專利名稱：智能一體式多功能電能表及其對(duì)負(fù)載的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電能計(jì)量領(lǐng)域，更特定言之，本發(fā)明涉及一種一體式多功能智能電能表，用于對(duì)電網(wǎng)用戶進(jìn)行用電量計(jì)量和負(fù)載控制。
背景技術(shù)：
通常意義上，電能表是一種連接于電網(wǎng)輸電線與電網(wǎng)用戶負(fù)載之間的電測(cè)量設(shè)備。例如，三相電能表是用于測(cè)量三相交流電路中電網(wǎng)電源輸出或負(fù)載消耗的電能。它的工作原理與單相電能表相同，只是在結(jié)構(gòu)上采用多組驅(qū)動(dòng)部件和固定在轉(zhuǎn)軸上的多個(gè)鋁盤的方式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)三相電能的測(cè)量。它由三個(gè)驅(qū)動(dòng)元件和裝在同一轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)鋁盤所組成，它的讀數(shù)直接反映了三相電網(wǎng)所消耗的電能。也有些三相電能表采用三組驅(qū)動(dòng)部件作用于同一鋁盤的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有體積小，重量輕，減小了摩擦力矩等優(yōu)點(diǎn)，有利于提高靈敏度和延長(zhǎng)使用壽命等。但由于多組電磁元件作用于同一個(gè)圓盤，其磁通和渦流的相互干擾不可避免地加大了。為此，必須采取補(bǔ)償措施，盡可能加大每組電磁元件之間的距離， 因此，轉(zhuǎn)盤的直徑相應(yīng)的要大一些。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，電能表已經(jīng)從原先的這種機(jī)械計(jì)度器測(cè)量方式轉(zhuǎn)變?yōu)楫?dāng)前的電子式計(jì)量方式，更出現(xiàn)了多種智能式的電子電能表。但是，當(dāng)前技術(shù)通過不斷的努力來解決智能電能表的測(cè)量精確度和實(shí)時(shí)性，以及通訊功能方面的缺陷，卻沒有一種電能表能夠?qū)τ脩糌?fù)載進(jìn)行合理監(jiān)控及有效控制，即電能表本身的功能性僅僅是在電測(cè)量功能范圍內(nèi)不斷改進(jìn)，這嚴(yán)格限制了電能表的功能擴(kuò)展，如果需要電測(cè)量?jī)x表——即電能表與負(fù)載之間有效的連接，勢(shì)必需要其他設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的監(jiān)控，特別是對(duì)于當(dāng)前用戶負(fù)載類型的不斷豐富以及電網(wǎng)的不斷復(fù)雜化，電能表的改進(jìn)不能及時(shí)有效，功能性因此受到限制。另一方面，電網(wǎng)用戶，尤其是民用電網(wǎng)用戶，其負(fù)載中的直流電計(jì)量仍沒有有效裝置及方法。因?yàn)橹绷麟姴煌诙嘞嘟涣麟姡划a(chǎn)生電磁交變量，因此無法利用常規(guī)電能表的感應(yīng)裝置進(jìn)行測(cè)量，更無法實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。尤其是對(duì)于大直流電，現(xiàn)有技術(shù)常采用分流方式進(jìn)行計(jì)量，但效果并不理想，且存在安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種智能一體式多功能電能表，它能夠?qū)﹄娋W(wǎng)用戶進(jìn)行用電量計(jì)量和負(fù)載控制。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種智能一體式多功能電能表，其技術(shù)特征在于它包括一個(gè)電能表本體，所述電能表本體上設(shè)有輸入接口、負(fù)載監(jiān)測(cè)端，輸入接口和負(fù)載監(jiān)測(cè)端分別被限定于電能表本體的兩個(gè)不同表面上，電網(wǎng)零線和火線接入輸入接口，若干個(gè)用戶負(fù)載接入所述負(fù)載監(jiān)測(cè)端，所述電能表本體上還設(shè)有I)設(shè)于輸入接口與負(fù)載監(jiān)測(cè)端之間的若干個(gè)傳輸連接配置；2)計(jì)量模塊，它包括取樣轉(zhuǎn)換電路、計(jì)量芯片、測(cè)試信息輸出單元、至少一個(gè)互感器、微處理機(jī)和存儲(chǔ)單元。其中互感器的副繞組連接至取樣轉(zhuǎn)換電路，計(jì)量芯片與取樣轉(zhuǎn)換電路耦合連接且通過測(cè)試信息輸出單元連接至微處理機(jī)，微處理機(jī)分別通信連接至顯示器和控制面板；3)斷路模塊，它包括開關(guān)、開關(guān)控制單元、控制閘和電流信息配置單元，開關(guān)控制單元與微處理機(jī)通信連接；4)傳輸端口，它與微處理機(jī)通信連接以傳輸微處理機(jī)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息；5)顯示器，它與微處理機(jī)通信連接以顯示所述數(shù)據(jù)信息；以及6)控制面板，它與微處理機(jī)通信連接，用以輸入功能控制信息。作為優(yōu)選，電流信息配置單元包括電流傳感器、電流比較裝置和數(shù)據(jù)處理器，電網(wǎng)電力線分別接入電流傳感器和電流比較裝置。電流傳感器、電流比較裝置與數(shù)據(jù)處理器依次連接，且所述數(shù)據(jù)處理器連接至微處理機(jī)。作為優(yōu)選，傳輸端口包括紅外通信端口、RS485通信端口、ZIGBEE通信端口和GPRS 通信端口。作為優(yōu)選，若干個(gè)傳輸連接配置包括輸入接口通過開關(guān)、互感器的主繞組連接至輸入接口。作為優(yōu)選，若干個(gè)傳輸連接配置包括電流信息配置單元、第一接觸端、第二接觸端與第三接觸端之間耦合連接。作為優(yōu)選，若干個(gè)傳輸連接配置包括開關(guān)、開關(guān)控制單元與控制閘之間耦合連接。作為優(yōu)選，本發(fā)明一體式多功能智能電能表對(duì)負(fù)載的控制方法包括步驟I)閉合控制閘以接通電網(wǎng)與負(fù)載；2)所述取樣轉(zhuǎn)換電路通過互感器及第一接觸端采集電流信號(hào)和電壓信號(hào)，所述電流信息配置單元通過第三接線端獲取電流信號(hào)。所述互感器對(duì)電網(wǎng)電力線的電流信號(hào)和電壓信號(hào)加以取樣，所得取樣信息隨后被傳輸給取樣轉(zhuǎn)換電路和計(jì)量芯片。同時(shí)電流信息配置單元通過第三接線端獲取電流信號(hào)； 3)所述取樣轉(zhuǎn)換電路對(duì)采集到的電流信號(hào)和電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并傳輸給計(jì)量芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)量芯片對(duì)得出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)并將其傳輸至測(cè)試信息輸出單元，取樣轉(zhuǎn)換電路將取樣所得電流和電壓模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息量，然后傳輸給計(jì)量芯片進(jìn)行計(jì)量數(shù)據(jù)計(jì)算和處理。所述計(jì)量芯片對(duì)所得數(shù)字信息量進(jìn)行計(jì)算得出電能值及相角。 所述計(jì)量芯片對(duì)得出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)并將其傳輸至測(cè)試信息輸出單元，所述測(cè)試信息輸出單元提取數(shù)據(jù)信息中的電流采集信息并將其傳輸至微處理機(jī)；4)所述電流信息配置單元將所獲得的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換處理為電流配置信息并傳輸至微處理機(jī)；5)所述微處理機(jī)根據(jù)電流配置信息和電流采集信息來測(cè)定輸出阻抗值和功率損耗值；6)所述微處理機(jī)將輸出阻抗值與一個(gè)預(yù)設(shè)阻抗閾值進(jìn)行比較，若所述輸出阻抗值超出預(yù)設(shè)阻抗閾值，則所述微處理機(jī)通過開關(guān)控制單元斷開斷路模塊，若所述輸出阻抗值未超出預(yù)設(shè)阻抗閾值，則所述微處理機(jī)進(jìn)一步判定功率損耗值是否超出一個(gè)預(yù)設(shè)功率閾值；7)若所述功率損耗值超出預(yù)設(shè)功率閾值，則所述微處理機(jī)判定負(fù)載類型并予以警示。這是通過微處理機(jī)和負(fù)載監(jiān)測(cè)端來實(shí)現(xiàn)的。所述監(jiān)測(cè)端包括多個(gè)負(fù)載傳感器和分線開
5關(guān)，這些負(fù)載傳感器能夠根據(jù)所述輸出阻抗值來判定哪條線路存在超負(fù)荷連接或非正常接通信息。所述分線開關(guān)斷開以將線路負(fù)載切斷電源，同時(shí)傳感器將信息反饋給微處理機(jī)，則所述微處理機(jī)將此信息記錄存儲(chǔ)于自身耦合的一個(gè)存儲(chǔ)單元中并通過傳輸端傳輸給遠(yuǎn)端主站服務(wù)器，同時(shí)在所述顯示器上顯示這些警示信息。若所述功率損耗值未超出預(yù)設(shè)功率閾值，則所述微處理機(jī)控制計(jì)量模塊進(jìn)行電能計(jì)量。作為優(yōu)選，在步驟5)中，所述輸出阻抗值是根據(jù)公式AR = U/(I「IS)得出，其中 U為計(jì)量模塊得出的電網(wǎng)電壓計(jì)量值，Ic為電流配置信息，Is為電流采集信息。作為優(yōu)選，在步驟5)中，所述功率損耗值是根據(jù)公式Σ AP = UX*I「UX*IS得出。 其中Ux為計(jì)量模塊得出的電網(wǎng)電壓計(jì)量值，Ic為電流配置信息，Is為電流采集信息。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在步驟6)中，當(dāng)輸出阻抗值大于預(yù)設(shè)阻抗閾值時(shí)，所述顯示器將顯示出一個(gè)反映第二狀態(tài)的可視化信息。更進(jìn)一步言之，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在步驟6)中，當(dāng)輸出阻抗值不大于預(yù)設(shè)阻抗閾值時(shí)，所述顯示器將顯示出一個(gè)反映第三狀態(tài)的可視化信息，如前述實(shí)施例所述， 斷路模塊未完全斷開。更進(jìn)一步言之，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在步驟7)中，當(dāng)功率損耗值不大于預(yù)設(shè)功率閾值時(shí)，所述顯示器將顯示出一個(gè)反映第一狀態(tài)的可視化信息。本發(fā)明的有益效果是顯而易見的I、提出一種新穎結(jié)構(gòu)的電能計(jì)量裝置，此裝置能夠在實(shí)現(xiàn)計(jì)量計(jì)費(fèi)功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶負(fù)載的控制；2、具有多個(gè)輸出端口，數(shù)據(jù)傳輸方式靈活；3、通過對(duì)電網(wǎng)用戶用電狀態(tài)的記錄和提示，可以使用戶或維護(hù)人員方便獲取這些數(shù)據(jù)信息，并能及時(shí)排除問題；4、使用安全，通過對(duì)開關(guān)的智能控制來降低使用風(fēng)險(xiǎn)。


以下將參照附圖來詳盡描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例及具體實(shí)施方式
，為了方便描述，僅繪示出主要組成所必需的模塊或器件，圖中的相同或相似標(biāo)記代表相同模塊或組件， 其中圖I為本發(fā)明一體式多功能單相電能表的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明一體式多功能單相電能表的原理組成示意圖；圖3為作為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的輸入接口與負(fù)載監(jiān)測(cè)端之間的一個(gè)傳輸連接配置的原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為作為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電流信息配置單元主要功能模塊的組成示意圖；圖5為進(jìn)一步詳細(xì)繪示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電流信息配置單元的電流比較裝置的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)DI，其中繪示出了基于本發(fā)明技術(shù)方案的一種單相電能表本體100的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖中可以體現(xiàn)出電能表的部分內(nèi)部限定結(jié)構(gòu)，為了表述方便，僅體現(xiàn)出電能表本體100的輸入接口 80、負(fù)載監(jiān)測(cè)端90以及斷路模塊10的限定結(jié)構(gòu)。在圖I中進(jìn)一步體現(xiàn)出斷路模塊10的一個(gè)控制閘12。電能表本體100的構(gòu)造、組成或形狀可以是多樣化的， 例如圓柱形或矩形，電能表本體100用于保護(hù)電能表內(nèi)部組件免受外界干擾，從而使得電能表可在戶外、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等條件下使用。從圖I中可以看出，作為本發(fā)明單相電能表本體100的第一優(yōu)選實(shí)施例，輸入接口 80設(shè)定于相斷路模塊10的下部，即電能表本體100下表面，而負(fù)載監(jiān)測(cè)端90設(shè)定于電能表本體100的上表面。電網(wǎng)零線N和火線L的進(jìn)線Nin、Lin和出線Ntjut、Lout通過輸入接口 80 電連接，而出線端通過負(fù)載監(jiān)測(cè)端90連接不同的用戶負(fù)載。當(dāng)然，作為第二優(yōu)選實(shí)施例，進(jìn)一步參照?qǐng)D1，本發(fā)明電能表本體100也可以是一種三相電能表，即可將電能表本體100的輸入接口 80全部設(shè)定為進(jìn)線端，而負(fù)載監(jiān)測(cè)端90 全部設(shè)定為出線端以連接用戶負(fù)載。所述第一優(yōu)選實(shí)施例僅僅是在一般情形下方便計(jì)量目的，而第二優(yōu)選實(shí)施例則可以用于三相三線電能表或三相四線電能表。應(yīng)當(dāng)了解的是，若將輸入接口 80和負(fù)載監(jiān)測(cè)端90分別限定于左側(cè)面和右側(cè)面上是同樣適用的。作為優(yōu)選，考慮到內(nèi)部線路設(shè)置和空間實(shí)用性意圖，優(yōu)選地將輸入接口 80和負(fù)載監(jiān)測(cè)端90設(shè)定于本體 100的兩個(gè)不同表面上。進(jìn)一步地，控制閘12可以是一個(gè)大電流拉閘開關(guān)，用于在用戶負(fù)載超負(fù)荷時(shí)切斷電網(wǎng)電力線，所述切斷方式將以本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例加以詳盡描述，它與斷路模塊10內(nèi)設(shè)定的開關(guān)10a、IObUOc之間的機(jī)械配合方式可以是現(xiàn)有技術(shù)中通用的開關(guān)配置，本文中不予贅述?，F(xiàn)參照?qǐng)D2，本發(fā)明一體式多功能三相電能表本體100進(jìn)一步限定了以下技術(shù)特征I)輸入接口 80與負(fù)載監(jiān)測(cè)端90之間的若干個(gè)傳輸連接配置；2)計(jì)量模塊20，它包括取樣轉(zhuǎn)換電路21、計(jì)量芯片22、測(cè)試信息輸出單元23、互感器27a、27b、27c、微處理機(jī)30和存儲(chǔ)單元40。其中互感器27a、27b、27c的副繞組連接至取樣轉(zhuǎn)換電路21，計(jì)量芯片22與取樣轉(zhuǎn)換電路21耦合連接且通過測(cè)試信息輸出單元23連接至微處理機(jī)30，微處理機(jī)30分別通信連接至顯示器50和控制面板70 ；3)斷路模塊10，它包括開關(guān)10a、10b、10c、開關(guān)控制單元11和電流信息配置單元 24。其中開關(guān)控制單元11與微處理機(jī)30通信連接；4)傳輸端口 60,它與微處理機(jī)30通信連接以傳輸微處理機(jī)30產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息；5)顯示器50，它與微處理機(jī)30通信連接以顯示這些數(shù)據(jù)信息；以及6)控制面板70，它與微處理機(jī)30通信連接，用以輸入功能控制信息。作為優(yōu)選，傳輸端口 60包括紅外通信端口、RS485通信端口、ZIGBEE通信端口和 GPRS通信端口中的至少一者或它們的組合。作為優(yōu)選，技術(shù)特征I)的若干個(gè)傳輸連接配置包括輸入接口 80通過開關(guān)10a、 10以10(3、互感器27&、2713、27。的主繞組連接至輸入接口 80。即三相電力線INa、INb和INc 接入輸入接口 80并直接從負(fù)載監(jiān)測(cè)端90接出，這種實(shí)施方式最為節(jié)省電能表本體100的內(nèi)部構(gòu)造和布線，可作為首選。當(dāng)然，基于本發(fā)明限定技術(shù)方案的其他實(shí)施例同樣適用。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，技術(shù)特征I)的若干個(gè)傳輸連接配置包括電流信息配置單元24、第一接觸端25a、25b、25c與第二接觸端26a、26b、26c之間耦合連接。圖3繪示出了這種傳輸連接配置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖視圖。如圖所示，以一個(gè)電力線為例，此傳輸連接配置主要由第一接觸端25a、第二接觸端26a和第三接觸端28a組成。其中，第一接觸端25a連接至斷路模塊10，第三接觸端28a連接至電流信息配置單元24，第一接觸端25a與第三接觸端28a并接，并延伸至第二接觸端26a中。為了達(dá)到有效電氣隔離，優(yōu)選在兩者之間嵌入一個(gè)電氣隔離層29。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，第二接觸端26a連接電網(wǎng)電力線INa， 第一接觸端25a與之連接，以通過斷路模塊10連接至計(jì)量模塊20，用以得到電流采集信息 Is，而第三接觸端28a與第二接觸端26a連接，用以使電流信息配置單元24采集到電流配置信息Ic。當(dāng)控制閘12閉合時(shí)，計(jì)量模塊20得出的電流采集信息Is和電流信息配置單元24 得出的電流配置信息Ic用于產(chǎn)生一個(gè)阻抗AR值，其符合公式(I)AR = U/(Ic-Is) (I)其中U為計(jì)量模塊20，尤其是DSP 22得出的電網(wǎng)電路的電壓計(jì)量值。隨后，微處理機(jī)30將該阻抗值R與一個(gè)預(yù)設(shè)閾值Rthed進(jìn)行比較。若所得R值是大于此閾值Rthed,則微處理機(jī)30將此作為一個(gè)事件加以識(shí)別。斷路模塊10的功率損耗可利用以下公式計(jì)算得出Σ Δ P = Ux · Ic-Ux · Is (2)其中X= {A，B，C，A，B，··}得出的Λ P值將與一個(gè)預(yù)設(shè)閾值Pthed進(jìn)行比較，以得出是否負(fù)載線路存在功率損耗?，F(xiàn)參照?qǐng)D4，電流信息配置單元24包括電流傳感器(CT) 241、電流比較裝置242和數(shù)據(jù)處理器243 (優(yōu)選為一個(gè)DSP)，電網(wǎng)電力線分別接入電流傳感器241和電流比較裝置 242，所述電流傳感器241、電流比較裝置242與數(shù)據(jù)處理器243依次連接，且所述數(shù)據(jù)處理器243連接至微處理機(jī)30。如圖所示，以單相電能表為例，電網(wǎng)電流Ia分別流入電流傳感器241和電流比較裝置242，電流比較裝置242將CT 241獲取的電流Ia和直接流入的電流 I進(jìn)行比較，并輸出一個(gè)數(shù)字電平信號(hào)Vqut給DSP 243。圖5中繪示出了本發(fā)明電流比較裝置242的優(yōu)選實(shí)施例，如圖所示，此電流比較裝置242設(shè)計(jì)為一個(gè)電流比較電路，為了簡(jiǎn)便繪示，僅顯示主要電路而略去其他電路，其中MOS管Μ1、Μ2、Μ3、Μ4和一個(gè)運(yùn)算放大器Al組成電流比較器。從圖中得知，電流信號(hào)Ia經(jīng)Ml和M2轉(zhuǎn)換為一個(gè)電壓信號(hào)\，電流信號(hào)I經(jīng)M3和 Μ4轉(zhuǎn)換為一個(gè)電壓信號(hào)V，然后運(yùn)算放大器Al對(duì)前級(jí)電流輸入級(jí)電路的Va和V信號(hào)進(jìn)行比較，乂4和V信號(hào)可互相作為參考信號(hào)。此前級(jí)電流輸入級(jí)電路被設(shè)計(jì)為一個(gè)電流鏡電路， 再參照?qǐng)D3，其中電流是Ia是經(jīng)過第三接觸端28a獲得，CT 241的作用在于獲取一個(gè)預(yù)定電流有效值I，且需要將這個(gè)I值與原IA值比較后得出一個(gè)電平信號(hào)，以使得DSP 243根據(jù)這個(gè)信號(hào)來決定是否輸出一個(gè)電流配置信號(hào)I。。再次參照?qǐng)D5，當(dāng)運(yùn)算放大器Al得出信號(hào)Vtot后，隨后連接一個(gè)鎖存器A2，并輸入一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)CLK以進(jìn)行鎖存和同步，并輸出給DSP 243。DSP 243根據(jù)此信號(hào)Vqut來進(jìn)行電網(wǎng)電流狀態(tài)的判定和數(shù)據(jù)處理，例如Vtot為高電平時(shí)輸出U言號(hào)，低電平時(shí)則DSP 243向微處理機(jī)30報(bào)錯(cuò)，則微處理機(jī)30會(huì)記錄此錯(cuò)誤信息并在顯示器50上提示出例如“連接錯(cuò)誤”的狀態(tài)提示，以進(jìn)行重新電路連接。
再參照?qǐng)D5，若Ia = I，則電路接通的情況下，正常工作時(shí)前級(jí)電流輸入級(jí)的MOS 管將處于飽和狀態(tài)，復(fù)位階段的M2和M4流入電流相等，即Va = V。則輸出的Vtot為復(fù)位信號(hào)。若Ia > I，則輸出的Vtot為高電平，若Ia < I，則輸出的Vot為低電平。即僅在Ia > I， Vout為高電平時(shí)，電流信號(hào)配置電路24輸出的為正確的I。信號(hào)。DSP 243中對(duì)應(yīng)于Vtm信號(hào)給出一個(gè)對(duì)應(yīng)的電壓值V。，則Ic = Vc/Rc (3)其中Rc = (Ra+R) / [ 1+ (GmJGm2) Ra+ (GM3+GM4) R] (4)公式⑷中的Ra和R分別為前級(jí)電流輸入級(jí)兩端的等效電阻，GM1、GM2、GM3和Gm4分別為MOS管的跨導(dǎo)，在電路正常的情形下，應(yīng)當(dāng)滿足Ra = R 1/(GM1+GM2) 1/(GM3+GM4) (5)作為優(yōu)選，技術(shù)特征I)的若干個(gè)傳輸連接配置包括開關(guān)10a、10b、10c、開關(guān)控制單元11與控制閘12之間的耦合連接。斷路模塊10具有至少一種狀態(tài)，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，其具有第一狀態(tài)、第二狀態(tài)和第三狀態(tài)。這三種狀態(tài)是通過微處理機(jī)30對(duì)開關(guān)控制單元11的信號(hào)控制來決定的，即開關(guān)控制單元11根據(jù)微處理機(jī)30給出的狀態(tài)邏輯信號(hào)對(duì)開關(guān)10a、10b、10c進(jìn)行通斷控制。更特定言之，在第一狀態(tài)下，開關(guān)10a、10b、10c閉合，從而接通用戶負(fù)載以提供電力。而在第二狀態(tài)下，開關(guān)10a、10b、10c斷開，從而停止對(duì)負(fù)載提供電力。第三狀態(tài)是一種較為特殊的狀態(tài)，其介于所述第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間，即開關(guān)處于“保護(hù)”狀態(tài)。例如，在用戶負(fù)載電路壓降較大或電能損耗較大時(shí)，對(duì)于某些負(fù)載而言，不能直接斷開電源，這樣可能對(duì)某些負(fù)載、尤其是例如帶有數(shù)據(jù)記憶功能的電器，需要電力緩沖時(shí)間，在此情形下，仍需要在一定時(shí)間內(nèi)保證正常通電。又例如，在負(fù)載超負(fù)荷時(shí)，在斷電時(shí)需要提供照明或指示信息用電時(shí)，不能直接斷開開關(guān)10a、10b、10c，因此需要一個(gè)中間狀態(tài)加以支持。開關(guān)控制單元11包括若干個(gè)電子指示器，這若干個(gè)指示器可包括多個(gè)門電路，將微處理機(jī)30的控制信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換以控制開關(guān)10a、10b、10c的通斷。例如，單元11對(duì)“第一狀態(tài)”、“第二狀態(tài)” 和“第三狀態(tài)”信號(hào)加以識(shí)別，從而進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。顯示器50可以是一個(gè)液晶顯示器，它與微處理機(jī)30通信連接并為用戶提供一種計(jì)量信息和狀態(tài)信息的可視化顯示。例如，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，顯示器50對(duì)電網(wǎng)用戶的用電計(jì)量信息進(jìn)行可視化顯示。在一個(gè)三相智能電能表正常工作的情形下，再參照?qǐng)D2和圖3，開關(guān)10a、IObUOc閉合，則第一接觸端25a、25b、25c直接連接至互感器27a、 27b、27c主繞組，互感器27a、27b、27c對(duì)電網(wǎng)電力線中的電流信號(hào)和電壓信號(hào)加以取樣，信息隨后傳輸給相互耦合的取樣轉(zhuǎn)換電路21和計(jì)量芯片22，取樣轉(zhuǎn)換電路21可包括多個(gè)A/ D轉(zhuǎn)換芯片，將取樣所得電流和電壓模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息量Ix和Ux，然后傳輸給計(jì)量芯片 22進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理。計(jì)量芯片22可以是一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，例如ADE7755 等芯片，它對(duì)數(shù)字信息量Ux進(jìn)行計(jì)算以得出電能值及例如三相電流和三相電壓相角 φX值(以三相四線電能表為例)P = Ua · IA+UB · IB+UC · Ic (6)隨后，DSP 22將此信息傳輸給微處理機(jī)30。微處理機(jī)30對(duì)公式(6)得出的P值進(jìn)行處理，并根據(jù)三相電流電壓相角φΑ、φΒ、φ C得出例如有功功率、視在功率、增益系數(shù)等參數(shù)，對(duì)于某些智能多相電能表，還可以按照儀表預(yù)設(shè)功能實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì)量計(jì)費(fèi)、費(fèi)率控制等數(shù)據(jù)，以通過傳輸端60傳輸給終端主站服務(wù)器，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)傳輸給顯示器50加以顯示。應(yīng)當(dāng)注意的是，在電能表正常工作時(shí)，測(cè)試信號(hào)輸出單元23保持連接，但不實(shí)現(xiàn)其功能，僅在需要對(duì)用戶負(fù)載進(jìn)行控制時(shí)才能對(duì)數(shù)字信息量Ix進(jìn)行提取。同時(shí)，微處理機(jī)30將三種電路狀態(tài)傳輸給顯示器50加以顯示。例如，第一狀態(tài)顯示為“正?！?，第二狀態(tài)顯示為“停電”，而第三狀態(tài)顯示為“負(fù)載保護(hù)”，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的智能一體式多功能電能表，對(duì)負(fù)載的控制方法包括步驟I)閉合控制閘12以接通電網(wǎng)與負(fù)載。一般情形下，電網(wǎng)用戶可通過手動(dòng)開啟控制閘12來接通回路。例如向上推動(dòng)控制閘12即可控制開關(guān)10a、10b、10c接通電路，以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶負(fù)載的供電。應(yīng)當(dāng)了解的是，這僅僅是本發(fā)明實(shí)施例的一種技術(shù)手段，作為優(yōu)選，可省略控制閘12或設(shè)定于本體100內(nèi)部， 因?yàn)樾枰紤]到可能出現(xiàn)的若干問題，例如控制閘12元件本身的材料組成是否易于推動(dòng)， 又例如在電網(wǎng)壓降較低的情形下是否會(huì)出現(xiàn)控制閘無法正常閉合，即無法卡合的情況。因此這種控制閘12實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員的實(shí)施作業(yè)要求較高，即需要的拉合閘元件材料需要合乎要求，但此實(shí)施例卻可作為一種新穎的技術(shù)方法。2)取樣轉(zhuǎn)換電路21通過互感器27a、27b、27c及第一接觸端25a、25b、25c采集電流信號(hào)和電壓信號(hào)，如圖2所示，互感器27a、27b、27c對(duì)電網(wǎng)電力線的電流信號(hào)和電壓信號(hào)加以取樣，取樣信息隨后傳輸給相互稱合的取樣轉(zhuǎn)換電路21和計(jì)量芯片22。同時(shí)電流信息配置單元24通過第三接線端28a、28b、28c獲取電流信號(hào)。3)取樣轉(zhuǎn)換電路21對(duì)采集到的電流信號(hào)和電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并傳輸給計(jì)量芯片22進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，DSP 22對(duì)得出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)并將其傳輸至測(cè)試信息輸出單元23，如圖2所示，取樣轉(zhuǎn)換電路21可包括多個(gè)A/D轉(zhuǎn)換芯片，將取樣所得電流和電壓模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息量I5^PUx，然后傳輸給DSP 22進(jìn)行計(jì)量數(shù)據(jù)計(jì)算和處理。DSP 22對(duì)數(shù)字信息量Ix和Ux進(jìn)行計(jì)算得出電能值P = Σ Ux · Ix{X = A，B，C，· · · }及相角φ X值。測(cè)試信息輸出單元23提取數(shù)據(jù)信息中的電流采集信息Is并將其傳輸至微處理機(jī)30。4)電流信息配置單元24將所獲得的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換處理為電流配置信息Ic并傳輸至微處理機(jī)30。5)微處理機(jī)30根據(jù)電流配置信息I。和電流采集信息Is來按照公式AR = U/ (Ic-Is)得出輸出阻抗值A(chǔ)R，且根據(jù)Σ ΔΡ = Ux- Ic-Ux · Is得出功率損耗值Λ P。6)所述微處理機(jī)30將輸出阻抗值Δ R與一個(gè)預(yù)設(shè)阻抗閾值Rthed進(jìn)行比較,若輸出阻抗值A(chǔ)R大于預(yù)設(shè)阻抗閾值Rthed，則微處理機(jī)30通過開關(guān)控制單元11斷開斷路模塊 10，若輸出阻抗值Λ R不大于預(yù)設(shè)阻抗閾值Rthed，則微處理機(jī)30進(jìn)一步判定功率損耗值Λ P 是否超出一個(gè)預(yù)設(shè)功率閾值PTHED。7)若功率損耗值Λ P超出預(yù)設(shè)功率閾值Pthed,則微處理機(jī)30判定負(fù)載類型，并將數(shù)據(jù)信息通過顯示器50加以顯示，即顯示用戶電器類別名稱并予以警示。這主要是通過微處理機(jī)30和負(fù)載監(jiān)測(cè)端90來實(shí)現(xiàn)的，監(jiān)測(cè)端90包括多個(gè)負(fù)載傳感器和分線開關(guān)(圖2中未繪示)，這些負(fù)載傳感器能夠根據(jù)前文所述的輸出阻抗值A(chǔ)R來判定哪條線路存在例如 “超負(fù)荷連接”或“非正常接通”等信息，分線開關(guān)斷開以將線路負(fù)載切斷電源，同時(shí)傳感器將信息反饋給微處理機(jī)30，則微處理機(jī)30將此信息記錄存儲(chǔ)于自身耦合的一個(gè)存儲(chǔ)單元， (例如FLASH或EEPR0M)中并通過傳輸端60傳輸給遠(yuǎn)端主站服務(wù)器，同時(shí)在顯示器50上顯示這些警示信息，例如“空調(diào)——超負(fù)荷連接”等。用戶在得知這些警示信息時(shí)將進(jìn)行相應(yīng)處理。若所述功率損耗值△ P未超出預(yù)設(shè)功率閾值Pthed,則微處理機(jī)30控制計(jì)量模塊20 進(jìn)行電能計(jì)量。更進(jìn)一步言之，按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，在步驟6)中，當(dāng)輸出阻抗值A(chǔ)R大于預(yù)設(shè)阻抗閾值Rthed時(shí)，顯示器50將顯示出一個(gè)反映第二狀態(tài)的可視化信息“停電”。更進(jìn)一步言之，按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，在步驟6)中，當(dāng)輸出阻抗值A(chǔ)R不大于預(yù)設(shè)阻抗閾值Rthed時(shí)，顯示器50將顯示出一個(gè)反映第三狀態(tài)的可視化信息“負(fù)載保護(hù)”，如前述實(shí)施例，此時(shí)為分線斷路狀態(tài)，因此斷路模塊未完全斷開。更進(jìn)一步言之，按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，在步驟7)中，當(dāng)功率損耗值ΛΡ不大于預(yù)設(shè)功率閾值Pthed時(shí)，顯示器50將顯示出一個(gè)反映第一狀態(tài)的可視化信息“正常”。另外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，控制面板70優(yōu)選為一個(gè)鍵盤控制板或觸控板， 通過控制板70可進(jìn)行歷史非正常用電記錄信息瀏覽，或在用戶負(fù)載被切斷電源時(shí)重新合閘開關(guān)。同時(shí)，對(duì)于多功能智能電能表而言，可通過控制面板70來獲取例如多費(fèi)率、分時(shí)段用電計(jì)量信息。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制。前述實(shí)施例中的“一個(gè)”、“一種”等數(shù)量詞并非是將功能模塊或元件限定為單個(gè)，其僅為一種整體性描述。 而前述優(yōu)選方法并非限定為所述步驟。應(yīng)當(dāng)理解，一切基于本發(fā)明所作出的修改、變化或替代,均應(yīng)涵蓋于本發(fā)明所主張的技術(shù)范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1.智能一體式多功能電能表，用于對(duì)電網(wǎng)用戶進(jìn)行用電量計(jì)量和負(fù)載控制，其特征在于它包括一個(gè)電能表本體(100),所述電能表本體(100)上設(shè)有輸入接口(80)、負(fù)載監(jiān)測(cè)端(90)，所述輸入接口(80)和負(fù)載監(jiān)測(cè)端(90)分別被限定于電能表本體(100)的兩個(gè)不同表面上，電網(wǎng)零線和火線接入輸入接口(80)，若干個(gè)用戶負(fù)載接入所述負(fù)載監(jiān)測(cè)端 (90)，所述電能表本體(100)上還設(shè)有設(shè)于輸入接口(80)與負(fù)載監(jiān)測(cè)端(90)之間的若干個(gè)傳輸連接配置；計(jì)量模塊(20)，它包括取樣轉(zhuǎn)換電路(21)、計(jì)量芯片(22)、測(cè)試信息輸出單元(23)、互感器(27a，27b，27c)、微處理機(jī)(30)和存儲(chǔ)單元(40)，所述互感器(27a，27b，27c)副繞組連接至取樣轉(zhuǎn)換電路(21)，所述計(jì)量芯片(22)與取樣轉(zhuǎn)換電路(21)耦合連接且通過測(cè)試信息輸出單元(23)連接至微處理機(jī)(30)，所述微處理機(jī)(30)分別通信連接至顯示器(50) 和控制面板(70);斷路模塊(10)，它包括開關(guān)(10a，10b，10c)、開關(guān)控制單元(11)、控制閘 (12)和電流信息配置單元(24)，所述開關(guān)控制單元(11)與微處理機(jī)(30)通信連接；傳輸端口(60)，它與微處理機(jī)(30)通信連接以傳輸微處理機(jī)(30)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息；顯示器(50)，它與微處理機(jī)(30)通信連接以顯示所述數(shù)據(jù)信息；以及控制面板(70)， 它與微處理機(jī)(30)通信連接，用以輸入功能控制信息。
2.如權(quán)利要求I所述的智能一體式多功能電能表，其特征在于所述傳輸端口(60)包括紅外通信端口、RS485通信端口、ZIGBEE通信端口和GPRS通信端口。
3.如權(quán)利要求I所述的智能一體式多功能電能表，其特征在于所述電流信息配置單元(24)包括電流傳感器(241)、電流比較裝置(242)和數(shù)據(jù)處理器(243)，電網(wǎng)電力線分別接入電流傳感器(241)和電流比較裝置(242)，所述電流傳感器(241)、電流比較裝置(242) 與數(shù)據(jù)處理器(243)依次連接，且所述數(shù)據(jù)處理器(243)連接至微處理機(jī)(30)。
4.如權(quán)利要求I所述的智能一體式多功能電能表，其特征在于所述若干個(gè)傳輸連接配置包括輸入接口(80)通過開關(guān)(10a，10b，10c)、互感器(27a，27b，27c)主繞組連接至輸入接口(80)。
5.如權(quán)利要求I所述的智能一體式多功能電能表，其特征在于所述若干個(gè)傳輸連接配置包括電流信息配置單元(24)、第一接觸端(25a，25b，25c)、第二接觸端(26a，26b，26c) 與第三接觸端(28a，28b，28c)之間耦合連接。
6.如權(quán)利要求I所述的智能一體式多功能電能表，其特征在于所述若干個(gè)傳輸連接配置包括開關(guān)(10a，10b，10c)、開關(guān)控制單元(11)與控制閘(12)之間耦合連接。
7.如權(quán)利要求I所述的智能一體式多功能電能表，其特征在于對(duì)負(fù)載的控制方法包括步驟1)閉合控制閘(12)以接通電網(wǎng)與負(fù)載；2)所述取樣轉(zhuǎn)換電路(21)通過互感器(27a,27b, 27c)及第一接觸端(25a, 25b, 25c) 采集電流信號(hào)和電壓信號(hào)，所述電流信息配置單元(24)通過第三接線端(28a，28b，28c)獲取電流號(hào)；3)所述取樣轉(zhuǎn)換電路(21)對(duì)采集到的電流信號(hào)和電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并傳輸給計(jì)量芯片(22)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，所述計(jì)量芯片(22)對(duì)得出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)并將其傳輸至測(cè)試信息輸出單元(23)，所述測(cè)試信息輸出單元(23)提取數(shù)據(jù)信息中的電流采集信息并將其傳輸至微處理機(jī)(30)；4)所述電流信息配置單元(24)將所獲得的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換處理為電流配置信息并傳輸至微處理機(jī)(30)；5)所述微處理機(jī)(30)根據(jù)電流配置信息和電流采集信息來測(cè)定輸出阻抗值和功率損耗值；6)所述微處理機(jī)(30)將輸出阻抗值與一個(gè)預(yù)設(shè)阻抗閾值進(jìn)行比較，若所述輸出阻抗值超出預(yù)設(shè)阻抗閾值，則所述微處理機(jī)(30)通過開關(guān)控制單元(11)斷開斷路模塊(10)，若所述輸出阻抗值未超出預(yù)設(shè)阻抗閾值，則所述微處理機(jī)(30)進(jìn)一步判定功率損耗值是否超出一個(gè)預(yù)設(shè)功率閾值；7)若所述功率損耗值超出預(yù)設(shè)功率閾值，則所述微處理機(jī)(30)判定負(fù)載類型，若所述功率損耗值未超出預(yù)設(shè)功率閾值，則所述微處理機(jī)(30)控制計(jì)量模塊(20)進(jìn)行電能計(jì)量。
8.如權(quán)利要求7所述的智能一體式多功能電能表，其特征在于在步驟5)中，所述輸出阻抗值是根據(jù)公式AR = U/(Ic-Is)得出。
9.如權(quán)利要求7所述的智能一體式多功能電能表，其特征在于在步驟5)中，所述功率損耗值是根據(jù)公式Σ ΔΡ = Ux* Ic-Ux · Is得出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能一體式多功能電能表，包括一個(gè)電能表本體，所述電能表本體上設(shè)有輸入接口、負(fù)載監(jiān)測(cè)端，輸入接口和負(fù)載監(jiān)測(cè)端分別被限定于電能表本體的兩個(gè)不同表面上，電網(wǎng)零線和火線接入輸入接口，若干個(gè)用戶負(fù)載接入所述負(fù)載監(jiān)測(cè)端，所述電能表本體上還設(shè)有設(shè)于輸入接口與負(fù)載監(jiān)測(cè)端之間的若干個(gè)傳輸連接配置、計(jì)量模塊、斷路模塊、傳輸端口、顯示器以及控制面板。本發(fā)明能夠在實(shí)現(xiàn)計(jì)量計(jì)費(fèi)功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶負(fù)載的控制，具有多個(gè)輸出端口，數(shù)據(jù)傳輸方式靈活，可以使用戶或維護(hù)人員方便獲取這些數(shù)據(jù)信息，并能及時(shí)排除問題。本發(fā)明還公開了該智能一體式多功能電能表對(duì)負(fù)載的控制方法。
文檔編號(hào)G01R27/02GK102590610SQ20121004513
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者于峰, 宋錫強(qiáng), 徐鶴還, 李志 , 王洪劍 申請(qǐng)人:華立儀表集團(tuán)股份有限公司