高精度三相電能表的製作方法
2023-04-25 13:36:26 2
專利名稱：高精度三相電能表的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種三相電能表，尤其涉及一種高精度三相電能表。
背景技術：
在我國，正常情況下，電網提供的是50Hz的理想正弦波形，三相電的各相電流和電壓的幅值相等，相位分別相差120度，然而隨著電力的應用日趨廣泛，各類工農業部門大量使用了很多非線性、衝擊性的負載，這使得原本規則的電力波形發生了嚴重的畸變，極大地汙染了電網，對整個電力系統的電能質量產生了惡劣的影響，威脅著電力系統的安全、穩 定運行。為了提高電能的有效利用率，對電力系統各項參數進行實時監測與分析，及早的發現和治理諧波汙染現象，保持電網在一個良好的電能狀況下運行就成為當今迫切需要解決的問題。為了解決這個問題，最合理的做法就是研製一種可以很好實現電能監測與質量分析功能的智能化電力側量儀表。有了這種儀表之後，工農業部門可以隨時了解自己的用電情況，電力部門也可以通過這些數據來判定哪一個部門對電網的汙染嚴重，從而採取相應時懲罰措施。在用電過程當中，如果每天的各個時段電價都一樣的話，人們往往不考慮何時用電這個問題，這樣帶來的後果就是用電高峰時電力供應不足，用電低谷時電力供應過剩，不利於發電廠的電力生產，也不利於人們的日常應用.為解決這個問題，國家出臺了「削峰平谷」的電價計費政策，把一天分為尖、峰、平、谷四個費率，分時段對電能進行累積和計費，這樣可以從很大程度上提高電能利用率、緩解電力需求平衡。對於電能表來講，為解決這個問題就需要增加復費率統計的功能.提高電能計量精度、增強電能表功能的技術已經成為當今電能表行業研究的熱點和難點。當前，電力生產部門、工業、農業等部門都需要用到多功能電能表，它對電能計量管理、電能質量監控等有著巨大的作用。設計一種性能穩定、成本低、多功能、高精度的復費率電能表對我國電力事業的發展有著很強的實際意義和應用價值。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供了一種高精度三相電能表，由測量模塊及DSP模塊組成，兩者通過SPI總線連接。測量模塊包括第一電流型電壓互感器、第一電流互感器、第一信號調理電路、電能專用計量晶片、MCU及第一電源。第一電流型電壓互感器、第一電流互感器均與第一信號調理電路連接；第一信號調理電路與電能專用計量晶片連接；電能計量晶片與MCU連接；第一電源給MCU供電；DSP模塊包括第二電流型電壓互感器、第二電流互感器、第二信號調理電路、DSP、第二電源。第二電流型電壓互感器、第二電流互感器均與第二信號調理電路連接，第二信號調理電路與DSP連接；第二電源給DSP供電。電能專用計量晶片採用三相電能專用計量晶片ATT7022B ;MCU採用超低功耗單片機MSP430F149，或者MC9S12H128 ;DSP採用TMS320F2812。其主要取得的技術效果有以下幾個方面[0007](I)由三相電能專用計量晶片ATT7022B及其外圍電路實現了對三相電的電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、視在功率、有功電度、無功電度等參數的計量。單片機MSP430F149或MC9S12H128完成了液晶顯示、按鍵控制、數據存儲、遠程通信等控制功能。真正達到了電能表的多功能化目的。(2)運用FF算法程序，由DSP處理器TMS320F2812實現了三相電信號的頻譜分析，最終計算出三相電的各次諧波含有率，從而方便用戶用來對電能汙染進行有效的評估。(3)建立了電能表的網絡化系統。(4)電壓測量精度達到O. I %，電流測量精度達到O. 3%.功率側量精度達到O. 5%。
圖I是三相電能表的系統總框圖。
具體實施方式目前的電能表實現方案主要有以下兩種第一種由專用電能計量晶片和一塊MCU完成；第二種由AD轉換器、DSP處理器和MCU來實現。第一種方案的實現方法如下經過前端互感器以及信號調理電路之後，信號進入專用電能計量晶片，由計量晶片來實現各項電能參數的測算，然後由MCU實現液晶顯示、遠程通訊等控制功能。它的優點是成本較低，缺點是專用計量晶片本身的計量精度不夠高，只能測算出諧波電能和基波電能，而無法求得各次諧波含有率，進行複雜的諧波分析。第二種方案的實現方法如下由AD轉換器實現信號的採樣、保持和轉換，由DSP處理器完成複雜的電能參數測算和諧波分析，MCU則用於完成其他控制功能，它的優點顯而易見，缺點是成本較高，開發難度較大，周期長。本實用新型兼取上述兩者的優點，組成了如圖I所示的一個雙CPU系統。如圖I所示，本實用新型的高精度三相電能表由左側的測量模塊I及右側的DSP模塊2組成，兩者通過串行外圍設備(SPI)總線連接。測量模塊I完成電壓、電流、功率等參數的計算和其他的控制功能；DSP模塊2運用FFT運算來進行複雜的諧波分析，完成諧波參數的計算。測量模塊I與DSP模塊2組成了如圖I所示的雙CPU系統。測量模塊I包括第一電流型電壓互感器11、第一電流互感器12、第一信號調理電路13、電能專用計量晶片14、MCU15、第一電源16及其他外圍模塊17。第一電流型電壓互感器11、第一電流互感器12均與第一信號調理電路13連接；第一信號調理電路13與電能專用計量晶片14連接；電能專用計量晶片14與MCU15連接；MCU15與其他外圍模塊17連接；第一電源16給MCU15供電。DSP模塊2包括第二電流型電壓互感器21、第二電流互感器22、第二信號調理電路23、DSP24、第二電源25。第二電流型電壓互感器21、第二電流互感器22均與第二信號調理電路23連接；第二信號調理電路23與DSP24連接；第二電源25給DSP24供電。測量模塊I中的電能專用計量晶片14優選採用珠海炬力公司生產的三相電能專用計量晶片ATT7022B完成各項電能參數的採集和運算，MCU15優選採用TI公司的超低功耗單片機MSP430F149或Freescale公司的MC9S12H128。電流型電壓互感器(PT)與電流互感器(CT)的作用是將大電壓、大電流轉化為ATT7022B測量範圍之內的小電壓信號，信號進過調理電路之後進入計量晶片進行模數轉換及數據的運算處理，然後通過通訊接口將各項電能數據傳遞給單片機，最終由單片機完成控制功能。ATT7022B本身還有電能脈衝輸出的功能，供校表和電能計量之用。DSP模塊2主要由互感器、信號調理電路、TMS320F2812處理器組成。互感器與信 號調理電路的作用與第一部分中起到的作用相同，TMS320F2812的作用是採用內部的AD轉換器完成信號的採樣保持和AD轉換，然後利用FFT算法對信號的頻譜數據進行計算。
權利要求1.一種高精度三相電能表，由測量模塊(I)及DSP模塊(2)組成，兩者通過SPI總線連接，其特徵在於，測量模塊(I)包括第一電流型電壓互感器(11)、第一電流互感器(12)、第一信號調理電路(13)、電能專用計量晶片(14)、MCU (15)及第一電源(16);第一電流型電壓互感器(11)、第一電流互感器(12)均與第一信號調理電路(13)連接；第一信號調理電路(13)與電能專用計量晶片(14)連接；電能專用計量晶片(14)與MCU (15)連接；第一電源(16)給MCU (15)供電；DSP模塊(2)包括第二電流型電壓互感器(21 )、第二電流互感器(22)、第二信號調理電路(23)、DSP (24)、第二電源(25);第二電流型電壓互感器(21)、第二電流互感器(22)均與第二信號調理電路(23)連接；第二信號調理電路(23)與DSP (24)連接，第二電源(25)給DSP (24)供電。
2.根據權利要求I所述的一種高精度三相電能表，其特徵是所述電能專用計量晶片(14)採用三相電能專用計量晶片ATT7022B。
3.根據權利要求I所述的一種高精度三相電能表，其特徵是MCU(15)採用超低功耗單片機 MSP430F149。
4.根據權利要求I所述的一種高精度三相電能表，其特徵是DSP(24)採用TMS320F2812。
專利摘要一種高精度三相電能表，由測量模塊及DSP模塊組成，兩者通過SPI總線連接。測量模塊包括第一電流型電壓互感器、第一電流互感器、第一信號調理電路、電能專用計量晶片、MCU、第一電源及其他外圍模塊。第一電流型電壓互感器、第一電流互感器均與第一信號調理電路連接；第一信號調理電路與電能專用計量晶片連接；電能計量晶片與MCU連接；MCU與其他外圍模塊連接；第一電源給MCU供電；DSP模塊包括第二電流型電壓互感器、第二電流互感器、第二信號調理電路、DSP、第二電源。第二電流型電壓互感器、第二電流互感器均與第二信號調理電路連接；第二信號調理電路與DSP連接，第二電源給DSP供電。具有高精度、多功能等特點，可以測量各次諧波含有率，進行電能汙染狀況分析。
文檔編號G01R22/06GK202649305SQ20122030809
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月28日 優先權日2012年6月28日
發明者徐斌, 古雄文, 劉巖 申請人:珠海派諾科技股份有限公司