[0001] 本公开涉及一种监测装置，尤其涉及一种可用于监测配电网络中的交流电信号的参数的监测装置。

[0002] 在多种情况下，期望能够监测与网络中的交流电信号关联的一个或多个参数，诸如其频率、相位和/或幅度。交流信号可以包括例如来自发电机的输出。可替换地，交流信号可以包括例如英国国家电网或类似的配电网络上的电源。

[0003] 在将诸如来自太阳能电池板或风力涡轮机等发电机输出的电力提供给配电网络的情况下，希望能够监测配电网络上的电源的频率，在控制与发电机关联的电路的运行中使用该信息，以便使来自发电机的供电频率与配电网络的频率相匹配。当配电网络上的供电频率变化以适应电力需求和供应之间的差异时，优选地，这种监测连续地或基本上连续地进行、或者至少非常有规律地进行。

[0004] 可用于监测配电网络的频率的另一应用允许过量供电用于对电池或其它存储装置充电，在存在过量需求时从电池或其它存储装置放电以用于增强对配电网络的供电。由于电源频率可用于提供关于配电网络上是否存在过量电源或过量需求的指示，所以应理解的是，通过能够监测电源频率，可精确地控制电池或其它存储装置的充电或放电。

[0005] 进一步的应用包括控制诸如洗碗机、蓄热器、热水器等的智能设备的运行，控制设备的运行，使得仅在或主要在检测到存在可用的过量供电时，开启高电力需求功能(诸如加热元件的运行)。

[0006] 应当理解，这些仅表示期望实时或基本实时地监测与配电网络上的交流电源关联的参数的应用的几个示例。

[0007] 通过响应于需求的变化来监测网络上的供电并控制与其连接的负载或设备，可以增强网络稳定性，这是有利的。此外，通过使用对于在过度供电期间产生的消耗具有更有利的费率的供电合同，可以节省成本。

[0008] 虽然用于监测例如交流电源的频率的装置是已知的，但是已知的装置通常相对没有响应，需要在相当长的时间段上进行测量以确定参数值。因此，这些装置并不适于在参数值频繁或连续变化的情况下使用。这是因为，与此类装置关联的测量时滞太长，而不能使用测量的参数值对设备进行适当的控制。

[0009] 例如，EP2477298A1公开了一种静态能量供应单元。该静态能量供应单元包括控制器和比较器。该比较器用于将某一相位的模拟输出电压信号与交流供电网络中对应相位的测量交流电压进行比较。该控制器控制一个功率转换器的运行以便改变到该交流供电网络的功率量。EP2477298A1所公开的系统依赖于测量供电网络的相位和频率的能力。

[0032] 参见图1，示出了监测装置10。监测装置10可操作以监测与交流供电网络12关联的参数。例如，交流供电网络12可以包括配电网络，例如英国国家电网的一部分。监测装置10用于监测交流供电网络12上的交流信号，例如监测与其频率关联的参数，并使用其结果来控制负载14或设备的运行。该参数可以是表示交流分量的值。负载14可以采用各种形式。示例性地，负载可以包括诸如电池的蓄电单元，监测装置10可操作以确定供电水平何时超过需求。因此，在交流供电网络12上存在过量容量，以将负载14连接到交流供电网络12，从而允许对负载14充电。类似地，在确定需求超过供给的情况下，监测装置10可操作以允许从负载14放电到交流供电网络12。以此方式，有利的是，交流供电网络12可以具有增强的稳定性。

[0033] 可用于上述目的的电池的一示例包括电动车辆的电池。然而，这仅仅表示一种可能性。应当理解，本公开在这方面不受限制。电池的另一示例可以是用作中间能量存储的电源组，例如用于向车辆的充电插座提供电力的类型。

[0034] 可以采用本公开的其他应用包括控制诸如洗碗机等的智能设备的运行，控制其操作，使得仅在交流供电网络12上的供电超过需求且因此过量供电可用的时段，激活其高需求功能(诸如加热元件等的运行)。同样，本公开可用于例如洗衣机、滚筒式干燥机、加热器和包括较高需求功能的其它装置。类似地，本公开可用于控制热水器、蓄热器等的运行。本公开也可以用于广泛应用于其他应用场景中。

[0035] 监测装置10包括对信号的幅度敏感的传感器16，例如为了测量形成网络12的一部分的线路18中的电压，传感器16的输出被提供给控制单元20，控制单元20可操作以使用传感器输出来监测交流供电网络12的性能，并根据交流供电网络12的性能来控制开关22的运行以确定负载14是否可操作，如上所述。

[0036] 控制单元20可操作以选定的频率或采样率对传感器输出进行采样。通过比较传感器输出的相位，可以确定是否存在相位变化，即相位增加或相位减少。可以将传感器输出与查找表进行比较。令人惊讶的是，发现查找表不必与预设的波特性精确相关。这是因为可以将相位偏移值确定为一个相位值相对于前一个相位值的差异。该方法不一定需要基线校正。为了提供数值示例，可以以标称50Hz的频率提供230V的电压。然而，第一采样确定相位值51，第二采样确定相位值52、52和51之间的偏移增加1。在本公开中提出的建议是确定相位偏移，即在给定的例子中为值+1，以得出其增量为1，无论先前的值是51还是任何其它值。这样，即使不知道确切的基值，也可以确定相位偏移是否有变化，以及相位偏移值是否有增加或减少。以这种方式，可以根据通过测量电压随时间的变化而确定的相位变化来确定频率的变化。可选地，利用已知参考，可以确定采样输出处的频率。即例如：在给定的例子中，如果基线参考是51，则可以通过相位偏移值+1确定频率为52，也可以通过测量的相位偏移+
1进行调节以得到频率52。以这种方式，相位差可用于根据测量来确定交流电源的频率，以确定交流电源电压的相位变化。测量可以用于确定电源的交流分量。

[0037] 可选地，控制单元20可操作以使用传感器输出来产生表示交流供电网络12上的信号的模型波形。可以预先计算模型波形以提供查找表形式的模型波形。

[0038] 从模拟波形可以得到相位偏移值，这表示模拟波形和基准波形之间的相位偏移。与上述说明性示例一致，通过将相位偏移的值与从先前传感器输出采样得到的先前得到的相位偏移值进行比较，可以确定相位偏移的幅度是增大还是减小，或者当前相位偏移值与先前相位偏移值之间的差异是正还是负。

[0039] 增加的相位偏移值或偏移值的正差值表示交流电源信号的频率正在上升，由此表示过量供电。减小的相位偏移值或偏移值的负差值表示交流电源信号的频率下降，由此表示交流供电网络12中存在过量需求。

[0040] 采用以上所述的电池形式的负载14的示例，可以理解，通过使用本公开，监测装置允许电池在交流供电网络12中存在过量供电的时段被充电，并且在存在过量电需求的时段向交流供电网络12放电，从而有助于实现交流供电网络12内的稳定性。

[0041] 在一示例中，控制单元20方便地使用递归DFT技术来分析传感器16的输出，由此产生模拟波形，并由此得到相位偏移值。这种技术可用于此类建模并由此得到相位偏移值的方式是公知的，因此在此不详细描述。使用这种技术来计算相位偏移值仅涉及要执行的少数几个数学计算，因此可以容易且快速地执行相位的偏移计算。

[0042] 通过使用上述技术，可以从非常少量的数据得到相位偏移值的变化，因此可以在波长或周期的一部分中检测引起相位偏移变化的频率变化。因此，这样的装置是有利的，因为可以使用以非常高的采样率，例如以5kHz的采样率获得的数据产生相位偏移值，且交流信号是标称50Hz信号，而不需要不当的处理功率电平来对负载14的运行进行基本实时的控制。因此，本公开允许使用关于交流供电网络12的状态的基本实时的信息来控制负载14，并且可以在初始化周期期满(初始化周期本身只需要非常短的持续时间，例如不需要长于一个交流波周期，如在50Hz系统中不长于1/50秒)后极其快速地响应其中的变化。

[0043] 虽然使用递归DFT技术是一种快速获得相位偏移值的快捷方式，但是应当理解，可以使用其它技术来得到该信息，因此本公开不限于此。用于获得相位偏移信息的示例技术包括快速傅里叶变换，快速余弦变换，快速正弦变换以及可以提供交流信号的相位信息的其他技术。

[0044] 图2示出了用于监测与配电网络中的交流电源关联的参数值的方法30的步骤。该参数可以是交流信号。参数值可以是电源的交流分量。方法30包括监测网络的步骤32。步骤32可以包括提供电连接到网络的传感器装置，例如图1中所示的传感器16。在可选步骤34中，使用基于傅里叶变换的技术，进行交流信号或信号的交流分量的分析。基于傅里叶变换的技术可以是离散傅里叶变换(DFT)，快速傅里叶变换(FFT)，快速正弦变换(FST)快速余弦变换(FCT)或其他合适的技术。

[0045] 在步骤36中，该方法包括确定测量电压的相位偏移值的步骤。步骤36可以由控制单元执行，该控制单元可操作以使用传感器的输出，例如测量电压。该方法可以包括确定另一相位偏移值的步骤38。以这种方式，可以确定一系列相位偏移值。在步骤40中，确定相位偏移值之间的差异是正还是负。可以在不依赖于基线相位值的确定的情况下执行步骤40。在步骤42中，基于在步骤40中确定的相位偏移值来控制负载或设备的运行。例如，在步骤42中，可以控制蓄电设备、或智能电气设备、或诸如蓄热器或热水器的电加热设备的运行。

[0046] 虽然在上文中已经描述了本公开的特定实施例，但是应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。