本發(fā)明屬于高壓電能表技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三相四線制高壓電能表及測量方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的高壓電能計(jì)量方案為傳統(tǒng)電磁式電壓互感器（pt）和電流互感器（ct）以及三相多功能電能表共同組成高壓計(jì)量箱或者高壓計(jì)量柜實(shí)現(xiàn)高壓電能計(jì)量。也有采用三相三線方式實(shí)現(xiàn)的高壓直接電能計(jì)量技術(shù)系統(tǒng)。在高壓電能計(jì)量領(lǐng)域，計(jì)量系統(tǒng)的整體誤差定義、小型化、數(shù)字化、低能耗、防竊電是主要的發(fā)展方向。

傳統(tǒng)方案：采用兩組高壓ct、兩組高壓pt和三相多功能電能表組成高壓計(jì)量系統(tǒng)。如附圖1所示。

如附圖2所示，高壓電能表采用三相三線制兩元件法進(jìn)行測量，在a-b相間和c-b相間安裝高壓分壓器，a相和c相上均安裝有低功耗電流互感器和高壓單相電能計(jì)量單元。b相電能綜合單元實(shí)時(shí)累加出三相總的電量數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)費(fèi)率、需量等多功能信息管理。其缺陷在于：

1）、針對(duì)電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地系統(tǒng)或者小電阻接地，完全不能保證計(jì)量準(zhǔn)確性。即使是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，電網(wǎng)也大多采用了消弧線圈接地，只要電網(wǎng)有接地保護(hù)的時(shí)候，計(jì)量功能將不再滿足基本準(zhǔn)確度等級(jí)要求。

2）、除去接地方式導(dǎo)致上述技術(shù)方案不能正常適用之外。在35kv及以上電壓等級(jí)下，由于電氣絕緣距離的加大，產(chǎn)品要做成一體化整體結(jié)構(gòu)，上述技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的裝置系統(tǒng)將異常龐大，不方便安裝，并且不具有經(jīng)濟(jì)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種基于單相高壓直接計(jì)量組件的三相四線制高壓電能表及測量方法。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，包括高壓直接計(jì)量組件、三相電能綜合單元，所述的高壓直接計(jì)量組件由a相高壓直接計(jì)量組件、b相高壓直接計(jì)量組件、c相高壓直接計(jì)量組件組成，且a相高壓直接計(jì)量組件與電能表的a相連接、b相高壓直接計(jì)量組件與電能表的b相連接、c相高壓直接計(jì)量組件與電能表中的c相連接，并完成單相的電量測量和電能計(jì)量；所述的三相電能綜合單元與a相高壓直接計(jì)量組件、b相高壓直接計(jì)量組件、c相高壓直接計(jì)量組件相連接，并實(shí)時(shí)采集各組件的電量數(shù)據(jù)和電能數(shù)據(jù)。

作為優(yōu)選，所述的三相電能綜合單元與a相高壓直接計(jì)量組件、b相高壓直接計(jì)量組件、c相高壓直接計(jì)量組件之間采用通訊信道方式相連接，在需要考慮高壓電氣隔離的應(yīng)用場合采用光纖通信或者無線通信方式，在無需考慮電氣隔離的應(yīng)用場合則采用任意形式通訊信道。

作為優(yōu)選，所述的通訊信道的鏈路方式為三相電能綜合單元為主站，a、b、c三相高壓直接計(jì)量組件各組件為從站的主-從結(jié)構(gòu)的半雙工通信方式。

作為優(yōu)選，所述的高壓直接計(jì)量組件包括電子式電流互感器、電子式電壓互感器、單相高壓計(jì)量單元、等電位供電單元；其中，電子式電流互感器采用lpct或者rogowski線圈，其二次接口與單相高壓計(jì)量單元的接口相連接；電子式電壓互感器采用電阻分壓器、電容分壓器或者阻容分壓器，其二次接口所輸出的u1測量信號(hào)接入在單相高壓計(jì)量單元的接口，所輸出的u2供電輸出接入在等電位供電單元內(nèi)；單相高壓計(jì)量單元所輸出的u3供電輸出接入在等電位供電單元內(nèi)。

作為優(yōu)選，所述的單相高壓計(jì)量單元包括mcu主控芯片、及分別與mcu主控芯片相連接計(jì)量芯片、存儲(chǔ)芯片、時(shí)鐘芯片、通訊模塊、硬件看門狗、脈沖輸出光電口。

作為優(yōu)選，所述的三相電能綜合單元包括用于連接a相、b相、c相高壓直接計(jì)量組件的串口，主控mcu，上行串口，脈沖輸出口，以及依據(jù)實(shí)際需要配置的液晶顯示、gprs/4g通訊、按鍵的輔助功能部件。

一種采用如上述的的三相四線制高壓電能表的測量方法，該測量方法包括如下步驟：

1）、a相高壓直接計(jì)量組件、b相高壓直接計(jì)量組件、c相高壓直接計(jì)量組件分別完成電能表中的a、b、c三相的電量采集，并通過mcu主控芯片實(shí)時(shí)發(fā)送a、b、c三相的電量請(qǐng)求幀；

2）、三相電能綜合單元實(shí)時(shí)接收對(duì)應(yīng)該請(qǐng)求幀的a、b、c三相電量數(shù)據(jù)包，獲取a、b、c三相的電壓、電流、功率、功率因數(shù)、時(shí)間段內(nèi)的電能，解包成功后做好上一包讀取狀態(tài)正常的記錄字；

3）、三相電能綜合單元針對(duì)實(shí)時(shí)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算，包括a、b、c三相總的有功、無功電能量計(jì)算，a、b、c三相總的功率、總功率因數(shù)的計(jì)算。

作為優(yōu)選，所述的mcu主控芯片檢測到上一包讀取狀態(tài)字為不正常讀取狀態(tài)，則在下一次發(fā)送電量請(qǐng)求幀的時(shí)候，控制碼為數(shù)據(jù)項(xiàng)需更新的請(qǐng)求命令，數(shù)據(jù)項(xiàng)更新的方法為瞬時(shí)量數(shù)據(jù)用新的數(shù)據(jù)，累加電量數(shù)據(jù)進(jìn)行累加。

作為優(yōu)選，所述的三相電能綜合單元與a相、b相、c相高壓直接計(jì)量組件之間的累加電量數(shù)據(jù)發(fā)送頻率采用兩個(gè)電量累加數(shù)據(jù)傳送的時(shí)間間隔進(jìn)行設(shè)定。

本發(fā)明的有益效果為：

1、本方法適用于10kv及以上各類電壓等級(jí)各類電網(wǎng)系統(tǒng)接地運(yùn)行方式下的計(jì)量；傳統(tǒng)的三相三線計(jì)量方式不適用于中性點(diǎn)非絕緣系統(tǒng)，由于不能保證三相電流之和（即：零序電流）一直為零，計(jì)量方法在理論上不能成立，同時(shí)，更高電壓等級(jí)下，各相之間的電氣距離變得更大，三相三線計(jì)量需要跨相間進(jìn)行電壓采樣，這是難以實(shí)現(xiàn)的，本方法因而具有廣泛應(yīng)用價(jià)值；

2、在輸變電和配電高壓系統(tǒng)中，采用傳統(tǒng)電磁式互感器技術(shù)則是無法做到小型化和靈活應(yīng)用的，本方法采用高壓直接計(jì)量組件，消除了傳統(tǒng)互感器的一二次絕緣設(shè)計(jì)和空間使用，大幅減小了高壓計(jì)量裝置的體積和重量，也大大高壓計(jì)量裝置的運(yùn)行能耗；

3、本方法實(shí)現(xiàn)的高壓大電流的計(jì)量裝置整體誤差定義，而不是傳統(tǒng)計(jì)量裝置中各個(gè)部件設(shè)備的誤差單獨(dú)定義；傳統(tǒng)高壓計(jì)量裝置采用將電壓互感器、電流互感器、電能表、二次壓降等各部件的檢定誤差數(shù)據(jù)，采用計(jì)算公式得出綜合誤差，采用綜合誤差來評(píng)定裝置的整體計(jì)量性能；而在這種傳統(tǒng)計(jì)量方法中，電流互感器的檢定是在低電壓條件下的，而實(shí)際運(yùn)行工況是在高電壓條件下，這給計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度帶來了不確定性；同時(shí)，電壓互感器與電流互感器在工作狀態(tài)下的相互影響量，無法采用實(shí)際檢測手段來量化誤差數(shù)值；本方法實(shí)現(xiàn)的整體誤差定義是計(jì)量裝置的真實(shí)運(yùn)行誤差數(shù)據(jù)，提高了高壓大電流電能計(jì)量的準(zhǔn)確度，更便于計(jì)量法制化管理；

4、本方法設(shè)計(jì)的整體方案中高壓絕緣部分只有高壓單相直接計(jì)量組件中的電子式電壓互感器，電子式電流互感器無需進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)，二次計(jì)量回路處于一次等電位之中，與傳統(tǒng)高壓計(jì)量裝置相比大大簡化了絕緣設(shè)計(jì)，明顯提高高壓整體可靠性；

5、沒有采用電磁式電壓互感器，避免了鐵磁諧振事故隱患，既提高了計(jì)量裝置可靠性，也保證了電網(wǎng)運(yùn)行中的安全。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有的高壓電能表計(jì)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是現(xiàn)有的高壓電能表測量方案結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的高壓電能表計(jì)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的高壓直接計(jì)量組件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明的單相高壓計(jì)量單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明的典型實(shí)施例方案結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中的標(biāo)號(hào)分別為：1、a相高壓直接計(jì)量組件；2、b相高壓直接計(jì)量組件；3、c相高壓直接計(jì)量組件；4、三相電能綜合單元；11、電子式電流互感器；12、電子式電壓互感器；13、單相高壓計(jì)量單元；14、等電位供電單元；131、mcu主控芯片；132、計(jì)量芯片；133、存儲(chǔ)芯片；134、時(shí)鐘芯片；135、通訊模塊；136、硬件看門狗；137、脈沖輸出光電口。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的介紹：如附圖3所示，本發(fā)明包括高壓直接計(jì)量組件、三相電能綜合單元4，所述的高壓直接計(jì)量組件由a相高壓直接計(jì)量組件1、b相高壓直接計(jì)量組件2、c相高壓直接計(jì)量組件3組成，且a相高壓直接計(jì)量組件1與電能表的a相連接、b相高壓直接計(jì)量組件2與電能表的b相連接、c相高壓直接計(jì)量組件3與電能表中的c相連接，并完成單相的電量測量和電能計(jì)量；所述的三相電能綜合單元4與a相高壓直接計(jì)量組件1、b相高壓直接計(jì)量組件2、c相高壓直接計(jì)量組件3相連接，并實(shí)時(shí)采集各組件的電量數(shù)據(jù)和電能數(shù)據(jù)。

所述的三相電能綜合單元4與a相高壓直接計(jì)量組件1、b相高壓直接計(jì)量組件2、c相高壓直接計(jì)量組件3之間采用通訊信道方式相連接，在需要考慮高壓電氣隔離的應(yīng)用場合采用光纖通信或者無線通信方式，在無需考慮電氣隔離的應(yīng)用場合則采用任意形式通訊信道。

所述的通訊信道的鏈路方式為三相電能綜合單元4為主站，a、b、c三相高壓直接計(jì)量組件各組件為從站的主-從結(jié)構(gòu)的半雙工通信方式。

如附圖4所示，所述的高壓直接計(jì)量組件包括電子式電流互感器11、電子式電壓互感器12、單相高壓計(jì)量單元13、等電位供電單元14；其中，電子式電流互感器11采用lpct或者rogowski線圈，其二次接口與單相高壓計(jì)量單元13的接口相連接，二次接口只要匹配單相高壓計(jì)量單元的采樣要求即可，可不完全遵照iec60044-7標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范接口定義來；電子式電壓互感器12采用電阻分壓器、電容分壓器或者阻容分壓器，其二次接口所輸出的u1測量信號(hào)接入在單相高壓計(jì)量單元13的接口，所輸出的u2供電輸出接入在等電位供電單元14內(nèi)；單相高壓計(jì)量單元13所輸出的u3供電輸出接入在等電位供電單元14內(nèi)。

如附圖5所示，所述的單相高壓計(jì)量單元13包括mcu主控芯片131、及分別與mcu主控芯片131相連接的計(jì)量芯片132、存儲(chǔ)芯片133、時(shí)鐘芯片134、通訊模塊135、硬件看門狗136、脈沖輸出光電口137；單相高壓計(jì)量單元13的主要功能是進(jìn)行電壓、電流信號(hào)的采樣和數(shù)字式時(shí)分割乘法進(jìn)行功率和電能量計(jì)算，同時(shí)還包括數(shù)據(jù)上行通訊。

所述的三相電能綜合單元4包括用于連接a相、b相、c相高壓直接計(jì)量組件的串口，主控mcu，上行串口，脈沖輸出口，以及依據(jù)實(shí)際需要配置的液晶顯示、gprs/4g通訊、按鍵的輔助功能部件。

一種采用所述的三相四線制高壓電能表的測量方法，該測量方法包括如下步驟：

1）、a相高壓直接計(jì)量組件1、b相高壓直接計(jì)量組件2、c相高壓直接計(jì)量組件3分別完成電能表中的a、b、c三相的電量采集，并通過mcu主控芯片131實(shí)時(shí)發(fā)送a、b、c三相的電量請(qǐng)求幀；

2）、三相電能綜合單元4實(shí)時(shí)接收對(duì)應(yīng)該請(qǐng)求幀的a、b、c三相電量數(shù)據(jù)包，獲取a、b、c三相的電壓、電流、功率、功率因數(shù)、時(shí)間段內(nèi)的電能，解包成功后做好上一包讀取狀態(tài)正常的記錄字；

3）、三相電能綜合單元4針對(duì)實(shí)時(shí)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算，包括a、b、c三相總的有功、無功電能量計(jì)算，a、b、c三相總的功率、總功率因數(shù)的計(jì)算。

所述的mcu主控芯片131檢測到上一包讀取狀態(tài)字為不正常讀取狀態(tài)，則在下一次發(fā)送電量請(qǐng)求幀的時(shí)候，控制碼為數(shù)據(jù)項(xiàng)需更新的請(qǐng)求命令，數(shù)據(jù)項(xiàng)更新的方法為瞬時(shí)量數(shù)據(jù)用新的數(shù)據(jù)，累加電量數(shù)據(jù)進(jìn)行累加；這樣可避免累加量丟失的問題。

三相電能綜合單元4與a相、b相、c相高壓直接計(jì)量組件之間的累加電量數(shù)據(jù)發(fā)送頻率需要進(jìn)行設(shè)定。相互電量累加數(shù)據(jù)的傳遞時(shí)間間隔太短，則通訊主站的三相電能綜合單元4和從站的a相、b相、c相高壓直接計(jì)量組件的正常任務(wù)處理難以完成，間隔如太長則累加數(shù)據(jù)更新難免不及時(shí)，不適應(yīng)使用者的要求。兩個(gè)電量累加數(shù)據(jù)傳送的時(shí)間間隔，作為三相電能綜合單元4給a相、b相、c相高壓直接計(jì)量組件進(jìn)行設(shè)置的具體參數(shù)。比如，可預(yù)先設(shè)置1分鐘各相組件向綜合單元發(fā)送一次電量數(shù)據(jù)。

任務(wù)包括：對(duì)時(shí)任務(wù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)任務(wù)、累加電量數(shù)據(jù)任務(wù)。

累加電量數(shù)據(jù)應(yīng)包括電量對(duì)應(yīng)的記錄時(shí)間，具體格式：

時(shí)間：yyyy-mm-dd-hh-mm-ss，比如20160404245959，

有功電量：正向、反向，

無功電量：正向、反向。

所述的數(shù)據(jù)包的格式，依照先后順序?yàn)椋簬^、地址碼、控制碼、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)內(nèi)容、校驗(yàn)和、幀尾。具體的幀頭、幀尾、地址碼、控制碼、數(shù)據(jù)內(nèi)容格式可以自主定義，也可參照相應(yīng)通信協(xié)議規(guī)范。

本測量方法的典型的技術(shù)實(shí)施方案如下：如附圖6所示，

三個(gè)10kv單相高壓直接計(jì)量組件分別完成a、b、c三相的電量采集，三相電能綜合單元通過rf無線方式與各單相高壓直接計(jì)量組件通訊，實(shí)時(shí)獲得各相的電量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)累加三相總的電能量，實(shí)時(shí)監(jiān)測各項(xiàng)的瞬時(shí)量數(shù)據(jù)。三相高壓計(jì)量的整體誤差由各單相高壓直接計(jì)量組件決定，10kv高壓計(jì)量的整體誤差可達(dá)到0.2s級(jí)。

可以理解的是，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案及發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。