一種寬量程電能計量裝置及其計量方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開一種寬量程電能計量裝置以及計量方法，其中，所述寬量程電能計量裝置包括：電流通道，所述電流通道包括依次電連接的第一∑△ADC轉換器、第一SINC濾波器、電流量程轉換器和電流高通濾波器；和電壓通道，所述電壓通道包括依次電連接的第二∑△ADC轉換器、第二SINC濾波器、電壓量程轉換器和電壓高通濾波器；還包括：功能實現模塊，其第一輸入端分別與所述電流量程轉換器和電流高通濾波器連接，其第二輸入端分別與所述電壓量程轉換器和電壓高通濾波器連接。本發明專利技術在基本量程范圍內精度不改變的前提下，只增加了少量的硬件資源就實現了計量的寬量程功能，可擴展性好，操作性強。

Wide range electric energy metering device and metering method thereof

The invention discloses a wide range of electric energy metering device and the measuring method, the wide range of electric energy metering device includes: a current channel, the current channel includes the first sigma delta ADC converter, connected to the first SINC filter, the range of current converter and current high pass filter and the voltage channel; the voltage channel which comprises electrical second sigma delta ADC converter, connected second SINC filter, voltage range voltage converter and high pass filter; also includes functional modules, the first input end is respectively connected with the current process of converter and current high pass filter connected to the second input terminals are respectively connected with the voltage converter and the voltage range high pass filter. The invention has the advantages that the precision of the measuring range is not changed, and only a small amount of hardware resources are added to realize the wide range measurement function, and the utility model has the advantages of good expansibility and strong operability.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種寬量程電能計量裝置及其計量方法。
技術介紹
2009年以來隨著我國的智能電網建設工作大面積開展，在低壓側的電能表需求在逐步加大，而一般電能表規格是根據標定電流的6～12倍來決定，由此產生多種電流規格的電能表，如有1.5(6)A、1(10)A、5(60)A、10(100)A等多種規格。由于電流規格較多，無可避免的給電力用戶在檢表、配送、安裝維護帶了較大的多余的工作量，同時也給惡意偷竊電帶來了便利。同時生產廠家為了匹配設計生產多種電流規格的電能表加大了采購、庫存、供貨周期等難度，對產品質量也會造成一定的影響。并且現在由于用電情況復雜，設備多樣，在不同負載時有很大的不同，如果使用現在單一電流規格的電能表時，選用的電能表額定電流大，當用電很小時，低于電能表額定電流的5％計量準確精度不夠高；如果選用電能表額定電流小，一旦用電量很大時，電能表就可能因過負荷造成計量失準甚至于燒毀。因此研究一種寬量程電能計量裝置對產品質量提高、防止竊電、提高計量準確度、減少計量故障有著十分重要的意義。現有提高計量量程的方法主要有如下三種方案：1、采用分段采樣電流的高精度電能表，其原理是：將輸入的電流分別通過電流分流器得到電壓信號，電壓信號通過信號處理器分成二路或多路且分別送到模數轉換器，經模數轉換器數據轉換后、送到微控制器對數據進行處理。這種方法是通過將被測量信號用多路方式送入模數轉換器，以換取更高的量程。由于要實現100倍的寬量程，各路信號大小必須拉開距離，這種電路復雜而且昂貴。2、采用外部放大電路，放大電路的放大系數可以有微控制器控制，從而實現寬量程，該方案電路同樣也是非常復雜而且成本很高。3、采用計量芯片實現寬量程電能計量。這個方案是基于現有的電能計量芯片實現的，受限于計量芯片的功能和性能，無法實現100倍的超寬量程和滿足用戶一些定制性的要求。4、采用混合信號處理器，內含微控制器和模數轉換器，通過采樣電流信號，并根據電流信號的大小自動切換量程，經過一系列的電能計算算法實現寬量程電能計量，其核心在于自動量程切換，該算法在切換量程過程中必然產生電能計算的跳躍式波動，同時需要在多個量程下進行數字校準，同樣存在實現復雜和成本高的問題。
技術實現思路
本專利技術目的是針對現有技術存在的缺陷提供一種寬量程電能計量裝置及其計量方法，其在原有的計量基礎上，在精度不降低的前提下，只需增加少量的硬件資源就實現了計量的寬量程功能，方便易行。本專利技術為實現上述目的，采用如下技術方案：一種寬量程電能計量裝置，包括：電流通道，所述電流通道包括依次電連接的第一∑△ADC轉換器、第一SINC濾波器、電流量程轉換器和電流高通濾波器；和電壓通道，所述電壓通道包括依次電連接的第二∑△ADC轉換器、第二SINC濾波器、電壓量程轉換器和電壓高通濾波器；還包括：功能實現模塊，其第一輸入端分別與所述電流量程轉換器和電流高通濾波器連接，其第二輸入端分別與所述電壓量程轉換器和電壓高通濾波器連接。一種寬量程電能計量方法，包括如下步驟：第一步，電流通道的處理步驟：首先，第一∑△ADC轉換器將接收到的模擬電流信號轉換成數字電流PDM數據流，并傳輸至第一SINC濾波器；其次，第一SINC濾波器將輸入的數字電流PDM數據流降采樣成低速電流波形預處理信號，并傳輸至所述電流量程轉換器；然后，電流量程轉換器把超過基本量程的電流信號轉換到基本量程范圍內，并將轉換后的電流波形傳輸至電流高通濾波器，同時將轉換后的電流轉換系數輸出至功能實現模塊；最后，由電流高通濾波器濾除電流波形中的直流成分，并輸出不含直流分量的電流波形給所述功能實現模塊；第二步，電壓通道的處理步驟：首先，第二∑△ADC轉換器將接收到的模擬電壓信號轉換成數字電壓PDM數據流，并傳輸至第二SINC濾波器；其次，第二SINC濾波器將輸入的數字電壓PDM數據流降采樣成低速電壓波形預處理信號，并傳輸至所述電壓量程轉換器；然后，電壓量程轉換器把超過基本量程的電壓信號轉換到基本量程范圍內，并將轉換后的電流波形傳輸至所述電流高通濾波器，同時將轉換后的電流轉換系數輸出至功能實現模塊；最后，由電流高通濾波器濾除電壓波形中的直流成分，并輸出不含直流分量的電壓波形給所述功能實現模塊；第三步，寬量程的計算步驟：功能實現模塊根據所接收到的電流波形、電流轉換系數、電壓波形和電壓轉換系數以及系統所要求的功能，完成基波/全波電流有效值、基波/全波電壓有效值、全波有功功率、基波有功功率、基波/全波無功功率、全波有功能量脈沖、基波有功能量脈沖、基波/全波無功能量脈沖以及電能質量的計算。進一步的，第一步中，所述電流量程轉換器把超過基本量程的電流信號轉換到基本量程范圍內的具體步驟如下：輸入電流信號的峰值與基本信號的上限值比較，若大于上限值，右移位輸入電流信號，直到輸入電流信號的峰值不大于基本信號的上限值，移位后的電流信號保持與基本信號相同的位寬輸出給所述電流高通濾波器，并將右移位的位數作為電流轉換系數輸出給功能實現模塊，待功能實現模塊在進行計算時，將計算結果左移位相應的位數；若輸入電流信號的峰值不大于基本信號的上限值，電流信號保持與基本信號相同的位寬直接輸出給電流高通濾波器，并將電流轉換系數輸出為0給功能實現模塊，待功能實現模塊在進行計算時，最終結果不再移位，直接輸出；第一步中，所述電壓量程轉換器把超過基本量程的電壓信號轉換到基本量程范圍內的具體步驟如下：輸入電壓信號的峰值與基本信號的上限值比較，若大于上限值，右移位輸入電壓信號，直到輸入電壓信號的峰值不大于基本信號的上限值，移位后的電壓信號保持與基本信號相同的位寬輸出給電壓高通濾波器，并將右移位的位數作為電壓轉換系數輸出給功能實現模塊，待功能實現模塊在進行計算時，將計算結果左移位相應的位數；若輸入電壓信號的峰值不大于基本信號的上限值，電壓信號保持與基本信號相同的位寬直接輸出給所述電壓高通濾波器，并將電壓轉換系數輸出為0給功能實現模塊，待功能實現模塊在進行計算時，最終結果不再移位，直接輸出。進一步的，所述基本信號為基本量程范圍內允許輸入的信號；其中，若基本量程為[-2^212^21-1]，即數據位寬為22比特，則該基本信號的峰值不能超過量程的上下限。本專利技術的有益效果：本專利技術寬量程電能計量裝置通過對SINC濾波器輸出的信號進行量程轉換，將超過基本量程范圍內的大信號轉換到基本量程范圍內，并將折算系數疊加到最終結果上，從而用非常簡便的方法實現了大信號的測量，所以本專利技術在基本量程范圍內精度不改變的前提下，只增加了少量的硬件資源就實現了計量的寬量程功能，可擴展性好，操作性強。附圖說明圖1本專利技術的功能原理示意圖。具體實施方式本實施例給出了一種電流規格為1(100)A的寬量程電能表，能實現100倍量程，基本可以滿足各種場合的需求，具體參數如下：額定電壓：Un＝220V，額定頻率:Fb＝50Hz，基本電流：Ib＝1A，最大電流：Imax＝100A,準確計量范圍：1％Ib～1.2Imax,即：10mA～120A,啟動電流：0.2％Ib即2mA，ADC位數至少22bit，這里采用24bit∑△ADC。本實施例的1(100)A電流規格寬量程電能表是基于5(30)A電流規格的電能表實現的。圖1中，本專利技術的寬量程電能計量本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種寬量程電能計量裝置，其特征在于，包括：電流通道，所述電流通道包括依次電連接的第一∑△ADC轉換器、第一SINC濾波器、電流量程轉換器和電流高通濾波器；和電壓通道，所述電壓通道包括依次電連接的第二∑△ADC轉換器、第二SINC濾波器、電壓量程轉換器和電壓高通濾波器；還包括：功能實現模塊，其第一輸入端分別與所述電流量程轉換器和電流高通濾波器連接，其第二輸入端分別與所述電壓量程轉換器和電壓高通濾波器連接。

【技術特征摘要】
1.一種寬量程電能計量裝置，其特征在于，包括：電流通道，所述電流通道包括依次電連接的第一∑△ADC轉換器、第一SINC濾波器、電流量程轉換器和電流高通濾波器；和電壓通道，所述電壓通道包括依次電連接的第二∑△ADC轉換器、第二SINC濾波器、電壓量程轉換器和電壓高通濾波器；還包括：功能實現模塊，其第一輸入端分別與所述電流量程轉換器和電流高通濾波器連接，其第二輸入端分別與所述電壓量程轉換器和電壓高通濾波器連接。2.一種基于權利要求1的寬量程電能計量方法，其特征在于，包括如下步驟：第一步，電流通道的處理步驟：首先，第一∑△ADC轉換器將接收到的模擬電流信號轉換成數字電流PDM數據流，并傳輸至第一SINC濾波器；其次，第一SINC濾波器將輸入的數字電流PDM數據流降采樣成低速電流波形預處理信號，并傳輸至所述電流量程轉換器；然后，電流量程轉換器把超過基本量程的電流信號轉換到基本量程范圍內，并將轉換后的電流波形傳輸至電流高通濾波器，同時將轉換后的電流轉換系數輸出至功能實現模塊；最后，由電流高通濾波器濾除電流波形中的直流成分，并輸出不含直流分量的電流波形給所述功能實現模塊；第二步，電壓通道的處理步驟：首先，第二∑△ADC轉換器將接收到的模擬電壓信號轉換成數字電壓PDM數據流，并傳輸至第二SINC濾波器；其次，第二SINC濾波器將輸入的數字電壓PDM數據流降采樣成低速電壓波形預處理信號，并傳輸至所述電壓量程轉換器；然后，電壓量程轉換器把超過基本量程的電壓信號轉換到基本量程范圍內，并將轉換后的電流波形傳輸至所述電流高通濾波器，同時將轉換后的電流轉換系數輸出至功能實現模塊；最后，由電流高通濾波器濾除電壓波形中的直流成分，并輸出不含直流分量的電壓波形給所述功能實現模塊；第三步，寬量程的計算步驟：功能實現模塊根據所接收到的電流波形、電流轉換系數、電壓波形和電壓轉換系數以及系統所要求的功能，完成基波\...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張曉東，閆書芳，朱國富，曹曉峰，顧舜孝，陶英浩，何志超，
申請(專利權)人：江陰長儀集團有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32