具有自動(dòng)量程切換且基波和諧波分別計(jì)量的電能表的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了具有自動(dòng)量程切換且基波和諧波分別計(jì)量的電能表，包括電壓互感器、電流互感器、液晶顯示器、功能按鍵和通訊模塊，其特征在于：所述的電壓互感器和電流互感器的二次側(cè)分別通過電壓信號(hào)調(diào)理器和電流信號(hào)調(diào)理及量程無觸點(diǎn)切換器輸入基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器中的A/D轉(zhuǎn)換器的輸入接口。該電能表，既能自動(dòng)量程切換，又能將基波和諧波分別計(jì)量，而且由于采用了SOGI和瞬時(shí)功率理論相結(jié)合的算法，對(duì)基波功率和各次諧波功率進(jìn)行實(shí)時(shí)雙向計(jì)量，不需要對(duì)電壓、電流進(jìn)行整數(shù)倍的周期采樣，避免了頻譜泄露和柵欄效應(yīng)，提高了諧波功率計(jì)量的準(zhǔn)確率和實(shí)時(shí)性，計(jì)量精度高、速度快、實(shí)時(shí)性好。
【專利說明】具有自動(dòng)量程切換且基波和諧波分別計(jì)量的電能表
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種智能電能表的改進(jìn)，屬電能計(jì)量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是一種具有自動(dòng)量程切換且基波和諧波分別計(jì)量的電能表。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，所使用的智能電能表的配置大多都是根據(jù)負(fù)荷大小選擇相應(yīng)容量的電能表，這種電能表的不足在于:一是當(dāng)負(fù)荷較小時(shí)，電能表的誤差會(huì)明顯增大，無法準(zhǔn)確計(jì)量電能，給電力公司帶來?yè)p失。為了克服以上不足，達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)量，通常采用人工控制切換量程的電能表，費(fèi)時(shí)費(fèi)力、操作不方便、不及時(shí)；二是隨著大功率非線性負(fù)荷的增加，使得供電系統(tǒng)中電壓、電流波形發(fā)生畸變，對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重影響，并使電能表計(jì)量誤差顯著增大。在實(shí)際的計(jì)量中，作為諧波源的用戶，一方面產(chǎn)生了諧波功率，對(duì)電網(wǎng)造成了污染，另一方面被計(jì)量的總電能為其吸收基波電能減去向電網(wǎng)注入的諧波電能，在污染電網(wǎng)的同時(shí)缺少交了用電費(fèi)，而對(duì)于基波用戶，吸收基波電能的同時(shí)被迫吸收諧波電能，計(jì)算總電能為基波電能與諧波電能的代數(shù)和，實(shí)際上就是基波電能的同時(shí)諧波源產(chǎn)生的諧波電能一部分轉(zhuǎn)移到正常使用的基波用戶身上，影響基波用戶電設(shè)備的正常電氣性能的同時(shí)也增加了基波用戶的用電費(fèi)用，這顯然是不公平的。如果無法對(duì)諧波電能進(jìn)行正確計(jì)量，不論對(duì)電能的生產(chǎn)、分配、供用電公平性，還是對(duì)用戶都是不利的。諧波電能準(zhǔn)確計(jì)量的基礎(chǔ)是快速、準(zhǔn)確的諧波計(jì)量算法，而現(xiàn)有的諧波計(jì)量常用算法為快速傅里葉變換(FFT)，通過將輸入的電壓與電流信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，再計(jì)算基波、各次諧波功率?？焖俑道锶~變換(FFT)最大的缺點(diǎn)是存在著頻譜泄露與柵欄效應(yīng)，算出的頻率、幅值、相位均有偏差，進(jìn)而造成算出的基波、諧波功率不準(zhǔn)確，尤其是當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí)，計(jì)量誤差尤為明顯。此外，由于快速傅里葉變換(FFT)算法不是一個(gè)實(shí)時(shí)性的算法，需要對(duì)信號(hào)整數(shù)倍周期采樣，降低了計(jì)量系統(tǒng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性能。通過檢索可知，目前有關(guān)于“不同量程的電能表自動(dòng)切換裝置”和“數(shù)字式智能諧波電能表”的報(bào)道，其結(jié)構(gòu)包括電壓傳感器、電流傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字處理器、液晶顯示器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、通訊接口、按鍵接口，模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用16位A/D轉(zhuǎn)換器ADS8343芯片，數(shù)字處理器采用77E58芯片，所使用的軟件算法基本為快速傅里葉變換(FFT)。目前尚未見既能自動(dòng)量程切換，又能避免頻譜泄露、柵欄效應(yīng)，尤其是電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí)，不需要對(duì)電壓電流信號(hào)整數(shù)倍周期采樣，僅通過電壓電流瞬時(shí)值就能得到無偏差的頻率、幅值、相位信息，進(jìn)而實(shí)施快速準(zhǔn)確計(jì)量基波、各次諧波功率的電能表的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種既能自動(dòng)量程切換，又能避免頻譜泄露、柵欄效應(yīng)，尤其是電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí)，不需要對(duì)電壓電流信號(hào)整數(shù)倍周期采樣，僅通過電壓電流瞬時(shí)值就能得到無偏差的頻率、幅值、相位信息，進(jìn)而實(shí)施快速準(zhǔn)確計(jì)量基波、各次諧波功率的具有自動(dòng)量程切換且基波和諧波分別計(jì)量的電能表。
[0004]為了達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:該具有自動(dòng)量程切換且基波和諧波分別計(jì)量的電能表，包括電壓互感器、電流互感器、液晶顯示器、功能按鍵和通訊模塊，電壓Uab和Ubc接入電壓互感器，電流Ia和Ib接入電流互感器，其特征在于:所述的電壓互感器的二次側(cè)與電壓信號(hào)調(diào)理器的輸入端連接，電壓信號(hào)調(diào)理器輸出端連接基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器的A/D轉(zhuǎn)換器的一個(gè)輸入接口 ；所述的電流互感器的二次側(cè)與電流信號(hào)調(diào)理及量程無觸點(diǎn)切換器的輸入端連接；電流信號(hào)調(diào)理及量程無觸點(diǎn)切換器的輸出端連接基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器的A/D轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)輸入接口 ；所述的基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器的一側(cè)設(shè)有SCI串行接口和通用I/O接口，液晶顯示器輸入端與SCI串行接口的輸出端連接；同時(shí)，在基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器的SCI串行接口上與通訊模塊相互連接；功能按鍵通過數(shù)據(jù)線接入通用I/O接口 ；在基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器的底端設(shè)有SD卡接口，SD卡接口與基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)的SPI總線連接。
[0005]本實(shí)用新型還通過如下措施實(shí)施:所述的TMS320f28335微處理器的具有高精度、低成本、功耗小、性能高、集成度高、A/D轉(zhuǎn)換精確和具有32位浮點(diǎn)處理單元的特點(diǎn)，已廣泛用于平衡、熱計(jì)量等領(lǐng)域；其軟件算法采用了二階廣義積分器(SOGI)和瞬時(shí)功率理論相結(jié)合，對(duì)基波功率和各次諧波功率進(jìn)行實(shí)時(shí)雙向計(jì)量，不需要對(duì)電壓、電流進(jìn)行整數(shù)倍的周期采樣，避免了頻譜泄露和柵欄效應(yīng)，這樣可大大的提高了諧波功率計(jì)算的準(zhǔn)確率和實(shí)時(shí)性，其性能明顯優(yōu)于快速傅里葉變換(FFT)。
[0006]所述的電壓信號(hào)調(diào)理器中的電路和電流信號(hào)調(diào)理及量程無觸點(diǎn)切換器中的電路均為現(xiàn)有技術(shù)，故不多述。
[0007]本實(shí)用新型的有益效果在于:該具有自動(dòng)量程切換且基波和諧波分別計(jì)量的電能表，既能自動(dòng)量程切換，又能將基波和諧波分別計(jì)量，而且由于采用了 TMS320F28335浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器和二階廣義積分器(SOGI)與瞬時(shí)功率理論結(jié)合，實(shí)現(xiàn)基波和各次諧波的正向、逆向有功功率、無功功率及對(duì)應(yīng)電能量分別進(jìn)行計(jì)量，并且能夠?qū)崟r(shí)繪制電壓、電流、功率曲線，為電能正確計(jì)量、提高生產(chǎn)效率提供依據(jù)。該電能表還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)裝配原理框示意圖。
[0009]圖中:1、電壓互感器；2、電流互感器；3、液晶顯示器；4、功能按鍵；5、通訊模塊；
6、電壓信號(hào)調(diào)理器；7、基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器；8、A/D轉(zhuǎn)換器；9、電流信號(hào)調(diào)理及量程無觸點(diǎn)切換器；10、SCI串行接口 ；11、通用I/O接口 ； 12、SD卡接口。
【具體實(shí)施方式】
[0010]參照?qǐng)D1制作本實(shí)用新型。該具有自動(dòng)量程切換且基波和諧波分別計(jì)量的電能表，包括電壓傳感器1、電流傳感器2、液晶顯示器3、功能按鍵4和通訊模塊5，電壓Uab和Ubc接入電壓互感器1，電流Ia和Ib接入電流互感器2，通過電壓互感1、電流互感器2對(duì)電網(wǎng)的電壓、電流進(jìn)行采樣，其特征在于:所述的電壓互感器I的二次側(cè)與電壓信號(hào)調(diào)理器6的輸入端連接，電壓信號(hào)調(diào)理器6輸出端連接基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器7的A/D轉(zhuǎn)換器8的一個(gè)輸入接口，通過電壓信號(hào)調(diào)理器6對(duì)采集的電壓信號(hào)進(jìn)行提升和比例調(diào)整，使調(diào)理后的電壓信號(hào)符合基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器7內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器8的允許電壓輸入范圍，從而輸入A/D轉(zhuǎn)換器8 ;所述的電流互感器2的二次側(cè)與電流信號(hào)調(diào)理及量程無觸點(diǎn)切換器9的輸入端連接，其中的電流信號(hào)調(diào)理為利用多路模擬開關(guān)與運(yùn)放的組合實(shí)現(xiàn)多個(gè)電流量程的無觸點(diǎn)切換，即使在低負(fù)載情況下也能保證電流測(cè)量的精度；電流信號(hào)調(diào)理及量程無觸點(diǎn)切換器9的輸出端連接基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器7的A/D轉(zhuǎn)換器8的另一個(gè)輸入接口 ；這樣，基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器7內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器8接收來自四路信號(hào)調(diào)理電路的輸出信號(hào)，然后將接收到的電壓信號(hào)和電流信號(hào)經(jīng)過SOGI算法分解出基波分量和各次諧波分量，這些分量再經(jīng)過瞬時(shí)功率算法后能夠獲得所需的基波功率和各次諧波功率及對(duì)應(yīng)電能量；所述的基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器7的一側(cè)設(shè)有SCI串行接口 10和通用I/O接口 11，液晶顯示器3輸入端與SCI串行接口 10的輸出端連接，通過液晶顯示器3實(shí)現(xiàn)各數(shù)據(jù)和波形的實(shí)時(shí)顯示；同時(shí)，在基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器7的SCI串行接口 10上與通訊模塊5相互連接，通過通訊模塊5實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的通信轉(zhuǎn)發(fā)；功能按鍵4通過數(shù)據(jù)線接入通用I/O接口 11，通過功能按鍵4實(shí)現(xiàn)電能表的顯示切換和參數(shù)設(shè)置；在基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器7的底端設(shè)有SD卡接口 12，SD卡接口 12與基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器7內(nèi)的SPI總線連接，SD卡接口 12的電路通過SD卡來實(shí)時(shí)存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)掉電存儲(chǔ)功能。
[0011]作為本實(shí)用新型的改進(jìn):所述的基于TMS320f28335微處理器具有高精度、低成本、功耗小、性能高、集成度高、A/D轉(zhuǎn)換精確和具有32位浮點(diǎn)處理單元的特點(diǎn)，所以已廣泛用于平衡、熱計(jì)量等領(lǐng)域；其計(jì)算方法采用了二階廣義積分器(SOGI)和瞬時(shí)功率理論相結(jié)合，對(duì)基波功率和各次諧波功率進(jìn)行實(shí)時(shí)雙向計(jì)量，這樣可大大的提高了諧波功率計(jì)算的準(zhǔn)確率和實(shí)時(shí)性，優(yōu)于快速傅里葉變換(FFT )。
[0012]所述的電壓信號(hào)調(diào)理器6中的電路和電流信號(hào)調(diào)理及量程無觸點(diǎn)切換器9中的電路均為現(xiàn)有技術(shù)，故不多述。
【權(quán)利要求】
1.具有自動(dòng)量程切換且基波和諧波分別計(jì)量的電能表，包括電壓互感器(I)、電流互感器(2)、液晶顯示器(3)、功能按鍵(4)和通訊模塊(5)，電壓Uab和Ubc接入電壓互感器(1)，電流Ia和Ib接入電流互感器(2)，其特征在于:所述的電壓互感器(I)的二次側(cè)與電壓信號(hào)調(diào)理器(6)的輸入端連接，電壓信號(hào)調(diào)理器(6)輸出端連接基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器(7)的A/D轉(zhuǎn)換器(8)的一個(gè)輸入接口 ；所述的電流互感器(2)的二次側(cè)與電流信號(hào)調(diào)理及量程無觸點(diǎn)切換器(9)的輸入端連接；電流信號(hào)調(diào)理及量程無觸點(diǎn)切換器(9)的輸出端連接基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器(7)的A/D轉(zhuǎn)換器(8)的另一個(gè)輸入接口 ；所述的基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器(7)的一側(cè)設(shè)有SCI串行接口(10)和通用I/O接口(11)，液晶顯示器(3)輸入端與SCI串行接口(10)的輸出端連接；同時(shí)，在基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器(7)的SCI串行接口(10)上與通訊模塊(5)相互連接；功能按鍵(4)通過數(shù)據(jù)線接入通用I/O接口(11);在基于TMS320f28335微處理器的數(shù)字信號(hào)處理器(7)的底端設(shè)有SD卡接口(12)。
【文檔編號(hào)】G01R22/10GK203561692SQ201320710259
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】王振華, 鄭永, 馬帥, 張卓, 趙仁德 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)山東省電力公司萊蕪供電公司