CN103229065B - 用于监控电容器组的***、方法和设备 - Google Patents

Abstract

本文提供一种用于监控具有多个级的一个或多个电容器组的***、方法和设备。本公开的一个理念目的在于用于监控具有多个级的至少一个电容器组的方法。该方法包括：接收指示在电力线路上的电压和/或电流的测量结果，电力线路通过相应的接触器耦合到电容器组的多个级；接收指示接触器的相应状态的状态信息；给测量结果和接触器状态信息加时间戳；存储带时间戳的测量结果以及相应的带时间戳的接触器状态信息；确定指示从至少与电容器组中的至少一个级相关的测量结果得到的参数的变化率；比较确定的变化率与基准变化率以产生偏差；确定偏差是否满足标准；以及如果是，指示偏差满足标准。

Description

用于监控电容器组的***、方法和设备

技术领域

本发明大体涉及配电***和电网监控***。更具体地，本发明涉及用于监控一个或多个电容器组的***、方法和设备。

背景

传统电力网络为了商业、住宅、工业目的而提供电力。例如，在一般配电***中，例如电能由供电商或电力公司生成，并通过配电网络配送给消费者。配电网络常常是将供电商连接到消费者的配电电线（更通常地称为“输电线路”）的网络。一般布置在互换机和/或分隔间中的另外的设备例如母线、开关（例如，断路器或隔离开关）、电力变压器和仪表互感器被自动化用于控制、保护、测量、监控变电站。

通常，来自电力公司的电从主站通过配电电缆馈送到若干本地变电站。在本地变电站，配电变压器将供电从配电电缆上的相对高的电压转换成较低电压，以该较低电压，供电然后被供应给最终消费者。电力通过分布式电网从本地变电站提供给工业用户，分布式电网将电力供应到各种负载。这类负载可包括例如各种动力机械、照明设备、HVAC***等。

当大的电抗负载重复地连接到配电线路或者从配电线路断开时，一些配电网例如多相交流电（AC）网络经受较重的负担。电力循环中的这些变化可导致低***效率和高能量损耗。例如，当大的电感负载连接到配电线路时，可在线路中产生过度的滞后无功电流，能量损耗可出现。

一般来说，AC电力***的功率因数是在电路中使用的实际（或“有功”）功率与电路所使用的表观功率之比。通常用瓦特（W）或千瓦（kW）表示的实际功率是电路在特定时间内执行工作的能力，而通常用伏安（VA）或千伏安（kVA）表示的表观功率是电路的电流与电压的乘积。增加***的功率因数常常是合乎需要的。

例如，通过接通或者切断电容器组（或电容器机架）可以实现功率因数校正（PFC）。电容器组通常由很多分立的级(step)组成，这些级可在工作和不工作之间切换。每一级由多个单独的电容器组成，这些电容器并联（或串联，取决于***）接线，并合在一起为该级提供总电容。用于控制将电容器组接入到配电线路上或从配电线路断开的一种传统的设备是功率因数控制器。控制器设备可以在任何给定时间根据需要切换电容器组的连接以校正所探测到的负载的功率因数。根据多个可测量参数例如无功电流、电压、时间、温度等，传统的功率因数控制器将电容器组接入到电力线路上或从电力线路断开。

电力电容器自然容易有可改变其电力特性（例如电容、等效电阻等）的老化效应，这又可降低其效力。例如，根据所使用的材料、设计类型和制造细节，如果一些电容器的电力特性以比从正常老化预期的速率快的速率改变，则这些电容器可能易于有不同类型的故障。在一些情况下，例如通过超压、过热温度和/或过流所激活的自我保护机制将电容器从电路移除，可以减轻这些故障。其它情况在自我保护机制未能被激活的场合可导致故障。

如今，部分地由于与监控电容器组中的单独级的状况相关的费用，电容器组装置有非常有限的或者没有可用的监控和诊断是很常见的。作为这个有限的监控和诊断的结果，难以通过定期维护工作而在操作问题出现之前检测到操作问题来减轻操作顾虑并最小化服务中断。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供一种用于监控具有多个级的至少一个电容器组的方法。该方法包括：接收指示在相应的电力线路上的电压或电流或者电压与电流的测量结果，电力线路通过相应的接触器操作地耦合到所述电容器组的多个级；接收指示接触器的相应状态的状态信息；给测量结果和接触器状态信息加时间戳；存储带时间戳的测量结果以及带时间戳的接触器状态信息中的相应接触器状态信息；对于至少一些已存储的带时间戳的测量结果和接触器状态，确定指示至少与该电容器组中的多个级中的至少一个相关的测量结果或从至少与该电容器组中的多个级中的至少一个相关的测量结果得到的参数的变化率；比较确定的变化率与基准变化率以产生偏差；确定偏差是否满足标准；以及响应于偏差满足标准，指示所述偏差满足标准。

在一个可选方面，所述比较包括确定所述基准变化率与所述确定的变化率之间的差值，其中如果所述差值超过了预定阈值，则所述偏差满足标准。在该实例中，所述指示包括响应于所述差值超过所述预定阈值而显示相关的级具有潜在问题的指示。

在另一个可选方面，该方法还包括确定所述电容器组中的每个级的置信水平，以及指示每个所述级的所述置信水平。所述置信水平指示每个级的潜在问题的置信度。

在另一个可选方面，所述置信水平包括高水平、中水平和低水平。在该实例中，该方法还包括：当在一段观察时期内相应的级总是产生在该级的所述确定的变化率和所述基准变化率之间的偏差时，为所述级中的相应级指定高置信水平；为二级组合中的所述级中的相应级指定中置信水平，二级组合中的所述级中的相应级对没有被指定所述高置信水平的所述级中的任一个产生偏差；以及为级的组合中的级中的相应级指定低置信水平，所述级的组合中的级中的相应级与该级的所述确定的变化率和所述基准变化率之间的任何偏差不相关。

在另一个可选方面，该方法还包括传递至少一个指令以使被指定了所述高置信水平的所述级中的相应级断开。

在另一个可选方面，该方法还包括忽略所述测量结果中的由于一个或多个相应接触器的最近状态变化而不稳定的相应测量结果。

在另一个可选方面，所述忽略包括丢弃所述测量结果中的在所述一个或多个相应接触器的最近状态变化后的预定间隔内获得的相应测量结果。

在另一个可选方面，该方法还包括：比较来自前一测量间隔的状态信息值集合与在当前测量间隔中的状态信息值集合；以及如果前一状态信息值集合与当前的状态信息值集合不同，则推断出所述测量结果不稳定。

在另一个可选方面，所述方法还包括：对照标准化参数来标准化测量结果。标准化参数可包括例如电压幅值、实测频率、实测无功功率或环境温度。

在另一个可选方面，所述确定变化率包括识别所述测量结果中的分立级，以及当确定所述变化率时移除所述分立级。

在另一个可选方面，确定所述变化率包括计算最佳拟合曲线以及在预定间隔测量所述最佳拟合曲线的斜率。

在另一个可选方面，该方法还包括从已接收的测量结果计算预定参数的值。在本实例中，所述计算预定参数和所述接收状态信息实质上同步。

在另一个可选方面，接收所述状态信息包括从所述接触器接收所述状态信息或从操作地连接到所述接触器的功率因数校正（PFC）控制器接收所述状态信息。

在另一个可选方面，基准变化率为给定类型的参数的预设值。

在另一个可选方面，该方法还包括每当已接收的状态信息包括以前没有接收的新接触器状态组合时确定所述已接收的状态信息的新的基准变化率。

在另一个可选方面，该方法还包括从至少两个其他电相的测量结果确定相特异性的测量结果中的一个电相的所述基准变化率。

在另一个可选方面，所述确定的变化率和所述基准变化率的单位是每单位时间所述预定参数的百分比变化。

根据本公开的另一个方面，一种或多种机器可读非临时存储介质包括指令，所述指令当由一个或多个处理器执行时使一个或多个处理器执行与电容器组监控***相关的操作。这些操作包括：接收指示在相应的电气线路上的电压或电流或者电压与电流的测量结果，相应的电气线路由相应的接触器操作地耦合到电容器组中的多个级；接收指示所述接触器的相应状态的状态信息；给所述测量结果和所述接触器状态信息加时间戳；存储带时间戳的测量结果以及带时间戳的接触器状态信息中的相应的带时间戳的接触器状态信息；对于至少一些已存储的带时间戳的测量结果和接触器状态，确定指示至少与该电容器组中的多个级中的至少一个相关的测量结果或从至少与该电容器组中的多个级中的至少一个相关的测量结果得到的参数的变化率；比较确定的变化率与基准变化率以产生偏差；确定偏差是否满足标准；以及响应于偏差满足标准，指示所述偏差满足标准。

根据本公开的另一个方面，提供了一种用于监控多个电容器组的方法，多个电容器组中的每一个电容器具有多个级，其中每个所述级包括至少一个电容器。所述方法包括：接收指示在相应的电气线路上的电压和电流的测量结果，相应的电气线路通过相应的接触器选择性地耦合到所述多个电容器组中的每个中的所述多个级；接收指示每个所述接触器的相应二进制状态的状态信息；给所述测量结果和所述接触器状态信息加时间戳；存储每个带时间戳的测量值以及带时间戳的接触器状态信息的相应组合；对于每个接触器状态组合，计算指示每个所述电容器组中的每个级的退化的变化率；比较计算的变化率和基准变化率，以确定在所述基准变化率与所述计算的变化率之间是否存在偏差；如果所述偏差存在，分析所述偏差以确定所述偏差是否满足标准；以及如果所述偏差满足所述标准，输出指示所述偏差满足所述标准的通知。

上述概要并不是用来表示本公开的每个实施方式或每个方面。相反，上述概要仅提供了在此包括的一些新特点的范例。在结合附图和所附权利要求理解时，上述特点和优点以及本公开的其他特点和优点将从实施方式的下面的详细描述和用于实现本发明的最佳方式容易变得明显。

附图的简要说明

图1为具有根据在此公开的各种实施方式的方面的监控***的示例性电容器组装置的示意图。

图2为根据在此公开的实施方式的各种方面的监控一个或多个电容器组的示例性算法或方法的流程图。

图3为图2所示的方法的示例性测量部件的流程图。

图4为图2所示方法的示例性分析部件的流程图。

图5为图2所示的方法的示例性行动/决策部件的流程图。

图6为根据在此公开的实施方式的各种方面的监控一个或多个电容器组的另一种示例性算法或方法的流程图。

虽然本公开容许各种修改和可选形式，但特定的实施方式作为例子在附图中示出并在下文中被详细说明。然而应理解，本公开并没有被规定为限制到所公开的特定形式。更确切地，本公开涵盖落在如所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同和可选形式。

详细描述

尽管本公开容许以许多不同形式的实施方式，在附图中示出并将在本文详细描述本公开的代表性实施方式，理解本公开应被认为是本公开的各种方面和原理的示例，而并没有被规定为将本公开的广泛方面限制到所说明的实施方式。在那个程度上，例如，在摘要、概要和详细描述章节中被公开但在权利要求中没有明确阐述的元件以及限制不应该通过暗示、推断或其他方式被单独地或共同地并入权利要求中。

本公开提供了用于监控一个或多个电容器组的简单且有成本效益的方法、***和设备。根据本公开的一些方面，提供了智能电子设备（IED），其定期监控和存储在使用至少一个电容器组的配电***中的电压和/或电流的电特性以及所述电容器组中的每个级的接触器的状态。在随后的操作中，分析存储在IED中的数据，以检测需要对最终用户或能胜任的服务组织的通知和/或最终用户或能胜任的服务组织采取的行动的趋势。分析和通知/行动可以在IED本身内部执行，或者在可直接访问IED所存储的数据的不同的计算设备上执行。

在一些实施方式中，IED具有三相电压和电流的输入，其可以是来自连接到电力***的传统电流互感器（CT）和电压互感器（PT）的模拟信号，或者来自到电力***的直接连接的模拟信号（如果IED能够监控到信号范围），或者甚至代表每个通道（接收自数字传感器或归并装置）的数字采样值。IED还可具有数字输入，以读取在所述电容器组中的每个级的接触器的状态。此外，IED可以通过通信网络在IED内本地地或远程地访问通信网络和数据库。

本公开的特征所提供的一些优点包括早期检测到不如期望的一样有效地操作的电容器以及早期检测到通过其自我保护机制从电路移除的电容器，这些早期检测的每个都能够导致更有效的电力使用和较低的电费。其他好处包括对电容器的电特性显示故障的趋势的早期检测，从而减少潜在的操作忧虑和对电容器组的其余部分的损坏。此外，本公开的方面有助于最小化电容器组的定期人工检查（这降低劳动力成本）的需求，并向需要维护的电容器的消费者和/或制造商提供主动通知。

参考附图，其中类似的参考数字是指几个视图中的类似部件，图1为示意性说明通常被表示为100的示例性电容器组装置的功能图，电容器组装置具有通常被表示为110的电容器组监控***。图1的电容器组装置110包括三相断路器112，三相断路器112将电感负载114和互感器140连接到（且选择性地断开）第二母线116。虽然在图1中没有示出，主母线（或主服务）通常位于互感器140、断路器112和电感负载114之间。断路器112特别用于电容器组118的不同级120，允许在装置100中的单个位置处断开整个电容器组118。在所说明的实施方式中，电容器组118中的每个级120都由并联接线的被共同表示为124的一个或多个单独的电容器组成。在电力公用事业背景下，例如，电容器组118可以基于AV4000和AV5000标准自动功率因数电容器组、AV6000反谐振功率因数电容器组或中压自动功率因数校正组，所有这些设备都可从加拿大Saanichton B.C.的施耐德电气（以前的功率测量有限公司）购得。同样，各电容器124可以基于例如干式固定电容器或MVC固定电容器，这两款设备也可从施耐德电气购得。

相应的三相接触器122选择性地将每个电容器级120连接到第二母线116。特别是，每个三相接触器122可操作来将相应级120接入各自的配电线路或从配电线路断开，一些配电线路在图1中以138标示。接触器122可以基于例如从施耐德电气可买到的Class8502型S磁性NEMA接触器或其它合适的电容器切换接触器。级接触器122在图1中由功率因数校正（PFC）控制器126控制，功率因数校正（PFC）控制器126监控例如最终用户的公用电力***上的功率因数，并根据需要通过在电容器级120中切换来校正电感功率因数。例如，PFC控制器126可以是先进的基于微处理器的无功功率控制器，其通过单个远程电流互感器测量功率因数，并在电容器级120工作和不工作之间切换以维持用户选择的目标功率因数。虽然不被这样限制，图1的PFC控制器126监控在仅一个相上的功率因数，假设是平衡***。

电容器组监控***110还包括智能电子设备，其在图1中被标识为“监控器IED”128。IED128可以是基于微处理器的控制器，如果电压、电流或频率异常被感测到，基于微处理器的控制器可操作来从传感器、监控设备、电力设备和/或其他信息源接收数据，并发出控制命令，例如使断路器跳闸或切换电容器组连接性。作为非限制性的例子，监控器IED128可以基于CM3000/CM4000系列电路监控器、PM700和800系列电力监控装置、或ION7550/7650系列功率计和能量表，所有这些设备都可从施耐德电气购得。此外，各种IED设备和使用方法在下列专利中被详细描述：J.Bradford Forth等人的题为“Systems forImproved Monitoring Accuracy of Intelligent Electronic Devices”的美国专利号6,671,635、Colin N.Gunn等人的题为“Electric Charge Storage Apparatusand Method for an Intelligent Electronic Device”的美国专利号6,687,627、Andrew C.Blackett等人的题为“Method and System for Master SlaveProtocol Communication in an Intelligent Electronic Device”的美国专利号6,792,337，所有这些文件在此都通过引用分别被全部并入本文。

示出图1的监控器IED128，其具有在断路器112（即，断路器112的下游）下面连接的其电压和电流输入，从而允许监控器IED128监控输送到电容器组118的电流/功率/等。这个安装点提供了关于电容器组118的状况的更详细的信息。如此处使用的，电容器组118、相应组118内的级120或在相应级120内的电容器124的“状况”应依据如本领域的普通技术人员所使用的普通意义解释。在一个非限制性示例中，“状况”可以被解释为部件或子部件由于例如老化、磨损和龟裂等——不管是正常或异常——造成的相对功能或退化程度。可选地，监控器IED128的电压和/或电流输入可以在断路器112之上（即，断路器112的上游）连接，例如，在互感器140的输出端处。这个可选的安装点可能提供电容器组的较不详细的视图，但由于物理安装的更容易和三相计量设备常常已经安装在那个水平处，也可以是更实际的方法。

图1的监控器IED128被示为具有电容器组118中的每个接触器122的二进制状态的输入。可选地，监控器IED128能够例如通过通信链路130接收直接来自PFC控制器126的关于接触器状态的信息，以允许监控器IED128确切地跟踪在给定时间哪个级120被占用。图1的监控器IED128也有输出接触点，其可以用来取代PFC控制器126的输出接触点，以便在必要时断开级。这些输入和输出都可以利用标准数字I/O端口来实现。

最后，图1示出两个网络：可选的数据存储网132和通用通信网134。数据存储网132操作地将数据库136连接到监控器IED128，以便数据库136能够在与IED128物理地分离的位置上。这种配置允许在单独计算设备——如果期望，例如个人计算机或笔记本计算机（没有示出）——中实现分析和通知/行动。可选地，可将常驻数据库存储到监控器IED128的内部，且可在本地执行分析和通知/行动的实现。在这种情况下，可以消除图1所示的远程数据库136。通用通信网134允许监控器IED128为选择的用户和/或制造商的服务组织提供通知。可选择任何标准通信网络，以太网是最受欢迎的预期选择。

现在参考图2的流程图，根据各种实施方式总体上描述用于监控一个或多个电容器组的改进的方法200。图2示出相应于至少一些指令的示例性算法，指令可以由控制器例如计算机的中央处理单元（CPU）执行，以执行与所公开的概念相关的以下描述的功能中的任一个或全部。可将与算法200对应的指令存储在非临时计算机可读介质比如硬盘或其他大容量存储设备或存储装置上。

方法200以图2的块201中所示的“测量”部件开始。在所示实施方式中，块201的测量部件描述了监控器IED128是如何处理作为输入而被接收的信息例如电压通道、电流通道和级接触器状态值的。图3提供的流程图说明了一起描述示例性测量部件300的几个操作。监控器IED128能够以预定采样率例如每秒、每零点几秒或每若干秒连续对电压和电流输入进行采样，如图3中的块303所示的。根据此处称为速率1的预定采样率，接着在块305处周期性地发起一组新的测量。作为例子，该速率可以是每秒一次。

例如，当到了基于速率1继续进行一组测量的时间时，监控器IED128继续进行两条平行的测量路径，如在图3中由块305和块307所示的。在块305，监控器IED128对来自当前测量间隔的电压和电流采样值的集合执行一组计算，如下面更详细描述的。在块307，监控器IED128接收或检测来自每个级接触器122的瞬时二元制状态值（例如，0=开；1=关）。与图3的块305和块307中的操作相关的这两条平行路径可以用时间同步的方式执行，以最大化以后使电气测量结果与那时存在的接触器状态值相关联的能力。可选地，如果在块305和块307中阐述的操作不是时间同步的，则IED128可能需要丢弃在级变化后测量间隔中的任何值，以确保读数稳定。这将关于图2的块203被讨论。

在块305中表示的计算可包括例如从电压和电流采样值得到的电气测量，这对跟踪以观察随着时间的过去的趋势可能是有利的。可被计算的一般测量的例子包括伏特（V）、安培（A）、瓦特（W）、伏特-安培无功或电抗（VAR）、功率因数、能量（以焦耳（J）或瓦特-小时（Wh）测量）、电压/电流/电力谐波（以赫兹Hz测量的频率处在V/A/W/VAR（或基本值的百分数）中测量）和波形。另外，根据电容器级120本身的电气模型，有可能得到目前占用的电容器级120的特性的估计，比如以法拉（F）测量的总电容和以欧姆（Ω）测量的等效电阻。这一组计算值连同接触器状态值一起将被传送给下一个块。

回来参考图2，方法200还包括在块203确定测量是否稳定。在一些实施方式中，稳定性***件203起作用来忽略或丢弃可能由于级接触器122中的最新变化而不稳定的任何测量，例如，一级或多级120被接入或断开。在一个例子中，这通过比较电流测量间隔（在305和块307得到）中的这组级接触器值与来自以前测量间隔的值来完成。如果在这两个间隔中接触器值是相同的，则认为测量和接触器值是有效的，并将它们传送给下一个块（例如块205）。在所说明的实施方式中，如果接触器值从一个间隔到下一个间隔不同，那么方法200返回到测量块201，而不通过图2的流程图中的其他块。

在一些实施方式中，稳定性***件203起作用来确保预定数量的测量间隔通过或预定量的时间在任何级变化后在继续存储和分析数据之前通过。例如，监控器IED128可配置成探测何时级接触器122的状态发生变化并响应性地忽略或丢弃在随后的比如5个测量间隔（或5秒）中的被自动认为“不稳定”的任何测量。这个可选的方法提供***的稳定性的更灵活的解释。正如上面所述的，用这种方式忽略或丢弃测量的一个原因是在图3的块307所确认的计算与块307的接触器状态读数不是时间同步的情况。用这种方式忽略或丢弃测量的另一个原因是允许充足的时间段来使测量结果在接触器切换之后稳定，因为在接触器切换之后，可能有相关测量结果波动的短时间段。

方法200还包括在块205存储带时间戳测量结果以及相应的带时间戳的接触器状态信息。例如，存储部件205获取一组稳定的测量结果和相关级接触器状态信息值作为输入，并将所有这些数据连同时间戳一起写入存储的存储器。正如上文所示的，利用任何类型的可用的存储器存储技术例如易失性存储器（例如，随机接入存储器（RAM））和非易失性存储器（例如，EEPROM），存储机构可以在监控器IED128的内部。可选地，可将存储机构从监控器IED128例如通过可选的数据存储网132连接到监控器IED128的图1的数据库136物理地分离。如果利用物理上独立的数据库，存储该数据的方式可利用例如基于网络的方法或监控软件包，例如从施耐德电气可买到的ION企业软件功率管理解决方案。

根据本公开的一些方面，为给定测量间隔存储的数据相互关联在一起，使得来自该给定测量间隔的接触器状态值与在此给定间隔存储的每个测量结果相关。接触器状态值可被视为在用作标识符标签的整数中的单独位。例如，如果电容器组中有10个级，10个接触器状态值可被视为在用作标识符标签的整数中的10位。整组带时间戳的存储数据是图2的分析块209可采用的，以便搜索在一系列测量间隔中的任何相关趋势。

在块207，图2的方法200确定是否到了根据在此处称为速率2的预定分析率继续进行周期性地分析步骤的时间。作为例子，该速率可为每天一次。如果还没有到进行的时间（即，块207=否），那么方法200将返回到测量块201，而不通过图2的流程图中的剩余块。然而，当到了发起新的分析的时间（即，块207=是）时，程序流程将移动到分析块209。注意，如果需要，可在监控器IED中或单独的计算设备中执行块207、块209和块211。

方法200继续图2的块209中所示的“分析”部件。在所说明的实施方式中，分析块209描述了方法200如何对所存储的值执行周期性分析以便评估电容器组118和其各级120的状况。图4是图2中所示的方法的示例性分析部件400的流程图。在图4的流程图中显示了6个不同的功能区，每个功能区在图4中以相应的圈住的数字标识。下面将使用用于参考的数字详细描述这六个功能区。

（1）在选定间隔上扫描数据库

图4的第一区控制通过所有已存储的接触器状态组合（对于n个分立级，组合的理论最大值为2n）以及通过针对每种接触器状态组合的所有已存储的测量结果的功能循环。图4的第一功能区通过查询数据库136（或其他数据存储器）以得到下一接触器状态组合而在块403开始。第一功能区继续到块405，查询数据库136（或其他数据存储器）以得到具有在此处作为速率3被引入的选定时间间隔上的同一组接触器状态值的测量结果。

速率3的时间间隔可以和上文讨论的分析间隔（即，速率2）相同，或者可以是不同的时间间隔。例如，分析间隔可以被设置为每天一次，且在分析块209期间考虑的数据可以是来自前一天的所有数据。在这种情况下，速率3=速率2。可选地，分析间隔可以被设置为每天一次，且在分析块209中考虑的数据可以是来自不同的间隔的所有数据，例如，设置速率3来分析来自过去7天的数据。在这种情况下，速率3的时间段长于速率2。速率3的间隔长度的选择可以为与实现相关的和/或用户选定的。

在接收到速率3所定义的间隔上给定的接触器状态值集合的所有测量之后，图4的第一功能区循环过每个测量，查看一个参数的所有值，且然后查看下一参数的所有值，等等。对于每个参数，在速率3间隔长度上的带时间戳的值集合被传递到下一功能区。

（2）标准化

一些测量参数应在估计其变化率之前被标准化。这有助于确保在不同时间测量的值之间的公平比较。在块407所示的标准化操作可以被视为一个参数相对于另一个参数的简单线性模型（例如，利用值对而不是单值）。可能的标准化因子的一些例子在非限制性的例子中包括实测电压幅值、实测频率、实测无功功率（kvar）以及周围环境温度。其它标准化方法也被设想为在本公开的范围和精神内。

作为例子，实测参数可能是以瓦特（W）测量的有功功率。瓦特的实测值可随着所施加的电压幅值或随着无功功率（kvar）的因而产生的值而成比例地变化。在该例中，仅仅瓦特的变化通常不足以指示与正常行为的偏差，因为变化可能仅仅由所施加的电压幅值中的预期变化引起。因此，在功率是测量参数的应用中，块407能够在试图评估变化率之前，对照电压（瓦特/伏特）或对照无功功率（瓦特/kvar）来标准化测量结果。

如图4所示，在块407中展示的标准化操作是可选的，且因此可以被全部消除或者可只应用于某些类型的测量而非其它测量。在一些实施方式中，标准化因子对给定测量预先确定，以确保可预测的行为。如果标准化被应用于测量，则该测量的每个带时间戳的值将用同一种方法被标准化，然后被传送给下一块。

（3）基准变化率

对于接触器状态值的每种组合和给定接触器组合的每种类型的测量结果，基准变化率需要例如在第四功能区中与确定的所测量的变化率进行比较，这在下面被详细地讨论。因此，图4的第三功能区在块411操作来确定基准变化率；有用于确定基准变化率的几种可能的方法。

在第一个非限制性示例中，可以将基准变化率预设为给定类型的参数的硬编码值。例如，可预期所估计的电容将随时间的过去以一定速率减少，例如，该速率在正常情况下被估计为每年1%。在该实例中，可将电容测量的基准变化率预设为每年1%（或不同时基的等值，例如速率3间隔）。

在第二个非限制性示例中，可以从在监控器IED126上或在数据库136上已经远程地存储的测量结果的集合中获得基准变化率。例如，来自先前分析的测量结果的所计算的变化率可被评估或以另外方式被利用以为后续测量建立基准变化率。在另一个实例中，基准变化率可能对于接触器状态值的每个组合以及给定接触器组合的每种类型的测量是不同的。因此，每当第一次遇到新的接触器状态组合时，可能必须在检查基准变化率和所计算的变化率之间的偏差之前确定新的基准变化率。例如，在启动期期间，例如以与上面关于块413描述的相同的方式对可用的测量结果计算出变化率。这确保用与在启动期之后变化率被比较的相一致的方式来计算基准变化率。一旦为给定组合收集到足够数量的测量结果，这个计算的变化率就成为新的基准变化率，且启动期结束。

在第三个非限制性示例中，一个相的基准变化率可基于其他相的测量结果来获得。例如，在相特异性的测量结果中，可从其他两相的测量结果中获得一个相的基准。在这种情况下，可能以给定测量的变化率检测到两个相之间的不平衡。相不平衡是反常的电容器的一个潜在迹象。在一些实施方式中，理念是，可能比较一个相的所计算的变化率与其他两相的所计算的变化率（例如在块413）。在这个特定的情况中，将基线定义（例如在块411）为在它与其他两相比较的模式中操作，而不是将它定义为单个数值。然后，当确定是否存在与基线的偏差（例如在块415）时，基线对照其他两个两相的两个所计算的变化率来比较（例如，从块413，其将随时间而变化），而不是比较单个预定值。

在块411确定基准变化率之前，图4的功能区3包括在块409检查来查看***是否仍启动期内。这可单独地应用于接触器状态值的每个组合以及给定组合的每个测量。因此，对每个组合可能有不同的“启动期”，且“启动期”并不仅仅是预设的时间长度。例如，启动期可以是为每个组合获取足够的测量结果集合所用的时间。

一旦确定了基准变化率，程序流程就继续到步骤4。

（4）所计算的变化率

对于至少一些已存储的带时间戳的测量结果和接触器状态，为一参数确定变化率，此参数指示与电容器组118中的多个级120中的至少一个有关的测量结果或从所述测量结果得到。为此，如在块413中示出的，图4的分析部件400在第四个功能区中针对表示来自前面的速率3间隔的数据的这组带时间戳的值来估计此参数的所观测的变化率（以每单位时间的百分比变化为单位）。

各种数学方法可用于为一组带时间戳的值计算变化率。为了说明的目的，一个具体的例子将是计算在数据点当中的最佳拟合曲线，并测量间隔结束时的曲线的斜率。可选的示例将对所述间隔上的前五个测量结果（及其时间戳）取平均，并对最后五个测量结果（及其时间戳）取平均，以及计算连接这两个平均值的线的斜率。无论选择何种数学方法，因而产生的计算结果应为被表示为该组合的每单位时间的百分比变化的数字。

在图4的块413中阐述了在操作中的额外部件是应对电容器的“预期”故障模式，其中在级120中的电容器124中的一个电容器的自我保护机制用来将此电容器从电路移除。在一些实施方式中，自我保护机制为自动断开设备，其例如可以通过超压、过热温度、过流而被激活，从而将电容器从电路移除。为了便于检测“预期”故障类型，可以根据级的结构，即，电容器的数量来设置分立变化的幅值。虽然少见，这种故障被认为是正常事件，因此通常不引起较大的关注。如果通过自我保护机制将电容器从电路移除，那么，某些测量（包括电流、电容、瓦特、kvar等）中会有一个分立级。因此，在估个变化率时，可能必须识别测量中的这些分立级中的任一个，并从所计算的变化率除去这个影响。在很多目前的电容器组装置中，由于缺乏三相监控数据，常常检测不到这种“预期”故障模式。所述特征的有用益处是检测到以“预期”方式出故障的电容器，并将通知提供给消费者或制造商的服务组织。

一旦在块413被确定，所得到的变化率就接着被传送到第五个功能区以与基准变化率进行比较。

（5）与基准的偏差

一旦确立了基准变化率且确定了当前变化率，这两个变化率就被比较以产生偏差。例如，分析部件400在块415确定在基准变化率与所计算的变化率之间是否存在偏差，且如果存在，则偏差是多少。如果有偏差，如在块417所示的，分析部件400存储偏差信息用于统计分析。作为例子，可比较所计算的变化率与基准变化率以识别参数（例如电容）是否正在以出乎意料地高的速率变化（例如每年的百分比变化）。

例如，根据统计方法，可以从简单数学比较到对数据集的复杂分析来执行逻辑比较，以查看统计曲线是否随着时间移动了相当大的量。非限制性示例包括识别所计算的变化率是否大于基准变化率加上预定增量（即，最大可允许的差异或阈值）。例如，如果参数的基准变化率为1%/年（或在较短时间内的等价数量），且所述参数的预定增量被设置为0.5%/年，如果所计算的变化率超过每年1.5%，那么，与基准的不可接受的偏差将被探测到。这种比较可被认为确定所测定的变化率是否超过了围绕参数的理论老化曲线的某个包络。

在一些实施方式中，预定增量可根据哪些级被占用/空闲而变化。例如，在电容以高于预期的速率减少的场合，电容器组118中的单个电容器124可以展示加速老化模式。当被占用的唯一级是包含不规则地退化的电容器124的级120时，所测定的电容应被看到以高于基准的速率减少。然而，当多个级120被占用时，其中一个级包括不规则地退化的电容器124，这个效应将减小，且所测定的电容可被看到以单级变化率和基准变化率之间某处的速率减小。因此，在这个比较中应用的增量可不仅基于正被测量的参数而且基于特定的级接触器状态值来被选择。

如果对当前接触器状态组合和当前测量结果检测到与基准的偏差（即，块415=是），那么，此偏差将在块417中被记录以用于所有观测到的偏差的统计分析。如果没有检测到偏差（即，块415=否），程序流程直接继续到第一功能区控制的下一个循环。在这两种情况下，示例性分析部件400将从块415或块417继续进行到块419，以确定当前接触器组合的所有测量结果是否完成。如果没有（即，块419=否），程序流程返回到块405并查询数据库136（或其他数据存储器）以得到测量结果的下一集合，测量结果的下一集合在选定时间间隔，即，速率3内具有相同的接触器状态值集合。如果是（即，块419=是），分析部件400将继续到块421，以确定所有接触器状态组合是否完成。如果没有（即，块421=否），程序流程返回到块403并查询数据库136（或其他数据存储器）以得到下一接触器状态组合。否则，分析部件400将继续到下面讨论的第六功能区。

（6）偏差分析

根据区（1）-（5）估计级接触器值和测量值的所有组合后，图4的分析部件执行对检测到的偏差的统计分析，如块423所示的，以评估电容器组、电容器组中的每个级和/或级中的每个电容器的状况。在一些实施方式中，对级接触器状态值的每个组合检测到的偏差执行统计分析。

作为非限制性的示例，电容器组118中的每个级120的状况可以被表示为“置信水平”。置信水平可以是相应的级可能有问题或相反地可能没有问题的确定性的指示。该置信水平可以用数字（例如，为百分比）、用图形（例如经由相应图标）、描述地（例如通过叙述）或其他适当的手段表示。在说明性实施方式中，置信水平被表示为三个可能值，以简化对用户的报告：绿色（或低水平）——级没有问题的迹象；黄色（或中水平）——级有问题的潜在迹象；红色（或高水平）——级有问题的高置信水平。可被认识地，可利用少于或多于三个的值，而在不偏离本公开的范围。

在块423执行的对所记录的偏差的统计分析可以遵循各种不同的统计方法。方差分析（ANOVA）技术是比较只有一个接触器发生了变化的组合以确定此变化是否在统计上重要的一个可能。

另一个更基本的可能方法可包括：第一，当一个且只有一个级接触器被占用时，审查已检测到的偏差。在这些情况下，与唯一被占用的接触器相关的级可被识别为偏差之源。给用这种方式识别出的任何级指定红色置信水平。第二，当两个且只有两个级接触器被占用时，审查已检测到的偏差。在具有检测到的偏差的这些二级组合的每个中，对于在先前分析中未已经被指定红色置信水平的任何级，给那些级临时指定黄色置信水平。第三，当三个且只有三个级接触器被占用时，审查已检测到的偏差。在具有检测到的偏差的这些三级组合的每个中，对于在先前分析中未已经被指定红色置信水平的任何级，给那些级临时指定黄色置信水平。本模式继续到N-1个级接触器被占用时探测任何偏差的点处，对该N-1级组合，给每个级临时标记黄色置信水平。最后，在分析所有的级接触器组合之后，审查每个级的结果，一次一级。如果级被指定为红色置信水平，或者如果它以前由于红色置信水平（因此对这个间隔不产生数据）而断开，那么该级的最终置信水平为红色置信水平。否则，检查级被临时指定为黄色置信水平的所有级组合。如果所有这些级组合涉及已经被指定为红色置信水平的至少一个级，或者如果没有级被临时指定为黄色置信水平的组合，那么，这些级的最终置信水平为绿色置信水平。否则，最终置信水平为黄色置信水平。

上文所述的偏差分析只是一个可能的实现方法。也可以设想其他方法，其可能包括对未导致与基准的偏差的观察到的级组合的分析，以便进一步将置信度借给绿色评估。

在另一个可选的配置中，如果检测到“预期”故障模式（其中级120中的电容器124的一个电容器内的自我保护机制起作用来将所述电容器从电路移除），对应电容器和/或级被指定为黄色置信水平，并且适当的通知被发送给用户和/或服务团队。例如，电容减少的速率被认为是正常的，但可能有由于保护***的运行而产生的显著的变化，级被指定为黄色置信水平。这样的行动将意味着级正在容量之下运行，以及可能需要维护，以使级恢复到预期的性能。因为没有与“预期”故障模式相关的迫在眉睫的危险，级不被指定为红色置信水平。一旦合适的置信水平被指定，分析部件400就在块425输出选定级（例如全部为红色置信水平）或所有级的置信水平（或其他指示）。

图4的示例性分析部件400提供每一级的置信水平，作为在图2和图4中的块211中标识的行动/决策部件的输入。图5为图2中所示的方法200的总体被表示为500的示例性行动/决策部件的流程图。在图5的所示实施方式中，行动/决策部件500循环过电容器组中的每个级，检查置信水平以确定合适的相应行动过程（如果有的话）。例如，在块501，对电容器组118中的每个级120取回置信水平。然后，行动/决策部件500在块503确定给每个级120指定了什么置信水平。可选地，可以将块501和块503组合以只取回其预选的置信水平（例如只被指定红色置信水平的级）。根据块505，如果特定级的置信水平被指定为了红色，则电容器组监控***110可以可选地起作用来例如使用触点输出断开该级。这个特性是可配置的，因为它在一些装置中是希望有的安全特性，而在其它装置中是不希望有的。

如果级的置信水平为红色或黄色，主动通知可被发起，例如以如图5的块507所示的警告用户或其他适当的人员。在一些实施方式中，这个警告将潜在问题的识别转换为用户或服务人员接受的所推荐的操作/响应策略。例如，接收到该警告的方可包括用户、设备管理员和/或制造商的服务组织。警告本身被用来标记需要维修的级（在红色置信的情况下）或需要检验的级（在黄色置信的情况下）。它还可包括序列号或其他相关信息，以用于检查召回通知。用于该通知警告的技术可包括web推送、短信等，利用监控器IED128或用于分析的可选或远程计算装置的通信能力。可选地，警告可以通过监控软件包例如ION企业软件功率管理解决方案或另一监督控制和数据采集（SCADA）软件应用程序而推送。

不管级的置信水平如何，被动通知都可被发起，以基于例如最近的分析提供所有级的当前置信水平的静态显示。该状态可使用基于web的视图直接从监控器IED128提供。可选地，它可包括在监控软件包例如ION企业软件功率管理解决方案或其他SCADA软件应用所提供的视图中。电容器组装置100也能够集成用于每个级的置信水平的本地指示器。一个代表性的方法将是给每个级提供多色LED设备，并根据当前置信水平使每个级的适合的颜色生效。

在一些实施方式中，图2的方法200包括至少上面列举的那些块。忽略块、包括附加区块和/或修改所提供的顺序也在本公开的范围和精神内。应进一步注意，方法200表示监控一个或多个电容器组中的单个循环。然而，预期方法200可以以重复和/或***化的方式被应用。

现在参考图6的流程图，通常根据各种实施方式描述了用于监控一个或多个电容器组的改进方法600。图6表示示例性算法，其相应于可被控制器例如计算机的中央处理单元（CPU）执行的至少一些指令，以执行下文所述的与所公开的概念相关的任何或所有功能。可以与算法200对应的指令存储到非临时计算机可读介质上，例如硬盘或其他大容量存储设备或存储装置上。

方法600在块601开始，接收指示在由相应的接触器操作地耦合到所述电容器组的级的相应电力线路上的电压或电流或者电压和电流的测量结果。在块603，接收指示接触器的相应状态的状态信息。方法600继续到块605，其中来自块601的测量结果以及来自区块603的接触器状态信息被加时间戳。此后，带时间戳的测量结果和相应的带时间戳的接触器状态信息一起在块607被存储。块609包括根据这个已存储的数据确定参数变化率，该参数指示或得自于至少与电容器组中的多个级的至少一个级相关的测量结果。如在块611所示的，将所确定的变化率与基准变化率进行比较，以产生偏差（如果有的话）。如果产生非零偏差，则块613包括确定所述偏差是否满足标准（例如超过预定阈值）。如果满足标准，块613通过指示偏差满足标准（例如通过指定合适的置信水平并将该置信水平通知给用户）而做出响应。

虽然说明和描述了本公开的特定的实施方式和应用，应理解，本公开不限于在此公开的精确的结构和组成，以及各种修改、改变和变形可以从以上描述中变得明显，而不偏离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种用于监控具有多个级的至少一个电容器组的方法，所述方法包括：

接收指示在相应的电力线路上的电压或电流或者电压与电流的测量结果，所述电力线路通过相应的接触器操作地耦合到所述电容器组的所述多个级；

接收指示所述接触器的相应状态的状态信息；

给所述测量结果和所述接触器的状态信息加时间戳；

存储带时间戳的测量结果以及带时间戳的接触器状态信息中的相应信息；

对于所存储的带时间戳的测量结果和接触器状态信息两者中的至少一些，确定参数的变化率，所述参数指示或得自于至少与所述电容器组中的所述多个级中的至少一个相关的测量结果；

比较所确定的变化率与基准变化率以产生偏差；

确定所述偏差是否满足标准；以及

响应于所述偏差满足所述标准，指示所述偏差满足所述标准。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述比较包括确定所述基准变化率与所确定的变化率之间的差值，其中如果所述差值超过预定阈值，则所述偏差满足所述标准，且其中指示所述偏差满足所述标准包括响应于所述差值超过所述预定阈值而显示相关的级具有潜在问题的指示。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：

确定所述电容器组中的每个级的置信水平，所述置信水平指示每个级的潜在问题的置信度；以及

指示每个级的置信水平。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述置信水平包括高水平、中水平和低水平，所述方法还包括：

当在一段观察时期内相应的级总是产生在该级的所确定的变化率和所述基准变化率之间的偏差时，为所述级中的相应级指定高置信水平；

为二级组合中的所述级中的相应级指定中置信水平，所述二级组合中的所述级中的相应级对没有被指定所述高置信水平的所述级中的任一个产生偏差；以及

为级的组合中的级中的相应级指定低置信水平，所述级的组合中的级中的相应级与在该级的所确定的变化率和所述基准变化率之间的任何偏差不相关。

5.如权利要求4所述的方法，还包括：

传递至少一个指令以使被指定了所述高置信水平的级中的相应级断开。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：

忽略所述测量结果中的相应测量结果，所述相应测量结果由于一个或多个相应接触器的最近状态变化而不稳定。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述忽略包括丢弃所述测量结果中的在所述一个或多个相应接触器的所述最近状态变化后的预定间隔内获取的相应测量结果。

8.如权利要求6所述的方法，还包括：

比较来自前一测量间隔的状态信息值集合与当前测量间隔中的状态信息值集合；以及

如果前一状态信息值集合与当前的状态信息值集合不同，则推断出所述测量结果不稳定。

9.如权利要求1所述的方法，还包括：

对照标准化参数来标准化所述测量结果。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述标准化参数包括电压幅值、实测频率、实测无功功率或环境温度。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述确定变化率包括识别所述测量结果中的分立级，以及当确定所述变化率时移除所述分立级。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述确定变化率包括计算最佳拟合曲线以及测量所述最佳拟合曲线在预定间隔的斜率。

13.如权利要求1所述的方法，还包括：

从已接收的测量结果计算预定参数的值，其中所述计算预定参数和所述接收状态信息实质上同步。

14.如权利要求1所述的方法，其中所述接收状态信息包括从所述接触器接收所述状态信息或从操作地连接到所述接触器的功率因数校正(PFC)控制器接收所述状态信息。

15.如权利要求1所述的方法，其中所述基准变化率为给定类型的参数的预设值。

16.如权利要求1所述的方法，还包括：

每当所接收的状态信息包括以前没有接收的新接触器状态组合时，确定新的基准变化率。

17.如权利要求1所述的方法，还包括：

基于至少两个其他电相的测量结果确定相特异性的测量结果中的一个电相的基准变化率。

18.如权利要求1所述的方法，其中所确定的变化率和所述基准变化率的单位是每单位时间预定参数的百分比变化。

19.一种电容器组监控***，所述***包括：

用于接收指示在相应的电气线路上的电压或电流或者电压与电流的测量结果的模块，所述相应的电气线路通过相应的接触器操作地耦合到电容器组中的多个级；

用于接收指示所述接触器的相应状态的状态信息的模块；

用于给所述测量结果和所述接触器的状态信息加时间戳的模块；

用于存储带时间戳的测量结果以及带时间戳的接触器状态信息中的相应信息的模块；

用于对于所存储的带时间戳的测量结果和接触器状态信息两者中的至少一些确定参数的变化率的模块，所述参数指示或得自于至少与所述电容器组中的所述多个级中的至少一个相关的测量结果；

用于比较所确定的变化率与基准变化率以产生偏差的模块；

用于确定所述偏差是否满足标准的模块；以及

用于响应于所述偏差满足所述标准而指示所述偏差满足所述标准的模块。

20.一种用于监控多个电容器组的方法，所述多个电容器组中的每一个电容器组具有多个级，每个所述级包括至少一个电容器，所述方法包括：

接收指示在相应的电气线路上的电压和电流的测量结果，所述相应的电气线路通过相应的接触器选择性地耦合到所述多个电容器组中的每个电容器组中的所述多个级；

接收指示所述接触器中的每个接触器的相应二进制状态的状态信息；

给所述测量结果和所述接触器状态信息加时间戳；

存储每个带时间戳的测量值以及带时间戳的接触器状态信息的相应组合；

对于每个接触器状态组合，计算指示所述多个电容器组中的每个电容器组的每个级的退化的变化率；

比较计算的变化率和基准变化率，以确定在所述基准变化率与所述计算的变化率之间是否存在偏差；

如果所述偏差存在，分析所述偏差以确定所述偏差是否满足标准；以及

如果所述偏差满足所述标准，输出指示所述偏差满足所述标准的通知。