据融合对所述数据信号进行分析，以获得与各个负载相关联的融合后电能数据；以及显示装置该显示装置被配置成能够与数据库服务器连接并显示所述融合后电能数据。
16.在一些实施例中，所述至少一个数据传输单元包括无线数据发送器。
附图说明
17.根据结合附图的以下详细描述，本公开的多个实施例的上述和其他方面、特征以及优点将更清楚，在附图中：
18.图1是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的电力监测器的配置的电路图；
19.图2是示出根据本公开的示例性实施例的电力监测系统的配置的示意图；以及
20.图3是示意性地示出应用根据本公开的示例性实施例的电力监测器或电力监测系统获得的负载能耗变化趋势的曲线图。
具体实施方式
21.下面将结合附图，对本公开的实施例进行详细的描述。在本说明书中，相同或相似的部件由相同或类似的附图标号指示。下述参照附图对本公开的各实施方式的说明旨在阐述本公开的总体构思，而不应当理解为对本公开的一种限制。
22.此外，在下面的详细描述中，为便于说明，阐述了许多具体的细节以提供对本公开的实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其它情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
23.如图1所示，根据本公开的示例性实施例提供了电力监测器100，其可以用于监测多种不同负载上的电力或功率消耗。电力监测器100包括电流/电压互感器(cuurrent/voltage transformer，ct/vt)110和电能表120，电流/电压互感器110用于将电能表120连接至负载1，将来自负载1的电流或电压转换成适合电能表测量的数值，如在电能表能够测量的工作范围内的值，以由电能表120监测负载1消耗的电能。
24.负载1连接至电流/电压互感器110的一次侧，而电流/电压互感器110和电能表120二者串联连接，即，电能表120串联连接在电流/电压互感器110的二次侧回路中。如图1所示，电流/电压互感器110具有第一二次侧端子111和第二二次侧端子112，电能表120具有第一端子121和第二端子122，第一端子121(如下文所述，间接地，例如经由开关元件和/或电流调节元件)连接至第一二次侧端子111，而第二端子122(直接地，或如下文所述，例如经由电阻间接地)连接至第二二次侧端子112，使得电能表120串联连接至电流/电压互感器110的二次侧。
25.在本公开的示例性实施例中，电力监测器100还包括至少一个电流调节元件，其连接在电流/电压互感器110和电能表120之间，并被配置成在从电流/电压互感器110初始流向电能表120的电流大于或等于一阈值电流时将该电流降低为小于电能表120的额定最大电流，避免电能表过载。可以理解，虽然在大多数情况下，电流调节元件用于降低流经电能表的电流，但在一些实施例中，电流调节元件也可以将经电流/电压互感器转换后的电流调节(如增大)到电能表的测量范围内，避免电能表出现欠载情况。由此，在对不同的负载进行测量时，无需更换电流/电压互感器，通过电力监测器内部设置的电流调节元件即可以将电流/电压互感器的二次侧回路中的电流调节到适合电能表测量的范围内。
26.电能表通常基于电流/电压互感器的电流/电压转换系数(如电流比或电压比)确定负载上的电流、电压，进而确定负载消耗的电能。根据本公开的实施例，在电流调节元件串联连接在电流/电压互感器和电能表之间时，电力监测器或其电能表还至少基于该电流调节元件的电流调节系数确定经电流/电压互感器从负载转换后的电流，进而确定和显示负载消耗的电能。在图示的实施例中，至少一个电流调节元件包括电感元件。
27.电力监测器还可以包括至少一个开关元件，每个开关元件被配置成在从电流/电压互感器110初始流向电能表120的电流大于或等于阈值电流时接通，以将对应的一个电流调节元件串联连接在电流/电压互感器110和电能表120之间，以由该电流调节元件将在电流/电压互感器的二次侧回路中流过的电流调节(如降低)为适合电能表测量的范围内的值。此外，在一些示例中，开关元件也可以在从电流/电压互感器流向电能表的电流小于阈值电流时在接通以将电能表直接地(即，不经由电流调节元件)或间接地(如经由电阻但不经由电流调节元件)连接至电流/电压互感器的二次侧。
28.每个开关元件至少具有第一接通状态和第二接通状态，并且每个开关元件被配置成在从电流/电压互感器初始流向电能表的电流小于阈值电流时处于第一接通状态，以在电流/电压互感器与电能表之间建立直接电连接(即，不经由电流调节元件、但在一些示例中可以经由可能的电阻或可以不经由电阻的电连接)。进一步，每个开关元件还被配置成在从电流/电压互感器初始流向电能表的电流大于或等于所述阈值电流时被触发而切换到第二接通状态，以将对应的一个电流调节元件串联连接在电流/电压互感器和电能表之间。在图示的实施例中，至少一个开关元件包括继电器。
29.如图1所示，所述至少一个电流调节元件包括第一电流调节元件130和第二电流调节元件150，而所述至少一个开关元件包括第一开关元件140和第二开关元件160。第一开关元件140被配置成在从电流/电压互感器110初始流向电能表120的电流大于或等于第一阈值电流时将第一电流调节元件130串联连接在电流/电压互感器110和电能表120之间，仅由第一电流调节元件130调节在电流/电压互感器110的二次侧回路中流过电能表的电流；而在从电流/电压互感器1初始流向电能表120的电流大于或等于大于第一阈值电流的第二阈值电流时，第一开关元件140和第二开关元件160将第一电流调节元件130和第二电流调节元件150依次串联连接在电流/电压互感器110和电能表120之间，由第一电流调节元件130和第二电流调节元件150二者共同调节在电流/电压互感器的二次侧回路中流过电能表的电流。
30.参照图1，以第一电流调节元件130和第二电流调节元件150为电感、第一开关元件140和第二开关元件160为继电器为例进行说明性描述。第一开关元件140具有第一接入端子141、静触头142和143、以及动触头144，第二开关元件160具有第二接入端子161、静触头162和163。第一开关元件140的第一接入端子141连接至电流/电压互感器110的第一二次侧端子111，静触头142连接至电能表120的第一端子121，而静触头143连接至第一电流调节元件130的一端，第一电流调节元件130的相反的另一端连接至第二开关元件160的第二接入端子161，静触头162连接至电能表120的第一端子121，而静触头163连接至第二电流调节元件150的一端，第二电流调节元件150的相反的另一端连接至电能表120的第一端子121，动触头164根据流过第二开关元件160的电流的大小与静触头162或163可操作地接合。
31.作为示例，第一开关元件140被配置成在从电流/电压互感器110初始流向电能表120的电流小于第一阈值电流时处于第一接通状态，即动触头144接触静触头142，以在电流/电压互感器110与电能表120之间建立直接电连接(即，不经由电流调节元件、但在一些示例中可以经由可能的电阻或可以不经由电阻的电连接)，使得电流从电流/电压互感器110经由第一开关元件140流向电能表120；第一开关元件140还被配置成在从电流/电压互感器110初始流向电能表120的电流大于或等于第一阈值电流时被触发而切换到第二接通状态，即动触头144从与静触头142接触切换成与静触头143接触，以将第一电流调节元件130串联连接在电流/电压互感器110和电能表120之间。第一开关元件的第一接通状态可以称为常闭状态。
32.第二开关元件160被配置成在从电流/电压互感器110初始流向电能表120的电流小于第二阈值电流时处于第一接通状态，即动触头164接触静触头162，使得第一电流调节元件130经由第一开关元件140和第二开关元件160串联连接在电流/电压互感器110与电能表120之间，此时第二电流调节元件150与电流/电压互感器140断开连接；第二开关元件160
进一步被配置成在从电流/电压互感器110初始流向电能表120的电流大于或等于第二阈值电流时被触发而切换到第二接通状态，使得第一电流调节元件130和第二电流调节元件150经由第一开关元件140和第二开关元件160串联连接在电流/电压互感器110与电能表120之间。第二开关元件的第一接通状态也可以称为常闭状态。
33.在一些实施例中，第一开关元件和/或第二开关元件可以在电力监测器启动时处于第一接通状态，并且在被触发切换到第二接通状态之后且在电力监测器重启之前一直处于第二接通状态。
34.如图1所示，电力监测器100还可以包括电阻元件170，其串联连接在电流/电压互感器110和电能表120之间，如连接在电流/电压互感器110的第二二次侧端子112和电能表120的第二端子122之间。在其他示例中，该电阻元件或其他附加电阻也可以串联连接在开关元件和/或电流调节元件与电能表的第一二次侧端子121之间。
35.根据本公开的实施例还提供了电力监测系统，其可以用于工业生产或人们的日常生活中的多种负载的能耗的监测，如用于监测工厂或生产线中的各种设备的用电能耗、或用于监测办公室或家庭中的各种电气设备的能耗。如图2所示，电力监测系统包括至少一个智能电力监测单元ipm1、ipm2、ipm3等，每个智能电力监测单元包括电力监测器100和与电力监测器100相连的数据传输单元101，每个电力监测器100用于监测对应的负载消耗的电能，每个数据传输单元101接收对应的电力监测器100所监测到的电能数据，并发送与电能数据相关的数据信号。数据传输单元可以包括无线数据发送器或无线数据收发器。
36.电力监测系统还可以包括数据库服务器200，其接收来自各个数据传输单元101的所述数据信号，并通过数据融合对电能数据进行分析，以获得与各个负载相关联的融合后电能数据。作为示例，数据库服务器200可以包括至少一个数据库201、202、203等、以及数据融合模块210(如处理器)，数据库用于储存与一个或多个负载相关联的电能数据，数据融合模块210将各个数据库中的电能数据进行融合，或者还可以接收来自其他源ds1、ds2、ds3等的外部数据，如总能耗、用电时间或生产进度等，以获得融合后电能数据，该融合后电能数据例如可以反映各个负载的能耗变化趋势、偏移、生存率、生产容量、单位产值等等，如图3所示。图3示意性地示出了负载n1、n2、n3所消耗的电能的变化趋势。电力监测系统还可以包括显示装置300，如用户终端的显示器，其能够与数据库服务器连接并向用户显示融合后电能数据。
37.尽管已经示出和描述了本公开的实施例，但对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本公开的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本公开的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。此外应注意，除非另外指明，本文中使用的措词“包括”、“包含”、“具有”不排除其它元件或步骤。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本公开的保护范围。