Мониторинг качества электроэнергии

Мониторинг качества электроэнергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области мониторинга качества электроэнергии, в частности к запоминанию полученных данных с целью последующего использования.

Уровень техники

Для обеспечения высокого качества услуг по обеспечению электроэнергией желателен мониторинг качества электрических сигналов (т.е. сигналов электрической энергии) в различных точках электрической сети. В частности, желательно знать форму сигнала (волны) тока и напряжения в различных точках сети во время возникновения какой-либо специфической аномалии (например, отключения электроснабжения), чтобы идентифицировать ее причину.

В патенте США №5736847, включенном в настоящее описание посредством ссылки, описано измерительное устройство, предназначенное для считывания и отображения формы сигналов электрической энергии, а также для вычисления их параметров. К числу указанных параметров могут относиться, в частности, ток, напряжение, мощность, в том числе в киловольтамперах реактивных (кВАР), соотношение фаз многофазного сигнала, коэффициент мощности, частота, электрическая энергия в киловатт/час (кВт/ч) и в киловольтамперах/час (кВА/ч) и реактивная энергия (в кВАР/ч).

Однако в некоторых случаях отображения в режиме реального времени формы волны и/или производных параметров оказывается недостаточно. В патенте США №6675071, включенном в настоящее описание посредством ссылки, констатируется, что было бы желательно использовать устройство контроля качества электроэнергии, постоянно отслеживающее все данные о форме волны напряжения. Однако из-за больших объемов обрабатываемых данных такое устройство практически неосуществимо. При частоте снятия замеров (семплирования) 32 замера за цикл в секунду производится 1920 замеров. Для трехфазных измерительных приборов, замеряющих формы волны как напряжения, так и тока, таких данных в 6-8 раз больше. Указанный патент предлагает детектирование форм волны и сбор данных, относящихся к интервалам времени, соответствующие обнаружению изменений.

В патенте США №6671654, включенном в настоящее описание посредством ссылки, описано электронное устройство, которое предназначено для измерения параметров электроэнергии, поступающей из системы энергораспределения. Как и в предыдущем патенте, данные сохраняются только для имевших место аномалий (например, для скачкообразного изменения тока или напряжения).

В патенте США №6639518, включенном в настоящее описание посредством ссылки, описан сетевой монитор, отслеживающий один или несколько параметров электрической цепи. Указанный монитор содержит систему селекции моментов подачи аварийного сигнала.

Некоторые системы мониторинга сохраняют только среднеквадратичные (СК) значения и/или мощность электрических сигналов. Однако для точной идентификации природы проблем эти данные не всегда являются достаточными.

Раскрытие изобретения

Один из аспектов некоторых вариантов осуществления изобретения относится к прибору, предназначенному для непрерывного запоминания формы волны одного или нескольких электрических сигналов (сигналов электрической энергии), причем независимо от того, идентифицирована ли аномалия, представляющая интерес. При необходимости прибор может содержать память, объем которой достаточен для хранения формы волны сигнала, соответствующей нормальным режимам подачи электроэнергии, за большой период времени (по меньшей мере, за месяц, два месяца или даже год). Хранение указанных данных, охватывающих такой длинный период, позволяет вернуться к имевшим место аномалиям, чтобы определить различные параметры, считающиеся важными во время аномалии, и/или заново проанализировать аномалии, которые на тот момент не рассматривались как существенные или вообще не были выявлены.

В некоторых вариантах осуществления изобретения данные непрерывно сохраняющихся сигналов подвергаются сжатию (уплотнению) с использованием соответствующего способа, в случае необходимости учитывающего природу сигналов электрической энергии. Предусматривается возможность реализации способа сжатия в реальном времени по мере сбора сигналов, т.е. операции по сжатию проводят до момента получения всех уплотняемых данных. Для любого сегмента данных сжатие можно провести на базе небольшого их количества. В некоторых вариантах осуществления количество неуплотненных данных, используемых процессором, осуществляющим их сжатие, генерирование, в том или ином виде, сжатых данных, относительно невелико, охватывая для несжатых данных, например, период менее минуты, секунды или даже 0,1 с. При необходимости объем памяти, приемлемый для применения и/или реально использованный для сжатия посредством соответствующего процессора, составляет величину менее 100 кбайт или даже менее 10 кбайт.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения вычислительные возможности и/или инженерные ресурсы, которые до сих пор тратились на выявление аномалий, направляются на сжатие и хранение больших объемов информации, связанной с запоминанием данных о форме волны (форме сигнала).

Запоминание формы сигнала можно провести с высокой точностью, проведя за время электрического цикла (обычно это 1/50 с или 1/60 с), по меньшей мере, 64, 128, 256 или даже 512 замеров.

Один из аспектов некоторых вариантов осуществления изобретения относится к применению способа сжатия с потерями для сжатия отслеживаемых сигналов электрической энергии. Такое применение указанного способа позволяет обеспечить высокий коэффициент сжатия, т.е. хранение больших объемов данных при относительно небольшом понижении качества. Согласно некоторым вариантам осуществления вместо точного сохранения ограниченного числа параметров сохраняют форму волны электрической энергии, допуская незначительную потерю точности. При необходимости, если требуется также и более точная информация, вместе с формой волны хранят точные значения одного или нескольких наиболее важных параметров. При достижении коэффициента сжатия 1:500, 1:1000 или выше снижение точности вследствие сжатия с потерями может составлять приблизительно до 1-2%, предпочтительно приблизительно до 0,1%.

В качестве одного из вариантов сжатие с потерями проводят в реальном времени. В некоторых случаях для этого может потребоваться блок сжатия, отвечающий требованиям относительно высокой вычислительной мощности.

Один из аспектов некоторых вариантов осуществления изобретения относится к сжатию отслеживаемых сигналов электрической энергии в реальном времени. Такое сжатие проводят оперативно (в процессе работы), причем не требуется, чтобы блок сжатия обладал большой внутренней памятью. В порядке альтернативы или дополнительно сжатие в реальном времени проводят для каждого замера в границах интервала менее секунды или даже половины секунды, считая с момента его поступления.

Один из аспектов некоторых вариантов осуществления изобретения относится к сжатию сигналов электрической энергии посредством их разложения на множество компонентов (например, компонентов, различающихся по частоте) и раздельного сжатия каждого компонента с охватом относительно длинного интервала времени. В ряде вариантов осуществления сжатие преобразует значения каждого компонента во времени в модель, которую можно сформировать, используя небольшое количество данных. Например, компоненты, имеющие одинаковые значения, можно объединить, фиксируя эти значения и отрезки времени, за которые они проявляются. Сжатие значений каждого компонента можно провести, не соотнося их со значениями любого другого компонента. Как один из вариантов, сигнал электрической энергии в каждом цикле разлагают на компоненты и сжимают значения компонентов с охватом множества циклов.

Если это необходимо, сжатие представляет собой сжатие с потерями, игнорирующее небольшие ошибки при подгонке значений компонентов к моделям. В некоторых вариантах осуществления изобретения такое сжатие игнорирует ошибки, которые меньше точности измерений прибора.

В некоторых вариантах осуществления указанное множество компонентов представляет собой частотные компоненты (т.е. гармоники). Такие компоненты можно получить, применяя к замерам во временной области преобразование, такое как преобразование Фурье (например, ДПФ, дискретное преобразование Фурье, или БПФ, быстрое преобразование Фурье), а также косинусное преобразование (ДКП, дискретное косинусное преобразование) или Z-преобразование. В порядке альтернативы или дополнительно частотные компоненты получают, используя набор фильтров (дискретных или аналоговых), соответствующих различным частотам. Кроме того, в порядке альтернативы или дополнительно указанные компоненты получают, применяя процедуру распознавания образов (паттернов) во времени. Альтернативой для частотных компонентов являются компоненты во временной области, например фрагменты цикла сигнала электрической энергии.

Как один из вариантов, сигнал электрической энергии характеризуется величиной, полученной в результате сохранения, например, средних значений для каждой гармоники, и соответствующими количествами следующих друг за другом циклов, в которых гармоника имеет величину, близкую к среднему значению. Хотя проведение преобразования Фурье представляет собой относительно интенсивный вычислительный процесс, полученный коэффициент сжатия и, таким образом, возможность хранения сигналов электрической энергии, охватывающих большие периоды времени, рассматриваются как вполне приемлемые.

В некоторых вариантах осуществления изобретения длительность цикла сигнала электрической энергии (т.е. близость цикла к номинальному значению 50 или 60 Гц) отслеживают непрерывно. В результате преобразование Фурье проводят на сигналах цикла строгим образом, не искажая цикл. В ряде вариантов осуществления частоту замеров сигналов электрической энергии регулируют согласно длине цикла, чтобы каждому циклу, независимо от его длины соответствовало, по существу, одинаковое количество замеров. В случае необходимости каждому циклу соответствует заранее заданное количество замеров, приемлемое для быстрого преобразования Фурье (например, 256 замеров).

Как следствие точного соответствия циклам сигналов электрической энергии, для длинных интервалов сигналов значения гармоник обычно имеют одинаковые или очень близкие величины. Таким образом, если сохраняются только изменения, для нормальных сигналов электрической энергии достигается сжатие с очень высокими коэффициентами (например, 1:10000), что позволяет хранить большие объемы данных.

В некоторых вариантах осуществления изобретения не сохраняют значения гармоник, имеющие очень низкие (т.е. близкие к нулю) значения. Обычно многие гармоники циклов сигналов электрической энергии имеют, по существу, нулевые значения. Поэтому для них не требуется места в объеме памяти, особенно в том случае, когда контролируемые электрические линии функционируют удовлетворительно.

Один из аспектов некоторых вариантов осуществления изобретения относится к запоминанию формы волны сигнала электрической энергии за длительный период времени (по меньшей мере, за неделю или даже месяц) посредством сохранения спектральных компонентов сигнала. Предусматривается возможность подвергнуть указанные компоненты сжатию.

Таким образом, согласно одному из вариантов осуществления изобретения предлагается способ сжатия значений, характеризующих формы волны отслеживаемого сигнала электрической энергии, включающий: сбор данных, представляющих периоды сигнала электрической энергии, разложение формы волны на множество компонентов, охватывающее множество периодов формы волны, и раздельное сжатие значений, по меньшей мере, некоторых компонентов, охватывающее множество периодов.

Как одна из альтернатив, разложение формы волны электрического сигнала на компоненты представляет собой разложение на частотные компоненты. При необходимости сжатие значений, по меньшей мере, некоторых компонентов включает подгонку временных сегментов компонентов к модели и регистрацию коэффициентов такой подгонки. Модель может представлять собой постоянную временную функцию. Как будет пояснено далее, зарегистрированные коэффициенты для такой функции могут представлять собой единственное значение и длину. Как один из вариантов, модель является монотонной функцией от времени. Собранные данные, представляющие собой периоды сигнала, могут содержать зарегистрированные замеры электрического сигнала, причем замеры разделяют на группы, соответствующие циклам такого сигнала. Разложение формы волны может представлять собой преобразование замеров каждой группы в значения гармонических компонентов.

Как один из вариантов, для каждой гармоники раздельное сжатие, по меньшей мере, некоторых компонентов включает сохранение пар, каждая из которых состоит из среднего значения и количества циклов, в которых отслеживаемая величина близка к среднему значению. Количество таких циклов можно установить, оценивая минимум и максимум последовательности гармонических значений и определяя момент, когда разность (расстояние) между минимумом и максимумом превысит заданный уровень. Указанная разность может быть выражена, как процентная доля от предшествующего среднего значения гармоники или от ожидаемого значения гармоники.

Возможен вариант, в котором сбор дискретных замеров (семплирование) представляет собой семплирование аналоговых сигналов. Разделение замеров на группы может представлять собой повторяющееся определение основной сетевой частоты сигнала и соответствующее определение циклов сигнала электрической энергии.

В некоторых вариантах семплирование сигналов проводят с частотой, определенной в соответствии с частотой сети. Повторяющееся определение основной частоты сети может производиться на основе полученных замеров. В порядке альтернативы или дополнительно повторяющееся определение основной частоты сети может производиться на основе аналогового сигнала, которому соответствуют полученные замеры. В числе прочих вариантов преобразование замеров каждой группы может представлять собой преобразование, применяющее быстрое преобразование Фурье.

Как одну из альтернатив, способ включает приложение процедуры сжатия без потерь к сжатым величинам гармоник. Для указанного способа предусмотрена возможность сохранения, по меньшей мере, некоторых сжатых компонентов в файловой структуре, представляющей множество электрических сигналов. С другой стороны, способ может включать хранение сжатых компонентов в файловой структуре, представляющей сигнал электрической энергии непрерывно в течение интервала времени, превышающего месяц. Возможен вариант способа с передачей сжатых компонентов по линии связи. По меньшей мере, для некоторых компонентов сжатие можно провести отдельно для каждого компонента. В другом варианте сжатие, по меньшей мере, некоторых компонентов проводят в реальном времени и/или с применением сжатия с потерями. Возможно сжатие, по меньшей мере, некоторых компонентов отдельно друг от друга с перекрыванием, по меньшей мере, трех периодов формы волны. В порядке альтернативы сигнал электрической энергии содержит сигнал тока или сигнал напряжения. Собираемые данные, представляющие периоды сигнала, могут содержать собираемые данные, представляющие циклы формы волны или, альтернативно, периоды, которые короче или длиннее циклов волны.

Возможен вариант, в котором разложение формы волны на множество компонентов проводят в виде разложения на компоненты, сосуществующие во времени.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения дополнительно предлагается способ сжатия значений отслеживаемого сигнала электрической энергии, включающий сбор замеров (семплирование) сигнала электрической энергии, разделение замеров на группы, соответствующие циклам такого сигнала, преобразование замеров каждой группы в значения гармонических компонентов и запоминание отображения значений гармонических компонентов в энергонезависимой запоминающей среде непрерывно в течение, по меньшей мере, недели.

Как один из вариантов, запоминание указанного отображения представляет собой запоминание сжатого отображения значений гармонических компонентов. Запоминание сжатого отображения может представлять собой запоминание сжатия на основе совместного сжатия значений каждого гармонического компонента с охватом множества циклов.

Далее, согласно одному из вариантов осуществления изобретения предлагается прибор, предназначенный для мониторинга сигналов электрической энергии. Прибор по изобретению содержит интерфейс электрической линии для измерения сигналов электрической линии, энергонезависимую запоминающую среду и процессор, выполненный с возможностью записи в энергонезависимую запоминающую среду отображения информации о форме волны измеряемых сигналов электрической линии непрерывно и независимо от того, была ли идентифицирована аномалия.

Как один из вариантов, сигналы электрической линии представляют собой, по меньшей мере, один сигнал тока и/или, по меньшей мере, один сигнал напряжения. Предусмотрен вариант выполнения процессора с возможностью записи указанного отображения непрерывно, по меньшей мере, в течение недели. Прибор можно и не адаптировать для выявления аномалий. В одном из вариантов запоминающая среда имеет емкость менее 1 Гбайт, а в альтернативном варианте - более 1 Гбайт. Процессор может быть выполнен с возможностью сжатия измеряемых сигналов электрической энергии с заданным, по меньшей мере, минимальным коэффициентом сжатия.

Возможен вариант, в котором с целью достижения заранее заданного минимального коэффициента сжатия процессор адаптируют для регулирования уровня потерь сжатия. Можно также выполнить процессор с возможностью сжатия измеряемых сигналов электрической энергии в реальном времени или с использованием способа сжатия с потерями. Предусмотрена возможность выполнения интерфейса с возможностью получения замеров сигналов электрической энергии, по меньшей мере, с частотой 8 замеров за цикл указанных сигналов.

Кроме того, согласно одному из вариантов осуществления изобретения предлагается способ сжатия величин отслеживаемого сигнала электрической энергии, включающий сбор замеров сигнала электрической энергии и сжатие их с применением способа сжатия с потерями. Сжатие замеров можно провести в реальном времени. В одном из вариантов сбор замеров проводят с частотой, по меньшей мере, 50 замеров за цикл сигнала электрической энергии.

Краткое описание чертежей

Далее будут описаны примеры вариантов осуществления изобретения, которые следует рассматривать совместно с прилагаемыми чертежами. Встречающиеся на нескольких чертежах идентичные структуры, элементы или детали имеют одинаковые или подобные цифровые обозначения на всех этих чертежах.

Фиг.1 представляет собой схематичную диаграмму блока сжатия согласно одному из вариантов осуществления изобретения.

Фиг.2 представляет собой блок-схему способа сжатия согласно одному из вариантов осуществления изобретения.

Фиг.3 представляет собой соответствующую одному из вариантов осуществления изобретения блок-схему способа определения промежутков времени, в течение которых значения гармоники или параметра, по существу, одинаковы.

Фиг.4 схематично иллюстрирует структуру запоминаемых сжатых данных согласно одному из вариантов осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

На фиг.1 схематично представлен блок 100 сжатия согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Предусмотрена возможность подключать указанный блок к электрическим проводам, например к трем проводам 102, соответствующим различным фазам, и к нейтральной линии 104, чтобы с целью мониторинга качества электроэнергии отслеживать проходящие по проводам сигналы. Блок 100 сжатия сжимает сигналы, полученные от проводов, позволяя тем самым сохранять данные, отслеживаемые в течение продолжительных периодов времени. При этом предусмотрена возможность непрерывного хранения данных независимо от того, выявлена ли аномалия, представляющая интерес. В некоторых вариантах осуществления изобретения блок 100 сжатия содержит соединения 130 и 132 для измерения соответственно тока и напряжения. Указанные соединения могут иметь вещественную природу, осуществляться посредством магнитного поля и/или представлять собой какую-либо другую модификацию связи.

Возможен вариант, в котором блок 100 сжатия содержит аналоговый датчик 110, обладающий чувствительностью к отслеживаемым сигналам, АЦП (аналого-цифровой преобразователь), преобразующий семплированные аналоговые сигналы в цифровые замеры (отсчеты), и компрессор 112, осуществляющий сжатие. В некоторых вариантах осуществления изобретения блок 100 сжатия дополнительно содержит процессор 118, определяющий один или несколько параметров необработанных зарегистрированных данных. К указанным параметрам относятся мощность, соотношение фаз между компонентами многофазного сигнала, коэффициент мощности, основная частота сети, энергия и мощность (в кВт/ч, кВА/ч, кВАР/ч, кВт, кВА, кВАР), суммарный коэффициент нелинейных искажений, среднеквадратичный (СК) ток и СК напряжение. Для каждой фазы можно вычислить, по меньшей мере, некоторые из этих параметров. В порядке альтернативы или дополнительно перечень отслеживаемых параметров содержит факторы, характеризующие спад, повышение и/или биение, и/или данные, использованные для определения этих параметров. В некоторых случаях вычисляют соотношение между значениями для различных фаз. Параметры, рассчитанные с помощью процессора 118, можно подвергнуть сжатию посредством компрессора 112 и/или использовать известным для специалистов в данной области образом для генерирования сигналов аварийной сигнализации. Параметрами, которые рассчитываются с помощью процессора 118, могут быть параметры, имеющие большую полезность, или параметры, на которые в относительно значительной степени воздействуют небольшие погрешности формы волны. В случае необходимости указанные параметры сохраняют в дополнение к самой форме волны. Это позволяет избежать погрешностей, вызванных сжатием с потерями, которому подвергаются формы волны.

В числе прочих вариантов компрессор 112 осуществляет сжатие в реальном времени, т.е. сигналы сжимаются менее чем за секунду или даже десятую долю секунды, считая от момента их сбора. Сжатые данные, полученные из компрессора 112, могут храниться в запоминающем блоке 120 любого типа, известного из уровня техники, например на дисководе, в компактной флэш-памяти или в любой другой энергонезависимой памяти. В некоторых вариантах осуществления изобретения запоминающий блок 120 имеет относительно большую емкость, т.е. способен хранить данные, собранные в течение нескольких месяцев или даже за период, превышающий год. Емкость такого блока может превышать 1 Гбайт, 10 Гбайт или даже 40 Гбайт. В альтернативных вариантах, в которых сжатие посредством компрессора 112 очень велико, достаточен относительно небольшой запоминающий блок 120 с емкостью даже меньше, чем 1 Гбайт.

В некоторых вариантах осуществления изобретения компрессор 112 содержит кэш-память, запоминающую данные до тех пор, пока они будут записаны в запоминающем блоке 120. В порядке альтернативы или дополнительно кэш-память сохраняет данные, необходимые для осуществления сжатия. Она может иметь емкость менее 10 Мбайт, 1 Мбайт или даже 100 кбайт.

В альтернативных вариантах или в дополнение к хранению сжатых сигналов такие сигналы подают в передатчик 124 для передачи на удаленное устройство. Перед такой передачей сигналы сжимают, чтобы обеспечить возможность передачи при приемлемой ширине полосы. Передачу можно осуществить, применяя любой коммуникационный канал, известный из уровня техники, в том числе контролируемые электрические линии, линии радиосвязи, кабельные и/или телефонные линии. В удаленном устройстве переданные сигналы можно хранить, выводить на экран и/или анализировать. В некоторых вариантах осуществления изобретения сжатые сигналы, хранящиеся в запоминающем блоке 120, открыты для доступа с пульта 126 управления, который можно использовать для выведения информации на экран и/или для анализа сжатых сигналов. Как будет показано далее, сигналы можно сохранять таким образом, который позволяет обеспечить быстрый поиск сигналов, относящихся к определенной дате и/или имеющих заданный тип. Как один из вариантов, пульт 126 управления применяют также и для настройки рабочих характеристик блока 100 сжатия.

Аналоговый датчик 110 может относиться к любому типу, известному специалистам в этой области, включая датчики, описанные в указанном выше патенте США №5736847. Компрессор 112, если это необходимо, имеет производительность, достаточную для проведения преобразования Фурье (например БПФ) каждого из отслеживаемых сигналов, причем для каждого цикла электрического сигнала.

АЦП 114 в случае необходимости может работать с частотой, достаточной для перекрывания желаемого количества гармоник воспринятых сигналов. В некоторых вариантах осуществления изобретения АЦП 114 функционирует при заранее заданной достаточно высокой частоте. В альтернативных вариантах частоту АЦП регулируют в соответствии с основной сетевой частотой измеряемых сигналов. При желании для различных линий и/или различных сигналов (например, тока, напряжения) на одной и той же линии можно использовать различающуюся частоту семплирования. В порядке альтернативы для всех сигналов, замеренных аналоговым датчиком 110, применяют одинаковую частоту семплирования.

АЦП 114, по существу, может иметь любую приемлемую разрядность, например 16 бит. Как один из вариантов, этот параметр выбирают, исходя из точности измерительной аппаратуры.

Фиг.2 представляет собой блок-схему способа сжатия согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Основную частоту сети определяют на этапе 204 на основе замеренных на этапе 202 сигналов, применяя любой способ, известный специалистам в этой области, например любой способ, основанный на фазовой автоподстройке частоты (ФАПЧ), и используя в случае необходимости такие характеристики, как детектирование пересечения нулевого уровня или автокорреляцию. Частоту семплирования (частоту замеров), соответствующую основной частоте сети, вычисляют на этапе 206. Если на этапе 208 обнаруживается, что расчетная частота существенно отличается от реальной частоты замеров АЦП 114, частоту замеров изменяют на этапе 210 на расчетную частоту сразу же после обнаружения того, что требуется изменение, или через один или несколько циклов. В альтернативном варианте изменение проводят постепенно, применяя, например, гистерезисный алгоритм.

На этапе 212 замеры каждого цикла зарегистрированных сигналов преобразуют в частотную область (т.е. в гармонические векторы, сформированные из действительных и мнимых значений), применяя в числе прочих вариантов быстрое преобразование Фурье (БПФ). В порядке альтернативы или дополнительно на этапе 214 определяют значения одного или нескольких параметров зарегистрированных сигналов. Для каждых параметра и гармоники компрессор 112 на этапе 216 определяет временной интервал (или количество замеров), в течение которого их значение существенно не меняется, отслеживая значения и соответствующие длины интервалов эквивалентных значений. Далее со ссылкой на фиг.3 описан один из примеров варианта определения протяженностей таких интервалов времени, а именно этап 216. Как один из вариантов, значения сигналов и длительности интервалов времени, определенные на этом этапе, сохраняют на этапе 218 в приемлемом формате файла, как это, например, описано далее со ссылкой на фиг.4. В некоторых вариантах осуществления изобретения формат файла дополнительно сжимают, применяя любой пригодный способ сжатия без потерь и/или сжатия общего назначения (т.е. не зависящего от типа данных, представленных сжатыми сигналами). Такие способы, в частности сжатие по так называемому алгоритму Lempel Ziv Welch (Лемпел-Зив-Велш, ЛЗВ), известны специалистам в этой области.

При более подробном рассмотрении процедуры вычисления на этапе 206 частоты семплирования (частоты замеров) при определении основной частоты следует отметить, что в некоторых вариантах осуществления изобретения эта частота рассчитывается на основе количества гармоник, используемых при сжатии. В одном из вариантов осуществления изобретения применяют 128 гармоник, хотя для достижения более точного сжатия и/или для улавливания высоких частот и/или переходных состояний количество гармоник можно увеличить. Например, при основной частоте сети 50 Гц для улавливания быстрых переходных процессов можно использовать частоту семплирования 1 МГц, соответствующую приблизительно 20000 гармоник. Поскольку высшие гармоники обычно имеют нулевые значения, размер сжатых сигналов от применения такого большого количества гармоник, по существу, не зависит. В том случае, когда высокая точность не требуется, в порядке альтернативы можно применить меньшее количество гармоник (например, 32), чтобы понизить производительность, требуемую от компрессора 112 для проведения преобразований Фурье. Как один из вариантов, использованная частота замеров эквивалентна произведению удвоенной основной частоты сети на количество гармоник, так что для каждого цикла отслеживаемых сигналов имеется количество замеров, достаточное для построения желаемого числа гармоник. Например, для электрических линий, работающих на частотах 50 Гц и 60 Гц, чтобы получить 128 гармоник, применяют частоты семплирования, соответственно равные 12,8 кГц и 15,36 кГц.

При более подробном рассмотрении процедуры обнаружения факта существенного различия вычисленной и реальной частот семплирования (этап 208) следует отметить, что в некоторых вариантах осуществления изобретения значения считают существенно различными, исходя из воздействия указанной разницы на сжатие. В числе прочих вариантов, когда это различие обусловливает высокую вероятность того, что последующие циклы БПФ будут иметь различные значения, даже если циклы отслеживаемых сигналов электрической энергии, по существу, одинаковы, частоту семплирования посредством АЦП 114 изменяют на этапе 210.

Кроме определения основной частоты сети на основе замеренных сигналов, в порядке альтернативы указанную частоту находят, исходя из аналоговых сигналов, применяя для этого способы, известные из уровня техники. Как один из вариантов, в том случае, когда блок 100 сжатия работает с множеством электрических линий, частоту семплирования определяют, исходя из усредненной основной частоты линий или на основе основной частоты одной из линий, используемой в качестве репрезентативной, поскольку частоты связанных линий, как правило, одинаковы. В порядке альтернативы или дополнительно, например, если различные электрические линии не являются связанными, для каждой из них применяют свою частоту семплирования.

Вариантом, альтернативным по отношению к регулированию частоты семплирования в соответствии с изменениями основной частоты, является ситуация, когда используют частоту семплирования, которая превышает требуемую, а основную частоту применяют, чтобы сгруппировать замеры в циклы. Согласно такой альтернативе вместо БПФ можно применить дискретное преобразование Фурье (ДПФ) или какой-либо другой тип преобразования, например Z-преобразование или ДКП. В порядке альтернативы замеры проводят повторно, чтобы их количество удовлетворяло требованиям БПФ.

В некоторых вариантах осуществления изобретения при потере синхронизации с сигналом, на основании которого определяют основную частоту сети, последнюю измеренную частоту сети применяют в процедуре определения длины цикла (для других отслеживаемых сигналов) до тех пор, пока синхронизация не восстановится.

Альтернативой использованию БПФ является возможность применения любого другого способа, который можно использовать для трансформирования значений каждого цикла в гармоники. Эти альтернативные способы могут представлять собой, например, другие преобразования, в частности Z-преобразование или ДКП. В порядке альтернативы или дополнительно для указанного трансформирования используют наборы фильтров и/или распознавание элементов во времени. При более подробном рассмотрении процедуры определения (этапа 216) протяженностей интервалов времени, в границах которых значения гармоник существенно не меняются, следует отметить, что в некоторых вариантах осуществления изобретения в тех случаях, когда значения незначительно изменяются согласно заранее заданному паттерну, это фиксируется в сжатом формате. В результате можно более точно реконструировать сигналы и/или применить более жесткие значения допуска.

В порядке альтернативы или дополнительно к указанной процедуре на этапе 216 компрессор 112 может попытаться подогнать измеренные значения к заданной функции или к заданному паттерну, например в виде монотонно поднимающейся или опускающейся линии и/или полинома низкой степени. Кроме того, в порядке альтернативы или дополнительно компрессор 112 из заранее заданного набора функций выбирает функцию, наилучшим образом соответствующую значениям. Результаты сжатия включают в себя указание выбранной функции и примененные коэффициенты.

На фиг.3 представлена блок-схема одного из вариантов способа определения (этап 216) протяженностей интервалов времени, в течение которых значения гармоники или параметра (для упрощения изложения далее используется общий совместный термин "гармоника") остаются, по существу, одинаковыми. В процедуре, проиллюстрированной на фиг.3, переменные min, max, acc и avg соответствуют текущим минимальным, максимальным, суммарным и средним значениям гармоники во временном интервале, в котором они, по существу, одинаковы (т.е. разница между минимальным и максимальным значениями мала). Переменная count сохраняет количество отсчетов в текущей серии.

После запуска на этапе 300, когда начинается регистрация нового сигнала (как это описано далее со ссылкой на фиг.4) и когда для гармоники идентифицируют существенно отличающееся значение (момент 330), переменным min, max и acc присваивают значение нового замеренного сигнала (этап 302), для обозначения которого далее используется переменная new, т.е. min=max=acc=new. Затем регистрируют следующее новое значение (new) (этап 303) и сопоставляют его с min и max (этап 304), чтобы определить, изменится ли величина какой-либо из этих переменных, т.е.

если new<min, то min=new,

если new>max, то max=new.

Разницу между минимальным и максимальным значениями сопоставляют с максимальным допустимым значением этой разности (этап 306), причем эти значения все еще считаются принадлежащими к одной и той же серии. Если эта разница превышает предусмотренный допуск, т.е. |max-min|>tolerance, предыдущую серию закрывают (этап 310) и начинают новую серию (этап 302). Процедура закрытия предыдущей серии на этапе 310 включает в себя сохранение среднего значения (avg) замеров серии вместе с количеством (count) замеров. В порядке альтернативы или дополнительно к сохранению среднего значения сохраняют и суммарную величину (acc). Если разница между минимальным и максимальным значениями лежит в пределах предусмотренного допуска (этап 306), новое значение добавляют к acc (этап 315), а параметр count увеличивают на 1. Затем получают другое значение гармоники (этап 303).

После выполнения множества циклов способа, представленного на фиг.3, получают набор пар значений avg и count. Обычно в сигналах, соответствующих электрической мощности, одни и те же или очень похожие значения гармоник проявляются в течение многих последовательных циклов основной частоты сети. Поэтому представление многих циклов электрического сигнала можно получить, используя относительно небольшие количества указанных пар значений и последовательных циклов, в которых они проявляются.

Следует отметить, что для некоторых гармоник эквивалентность значений выражена особенно четко, так что даже если для некоторых гармоник выигрыш в требуемом объеме памяти благодаря применению способа сж