專利名稱：一種用于計(jì)量弱輸入信號(hào)的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種用于計(jì)量弱輸入信號(hào)的電路技術(shù)領(lǐng)域[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種用于計(jì)量弱輸入信號(hào)的電路，屬于數(shù)字化變電站技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景[0002]隨著技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化變電站采用了電子式互感器等非常規(guī)互感器，其輸出形 式為遵循《IEC 60044-7-1999互感器第7部分電子式電壓互感器》、((IEC60044-8-2002互 感器第8部分電子式電流互感器》標(biāo)準(zhǔn)的模擬小信號(hào)；同時(shí)變電站智能化改造中未及替換 的低壓傳統(tǒng)互感器，以及一些與低壓智能合并單元匹配的低壓電子式互感器，其輸出的弱 信號(hào)也未完全遵循〈〈Q-GDW 424-2010電子式電流互感器技術(shù)規(guī)范 >> 等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；[0003]這些模擬小信號(hào)和弱輸出信號(hào)，相對(duì)于傳統(tǒng)依靠能量傳遞信息的電流電壓信號(hào)而 言，具有低電壓低功率的特征，對(duì)于接收單元而言，都視為弱輸入信號(hào)。[0004]目前國內(nèi)外均提出如何直接就地安裝表計(jì)，對(duì)弱輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)量的問題。目前 國內(nèi)外對(duì)弱輸入信號(hào)的計(jì)量研究較少，在此可以借鑒傳統(tǒng)依靠能量傳遞信息的電流電壓信 號(hào)計(jì)量技術(shù)方法，目前典型的電能計(jì)量方案有如下兩種[0005]A)單片機(jī)(或可編程器件等主控單元)+AD (AD:模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片)[0006]前端經(jīng)電壓隔離變壓器、電流隔離變壓器，分別把輸入電壓通道、電流通道信號(hào)變 成電壓信號(hào)；或者用高精度電阻分壓來獲取電壓信號(hào)；通過經(jīng)過濾波、阻抗匹配等處理以 后，輸入到AD芯片，采樣獲得離散數(shù)據(jù)，發(fā)送給單片機(jī)或者可編程器件等主控單元，然后主 控單元對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得信號(hào)有效值、計(jì)量線路的電能量等。[0007]B)單片機(jī)(或可編程器件等主控單元)+專用計(jì)量芯片[0008]前端輸入電流通道、電壓通道信號(hào)，被隔離變壓器或者電阻變換成電壓信號(hào)，經(jīng)過 濾波、疊加偏置電壓、阻抗匹配等處理以后，輸入到專門的計(jì)量芯片，其根據(jù)主控單元下達(dá) 的相關(guān)設(shè)置值，對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣計(jì)算，并輸出信號(hào)有效值、計(jì)量線路的電能量等到主控單 元；同時(shí)主控單元還負(fù)責(zé)校正計(jì)量芯片的偏差；[0009]現(xiàn)階段，國內(nèi)對(duì)弱輸入信號(hào)一般采用第一種方案進(jìn)行采集，獲取輸入信號(hào)的有效 值等；國內(nèi)外未見對(duì)弱輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)量處理的相關(guān)產(chǎn)品報(bào)道。[0010]現(xiàn)有電能計(jì)量方案接入的電流通道信號(hào)的額定值一般為1.0A、1.5A、5A等，電壓 通道信號(hào)的額定值一般為380V、220V、100V、57. 7V等，這些信號(hào)依靠能量進(jìn)行傳遞，信號(hào)功 率一般在IVA左右；[0011]對(duì)于弱輸入信號(hào)，不管是電流通道信號(hào)、還是電壓通道信號(hào)，都是低電壓低功率的 模擬電壓小信號(hào)，信號(hào)額定電壓為1. 5V、2. 0V、4. OV等，信號(hào)功率在O. 05VA左右，現(xiàn)有電能 計(jì)量方案不適用于計(jì)量弱輸入信號(hào)。實(shí)用新型內(nèi)容[0012]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)弱輸入信號(hào)的特征，提供一種用于計(jì)量弱 輸入信號(hào)的高精度電路，對(duì)弱輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)量。[0013]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種用于計(jì)量弱輸入信號(hào)的電路，其特征 在于，包括[0014]電流信號(hào)采樣回路對(duì)應(yīng)三相電流信號(hào)包括三組依次相連的高精度隔離傳感器、 防浪涌電路、抗混疊濾波RC網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)偏置電路，用于對(duì)電流通道信號(hào)進(jìn)行隔離濾波；[0015]電壓信號(hào)采樣回路對(duì)應(yīng)三相電壓信號(hào)包括三組依次相連的高精度隔離傳感器、 防浪涌電路、抗混疊濾波RC網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)偏置電路，用于對(duì)電壓通道信號(hào)進(jìn)行隔離濾波；[0016]計(jì)量回路包括計(jì)量芯片ATT7022，計(jì)量芯片ATT7022分別與電流信號(hào)采樣回路、 電壓信號(hào)采樣回路相連，用于對(duì)弱輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)量、輸出電能脈沖、以及與處理器交互；[0017]基準(zhǔn)電壓回路包括基準(zhǔn)電壓芯片ADR421，基準(zhǔn)電壓芯片ADR421與計(jì)量芯片 ATT7022相連，為計(jì)量芯片提供采樣基準(zhǔn)電壓，為采樣通道提供采樣偏置電壓；[0018]32位處理器總線接口及控制回路與計(jì)量芯片ATT7022相連，包括計(jì)量芯片 控制回路、總線電平轉(zhuǎn)換芯片SN74ALVC164245，計(jì)量芯片控制回路、總線電平轉(zhuǎn)換芯片 SN74ALVC164245通過16位數(shù)據(jù)總線相連，用于控制計(jì)量芯片，進(jìn)行初始化、誤差校正、獲取 被計(jì)量線路電能量、獲取通道信號(hào)有效值，以及提供遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換和控制接口 ；[0019]脈沖輸出回路與計(jì)量芯片ATT7022相連，包括經(jīng)光耦隔離的有功電能脈沖回路、 無功電能脈沖回路，用于外部設(shè)備計(jì)數(shù)，以獲取被計(jì)量線路輸電電能值的大小。[0020]前述的用于計(jì)量弱輸入信號(hào)的電路，其特征在于還包括電源供電回路，電源供電 回路包括與計(jì)量芯片ATT7022相連的交直流自適應(yīng)電源模塊，用于對(duì)計(jì)量回路模塊供電。[0021]本實(shí)用新型所達(dá)到的有益效果[0022]I)本實(shí)用新型方案中電流電壓通道采樣回路中采用高精度隔離傳感器，在保證信 號(hào)準(zhǔn)確傳遞的同時(shí)，可提高回路整體絕緣隔離性能；[0023]2)本實(shí)用新型方案適應(yīng)三相四線與三相三線制接線方式，便于與一次互感器接線 相配合；[0024]3)本實(shí)用新型方案中計(jì)量回路采用專用計(jì)量芯片，其完成弱輸入信號(hào)的采用和計(jì) 量，并輸出電能脈沖；同時(shí)，通過校正，計(jì)量芯片的有功電能計(jì)量精度達(dá)O. 2S級(jí)、無功電能 計(jì)量精度2. O級(jí)；而且專用計(jì)量芯片及其外圍電路集成度高，PCB布線無特殊要求，生產(chǎn)工 藝成熟簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，使得整體計(jì)量電路可靠性高；同時(shí)計(jì)量芯片的價(jià)格也較便宜；[0025]4)本實(shí)用新型方案中采用搭載嵌入式操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)的32位雙核處理器， 校表數(shù)據(jù)以文件形式被存放在存儲(chǔ)器組件中；遠(yuǎn)程主機(jī)通過電表的通訊接口，如2路RJ45 網(wǎng)口，對(duì)校表數(shù)據(jù)進(jìn)行備份、修改、還原等操作；當(dāng)電能表啟動(dòng)時(shí)，加載校表數(shù)據(jù)文件，通過 SPI總線對(duì)計(jì)量芯片的校表寄存器進(jìn)行初始化；在出廠校驗(yàn)和定期維護(hù)時(shí)，通過獲取校表 臺(tái)體的誤差數(shù)據(jù)，計(jì)算出修正值，然后修改校表數(shù)據(jù)文件中對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)即可；同時(shí)遠(yuǎn)程主機(jī)也 可對(duì)校表數(shù)據(jù)文件進(jìn)行備份保存，以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔、驗(yàn)證。


[0026]圖1為本實(shí)用新型的用于計(jì)量弱輸入信號(hào)的電路的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
[0027]本實(shí)用新型技術(shù)方案結(jié)構(gòu)框圖1所示，其中各部分功能如下[0028]電流信號(hào)采樣回路對(duì)應(yīng)三相電流信號(hào)包括三組依次相連的高精度隔離傳感器、 防浪涌電路、抗混疊濾波RC網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)偏置電路，用于對(duì)電流通道信號(hào)進(jìn)行隔離濾波等， 上述高精度隔離傳感器精度符合GB 1207-2006 (IEC60044-2-2003)所規(guī)定的O.1級(jí)要求；[0029]電壓信號(hào)采樣回路對(duì)應(yīng)三相電壓信號(hào)包括依次相連的高精度隔離傳感器、防浪 涌電路、抗混疊濾波RC網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)偏置電路，用于對(duì)電壓通道信號(hào)進(jìn)行隔離濾波等；[0030]計(jì)量回路，包括計(jì)量芯片ATT7022，計(jì)量芯片ATT7022分別與電流信號(hào)采樣回路、 電壓信號(hào)采樣回路相連，用于對(duì)弱輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)量、輸出電能脈沖、以及與處理器交互 等;[0031]基準(zhǔn)電壓回路包括基準(zhǔn)電壓芯片ADR421，基準(zhǔn)電壓芯片ADR421與計(jì)量芯片 ATT7022相連，為計(jì)量芯片提供采樣基準(zhǔn)電壓，為采樣通道提供采樣偏置電壓；[0032]32位處理器總線接口及控制回路與計(jì)量芯片ATT7022相連，包括32位處理器數(shù) 據(jù)總線、計(jì)量芯片控制回路、總線電平轉(zhuǎn)換芯片SN74ALVC164245等，用于控制計(jì)量芯片，進(jìn) 行初始化、誤差校正、獲取被計(jì)量線路電能量、獲取通道信號(hào)有效值等，以及提供遠(yuǎn)程數(shù)據(jù) 交換和控制接口；[0033]脈沖輸出回路與計(jì)量芯片ATT7022相連，包括經(jīng)光耦隔離的有功電能脈沖回路、 無功脈沖回路等，用于外部設(shè)備計(jì)數(shù)，以獲取被計(jì)量線路輸電電能值的大??；[0034]電源供電回路包括與計(jì)量芯片ATT7022相連的交直流自適應(yīng)電源模塊，用于對(duì) 計(jì)量回路等模塊供電；[0035]這些回路組成了弱輸入信號(hào)計(jì)量電路，實(shí)現(xiàn)有功精度達(dá)O. 2S、無功精度達(dá)2. O級(jí)； 解決智能變電站等場(chǎng)合對(duì)于低電壓低功率信號(hào)的計(jì)量問題。[0036]同時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)在遠(yuǎn)程智能化人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)抄表等，融入智能 化輸變電場(chǎng)站方面，也是必不可少的。[0037]對(duì)于弱輸入信號(hào)的計(jì)量，還可以采用AD (模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片)加主控單元的方式，通過 AD采樣獲取離散采樣數(shù)據(jù)，主控單元對(duì)離散采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的方式，獲得電量值等數(shù)據(jù)； 這種方案對(duì)于PCB (印制電路板)布線要求很高，主控單元的計(jì)算算法也較復(fù)雜，生產(chǎn)維護(hù) 繁瑣，成本相對(duì)很高。[0038]精度對(duì)于隔離傳感器，O.1級(jí)在GB 1207-2006 (IEC 60044-2-2003)有規(guī)定，可 以理解為在要求的工作范圍內(nèi)，幅值誤差O. 1%，兩側(cè)信號(hào)相差不超過5’(弧度)；對(duì)于計(jì) 量回路，有功計(jì)量精度O. 2S級(jí)在GB/T 17215. 322-2008上有專門要求，一般可以簡(jiǎn)單理解 為計(jì)量相對(duì)誤差±0. 2%，無功計(jì)量精度2. O級(jí)在GB/T 17215. 323-2008上有專門要求，一般 可以簡(jiǎn)單理解為計(jì)量相對(duì)誤差±2.0%。高精度只是相對(duì)的概念，對(duì)于工業(yè)應(yīng)用環(huán)境的電能 表，目前國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中有功計(jì)量精度O. 2S是最高等級(jí)。這個(gè)精度比有功計(jì)量精度O. 5級(jí) 的要求要更難實(shí)現(xiàn)，O. 2S級(jí)相對(duì)O. 5級(jí)而言就是高精度。[0039]智能化在本實(shí)用新型中指智能化電力系統(tǒng)，定義比較復(fù)雜，一般而言指把整個(gè)系 統(tǒng)或子系統(tǒng)全盤置于少人或無人監(jiān)控的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理之下；在目前，智能化電氣設(shè)備，經(jīng) 常指符合IEC61850系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的電氣設(shè)備和通信控制系統(tǒng)設(shè)備；[0040]智能化自動(dòng)抄表表示使用符合IEC61850-8.1標(biāo)準(zhǔn)描述的“MMS”通訊服務(wù)接口以 及具有符合IEC61850-7部分標(biāo)準(zhǔn)描述的數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行計(jì)量數(shù)據(jù)交換的一種抄表行為，數(shù) 據(jù)交互過程不需要人為干預(yù)，系統(tǒng)自動(dòng)收集數(shù)據(jù)生成預(yù)定的信息報(bào)表，并對(duì)計(jì)量單元進(jìn)行控制。[0041]路。[0042]抗混疊網(wǎng)絡(luò)一種用以在輸出電平中把混疊頻率分量降低到微不足道的程度的電 抗混疊濾波RC網(wǎng)絡(luò)指由電阻電容組成的具有抗混疊作用的濾波回路。
權(quán)利要求1.一種用于計(jì)量弱輸入信號(hào)的電路，其特征在于，包括 電流信號(hào)采樣回路對(duì)應(yīng)三相電流信號(hào)包括三組依次相連的高精度隔離傳感器、防浪涌電路、抗混疊濾波Re網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)偏置電路，用于對(duì)電流通道信號(hào)進(jìn)行隔離濾波； 電壓信號(hào)采樣回路對(duì)應(yīng)三相電壓信號(hào)包括三組依次相連的高精度隔離傳感器、防浪涌電路、抗混疊濾波RC網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)偏置電路，用于對(duì)電壓通道信號(hào)進(jìn)行隔離濾波； 計(jì)量回路包括計(jì)量芯片ATT7022，計(jì)量芯片ATT7022分別與電流信號(hào)采樣回路、電壓信號(hào)采樣回路相連，用于對(duì)弱輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)量、輸出電能脈沖、以及與處理器交互； 基準(zhǔn)電壓回路包括基準(zhǔn)電壓芯片ADR421，基準(zhǔn)電壓芯片ADR421與計(jì)量芯片ATT7022相連，為計(jì)量芯片提供采樣基準(zhǔn)電壓，為采樣通道提供采樣偏置電壓； 32位處理器總線接口及控制回路與計(jì)量芯片ATT7022相連，包括計(jì)量芯片控制回路、總線電平轉(zhuǎn)換芯片SN74ALVC164245，計(jì)量芯片控制回路與總線電平轉(zhuǎn)換芯片SN74ALVC164245通過用16位數(shù)據(jù)總線連接，用于控制計(jì)量芯片，進(jìn)行初始化、誤差校正、獲取被計(jì)量線路電能量、獲取通道信號(hào)有效值，以及提供遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換和控制接口 ； 脈沖輸出回路與計(jì)量芯片ATT7022相連，包括經(jīng)光耦隔離的有功電能脈沖回路、無功脈沖回路，用于外部設(shè)備計(jì)數(shù)，以獲取被計(jì)量線路輸電電能值的大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于計(jì)量弱輸入信號(hào)的電路，其特征在于還包括電源供電回路，電源供電回路包括與計(jì)量芯片ATT7022相連的交直流自適應(yīng)電源模塊，用于對(duì)計(jì)量回路模塊供電。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于計(jì)量弱輸入信號(hào)的電路，其特征在于，包括電流信號(hào)采樣回路對(duì)應(yīng)三相電流信號(hào)包括三組依次相連的高精度隔離傳感器、防浪涌電路、抗混疊濾波RC網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)偏置電路；電壓信號(hào)采樣回路對(duì)應(yīng)三相電壓信號(hào)包括三組依次相連的高精度隔離傳感器、防浪涌電路、抗混疊濾波RC網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)偏置電路；計(jì)量回路包括計(jì)量芯片ATT7022，計(jì)量芯片ATT7022分別與電流信號(hào)采樣回路、電壓信號(hào)采樣回路相連；基準(zhǔn)電壓回路、32位處理器總線接口及控制回路、脈沖輸出回路同時(shí)與計(jì)量芯片相連。本實(shí)用新型的計(jì)量電路可靠性高。
文檔編號(hào)G01R22/06GK202870165SQ20122052899
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者周建波, 姚艷松, 朱學(xué)海, 王程謙 申請(qǐng)人:國電南京自動(dòng)化股份有限公司