通用型電力負荷管理終端的製作方法

2023-10-05 02:39:29

本發明涉及電力負荷管理終端。

背景技術：

電力負荷管理終端已廣泛應用於電力自動化領域，其主要的功能之一是對現場的三相交流電進行測量。現場的三相交流電模式一般有220V三相四線、100V三相三線及57.7V三相四線三種類型。為了測量這三種不同類型的三相交流電，現有的電力負荷管理終端也分成了220V三相四線、100V三相三線及57.7V三相四線三種類型，並分別使用三種不同的方法進行測量。

圖1示出了現有的三相四線220V類型的電力負荷管理終端的原理框圖。如圖所示，該電力負荷管理終端主要包括CPU91、接口模塊92、顯示模塊93、通信模塊94和交流採集模塊95。其中，電力負荷管理終端主要通過交流採集模塊95來實現對三相交流電的測量功能。交流採集模塊95包括計量晶片951、交採板952和交採接口端子排953。三相交流電的電壓電流線接入終端的交採接口端子排953，再通過交採接口端子排953與交採板952間的連接線進入交採板952。交採板952對電壓電流處理，將其轉換為能被測量的模擬量信號，模擬量信號被送至計量晶片951，同時，交採板952向計量晶片951提供自身所測量的交流電類型信息。交採板952包括分別測量A、B、C三相母線電壓的三個電壓採集電路9521、分別測量A、B、C三相母線電流的電流採集電路9522以及交流電類型判斷電路9523。計量晶片951讀取交採板發送的模擬量信號，根據晶片內的相應程序計算出三相交流電的各相電壓、電流、有功功率、無功功率、電量及相位角等數據，計量晶片951會讀取交採板952提供的三相交流電類型信息，選擇相應的計算方式。

對於100V三相三線以及57.7V三相四線的電力負荷管理終端而言，其基本組成也與圖1大致相同，但是所採用的交採接口端子排、交採板以及計量晶片的內部程序是有所不同的，其區別主要體現在以下幾個方面：

1、交採板的電壓線接線方式不同。對於測量57.7V三相四線以及220V三相四線的電力負荷管理終端而言，交採接口端子排的電壓接線端子與交採板的電壓接線端子之間是一一對應的連接關係，即交採接口端子排的A相電壓接線端子、B相電壓接線端子、C相電壓接線端子和N相電壓接線端子分別通過A相連接線、B相連接線、C相連接線和N相連接線一一對應地與交採板的A相電壓接線端子、B相電壓接線端子、C相電壓接線端子和N相電壓接線端子固定連接（通常是焊接連接）。而在測量100V三相三線的電力負荷管理終端中，交採端子接口排沒有設置N相電壓接線端子，交採接口端子排的B相電壓接線端子通過B相連接線被固定連接（通常是焊接連接）到交採板的N相電壓接線端子上。

2、交採板中的電壓採集電路的取樣電阻的阻值不同。交採板中設有用於分別測量A、B、C三相母線電壓的三個電壓採集電路，該三個電壓採集電路的結構相同。對於三種不同類型的電力負荷管理終端而言，雖然它們之間的電壓採集電路的結構也是相同的，但是電壓採集電路中的取樣電阻的阻值是不同的。圖2示出了三種不同類型的電力負荷管理終端的電壓採集電路的電路原理圖。該電壓採集電路包括電壓互感器T1、取樣電阻R以及保護電路955。取樣電阻R的一端與交採板上相對應的電壓接線端子連接，取樣電阻R的另一端與電壓互感器T1的一次繞組的一端連接。電壓互感器T1的一次繞組的另一端與交採板上的N相（公共）電壓接線端子連接。電壓互感器T1的二次繞組與保護電路955的輸入端相連。保護電路955由反相併聯的兩個二極體V1、V2組成，保護電路955的輸出端連接到計量晶片。

常見的三相四線220V、三相三線100V及三相四線57.7V的交採板的取樣電阻R的取值分別為220K、100K和57.7K。若現場220V、100V和57.7V三種類型的三相交流電電壓均為100%量程，則電壓值最大時經過取樣電阻R後的電流值為： 。在三種不同類型的電力負荷管理終端中，當計量晶片讀取到1.414mA時，分別採取不同的計算公式，計算得出220V、100V和57.7V的瞬時電壓值。

3、交採板上的交流電類型判斷電路有所不同。如圖3所示，在原先的三種類型的電力負荷管理終端中，測量100V三相三線的交採板上安裝有電阻R102，沒有安裝R103，圖3僅僅是為了簡化起見而同時示出了電阻R102和電阻R103。測量57.7V三相四線的交採板上安裝有電阻R103，沒有安裝電阻R102，測量220V三相四線的交採板上既沒有安裝電阻R103，也沒有安裝電阻R102。當裝上電阻R102或R103時，對應信號接地，值為「0」；不裝電阻R102或R103時，對應信號通過計量晶片外圍電路拉高，值為「1」。計量晶片通過讀取到的「MODE0」和「MODE1」的值來判斷交採板及其所測量的三相交流電的類型，將判斷結果通知電力負荷管理終端的CPU。

由上述內容可以看出，現有的某一種類型的電力負荷管理終端只能測量相同類型的三相交流電，而無法測量其它類型的三相交流電。因此現有的電力負荷管理終端不具有通用性，無法滿足現場日益複雜的需求。同時，在產品生產過程中，只有明確了電力公司的具體配置要求後才能確定電力負荷管理終端的類型，因此無法提前進行生產備貨，延長了生產周期，無形中也增加了生產成本。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在於提供一種通用性好的電力負荷管理終端，其能夠適用於220V三相四線、100V三相三線、57.7V三相四線的三相交流電測量。

為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是：

通用型電力負荷管理終端，包括交流採集模塊，該交流採集模塊包括計量晶片、交採板和交採接口端子排；交採板包括分別測量三相母線電壓的三個電壓採集電路，各電壓採集電路包括電壓互感器和取樣電阻，取樣電阻的一端與交採板上相對應的電壓接線端子連接，取樣電阻的另一端與電壓互感器的一次繞組的一端連接，電壓互感器的一次繞組的另一端與交採板上的N相電壓接線端子連接；其特點在於，交採板和交採接口端子排均具有A相電壓接線端子、B相電壓接線端子、C相電壓接線端子和N相電壓接線端子；交流採集模塊包括A相連接線、B相連接線、C相連接線和N相連接線；A相連接線的兩端分別與交採板和交採接口端子排的A相電壓接線端子連接，C相連接線的兩端分別與交採板和交採接口端子排的C相電壓接線端子連接，B相連接線的一端與交採接口端子排的B相電壓接線端子連接，B相連接線的另一端能夠與交採板的B相電壓接線端子或N相電壓接線端子可拆卸地連接，N相連接線的一端與交採接口端子排的N相電壓接線端子連接，N相連接線的另一端能夠與交採板的N相電壓接線端子可拆卸地連接；三個電壓採樣電路的取樣電阻的阻值相等；計量晶片用於根據三個電壓採樣電路的輸出分別計算三相母線電壓值，並根據計算出的任意一相母線電壓值來判斷被測量的三相母線的交流電類型。

由於發明採用了以上的技術方案，其能夠適用於220V三相四線、100V三相三線、57.7V三相四線這三種類型的三相交流電測量，從而方便了測量人員的操作，並能夠降低生產的成本。

附圖說明

圖1是現有的測量220V三相四線交流電的電力負荷管理終端的原理框圖。

圖2示出了三種不同類型的電力負荷管理終端的電壓採集電路的電路原理圖。

圖3示出了三種不同類型的電力負荷管理終端的交採板的交流電類型判斷電路的示意圖。

圖4示出了根據本發明一實施例的電力負荷管理終端的原理框圖。

圖5示出了根據發明一實施例的交採板在測量57.7V三相四線以及220V三相四線交流電時的接線圖。

圖6示出了根據發明一實施例的交採板在測量100V三相三線交流電時的接線圖。

圖7示出了根據發明一實施例的電力負荷管理終端的電壓採集電路的電路原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

圖4示出了根據發明一實施例的通用型電力負荷管理終端的原理框圖。該通用型電力負荷管理終端包括CPU1、接口模塊2、顯示模塊3、通信模塊4和交流採集模塊5。其中，交流採集模塊5包括計量晶片51、交採板52和交採接口端子排53。三相交流電的電壓電流線接入終端的交採接口端子排53，再通過交採接口端子排53與交採板52間的連接線進入交採板52。請結合圖5所示。在本實施例中，交採板52和交採接口端子排53均具有A相電壓接線端子、B相電壓接線端子、C相電壓接線端子和N相電壓接線端子；交流採集模塊包括A相連接線61、B相連接線62、C相連接線63和N相連接線64。A相連接線61的兩端分別與交採板和交採接口端子排的A相電壓接線端子連接， C相連接線63的兩端分別與交採板和交採接口端子排的C相電壓接線端子連接，B相連接線62的一端與交採接口端子排的B相電壓接線端子連接，B相連接線的另一端能夠與交採板的B相電壓接線端子57或N相電壓接線端子58可拆卸地連接，N相連接線64的一端與交採接口端子排的N相電壓接線端子連接，N相連接線64的另一端能夠與交採板的N相電壓接線端子58可拆卸地連接。上述的可拆卸連接的方式包括但不限於螺栓接線等方式。在圖5中示出的是發明的交採板在測量57.7V三相四線以及220V三相四線交流電時的接線圖，其中，B相連接線62和N相連接線64的另一端分別與交採板的B相電壓接線端子57和N相電壓接線端子58相連。當該交採板在測量100V三相三線交流電時，只需將N相連接線64拿掉，將B相連接線62的另一端與交採板的N相電壓接線端子58連接，如圖6所示。

根據本發明一實施例的交採板52包括分別測量A、B、C三相母線電壓的三個電壓採集電路521和分別測量A、B、C三相電流的三個電流採集電路522（為簡便起見，圖中僅示出了一個電壓採集電路521和一個電流採集電路522）。電壓採集電路521的結構如圖7所示，包括電壓互感器T1和取樣電阻R』，取樣電阻R』的一端與交採板上相對應的電壓接線端子連接，取樣電阻R』的另一端與電壓互感器T1的一次繞組的一端連接，電壓互感器T1的一次繞組的另一端與交採板上的N相電壓接線端子連接。電壓互感器T1的二次繞組與保護電路55的輸入端相連。保護電路55由反相併聯的兩個二極體V1、V2組成，保護電路55的輸出端連接到計量晶片。

在本實施例中，為了實現產品的通用性，三個電壓採樣電路521的取樣電阻R』的阻值相等，且大於等於220K。考慮到精度等因素，取樣電阻R』的阻值優選為220K。計量晶片51用於根據三個電壓採樣電路的輸出分別計算三相母線電壓值。無論計算的是哪一類型的交流電電參數，計量晶片51均採用的是一致的電參數計算公式。上述的電參數包括相電壓、相電流、相位角、有功功率、無功功率、電量等。

當將三個電壓採樣電路521的取樣電阻R』的阻值均設為220K時，若設現場220V，100V和57.7V三種類型的三相交流電電壓都為100%量程，電壓值最大時經過取樣電阻後的電流值分別為：

可知該轉化後的電流值與交流電電壓的比值恆定，與現有的電力負荷終端中測量三相四線220V交流電時的比值一樣，因此本實施例中的電參數計算公式即為現有的測量三相四線220V類型的電力負荷管理終端所採用的電參數計算公式。另一方面，在本實施例的電力負荷管理終端測量100V三相三線和57.7V三相四線的交流電時，峰值電壓經過取樣電阻後的電流值分別為0.643mA和0.371mA，電流值過小，不能充分利用計量晶片的量程，可能會帶來測量誤差。為降低電壓採樣時的誤差，取樣電阻R』優選採用0.1%精度、15ppm溫漂的高精度電阻。

以型號為71M6513的計量晶片為例，當取樣電阻R』的阻值為220K時，無論電力負荷管理終端測量的是哪一種類型的交流電，計量晶片所使用的相電壓計算公式均為：

Ux=（VxSQSUM*LSB*3600*Fs/Nacc）1/2

其中VxSQSUM為計量晶片在上一個累計周期內各相電壓採樣的平方和，為計量晶片自動採集計算；Fs=2520.62Hz，是計量晶片的採樣頻率；Nacc為一個累計周期的採樣點數，實際值由人為事先設定；LSB= 9.4045*10-13*VMAX2 （單位為：V2h ）。VMAX是當計量晶片採集到電壓輸入端的電壓為250mVp-p時對應的外部三相交流電施加的電壓有效值。上述公式也是現有測量220V三相四線交流電的電力負荷管理終端中的型號為71M6513的計量晶片的相電壓計算公式。相應地，計量晶片51計算其它電參數的計算公式使用的也是現有測量220V三相四線交流電的電力負荷管理終端中的型號為71M6513的計量晶片的電參數計算公式。

此外，為了實現交採板的通用性，交採板52取消了之前的交流電類型判斷電路，不再向計量晶片51提供所測三相交流電的類型信息，改由計量晶片51判斷三相交流電類型信息。在一更詳細的實施方式中，計量晶片51用於在前述計算出的任意一相母線電壓值大於0V且小於等於75V時，判斷被測量的三相母線的交流電類型為57.7V三相四線，在計算出的任意一相母線電壓值大於75V且小於等於150V時，判斷被測量的三相母線的交流電類型為100V三相三線，在計算出的任意一相母線電壓值大於150V且小於等於300V時，判斷被測量的三相母線的交流電類型為220V三相四線。

以上描述是結合具體實施方式和附圖對本發明所做的進一步說明。但是，本發明顯然能夠以多種不同於此描述的其它方法來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內容的情況下根據實際使用情況進行推廣、演繹，因此，上述具體實施例的內容不應限制本發明確定的保護範圍。