本發(fā)明涉及一種電能計(jì)量技術(shù)，特別是涉及一種直接計(jì)量10kv高壓線路電能的新型計(jì)量裝置和方法。

背景技術(shù)：

目前，高壓電能計(jì)量實(shí)現(xiàn)方案主要采用的是傳統(tǒng)高壓電能計(jì)量裝置（高壓計(jì)量柜或高壓計(jì)量箱），其原理是：通過(guò)電磁式電壓互感器把一次側(cè)的a-b和c-b相間電壓按比例轉(zhuǎn)換為二次側(cè)的額定值100v的相間電壓ua-b及uc-b。把一次側(cè)a相，c相的高壓電流通過(guò)電流互感器按比例轉(zhuǎn)換為額定值為1a或5a的二次側(cè)電流。二次側(cè)的電壓，電流接入三相三線電能表（二元件）積算出二次側(cè)的電能，再把二次側(cè)電能乘以pt，ct的變比最終得到高壓側(cè)的電能。

傳統(tǒng)的高壓計(jì)量柜或高壓計(jì)量箱都是由電壓互感器，電流互感器，電能表等幾個(gè)分離部件共同組合在一起完成計(jì)量。存在以下缺陷：1）整體準(zhǔn)確度除了由各部件準(zhǔn)確度影響之外，還受現(xiàn)場(chǎng)電壓回路二次壓降等因素影響，技術(shù)上目前難以整體檢定其誤差，通常整體準(zhǔn)確度只能用“綜合誤差”表示，因此計(jì)量準(zhǔn)確度無(wú)法準(zhǔn)確定義；2）互感器重量在百公斤以上，搬運(yùn)，安裝困難；3）傳統(tǒng)裝置中的電能表安裝在低壓側(cè)，難以防止低壓竊電。

中國(guó)發(fā)明專利“高壓電能直接計(jì)量系統(tǒng)和方法(專利號(hào)：200810002310.1)”提出了一種設(shè)置在三相高壓線路上的高壓電能直接計(jì)量系統(tǒng)和方法，其實(shí)現(xiàn)原理就是采用兩個(gè)獨(dú)立的高壓電能計(jì)量單元（本質(zhì)上就是單相電能表）分別置于a相和b相，用于分別計(jì)量uab,ia和ucb,ic的電能。其中a相高壓電能計(jì)量單元采集的功率為（pa=uab*ia）；同樣的，c相高壓電能計(jì)量單元采集的功率為（pa=ucb*ic）；通過(guò)光纖將這兩部分電能傳送給置于b相上的電能綜合單元。在電能綜合單元上進(jìn)行累計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)高壓電能的直接計(jì)量（p=pa+pc=uab*ia+ucb*ic）。

本方法只是解決了最基本的高壓電能的直接計(jì)量問(wèn)題，但兩塊獨(dú)立的單相電能計(jì)量單元不能實(shí)現(xiàn)同步采樣，因而不能準(zhǔn)確測(cè)量三相電壓之間的相位關(guān)系以及三相電流之間的相位關(guān)系，從而不能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)電壓，電流的不平衡度，實(shí)際上，三相二元件的電能計(jì)量方式在電壓，電流嚴(yán)重不平衡時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，此時(shí)電表必須能通過(guò)檢測(cè)不平衡度產(chǎn)生告警事件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明提供了一種新型高壓電能直接計(jì)量裝置和方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種新型高壓電能直接計(jì)量裝置，其包括：設(shè)置于b相的三相三線數(shù)字化電能計(jì)量模塊，設(shè)置于a相與b相之間的第一一體化智能電壓電流采集模塊，設(shè)置于c相與b相之間的第二一體化智能電壓電流采集模塊，給各個(gè)模塊供電的電源模塊，以及用于傳輸同步時(shí)鐘和采樣數(shù)據(jù)的光纖；

所述的三相三線數(shù)字化電能計(jì)量模塊包括：主控mcu,與主控mcu電連接的存儲(chǔ)模塊,通信模塊，以及數(shù)據(jù)傳輸電路；所述的存儲(chǔ)模塊包括用于存儲(chǔ)歷史電量等數(shù)據(jù)的flash(2),用于存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)的鐵電存儲(chǔ)器(3),所述的通信模塊為用于與低壓顯示終端或其他抄表設(shè)備進(jìn)行通信的微功率小無(wú)線模塊，所述的數(shù)據(jù)傳輸電路包括第一電光轉(zhuǎn)換電路，第一光電轉(zhuǎn)換電路，第四電光轉(zhuǎn)換電路，第五電光轉(zhuǎn)換電路；

所述的第一一體化智能電壓電流采集模塊包括：mcu，與mcu電連接的第二電光轉(zhuǎn)換電路、第二光電轉(zhuǎn)換電路、第一adc、第二adc，與第一adc、第二adc連接的第一調(diào)理電路，以及與第一調(diào)理電路連接的第一分壓電路和第一電流互感器；所述的第一分壓電路設(shè)置于a相電力線與b相電力線之間，所述的第一電流互感器與a相電力線鏈接；

所述的第二一體化智能電壓電流采集模塊包括：mcu，與mcu電連接的第三電光轉(zhuǎn)換電路、第三光電轉(zhuǎn)換電路、第三adc、第四adc，與第三adc、第四adc連接的第二調(diào)理電路，以及與第二調(diào)理電路連接的第二分壓電路和第二電流互感器；所述的第二分壓電路設(shè)置于c相電力線與b相電力線之間，所述的第二電流互感器與c相電力線鏈接；

所述的第一電光轉(zhuǎn)換電路與所述的第二光電轉(zhuǎn)換電路、第三光電轉(zhuǎn)換電路連接，所述的第一光電轉(zhuǎn)換電路與所述的第二電光轉(zhuǎn)換電路、第三電光轉(zhuǎn)換電路連接。

基于上述的新型高壓電能直接計(jì)量裝置，本發(fā)明提供了一種新型高壓電能直接計(jì)量方法，包括如下步驟：

s1：設(shè)置于b相的三相三線數(shù)字化電能計(jì)量模塊通過(guò)光纖發(fā)送采樣同步時(shí)鐘給設(shè)置于a相與b相之間的第一一體化智能電壓電流采集模塊，設(shè)置于c相與b相之間的第二一體化智能電壓電流采集模塊；

s2：設(shè)置于a相與b相之間的第一一體化智能電壓電流采集模塊按同步時(shí)鐘通過(guò)精密adc對(duì)線電壓uab以及相電流ia進(jìn)行采樣，并把量化后的電壓，電流的瞬時(shí)采樣值數(shù)據(jù)通過(guò)光纖傳送給設(shè)置于b相的三相三線數(shù)字化電能計(jì)量模塊；

s3：同樣的，設(shè)置于c相與b相之間的第二一體化智能電壓電流采集模塊按同步時(shí)鐘對(duì)線電壓ucb以及相電流ic進(jìn)行采樣，并把量化后的電壓，電流的瞬時(shí)采樣值數(shù)據(jù)通過(guò)光纖傳送給設(shè)置于b相的三相三線數(shù)字化電能計(jì)量模塊；

s4：設(shè)置于b相的三相三線數(shù)字化電能計(jì)量模塊接收(uab,ia),(ucb,ic)的瞬時(shí)采樣值數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)量算法積算出有功電能，無(wú)功電能，實(shí)現(xiàn)電能的計(jì)量，并計(jì)算各電參量的測(cè)量值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果在于，與由電磁式電壓互感器(ct)，電流互感器(pt)以及普通三相三線電能表構(gòu)成的傳統(tǒng)高壓計(jì)量柜/高壓計(jì)量箱相比，本發(fā)明具備可溯源的確定的準(zhǔn)確級(jí)，消除了ct,pt以及二次壓降帶來(lái)的誤差，提高了測(cè)量精度，易于安裝，體積和重量都顯著減少，大幅降低成本。與現(xiàn)有的高壓電能直接計(jì)量方法相比，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)各相電壓，電流的同步采樣，從而能準(zhǔn)確測(cè)量各相電壓，電流的相位，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)電壓，電流的不平衡。

本發(fā)明通過(guò)采用一體化的智能電壓電流采集模塊在同步時(shí)鐘的控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓信號(hào)的同步就地取樣，并通過(guò)光纖將瞬時(shí)采樣數(shù)據(jù)傳送給數(shù)字化電能表，解決了高壓信號(hào)直接取樣時(shí)存在的耐壓和絕緣問(wèn)題。本發(fā)明中的三相三相電能計(jì)量模塊的輸入量為數(shù)字量，即量化后的電壓，電流瞬時(shí)值數(shù)據(jù)。通過(guò)精密計(jì)量算法實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量，可有效解決了高壓電能的直接計(jì)量及電參量的測(cè)量問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明新型高壓電能直接計(jì)量裝置的總體原理框圖；

圖2是本發(fā)明三相三線數(shù)字化電能計(jì)量模塊的原理框圖；

圖3是本發(fā)明第一一體化智能電壓電流采集模塊的原理框圖；

圖4是本發(fā)明第二一體化智能電壓電流采集模塊的原理框圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說(shuō)明。

通常，對(duì)高壓電能計(jì)量通常采用二元件法，即：

a元的功率為：pa=uab*ia

c元的功率為：pc=ucb*ic

總的功率為:p=pa+pc=(uab*ia)+(ucb*ic)

但普通的三相三線式電能表前端為直接輸入的電壓，電流模擬量，對(duì)10kv的高壓進(jìn)行計(jì)量時(shí)，如果直接輸入電壓，電流模擬量，那電能表中必然存在目前技術(shù)條件下無(wú)法克服的相間耐壓?jiǎn)栴}和絕緣問(wèn)題。如果能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高壓信號(hào)的就地同步取樣并將量化后的電壓電流瞬時(shí)數(shù)字量通過(guò)光纖傳送給數(shù)字化電能表以隔離高壓就能夠有效解決相間耐壓?jiǎn)栴}和絕緣問(wèn)題。我們基于此思路，提出了一種新型高壓電能直接計(jì)量裝置。

本發(fā)明新型高壓電能直接計(jì)量裝置的總體原理框圖如圖1所示。包括設(shè)置于b相的三相三線數(shù)字化電能計(jì)量模塊1，設(shè)置于a相與b相之間的第一一體化智能電壓電流采集模塊2，設(shè)置于c相與b相之間的第二一體化智能電壓電流采集模塊3，給各個(gè)模塊供電的電源模塊4，以及用于傳輸同步時(shí)鐘和采樣數(shù)據(jù)的光纖。

所述的三相三線數(shù)字化電能計(jì)量模塊的原理框圖如圖2所示，包括：主控mcu11,與主控mcu11電連接的存儲(chǔ)模塊,通信模塊，以及數(shù)據(jù)傳輸電路；所述的存儲(chǔ)模塊包括用于存儲(chǔ)歷史電量等數(shù)據(jù)的flash18,用于存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)的鐵電存儲(chǔ)器17,所述的通信模塊為用于與低壓顯示終端或其他抄表設(shè)備進(jìn)行通信的微功率小無(wú)線模塊16，所述的數(shù)據(jù)傳輸電路包括第一電光轉(zhuǎn)換電路14，第一光電轉(zhuǎn)換電路15，第四電光轉(zhuǎn)換電路12，第五電光轉(zhuǎn)換電路13。

該三相三線數(shù)字化電能計(jì)量模塊1與b相等電位，其主要功能是：向第一一體化智能電壓電流采集模塊2及第二一體化智能電壓電流采集模塊3發(fā)送同步時(shí)鐘以控制就地采樣的同步；接收各相電壓，電流量化后的數(shù)字量，通過(guò)電能計(jì)量模塊實(shí)現(xiàn)高壓電能的計(jì)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各相電壓值，電流值，有功功率，無(wú)功功率，功率因數(shù)，相位，諧波含量等一系列的電參量的測(cè)量。主控mcu11積算當(dāng)前有功電能，通過(guò)第四電光轉(zhuǎn)換電路12輸出有功電能脈沖；主控mcu11積算當(dāng)前無(wú)功電能，通過(guò)第五電光轉(zhuǎn)換電路13輸出無(wú)功電能脈沖；主控mcu11通過(guò)第一電光轉(zhuǎn)換電路14輸出采樣同步脈沖；通過(guò)第一光電轉(zhuǎn)換電路15接收瞬時(shí)采樣值數(shù)據(jù)，并送給主控mcu11進(jìn)行電能積算以及各電參量測(cè)量值的計(jì)算；電源模塊4由分壓電容將uab,ucb分壓整流后，經(jīng)開關(guān)電源或線性電源后產(chǎn)生系統(tǒng)工作電壓。

所述的第一一體化智能電壓電流采集模塊2的原理框圖如圖3所示，包括：第一mcu22，與第一mcu22電連接的第二電光轉(zhuǎn)換電路28、第二光電轉(zhuǎn)換電路21、第一adc23、第二adc27，與第一adc23、第二adc27連接的第一調(diào)理電路24，以及與第一調(diào)理電路24連接的第一分壓電路25和第一電流互感器26；所述的第一分壓電路25設(shè)置于a相電力線與b相電力線之間，所述的第一電流互感器26與a相電力線鏈接。

該第一一體化智能電壓電流采集模塊2用于在接收的同步時(shí)鐘控制下實(shí)現(xiàn)線電壓uab,電流ia的同步就地取樣，并把量化后的電壓，電流值數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給三相三線數(shù)字化電能計(jì)量模塊2。第一分壓電路25設(shè)置于a相電力線與b相電力線之間，將uab分壓后經(jīng)過(guò)第一調(diào)理電路24的運(yùn)放調(diào)理后送入第一adc23；第一電流互感器26由低功率線圈或羅氏線圈構(gòu)成，將a相電力線的一次電流轉(zhuǎn)換為二次電流，經(jīng)第一調(diào)理電路24后送入第二adc27；第一mcu22通過(guò)第二光電轉(zhuǎn)換電路21接收同步時(shí)鐘，并按此時(shí)鐘控制第一adc23和第二adc27對(duì)電壓、電流進(jìn)行同步采樣，然后將量化后的電壓電流值數(shù)據(jù)通過(guò)第二電光轉(zhuǎn)換電路28傳送給三相三線數(shù)字化電能計(jì)量模塊2。電源模塊4由電容將uab分壓整流后經(jīng)開關(guān)電源或線性電源后產(chǎn)生系統(tǒng)工作電壓。

所述的第二一體化智能電壓電流采集模塊3的原理框圖如圖3所示，包括：第二mcu32，與第二mcu32電連接的第三電光轉(zhuǎn)換電路38、第三光電轉(zhuǎn)換電路31、第三adc33、第四adc37，與第三adc33、第四adc37連接的第二調(diào)理電路34，以及與第二調(diào)理電路34連接的第二分壓電路35和第二電流互感器36；所述的第二分壓電路35設(shè)置于c相電力線與b相電力線之間，所述的第二電流互感器36與c相電力線鏈接。

該第二一體化智能電壓電流采集模塊3用于在接收的采樣時(shí)鐘控制下實(shí)現(xiàn)線電壓ucb,電流ic的就地取樣，并把量化后的電壓，電流值數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給三相三線數(shù)字化電能計(jì)量模塊2。第二分壓電路35設(shè)置于c相電力線與b相電力線之間，將ucb分壓后經(jīng)過(guò)第二調(diào)理電路34的運(yùn)放調(diào)理后送入第三adc33；第二電流互感器36由低功率線圈或羅氏線圈構(gòu)成，將c相一次電流轉(zhuǎn)換為二次電流，經(jīng)第二調(diào)理電路34后送入第四adc37；第二mcu32通過(guò)第三光電轉(zhuǎn)換電路31接收同步時(shí)鐘，并按此時(shí)鐘控制第三adc33和第四adc37對(duì)電壓、電流進(jìn)行同步采樣，然后將量化后的電壓電流值數(shù)據(jù)通過(guò)第三電光轉(zhuǎn)換電路38傳送給三相三線數(shù)字化電能計(jì)量模塊2；電源模塊4由電容將ucb分壓整流后經(jīng)開關(guān)電源或線性電源后產(chǎn)生系統(tǒng)工作電壓。

所述的第一電光轉(zhuǎn)換電路14與所述的第二光電轉(zhuǎn)換電路21、第三光電轉(zhuǎn)換電路31連接，所述的第一光電轉(zhuǎn)換電路15與所述的第二電光轉(zhuǎn)換電路28、第三電光轉(zhuǎn)換電路38連接；所述adc可以設(shè)在在mcu內(nèi)部與mcu一體，也可分開。

基于上述的新型高壓電能直接計(jì)量裝置，本發(fā)明提出一種新型高壓電能直接計(jì)量方法，包括如下步驟：

s1：設(shè)置于b相的三相三線數(shù)字化電能計(jì)量模塊1通過(guò)光纖發(fā)送采樣同步時(shí)鐘給設(shè)置于a相與b相之間的第一一體化智能電壓電流采集模塊2，設(shè)置于c相與b相之間的第二一體化智能電壓電流采集模塊3；

s2：設(shè)置于a相與b相之間的第一一體化智能電壓電流采集模塊2按同步時(shí)鐘通過(guò)精密adc對(duì)線電壓uab以及相電流ia進(jìn)行采樣，并把量化后的電壓，電流的瞬時(shí)采樣值數(shù)據(jù)通過(guò)光纖傳送給設(shè)置于b相的三相三線數(shù)字化電能計(jì)量模塊1；

s3：設(shè)置于c相與b相之間的第二一體化智能電壓電流采集模塊3按同步時(shí)鐘通過(guò)精密adc對(duì)線電壓uab以及相電流ic進(jìn)行采樣，并把量化后的電壓，電流的瞬時(shí)采樣值數(shù)據(jù)通過(guò)光纖傳送給設(shè)置于b相的三相三線數(shù)字化電能計(jì)量模塊1；

s4：設(shè)置于b相的三相三線數(shù)字化電能計(jì)量模塊1接收(uab,ia),(ucb,ic)的瞬時(shí)采樣值數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)量算法積算出有功電能，無(wú)功電能，實(shí)現(xiàn)電能的計(jì)量，并計(jì)算各電參量的測(cè)量值。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于與傳統(tǒng)高壓電能計(jì)量裝置相比，本發(fā)明具備可溯源的確定的準(zhǔn)確級(jí)，消除了ct,pt以及二次壓降帶來(lái)的誤差，提高了測(cè)量精度，易于安裝，體積和重量都顯著減少，大幅降低成本。與現(xiàn)有的高壓電能直接計(jì)量方法相比，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)各相電壓，電流的同步采樣，從而能準(zhǔn)確測(cè)量各相電壓，電流的相位，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)電壓，電流的不平衡。本發(fā)明通過(guò)采用一體化的智能電壓電流采集模塊在同步時(shí)鐘的控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓信號(hào)的同步就地取樣，并通過(guò)光纖將瞬時(shí)采樣數(shù)據(jù)傳送給數(shù)字化電能表，解決了高壓信號(hào)直接取樣時(shí)存在的耐壓和絕緣問(wèn)題。本發(fā)明中的三相三相電能計(jì)量模塊的輸入量為數(shù)字量，即量化后的電壓，電流瞬時(shí)值數(shù)據(jù)。通過(guò)精密計(jì)量算法實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量，可有效解決了高壓電能的直接計(jì)量及電參量的測(cè)量問(wèn)題。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。