專利名稱：高精度三相電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)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(shù)：
在我國，正常情況下，電網(wǎng)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(yīng)用日趨廣泛，各類工農(nóng)業(yè)部門大量使用了很多非線性、沖擊性的負(fù)載，這使得原本規(guī)則的電力波形發(fā)生了嚴(yán)重的畸變，極大地污染了電網(wǎng)，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生了惡劣的影響，威脅著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn) 定運(yùn)行。為了提高電能的有效利用率，對(duì)電力系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析，及早的發(fā)現(xiàn)和治理諧波污染現(xiàn)象，保持電網(wǎng)在一個(gè)良好的電能狀況下運(yùn)行就成為當(dāng)今迫切需要解決的問題。為了解決這個(gè)問題，最合理的做法就是研制一種可以很好實(shí)現(xiàn)電能監(jiān)測(cè)與質(zhì)量分析功能的智能化電力側(cè)量儀表。有了這種儀表之后，工農(nóng)業(yè)部門可以隨時(shí)了解自己的用電情況，電力部門也可以通過這些數(shù)據(jù)來判定哪一個(gè)部門對(duì)電網(wǎng)的污染嚴(yán)重，從而采取相應(yīng)時(shí)懲罰措施。在用電過程當(dāng)中，如果每天的各個(gè)時(shí)段電價(jià)都一樣的話，人們往往不考慮何時(shí)用電這個(gè)問題，這樣帶來的后果就是用電高峰時(shí)電力供應(yīng)不足，用電低谷時(shí)電力供應(yīng)過剩，不利于發(fā)電廠的電力生產(chǎn)，也不利于人們的日常應(yīng)用.為解決這個(gè)問題，國家出臺(tái)了“削峰平谷”的電價(jià)計(jì)費(fèi)政策，把一天分為尖、峰、平、谷四個(gè)費(fèi)率，分時(shí)段對(duì)電能進(jìn)行累積和計(jì)費(fèi)，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(duì)于電能表來講，為解決這個(gè)問題就需要增加復(fù)費(fèi)率統(tǒng)計(jì)的功能.提高電能計(jì)量精度、增強(qiáng)電能表功能的技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今電能表行業(yè)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。當(dāng)前，電力生產(chǎn)部門、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等部門都需要用到多功能電能表，它對(duì)電能計(jì)量管理、電能質(zhì)量監(jiān)控等有著巨大的作用。設(shè)計(jì)一種性能穩(wěn)定、成本低、多功能、高精度的復(fù)費(fèi)率電能表對(duì)我國電力事業(yè)的發(fā)展有著很強(qiáng)的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供了一種高精度三相電能表，由測(cè)量模塊及DSP模塊組成，兩者通過SPI總線連接。測(cè)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(hào)調(diào)理電路、電能專用計(jì)量芯片、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(hào)調(diào)理電路連接；第一信號(hào)調(diào)理電路與電能專用計(jì)量芯片連接；電能計(jì)量芯片與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(hào)調(diào)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(hào)調(diào)理電路連接，第二信號(hào)調(diào)理電路與DSP連接；第二電源給DSP供電。電能專用計(jì)量芯片采用三相電能專用計(jì)量芯片ATT7022B ;MCU采用超低功耗單片機(jī)MSP430F149，或者M(jìn)C9S12H128 ;DSP采用TMS320F2812。其主要取得的技術(shù)效果有以下幾個(gè)方面[0007](I)由三相電能專用計(jì)量芯片ATT7022B及其外圍電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(shù)的計(jì)量。單片機(jī)MSP430F149或MC9S12H128完成了液晶顯示、按鍵控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程通信等控制功能。真正達(dá)到了電能表的多功能化目的。(2)運(yùn)用FF算法程序，由DSP處理器TMS320F2812實(shí)現(xiàn)了三相電信號(hào)的頻譜分析，最終計(jì)算出三相電的各次諧波含有率，從而方便用戶用來對(duì)電能污染進(jìn)行有效的評(píng)估。(3)建立了電能表的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。(4)電壓測(cè)量精度達(dá)到O. I %，電流測(cè)量精度達(dá)到O. 3%.功率側(cè)量精度達(dá)到O. 5%。
圖I是三相電能表的系統(tǒng)總框圖。
具體實(shí)施方式目前的電能表實(shí)現(xiàn)方案主要有以下兩種第一種由專用電能計(jì)量芯片和一塊MCU完成；第二種由AD轉(zhuǎn)換器、DSP處理器和MCU來實(shí)現(xiàn)。第一種方案的實(shí)現(xiàn)方法如下經(jīng)過前端互感器以及信號(hào)調(diào)理電路之后，信號(hào)進(jìn)入專用電能計(jì)量芯片，由計(jì)量芯片來實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)電能參數(shù)的測(cè)算，然后由MCU實(shí)現(xiàn)液晶顯示、遠(yuǎn)程通訊等控制功能。它的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，缺點(diǎn)是專用計(jì)量芯片本身的計(jì)量精度不夠高，只能測(cè)算出諧波電能和基波電能，而無法求得各次諧波含有率，進(jìn)行復(fù)雜的諧波分析。第二種方案的實(shí)現(xiàn)方法如下由AD轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采樣、保持和轉(zhuǎn)換，由DSP處理器完成復(fù)雜的電能參數(shù)測(cè)算和諧波分析，MCU則用于完成其他控制功能，它的優(yōu)點(diǎn)顯而易見，缺點(diǎn)是成本較高，開發(fā)難度較大，周期長。本實(shí)用新型兼取上述兩者的優(yōu)點(diǎn)，組成了如圖I所示的一個(gè)雙CPU系統(tǒng)。如圖I所示，本實(shí)用新型的高精度三相電能表由左側(cè)的測(cè)量模塊I及右側(cè)的DSP模塊2組成，兩者通過串行外圍設(shè)備(SPI)總線連接。測(cè)量模塊I完成電壓、電流、功率等參數(shù)的計(jì)算和其他的控制功能；DSP模塊2運(yùn)用FFT運(yùn)算來進(jìn)行復(fù)雜的諧波分析，完成諧波參數(shù)的計(jì)算。測(cè)量模塊I與DSP模塊2組成了如圖I所示的雙CPU系統(tǒng)。測(cè)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(hào)調(diào)理電路13、電能專用計(jì)量芯片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(hào)調(diào)理電路13連接；第一信號(hào)調(diào)理電路13與電能專用計(jì)量芯片14連接；電能專用計(jì)量芯片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(hào)調(diào)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(hào)調(diào)理電路23連接；第二信號(hào)調(diào)理電路23與DSP24連接；第二電源25給DSP24供電。測(cè)量模塊I中的電能專用計(jì)量芯片14優(yōu)選采用珠海炬力公司生產(chǎn)的三相電能專用計(jì)量芯片ATT7022B完成各項(xiàng)電能參數(shù)的采集和運(yùn)算，MCU15優(yōu)選采用TI公司的超低功耗單片機(jī)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(zhuǎn)化為ATT7022B測(cè)量范圍之內(nèi)的小電壓信號(hào)，信號(hào)進(jìn)過調(diào)理電路之后進(jìn)入計(jì)量芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，然后通過通訊接口將各項(xiàng)電能數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)，最終由單片機(jī)完成控制功能。ATT7022B本身還有電能脈沖輸出的功能，供校表和電能計(jì)量之用。DSP模塊2主要由互感器、信號(hào)調(diào)理電路、TMS320F2812處理器組成。互感器與信 號(hào)調(diào)理電路的作用與第一部分中起到的作用相同，TMS320F2812的作用是采用內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換器完成信號(hào)的采樣保持和AD轉(zhuǎn)換，然后利用FFT算法對(duì)信號(hào)的頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。
權(quán)利要求1.一種高精度三相電能表，由測(cè)量模塊(I)及DSP模塊(2)組成，兩者通過SPI總線連接，其特征在于，測(cè)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(hào)調(diào)理電路(13)、電能專用計(jì)量芯片(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(hào)調(diào)理電路(13)連接；第一信號(hào)調(diào)理電路(13)與電能專用計(jì)量芯片(14)連接；電能專用計(jì)量芯片(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(hào)調(diào)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(hào)調(diào)理電路(23)連接；第二信號(hào)調(diào)理電路(23)與DSP (24)連接，第二電源(25)給DSP (24)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高精度三相電能表，其特征是所述電能專用計(jì)量芯片(14)采用三相電能專用計(jì)量芯片ATT7022B。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高精度三相電能表，其特征是MCU(15)采用超低功耗單片機(jī) MSP430F149。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高精度三相電能表，其特征是DSP(24)采用TMS320F2812。
專利摘要一種高精度三相電能表，由測(cè)量模塊及DSP模塊組成，兩者通過SPI總線連接。測(cè)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(hào)調(diào)理電路、電能專用計(jì)量芯片、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(hào)調(diào)理電路連接；第一信號(hào)調(diào)理電路與電能專用計(jì)量芯片連接；電能計(jì)量芯片與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(hào)調(diào)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(hào)調(diào)理電路連接；第二信號(hào)調(diào)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(diǎn)，可以測(cè)量各次諧波含有率，進(jìn)行電能污染狀況分析。
文檔編號(hào)G01R22/06GK202649305SQ20122030809
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者徐斌, 古雄文, 劉巖 申請(qǐng)人:珠海派諾科技股份有限公司