專利名稱：自動時延和幅度補(bǔ)償方法及使用該方法的電度計量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以自動時延和幅度補(bǔ)償來糾正交流電度計量裝置的相位誤差和幅度誤差的方法和采用該方法的電度計量裝置，特別是涉及用于數(shù)字式全電子電度計量裝置的自動相位和幅度誤差補(bǔ)償方法及采用該方法的數(shù)字式。全電子電度計量裝置。
本發(fā)明涉及的技術(shù)領(lǐng)域;
全電子式電度表;
智能電度表的電度測量系統(tǒng);
數(shù)字化自動相位和幅度補(bǔ)償技術(shù)及其在電能計量系統(tǒng)中的應(yīng)用。
現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)有的全電子式電度表，包括微機(jī)化的智能電度表，絕大多數(shù)仍采用模擬電子線路構(gòu)成的電度測量系統(tǒng)。例如國際上電子電度表主要制造商之一，法國的Schlumberger Industries生產(chǎn)的各種全電子電度表，包括帶微處理器的多功能電度表，迄今均仍采用模擬乘法電路，低通濾波器及壓-頻轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的電度測量系統(tǒng)。并末將表內(nèi)微機(jī)的數(shù)字運(yùn)算能力用于電度測量。
上述以模擬乘法電路及壓頻轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成的電度測量系統(tǒng)有以下缺點(diǎn)為保證精度，要用激光微調(diào)等工藝對電度運(yùn)算電路的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)仔細(xì)的調(diào)較，工藝復(fù)雜，設(shè)備投資大;
由于上述電度運(yùn)算電路不能解決電流、電壓互感器的誤差補(bǔ)償，必須采用高精度的電壓、電流傳感器，使電表成本增大;
在電度表出廠以后不能夠?qū)﹄姸扔嬃肯到y(tǒng)的精度進(jìn)行重新調(diào)校。
最近，已有完全以微處理機(jī)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化電度計量系統(tǒng)的電度表，如中國實(shí)用新型專利ZL92209607.4‘電匙式智能電度表’的電度計量系統(tǒng)(見本發(fā)明人申請并已授權(quán))。這種全數(shù)字化的電度計量系統(tǒng)不僅充分利用了智能化電度表中微處理器的數(shù)字運(yùn)算能力來取代，模擬乘法器和壓頻轉(zhuǎn)換器的電度運(yùn)算功能，而且還可以對電度表的信號傳感部份，包括電流互感器及電壓互感器的相位及幅度誤差進(jìn)行數(shù)字化的自動補(bǔ)償(詳見，本發(fā)明人提出的中國發(fā)明專利申請94100987.4‘自動相位幅度補(bǔ)償方法及使用該方法的電度計量裝置’)。在本發(fā)明申請中提出一種新的自動補(bǔ)償電度表相位誤差的方法，即自動時延補(bǔ)償方法，詳細(xì)說明了實(shí)現(xiàn)該種自動時延補(bǔ)償方法的三種可能的硬件配置和工作模式，以及測量時延和幅度補(bǔ)償曲線的方法，本發(fā)明申請還包括采用自動時延和幅度補(bǔ)償方法的電度計量裝置和實(shí)施例。
與前述發(fā)明專利申請94100987.4所提出的自動相位補(bǔ)償法相比，本發(fā)明的自動時延補(bǔ)償法有以下特點(diǎn)(1)可利用單片微機(jī)中定時器(Timer)功能，通過對取樣電路的取樣時刻的調(diào)節(jié)來自動補(bǔ)償相位誤差，因此在相位補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算控制方面比前述專利申請94100987.4的自動相位補(bǔ)償法更簡單，可節(jié)省微機(jī)的運(yùn)算時間;
(2)特別適用于采用分時取樣的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字化電度表。
本發(fā)明專利申請的自動時差補(bǔ)償與前專利申請94100987.4的自動相位補(bǔ)償方法均可以根據(jù)實(shí)際的硬件配置和補(bǔ)償特性的需要，單獨(dú)使用或混合使用。
本發(fā)明之目的及效果在于1.提出一種適合于數(shù)字化電度計量系統(tǒng)的自動相位和幅度補(bǔ)償方法，以提高該電度計量系統(tǒng)的精度;
2.利用智能電度表內(nèi)的單片微機(jī)對相位和幅度誤差進(jìn)行數(shù)字化的補(bǔ)償，以免去復(fù)雜昂貴的模擬式補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)及免用激光微調(diào)等昂貴的工藝;
3.通過數(shù)字化的相位和幅度補(bǔ)償，免去電度計量裝置內(nèi)的可調(diào)節(jié)元件，如電位器等從而消除由這類可調(diào)元件造成的變差;
4.通過數(shù)字化的相位和幅度補(bǔ)償，在電度計量裝置的生產(chǎn)調(diào)校和運(yùn)行復(fù)校時可很方便的實(shí)現(xiàn)全計算機(jī)化的高速電子調(diào)校，節(jié)省校表時間。
本發(fā)明的方法可用于單相及三相全電子數(shù)字式有功及無功電度表，也可用于發(fā)電廠和變電所的功率、電度變送器、功率因數(shù)表、最大需量表、負(fù)荷記錄儀及負(fù)荷控制器等裝置。
采用本發(fā)明的自動時延和幅度補(bǔ)償方法效果顯著，以一采用低精度的電流互感器及電壓互感器的電度表為例，該電度表在未采用本發(fā)明的自動時延和相位補(bǔ)償時，按IEC1036標(biāo)準(zhǔn)測得的最大電度誤差達(dá)到±10%。在加上了本發(fā)明的自動時延和幅度補(bǔ)償后，最大誤差減至±0.5%以內(nèi)。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明所述的方法和使用該方法的裝置作出進(jìn)一步的描述。
各個附圖的圖面說明如下

圖1A表示本發(fā)明的‘自動時延和幅度補(bǔ)償方法’所適用的數(shù)字式全電子電度計量的基本硬件框圖。
圖1B表示本發(fā)明的自動時延補(bǔ)償方法工作模式1所需要的取樣保持和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元106的硬件配置。
圖1C表示本發(fā)明的自動時延補(bǔ)償方法工作模式2和工作模式3所需要的取樣保持和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元106的硬件配置。
圖1D表示本發(fā)明的自動時延補(bǔ)償方法的工作模式3的取樣保持電路的輸出信號波形。
圖2表示一采用本發(fā)明的‘自動時延和幅度補(bǔ)償方法’的電度計量裝置的硬件框圖。
圖3表示電流及電壓信號經(jīng)過電流及電壓通道時出現(xiàn)的時延差。
圖4A表示一未采用自動時延補(bǔ)償?shù)碾姸扔嬃垦b置的電度相位誤差與供電電壓的關(guān)系曲線。
圖4B表示采用了自動時延補(bǔ)償?shù)耐浑姸扔嬃垦b置的電度相位誤差的變化范圍。
圖5A表示電壓時延補(bǔ)償曲線圖5B表示電流時延補(bǔ)償曲線圖5C表示電壓幅度補(bǔ)償曲線圖5D表示電流幅度補(bǔ)償曲線圖6A表示根據(jù)實(shí)測工作電壓幅值Uymr從電壓時延補(bǔ)償曲線求取該工作電壓下的電壓時延補(bǔ)償值圖6B表示根據(jù)實(shí)測工作電流幅值Ixmr從電流時延補(bǔ)償曲線求取該工作電流下的電流時延補(bǔ)償值圖6C表示根據(jù)實(shí)測工作電壓幅值Uymr從電壓幅度補(bǔ)償曲線求取該工作電壓下的電壓幅度補(bǔ)償系數(shù)圖6D表示根據(jù)實(shí)測工作電流幅值Ixmr從電流幅度補(bǔ)償曲線求取該工作電流下的電流幅度補(bǔ)償系數(shù)圖7表示用于測量時延補(bǔ)償曲線和幅度補(bǔ)償曲線的手動校表系統(tǒng)設(shè)備框圖。
圖8A為一采用本發(fā)明的‘自動時延和幅度補(bǔ)償方法’的三相電度表實(shí)施例的電流和電壓通道原理線路圖。
圖8B為一采用本發(fā)明的‘自動時延和幅度補(bǔ)償方法’的三相電度表實(shí)施例的取樣保持模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，單片微機(jī)及其他附屬電路的原理線路圖。
本發(fā)明的‘自動時延和幅度補(bǔ)償方法’包括以下主要內(nèi)容及步驟(1)自動時延補(bǔ)償本發(fā)明以對全電子數(shù)字化電度計量裝置TWHRM100的電流、電壓信號通道104，105的輸出信號iX(t)、uY(t)進(jìn)行取樣的時間差來自動補(bǔ)償該裝置100的電流、電壓信號通道104，105所造成的電流、電壓信號時延差。用此方法來消除因電流、電壓信號經(jīng)過電流、電壓信號通道104，105時的時延差所造成的電度計量誤差。
(2)自動幅度補(bǔ)償本發(fā)明以數(shù)字化幅度補(bǔ)償運(yùn)算來自動補(bǔ)償所述電度計量裝置100的電流、電壓信號，經(jīng)過電流、電壓信號通道104，105時的幅度失真。用此方法來消除因電流、電壓信號幅度失真所造成的電度計量誤差。
(3)測量時延補(bǔ)償曲線上述步驟(1)中對電流、電壓通道104，105的輸出信號iX(t)、uY(t)進(jìn)行取樣的時間差tcomp和所測電壓、電流幅值Uym，Ixm的關(guān)系曲線，稱為時延補(bǔ)償曲線。
(4)測量幅度補(bǔ)償曲線測取由上述步驟(2)中所述的用于數(shù)字化幅度補(bǔ)償運(yùn)算的電壓幅度補(bǔ)償系數(shù)g及電流幅度補(bǔ)償系數(shù)h各自與所測電壓、電流幅值Uym，Ixm的關(guān)系曲線，即幅度補(bǔ)償曲線。
(5)儲存時延及幅度補(bǔ)償曲線上述步驟(3)(4)所測得的時延及幅度補(bǔ)償曲線要儲存在該被校準(zhǔn)的電度計量裝置100的非易失性儲存器108內(nèi)。
(6)按工作電壓、電流找工作點(diǎn)的補(bǔ)償系數(shù)。在該儲有其本身的時延補(bǔ)償和幅度補(bǔ)償曲線的電度計量裝置100工作時，自動按其一段工作時期內(nèi)的被測電壓和電流幅值，從其補(bǔ)償特性曲線上找出當(dāng)時所需的取樣時差tcomp值及電壓、電流幅度補(bǔ)償系數(shù)值，用于步驟(1)和(2)。
(7)數(shù)字化的電度運(yùn)算所述電度計量裝置100在工作時經(jīng)過上述步驟(6)，(1)，(2)，對電流、電壓的每一取樣值進(jìn)行時延及幅度校正，得到校正后的數(shù)字化電流、電壓取樣，最后以數(shù)字乘法及積分運(yùn)算計算累計電度量。
上述步驟(3)、(4)、(5)是在對所述電度計量裝置100進(jìn)行刻度校準(zhǔn)時進(jìn)行的工作。在刻度校準(zhǔn)時也要用到該裝置的自動時延補(bǔ)償，幅度補(bǔ)償及電度運(yùn)算功能，即上述(1)，(2)，(6)，(7)各步驟。
下面進(jìn)一步詳述以上各步驟。
第(1)步自動時延補(bǔ)償。
首先結(jié)合圖3闡明信號通道104，105的時延差所造成的電度誤差。
電流通道104的輸入信號is(t)＝Ismcos(ωt+ψ)電壓通道105的輸出信號us(t)＝Usmcosωt電流通道104的輸出信號
ix(t)＝Ixmcos[ω(t-ti)+ψ]電壓通道105的輸出信號uy(t)＝Uymcosω(t-tu上列式中ti，tu分別為電流通道104和電壓通道105對信號的時延。ti＞0表示ix(t)滯后于is(t)，ti＜0表示ix(t)引前于is(t);同樣，tu＞0表示uy(t)滯后于us(t)，tu＜0表示uy(t)引前于us(t)。
電流、電壓信號通道104，105輸出信號ix(t)，uy(t)的相位差為Lix(t)-Luy(t)＝ψ-ω(ti-tu一般情形下電流、電壓通道之時延ti，tu并不恰好相等，即(ti-tu)≠0，這樣，在電流、電壓信號通道104，105輸出端的電流，電壓信號相位差就不等于被測電流is(t)，電壓us(t)的相位差ψ。ω(ti-tu)是二通道時延差所致的附加相位差，它引起的電度誤差以下簡稱為相位誤差。
本發(fā)明的‘自動時延和相位補(bǔ)償方法’提出一種簡單易行的方法來自動糾正電度相位誤差，即以對電流信號及電壓信號ix(t)，uy(t)進(jìn)行取樣的時刻之差，來補(bǔ)償?shù)綦娏髋c電壓信號經(jīng)過相應(yīng)信號通道時的時延差，以達(dá)到自動糾正電度相位誤差之目的。
為此，需令對ix(t)，uy(t)的取樣時間差tcomp與電流、電壓信號通道的時延差((ti-tu)相等，即tcomp＝ti-tu且當(dāng)tcomp＞0時，先對電壓信號uy(t)取樣，后對電流信號ix(t)取樣，二者相隔tcomp秒，當(dāng)tcomp＜0時，先對ix(t)取樣，后對uy(t)取樣，二者相隔|tcomp|秒。
上述‘自動時延補(bǔ)償法’可有多種工作模式，各工作模式的硬件配置及工作時序有所差別。下面列舉三種基本的工作模式。
工作模式1圖1B展示了取樣保持及模數(shù)轉(zhuǎn)換單元U3 106的具體硬件配置的可能方案之一。該圖中電流和電壓通道的輸出信號ix(t)，uy(t)分別由二個取樣保持電路S/HX 114和S/HY 115進(jìn)行取樣保持。S/HX 114和S/HY 115的取樣控制信號SHXCTRL和SHYCTRL，必須是分開的，相互獨(dú)立的。
在每一取樣時間間隔△t中，S/HX 114和S/HY 115分別對ix(t)，uy(t)取一次樣，二者取樣的時間差tcomp則由運(yùn)算單元107根據(jù)時延補(bǔ)償曲線及工作電壓、電流決定，以實(shí)現(xiàn)自動時延補(bǔ)償。ix(n)，uy(n)分別為第n次取樣及保持后的電流、電壓信號。多路轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX 110通過其二個開關(guān)SWX與SWY將ix(n)及uy(n)逐個接至模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D 112，由A/D 112轉(zhuǎn)換成數(shù)字化的信號Ix(n)，Un(t)。由于電流及電壓信號共用一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D 112，必須在完成一個信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換之后才開始轉(zhuǎn)換另一個信號。先進(jìn)行取樣保持的信號先轉(zhuǎn)換，后取樣保持的后轉(zhuǎn)換。在任何時刻，多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的二個開關(guān)SWX，SWY不可同時合上。BUF 111是多路轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX 110與模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D 112之間的緩沖放大器，起阻抗匹配作用。
所述的工作模式由于采用了二個取樣保持電路S/HX 114，S/HY 115分別對電流、電壓信號取樣，因此二通道的取樣時差tcomp不受模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時間的約束。
工作模式2為了節(jié)省取樣保持電路，可將U3 106改成圖1C所示的接線。在該圖中電流和電壓通道輸出的電流和電壓信號ix(t)，uy(t)可分別通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX 10的開關(guān)SWX和SWY接到公用的取樣保持電路S/H 113，經(jīng)S/H 113取樣保持后為ix(n)，uy(n)，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換器112轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的ix(n)，uy(n)，由于取樣保持電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器是電流和電壓信號共用的，在對一個信號取樣保持以后必須等到該信號被模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D 112轉(zhuǎn)換為數(shù)字化信號之后才允許對另一信號取樣。因此，自動時差補(bǔ)償?shù)淖钚≈?tcomp)min即二個信號的取樣時間差的最小值，不能小于完成一個通道的信號取樣保持及模數(shù)轉(zhuǎn)換過程所需的時間。在不能滿足這一條件時，需在一個通道中加適當(dāng)?shù)臅r間延遲網(wǎng)絡(luò)，增大二個通道的信號時延差，us便有足夠的時間讓先取樣的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
工作模式3在采用圖1C的單取樣保持電路的條件下亦可以電流、電壓交替取樣的工作模式來解決工作模式2所述及的最小取樣時差(tcomp)min受模數(shù)轉(zhuǎn)換時間限止的問題。所述交替取樣就是在每一取樣時間間隔△t中，只取電流或只取電壓，交替進(jìn)行，如圖1D所示，例如在偶數(shù)次取樣只取電壓信號uy(n)，n＝0，2，4，6，……在奇數(shù)次取樣只取電流信號ix(n)，n＝1，3，5，7在正弦波電壓的條件下，可從電壓信號的偶數(shù)次取樣值算出電壓信號的奇數(shù)次取樣值Uy(n)＝ (uy(n-1)+uy(n+1))/2 1/(cosωΔt)式中n＝1，3，5，……uy(n-1)，uy(n+1)分別在[(n-1)△t-tcomp]及[(n+1)△t-tcomp]時取樣;由uy(n-1)及uy(n+1)推算出來的uy(n)相當(dāng)于在(n△t-tcomp)時的電壓取樣。所有的電流取樣均在(n△t)時進(jìn)行，其n＝1，3，5，……由于 1/(cosω△t) 是一常數(shù)，可與下面第2步的幅度補(bǔ)償系數(shù)合并計算之。
對于正弦波的電流信號，亦可用類似以上的方法，從其n為奇數(shù)的取樣值算出n為偶數(shù)的取樣值ix(n)＝ (ix(n-1)+ix(n+1))/2 1/(cosωΔt)
這樣，雖然電流、電壓各以2△t的時間間隔進(jìn)行取樣，仍可通過上述平均運(yùn)算，得到時間間隔為△t的電流、電壓取樣。
第(2)步自動幅度補(bǔ)償說明如下本發(fā)明的自動幅度補(bǔ)償方法有以下主要技術(shù)特征＊幅度補(bǔ)償，在時延補(bǔ)償(即相位補(bǔ)償)之后進(jìn)行。
＊數(shù)字化的幅度補(bǔ)償，即由運(yùn)控單元107對已經(jīng)時延補(bǔ)償及模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)字化的電流，電壓取樣值I′x(n)，U′y(n)進(jìn)行下列幅度補(bǔ)償運(yùn)算I′x(n)＝Ix(n)[1+h]U′y(n)＝Uy(n)[1+g]I′xn，U′y(n)為經(jīng)時延及幅度補(bǔ)償后的電流、電壓取樣值，n為取樣時序;
Ixn，Uy(n)為已經(jīng)時延補(bǔ)償，但尚未幅度補(bǔ)償?shù)碾娏鳎妷喝又?
以上Ixn，I′xn，Uy(n)，U′y(n)均為模數(shù)轉(zhuǎn)換以后的，二進(jìn)制的數(shù)字量。
h為電流幅度補(bǔ)償系數(shù)，g為電壓幅度補(bǔ)償系數(shù)，它們的定義為電流幅度補(bǔ)償系數(shù)h＝ (電流的準(zhǔn)確值-電流的實(shí)測值)/(電流的實(shí)測值)電壓補(bǔ)償系數(shù)g＝ (電壓的準(zhǔn)確值-電壓的實(shí)測值)/(電壓的實(shí)測值)h隨電流信號幅值大小而變，即有電流幅度補(bǔ)償曲線h＝fh(Ixm)
g隨電壓信號幅度大小而變，即有電壓幅度補(bǔ)償曲線g＝fg(Uxm)在下面第(4)步將說明電流，電壓幅度補(bǔ)償曲線的實(shí)際測量方法。
第(3)步測量時延補(bǔ)償值tcomp與電壓，電流信號幅值Uym，Ixm的關(guān)系曲線，即時延補(bǔ)償曲線。
電流通道104對電流信號的時延ti是電流信號幅度的函數(shù)，與電壓信號幅度無關(guān)ti＝f1(Ixm)電壓通道U2 105對電壓信號的時延tu是電壓信號幅度的函數(shù)，與電流信號幅度無關(guān)tu＝f2(Uym)取樣時差，即時延補(bǔ)償值為tcomp＝ti-tu＝f1(Ixm)-f2(Uymtcomp可以用下列二種方法之一測量之(1)直接測量電流通道及電壓通道的時延曲線ti＝f1(Ixm)及tu＝f2(Uym)，再計算tcomp(2)通過對被校電度表的時延誤差的校正來尋找出時延補(bǔ)償曲線。
上述第(1)種測量tcomp的方法需要用高精度的相位差計(角差測量設(shè)備)來測量通道輸出信號與其輸入信號之相位差。
上述第(2)種測量tcomp的方法結(jié)合圖7說明如下。圖7是用以校正具有自動時延和幅度補(bǔ)償功能的電度表的基本裝置和連接圖。圖中TWHRM 100是被校電度表，該電度表采用本發(fā)明的自動時延和幅度補(bǔ)償方法來自動糾正電度誤差。
該電度表TWHRM 100經(jīng)它的通訊接口與外部的電腦705進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。校表操作人員通過該電腦705將補(bǔ)償參數(shù)tcomp，h，g輸入該電度表100，及讀取該電表100所測得的電壓和電流信號的幅值Uym，Ixm。注意，Uym，Ixm是末經(jīng)幅度補(bǔ)償?shù)?，已?shù)字化的電壓，電流信號幅值。SWHRM 702是標(biāo)準(zhǔn)電度表，其讀數(shù)作為校表之基準(zhǔn)數(shù)。被校電表TWHRM 100和標(biāo)準(zhǔn)電表SWHRM 702功率脈沖輸出WPT和WPS送入電度誤差計算器DELTAGEN 703，所算出的誤關(guān)δ在該誤差計算器703的數(shù)碼顯示器704上顯示出來。被校電度表TWHRM 100與標(biāo)準(zhǔn)電度表SWHRM 702由同一電源STDPWS 701供電。該電源包括一正弦交流電壓源us和一正弦交流電流源is，分別給電度表100，701的電壓及電流單元供電。該電源701的輸出電壓、電流及功率因數(shù)角ψ均可分別通過電源的輸出調(diào)節(jié)裝置706手動調(diào)節(jié)，并可由該電源的輸出顯示器707讀取輸出電壓、電流Us，Is(有效值)及功率因數(shù)角ψ。
校表操作人員用圖7所示各項裝置，以下列操作步驟測取被校電度表100的時延補(bǔ)償值tcomp與電壓Uym，電流Ixm的關(guān)系曲線，即時延補(bǔ)償曲線。
①測標(biāo)稱電壓、電流下的時延補(bǔ)償值tcompN將電源701的輸出電壓和電流調(diào)至被校電表100的標(biāo)稱值UN，IN，以下列‘相位平衡法’在不同的tcomp下進(jìn)行測試，找出在UN，IN下正確的時延補(bǔ)償值tcompN首先取tcomp＝0，即在無時延補(bǔ)償?shù)那樾蜗聹y試。將功率因數(shù)角調(diào)至一容性(引前)角度，例如ψc＝+30°，測記此時的誤差δc%;再將功率因數(shù)角調(diào)至一感性(滯后)角度，例如ψL＝-30°，測記此時的誤差δL%。以下列‘相位平衡法’從δc%，δL%的相對大小，來判斷應(yīng)如何修改tcomp若 δC%＞δL%;則tcomp應(yīng)增大若 δC%＜δL%;則tcomp應(yīng)減小若 δC%＝δL%;則tcomp正好，即為該電壓、電流下正確的時延補(bǔ)償值。注意，①此處tcomp的增大與減小是指其代數(shù)值的增減。②最佳tcomp的判據(jù)是δC%＝δL%，并不要求δC%，δL%為零。
在按上述判據(jù)修改tcomp值，經(jīng)電腦705送入被校電表100，再從誤差計算器顯示屏704讀出ψC＝+30°時的δC%及ψL＝-30°時的δL%，再以上述‘相位平衡法’判斷tcomp是否要進(jìn)一步修改，如此反復(fù)進(jìn)行直至達(dá)到δC%＝δL%為止。由于本步驟是在標(biāo)稱電壓、電流UN，IN下進(jìn)行的，將所得的時延補(bǔ)償值記為tcompN②在電源電流保持標(biāo)稱值IN不變的條件下，改變電壓US，測電壓時延補(bǔ)償曲線tcompu＝j(luò)cu(Uym)Ig=IN例如將電源701的電流調(diào)至標(biāo)稱值IN，電壓調(diào)至標(biāo)稱值的80%，即US1＝0.8UN，用上述第①步的方法找出對應(yīng)于(US1，IN)的時延補(bǔ)償值tcompU1，并由電腦705讀取被校表100此時所測得的電壓信號幅度Uym1，(tcompU1，Uym1)就是電壓時延補(bǔ)償曲線上的一個點(diǎn)。改變電源電壓US，在US2，US3……以上述相同步驟測得(tcompU2，Uym2，)(tcompU3，Uym3)，……即得到折線化的電壓時延補(bǔ)償曲線(見圖5A)tcompUj＝fcu(Uym)Ig=INj＝1，2，3，……③在電源電壓保持標(biāo)稱值UN不變的條件下，改變電源電流IS，以與②相似的方法測出折線化的電流時延補(bǔ)償曲線(見圖5B)tcompIK＝fcI(Uymj)Is=INk＝1，2，3，……其中Ixmk是該被校表測得的電流信號幅值，它是末經(jīng)幅度補(bǔ)償?shù)模瑪?shù)字化的電流值。
在任意的電源電壓、電流下的時延補(bǔ)償系數(shù)tcomp值可由以上所得的tcompN及電壓時延補(bǔ)償曲線fcu(Uym)Ig=IN，電流時延補(bǔ)償曲線fcI(Uxm)us=UN，計算出來。具體計算將在下面關(guān)于本發(fā)明的‘自動時延和幅度補(bǔ)償方法’的第(6)步的說明中闡明。
以上手動的操作原理可以由電腦化的校表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動化校表。
第(4)步測幅度補(bǔ)償曲線在測幅度補(bǔ)償曲線之前，應(yīng)將由第(3)步測得的時延補(bǔ)償曲線輸入被校電度表100內(nèi)，使被校電度表100在已進(jìn)行時延補(bǔ)償?shù)臈l件下測量幅度補(bǔ)償曲線。
先測電壓幅度補(bǔ)償曲線還是先測電流幅度補(bǔ)償曲線應(yīng)視具體的通道的特性而定，原則是先測非線性較顯著的通道的幅度補(bǔ)償曲線。
在測電壓幅度補(bǔ)償曲線時，使電源電流保持標(biāo)稱值IN不變，將電源電壓調(diào)至電壓幅度補(bǔ)償曲線各折點(diǎn)的電壓值US1，US2，US3……，在每一(US1，IN)，(US2，IN)，(US3，IN)，……工作條件下，通過下列測試，找出該工作條件下的電壓幅度補(bǔ)償系數(shù)g通過電腦705，將電壓幅度補(bǔ)償系數(shù)g＝0輸入被測電度表100，由誤差顯示屏704讀出δ%，若δ%＞0，應(yīng)減小g，若δ%＜0，應(yīng)增大g。將修改后的g輸入被校電表100后再讀出誤差δ%，以決定是否要進(jìn)一步增大或減小g，如此反覆進(jìn)行直至|1δ%f|小于該被校表的允許誤差為止。注意，在以上測不同的電壓幅度系數(shù)g所對應(yīng)的誤差的過程中，該電度表的自動幅度補(bǔ)償計算程序是一直在工作的②電流幅度補(bǔ)償系數(shù)為零，即 ＝0記下此工作狀態(tài)下的g，并由電腦705讀取被校電表100此時測得的電壓信號幅值Uym，注意Uym是未經(jīng)幅度補(bǔ)償?shù)摹Ｈ绱丝蓽y得電壓幅度補(bǔ)償曲線上的一個點(diǎn) 。
由各不同電源電壓下測得的電壓幅度補(bǔ)償系數(shù)g及相應(yīng)的Uym，就得到折線化的電壓幅度補(bǔ)償曲線(見圖5C)
gj＝fcu(Uymj)Ig=INj＝1，2，3，……電流幅度補(bǔ)償曲線是在電源電壓保持標(biāo)稱值UN不變的條件下，在不同的電源電流下，以上述累試法測出電流幅度補(bǔ)償系數(shù)h及電度表100測出的電流幅度IXM，從而得到下列折線化的電流補(bǔ)償曲線(見圖5D)hk＝fh(Ixmk)ug=UNK＝1，2，3，……注意，在測上述電流幅度補(bǔ)償曲線時，應(yīng)將標(biāo)稱電壓UN對應(yīng)的電壓幅度補(bǔ)償系數(shù)(g) 送入該被校電表100中，使電壓幅度自動得到幅度補(bǔ)償。
第(5)步儲存補(bǔ)償曲線在完成(3)，(4)步測試后，將所得的各補(bǔ)償曲線的各折點(diǎn)的參數(shù)值及其對應(yīng)的電流或電壓幅度(Ixm或Uym)，成對的按預(yù)定地址排列輸入該被校表100的非易失性存儲器108中。
第(6)步找工作時的時延及幅度補(bǔ)償系數(shù)tcomp，g，h。
在采用‘自動時延和幅度補(bǔ)償方法’的電度表100工作時，該電表將按照當(dāng)前一段時間內(nèi)測得的電壓及電流幅值Uym，Ixm從儲存在該電表內(nèi)的時延及相位補(bǔ)償曲線計算出時延及幅度補(bǔ)償系數(shù)。設(shè)Uymr，Ixmr為當(dāng)前一段時間內(nèi)的電壓和電流幅值。電壓時延補(bǔ)償系數(shù)的計算可結(jié)合圖6A當(dāng)Uym2＜Uymr＜Uym3tcompUr＝tCU2+ (tcu3-tcu2)/(Uym3-Uym2) ·(Uymr-Uym2)
電流時延補(bǔ)償系數(shù)的計算見圖6B當(dāng)Ixm3＜Ixmr＜Ixm4tcompIr＝tCI3+ (tc14-tc13)/(Ixm4-Ixm3) ·(Ixmr-Ixm3)在(Uymr，Ixmr)條件下的時延補(bǔ)償系數(shù)tcompr＝tcompUr+tcompIr-tcompN其中tcompN是在第(3)步中測得的，電源電壓、電流分別為標(biāo)稱電壓，標(biāo)稱電流時的時延補(bǔ)償值。
電壓幅度補(bǔ)償系數(shù)的計算結(jié)合圖6C說明如下若Uym2＜Uymr＜Uym3則gr＝g2+ (g3-g2)/(Uym3-Uym2) ·(Uymr-Uym2)電流幅度補(bǔ)償系數(shù)的計算結(jié)合圖6D說明如下若Ixm2＜Ixmr＜Ixm3hr＝h2+ (h3-h2)/(Ixm3-Ixm2) ·(Ixmr-Ixm2)最后，第(7)步，電度運(yùn)算采用‘自動時延和幅度補(bǔ)償方法’的電度計量裝置100工作時，在每一取樣時間間隔△t內(nèi)，按下列順序計算該段時間△t內(nèi)的電度△w，并將和以前累計的電度相加先執(zhí)行步驟(6)找出當(dāng)前的補(bǔ)償參數(shù)tcompr，gr和hr然后將tcompr用于步驟(1)進(jìn)行時延補(bǔ)償，將gr和hr用于步驟(2)進(jìn)行幅度補(bǔ)償，最后在本步驟(7)進(jìn)行下列電度運(yùn)算Wp(N)＝ I′x(n)·U′y(n)·△t
其中I′x(n)，U′y(n)是已經(jīng)經(jīng)過時延補(bǔ)償和幅度補(bǔ)償?shù)?，電流和電壓的第n次取樣值。
Wp(N)是從t＝0到t＝N△t這段時間內(nèi)累計的有功電度量。
若信號通道有直流零位失調(diào)，可從電流或電壓取樣I′x(n)或U′y(n)中，減去其平均值后再進(jìn)行上述電度運(yùn)算。
本發(fā)明的‘自動時延和幅度補(bǔ)償方法’是一種適用于全電子、數(shù)字化電度計量裝置的自動糾正電度計量誤差的方法。
所述的全電子、數(shù)字化電度計量裝置具有圖1所示的各基本組成單元及相互聯(lián)接，并以全數(shù)字化的功率、電度運(yùn)算及自動補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)高精度電度計量。
圖1A中的用戶負(fù)載LOAD 103由供電線路101，102供電。us(t)，is(t)為負(fù)載端的電壓，電流。圖1A的TWHRM 100是一全電子數(shù)字化電度計量裝置，它通過其接線端子接入爭載電流is(t)(串聯(lián))和負(fù)載電壓us(t)(并聯(lián))，以測量該負(fù)載耗用的電度量。該全電子數(shù)字化電度計量裝置TWHRM 100內(nèi)有以下各基本組成單元U1 104 電流信號通道;
U2 105 電壓信號通道;
U3 106 取樣一保持及模數(shù)轉(zhuǎn)換單元;
U4 107 運(yùn)控單元;
U5 108 非易失性數(shù)據(jù)儲存器;
U6 109 輔助單元。
電壓、電流信號通道U2 105，U1 104主要由互感器及線性放大器構(gòu)成，它們提供強(qiáng)電與弱電網(wǎng)絡(luò)之間的安全隔離及將強(qiáng)電信號轉(zhuǎn)換為弱電信號。電流通道U1 104的輸入信號為負(fù)載電流is(t);電壓通道U2 105的輸入信號為負(fù)載電壓us(t)，輸出信號為uy(t)。
取樣-保持及模數(shù)轉(zhuǎn)換單元U3 106由取樣-保持電路，多路轉(zhuǎn)換開關(guān)及模數(shù)轉(zhuǎn)換器等組成。其內(nèi)部的典型電路框圖見圖2之106。取樣轉(zhuǎn)換單元U3 106將電流、電壓通道輸出信號ix(t)，uy(t)轉(zhuǎn)換成離散取樣的、數(shù)字化的(二進(jìn)制的)信號Ix(n△t)，Uy(n△t)，n＝1，2，3，……△t為取樣時間間隔。
非易失性數(shù)據(jù)儲存器U5 108用于儲存自動補(bǔ)償所需的補(bǔ)償曲線及用電記錄等需長期保存在該裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)。
輔助單元U6 109通常包括顯示累計電度的數(shù)字顯示器，功率脈沖輸出接口，通訊接口等，詳見圖2之109及裝置之說明。
運(yùn)控單元U4 107是整個電子、數(shù)字化電度表的運(yùn)算和控制部分，在實(shí)現(xiàn)電度計量方面它對來自模數(shù)轉(zhuǎn)換器原數(shù)字化的電流、電壓信號Ix(n△t)，Uy(n△t)進(jìn)行數(shù)字式的自動補(bǔ)償及功率和電度運(yùn)算，此外，運(yùn)控單元107還對取樣一保持及模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和輔助單元內(nèi)各個環(huán)節(jié)進(jìn)行控制及數(shù)據(jù)交換。
在以下的說明中電度計量裝置的電度誤差為δ%＝ (該電度計量裝置測量值-實(shí)際耗用的電度量)/(實(shí)際耗用的電度量) ×100%以下簡稱δ%，為‘電度誤差’或‘誤差’。下面，以一實(shí)施例說明‘自動時延補(bǔ)償方法’如何實(shí)施及其在減小電度相位誤差方面的效果。
本實(shí)施例是在如圖1A所示的數(shù)字式電子電度計量裝置100上，采用圖1C所示的取樣保持及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的硬件配置以自動時延補(bǔ)償工作模式2的方法來糾正電度相位誤差。圖1C中以一個公用的取樣保持電路S/H 113對電流、電壓輪流取樣，且必須在對一個通道的信號完成了取樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換之后才可對另一通道信號進(jìn)行取樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換。
在該實(shí)施例的電壓通道105中采用一低精度電壓互感器，其角差在1°至2.5°范圍。電壓通道的時延tu主要由該互感器的角差所致。整個電壓通道時延的最大和最小值分別發(fā)生在輸入電壓為1.2UN及0.8UN(UN為該電度計量裝置標(biāo)稱電壓)時Us＝0.8UN時 (tu)min＝+55.6μsUs＝1.2UN時 (tu)max＝+138.8μs電流通道采用一霍爾效應(yīng)電流傳感器，整個電流通道(包括電流傳感器及放大電路)的時延特性在工作電流范圍內(nèi)保持常數(shù)，為ti＝-8μs
模數(shù)轉(zhuǎn)換及取樣保持電路的主要時間參數(shù)為取樣時間tacq＝2μs模數(shù)轉(zhuǎn)換時間tconv＝30μs數(shù)據(jù)讀出及MUX切換時間tRW＝5μs以上對一個通道進(jìn)行取樣一轉(zhuǎn)換一讀數(shù)的全過程共需37μs。
由于(|tcomp|)min＝|ti-tumin|＝|-8-55.6|μs＝|-63.6|μs＜37μs因此可在無須另加時延網(wǎng)絡(luò)的情況下采用工作模式2進(jìn)行自動時延補(bǔ)償。
以下的對比，可顯示自動時延方法所產(chǎn)生的效果若不采取自動時延補(bǔ)償，而以固定的50μs時差對電流、電壓信號取樣，先電流，后電壓。這樣，取樣后所得到的電流信號ix(n)與電壓信號uy(n)的時延差為當(dāng)Us＝1.2UN時(ti-tumax+50)μs＝(-8-138.8+50)μs＝-96.8μs當(dāng)Us＝0.8UN時(ti-tumin+50)μs＝(-8-55.6+50)μs＝-13.6μs相當(dāng)于電流信號ix(n)有一引前于電壓信號uy(n)的附加相移Us＝1.2UN時△ψmax＝ (360°)/(20000μs) ×96.8μs＝1.742°Us＝0.8UN時△ψmin＝ (360°)/(20000μs) ×13.6μs＝0.245°在容性負(fù)載功率因數(shù)角ψc＝36.87°(即容性功率因數(shù)0.8)時，電度相位誤差的最大值和最小值分別為(δc%)max＝ (cos(36.87°+1.742°)-0.8)/0.8 ×100%＝-2.33%(δc%)min＝ (cos(36.87°+0.245°)-0.8)/0.8 ×100%＝-0.32%在感性負(fù)載功率因數(shù)cosψL＝0.5，(ψL＝-60°)是最大與最小電度相位誤差(δL%)max＝ (cos(-60°+1.742°)-0.5)/(0.5×100%)＝+5.22%(δL%)min＝ (cos(-60°+0.245°)-0.8)/(0.8×100%)＝+0.74%圖4A為在Us＝0.8UN到1.2UN范圍內(nèi)，在以固定的取樣時間差50μs先后對電流、電壓取樣時，該實(shí)施例的電度相移誤差δPHA%與電壓及負(fù)載功率因數(shù)的關(guān)系曲線。
在采用了自動時延補(bǔ)償?shù)那闆r下，若在工作電流、電壓全部變化范圍內(nèi)，取樣時差tcomp與通道時延差(ti-tu)二者之間的偏差能保持在±5μs內(nèi)，即tcomp＝(ti-tr)±5μs則在整個電流、電壓變化范圍內(nèi)的最大電度相位誤差(發(fā)生在感性負(fù)載功率因數(shù)cosψL＝0.5時)δL%＝ (cos(-60°±0.09°)-0.5)/0.5＝±0.272%
其中±0.09°是對應(yīng)于±5μs的相移。圖4B是在上述自動時延補(bǔ)償發(fā)揮作用時的電度相位誤差δPHA%的變化范圍。
本發(fā)明的“自動時延和幅度補(bǔ)償方法”可用于數(shù)字式全電子電度計量系統(tǒng)，包括單相及三相的有功電度表和無功電度表，以及下列各種以有功及無功電度計量系統(tǒng)為基礎(chǔ)的裝置·單相和三相多功能電度表·變電所和發(fā)電廠的電度和功率變送器·功率因數(shù)表·最大需量表·復(fù)費(fèi)率電度表·預(yù)收費(fèi)電度表·負(fù)荷記錄儀·負(fù)荷控制器·高精度標(biāo)準(zhǔn)電度表·自動化全電子電度表校準(zhǔn)裝置下面將結(jié)合附圖對采用本發(fā)明的‘自動時延和幅度補(bǔ)償方法’的電度計量裝置100的基本組成部分進(jìn)行描述。參見圖2，該裝置100的主要組成部分為(1)電流通道104，它由電流傳感器CT 201，電流通道放大器AX 202及時延網(wǎng)絡(luò)NX 203組成，起初、次級隔離及信號轉(zhuǎn)換作用。
(2)電壓通道105，它由電壓互感器VT 204，電壓通道放大器Ay 205及時延網(wǎng)絡(luò)Ny 206組成，起初、次級隔離及信號轉(zhuǎn)換作用;
以上Nx 203，Ny 206二個時延網(wǎng)絡(luò)并非必需，視時延補(bǔ)償曲線和模數(shù)轉(zhuǎn)換時間的配合關(guān)系而定，見前面有關(guān)時延補(bǔ)償工作模式2的說明。
(3)取樣保持及模數(shù)轉(zhuǎn)換單元106，它由取樣保持電路S/H 113，多路轉(zhuǎn)換開關(guān)MVX 110，緩沖放大器BUF 111及模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D 112組成。亦可如圖1B所示改為電流、電壓分別有獨(dú)立的取樣保持電路S/HX 114，S/HY 115。
(4)運(yùn)算控制單元107，通常該單元可采用一單片微機(jī)作為運(yùn)控單元。該單片微機(jī)內(nèi)，包括以下各主要部分(4.1)中央處理單元CPU 210(4.2)譯碼及控制單元CTRL 216(4.3)程序地址計數(shù)器PC 214(4.4)定時器TIMER 213(4.5)監(jiān)視定時器WDOG 215(4.6)并行及可逐位控制的輸入及輸出電路I/O 219(4.7)同步串行通訊口SPI 217(4.8)異步串行通訊口SCI 218(4.9)可隨機(jī)讀寫的儲存器(內(nèi)存)RAM 211(4.10)只讀儲存器ROM 212(4.11)總線BUS 220只讀儲存器ROM 212內(nèi)存放各指令程序模塊，包括主程序，中斷服務(wù)程序，自動時延和幅度補(bǔ)償程序，電度運(yùn)算程序，模數(shù)轉(zhuǎn)換和取樣保持電路的控制程序，串行通訊程序，校表程序，補(bǔ)償曲線讀、寫程序及數(shù)據(jù)顯示程序等。單片機(jī)的控制單元CTRL 216按PC 214所載的地址從ROM中讀取指令，經(jīng)CTRL 216譯碼后控制單片機(jī)內(nèi)與該指令有關(guān)的各部分工作。定時器Timer 213能定時的進(jìn)行實(shí)時中斷和實(shí)時脈沖輸出，可用于取樣保持及模數(shù)轉(zhuǎn)換的定時控制。監(jiān)視定時器WDOG 215用以監(jiān)視單片機(jī)本身運(yùn)行是否正常，在出現(xiàn)異常情況時進(jìn)行自動復(fù)位等處理。異步串行口SCⅠ 218通過串行接口電路SCⅡ 223可與外部設(shè)備如電腦或打印機(jī)等連接，用于校測該電度表的補(bǔ)償曲線，讀取或修改表內(nèi)RAM 211的數(shù)據(jù)等。同步串行口SPⅠ 217和該電度表100內(nèi)的非易失性儲存器EEPROM 108進(jìn)行讀、寫，即在RAM 211與EEPROM 108二者之間交換數(shù)據(jù)。
(5)非易失性儲存器EEPROM 108用于儲存時延和幅度補(bǔ)償曲線及電度記錄等需要在該裝置100失去電源后仍保存的數(shù)據(jù)。
(6)功率脈沖輸出接口PJ 220用于輸出該裝置100的功率脈沖，可與校表系統(tǒng)相連進(jìn)行校表(見圖7)。
(7)數(shù)碼顯示器CNT 222及其驅(qū)動電路CNTDRV 221，用于顯示該電度計量裝置100的電度計量值。
(8)振蕩晶體XTAL 224用于穩(wěn)定單片機(jī)內(nèi)的時鐘脈沖發(fā)生器的振蕩頻率。
(9)直流電源PWS 225用于給該裝置100內(nèi)各部分電路供電。
使用本發(fā)明‘自動時延和幅度補(bǔ)償方法’的電度計量裝置的實(shí)施例。
圖8A為一全電子數(shù)字式三相四線多功能電度表的電壓通道和電流通道的原理線路圖，圖8B是該電度表的單片微機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器及顯示和通訊接口等部分的原理線路圖。
圖8A中801為三相四線供電線路。802為該三相電度表的接線端子排，它包括電流接線端子TB2 861，TB3 862，TB5 864，TB6 865，TB8 868，TB9 869和電壓接線端子TB1 860，TB4 863，TB7 867，TB10 870。該電度表的電壓通道采用三只電壓互感器VTA 803，VTB 804，VTC 805。該三只電壓互感器采用普通小型變壓器的矽鋼片繞制，其變比為50∶1，角差特性1°～3°，比差特性允許范圍為±5%，屬于低精度的互感器。電流傳感器用三只霍爾效應(yīng)傳感器，CTA 806，CTB 807和CTC 808，該電流傳感器的時延為3uS，非線性失真小于1%。所述電壓互感器803，804，805的輸出經(jīng)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)R1 808，R2 809，R3 810，R4 811，R5 812，R6 813，降壓后再經(jīng)跟隨器IC1 826，IC3 828，IC5 830輸出三相的電壓信號uAy，uBy，uCy，所述電流傳感器806，807，808的輸出經(jīng)放大器IC2 827，IC4 829和IC6 831放大后輸出三相的電流信號iAx，iBx，iCx。在所述電流傳感器806，807，808和所述放大器827，829，831之間有C1 814，C2 815，C3 816，R7 817，R8 818和R9 819組成的隔直流電路。所述放大器827，829，831的放大倍數(shù)由它們的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)電阻R10 820，R11 821，R12 822，R13 823，R14 824和R15 825決定。所述電流傳感器806，807，808由正、負(fù)直流電源+VAA，-VBB供電。所述跟隨器826，828，830及放大器827，829，831均用一只型號為OP-07的運(yùn)算放大器，它們均由各正、負(fù)直流電源+VCC，-VEE供電。所述三相電壓和電流輸出信號uAy，uBy，uCy，iAx，iBx，iCx均通過接插頭CONNIA 832與圖8B中的接插座CONNIB 838相連接。
圖8B的IC7 106為一多通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，型號為AD 7891-10。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器106內(nèi)包括8通道多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，一個公用的取樣保持電路及一個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器106的取樣時間tacq＝0.5μs，轉(zhuǎn)換時間tconv＝10μs，取樣保持電路從取樣轉(zhuǎn)入保持狀態(tài)的時刻由轉(zhuǎn)換控制信號CONVT控制，因此可由單片微機(jī)107的實(shí)時定時電路精確的控制各同一相的電流和電壓取樣的時間差，實(shí)現(xiàn)自動時延補(bǔ)償。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器106共有8個輸入通道。
三相電壓信號uAy，uBy，uCy，分別接至該模數(shù)轉(zhuǎn)換器106的ANΦ，AN2，AN4，三相電流信號iAx，iBx，iCx，分別接至該模數(shù)轉(zhuǎn)換器106的AN1，AN3，AN4。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作時按ANΦ，AN1，AN2，AN3，AN4，AN5的次序進(jìn)行取樣及轉(zhuǎn)換，ANΦ與AN1二者的取樣時刻(即從取樣轉(zhuǎn)入保持的瞬間)應(yīng)相差該相的時延補(bǔ)償值(tcomp)A，AN2與AN3的取樣時差為(tcomp)B，AN4，AN5的取樣時差為(tcomp)C。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的12位平行輸出DBO-DB11線接至單片微機(jī)107的輸入端口P40-P47(低8位)和P50-P53(高4位)。單片微機(jī)107還向模數(shù)轉(zhuǎn)換器106輸出三個控制信號RD，WR和CONVT及三位地址選擇信號AΦ，A1，A2。此外，當(dāng)每次轉(zhuǎn)換完成時該模數(shù)轉(zhuǎn)換器106的EOC線向單片微機(jī)107發(fā)出一個負(fù)脈沖，有關(guān)該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的其他特性和時序細(xì)節(jié)請參閱AD7891-10說明書。107采用一只μPD78324(日本，NEC產(chǎn)品)16位單片微機(jī)。該單片微機(jī)的時鐘晶振頻率為16兆赫，內(nèi)存RAM 1K，程序儲存器ROM為32K。該單片機(jī)107有多個定時中斷輸出線，可產(chǎn)生精確的實(shí)時輸出脈沖，用于自動時延補(bǔ)償。該單片機(jī)有一個同步串行口SPI，包括SCK，SO，SI三條線;及一個異步串口，包括RXD和TXD二條線。所述同步串口的SCK，SO，SI與該電度表內(nèi)的非易失性儲存器IC9 108的對應(yīng)的腳位相連。另外由單片微機(jī)107的輸出線P84作IC9 108的選片CS控制線。IC9 108可采用串行讀寫的EEPROM蕊片如93C66。IC12 835采用型號為HD 61603的8位X8段液晶顯示驅(qū)動電路，驅(qū)動液晶顯示屏LCD 836。異步串行口RXD，TXD通過一個RS-232電平轉(zhuǎn)換電路IC11 223連至RS-232接插座CONN2 870。IC11 223采用型號為MAX 232的集成電路。手動按鈕BT1 837，BT2 838用于選擇液晶顯示的顯示內(nèi)容。除液晶顯示外，該電度表還有二個機(jī)械計數(shù)器COUNTER1 850，counter 852，它們分別由單片微機(jī)107的P83，P82輸出線經(jīng)過驅(qū)動電路DRV1 849，DRV2 851驅(qū)動。功率脈沖從單片機(jī)107的P81線輸出，接到功率脈沖插座PJ 220。去耦電容C4 839，C5 840，C6 841，C7 842，晶振電容C8 844，C9 843及晶體XTAL1 224，XTAL2 871的作用在此不再詳述。IC10及XTAL2 871構(gòu)成的振蕩器向模數(shù)轉(zhuǎn)換器106提供6兆赫的時鐘脈沖，IC10 834用一只74HCO4。
該三相電度表采用‘自動延時延和幅度補(bǔ)償方法’使精度達(dá)到IEC-1036的0.5級電度表標(biāo)準(zhǔn)。該電度表具有多種電度計量和記錄功能，包括三相有功電度，三相無功電度，最大需量，功率因數(shù)的計量及分時記錄等功能。
權(quán)利要求
1.一種用于電度計量裝置的自動時延和幅度補(bǔ)償方法，其特征在于，該方法包括下述步驟(1)自動時延補(bǔ)償，用于對所述電度計量裝置100的電流、電壓信號通道104、105的輸出信號ix(t)、uy(t)進(jìn)行取樣的時間差來自動補(bǔ)償該裝置的電流、電壓信號時延差，以消除該時延差所造成的電度計量誤差；(2)自動幅度補(bǔ)償，用于自動補(bǔ)償所述電度計量裝置100的電流、電壓信號經(jīng)過電流，電壓信號通道104、105時的幅度失真，以消除因電流、電壓信號幅度失真所造成的電度計量誤差；(3)測量時延補(bǔ)償曲線，測取由步驟(1)中對電流、電壓信號通道104、105的輸出信號ix(t)、uy(t)進(jìn)行取樣的時間差tcomp和所測電壓、電流幅值Uym、Ixm的關(guān)系曲線，即時延補(bǔ)償曲線；(4)測量幅度補(bǔ)償曲線，測取由步驟(2)中用于幅度補(bǔ)償運(yùn)算的電壓幅度補(bǔ)償系數(shù)g及電流幅度補(bǔ)償系數(shù)h各自與所測電壓、電流幅度Uym、Ixm的關(guān)系曲線，即幅度補(bǔ)償曲線；(5)儲存時延及幅度補(bǔ)償曲線，將上述步驟(3)、(4)所測得的時延及幅度補(bǔ)償曲線儲存在該補(bǔ)校準(zhǔn)的電度計量裝置100的非易失性儲存器108內(nèi)；(6)根據(jù)工作電壓、電流找出工作點(diǎn)的補(bǔ)償系數(shù)，在該儲有其本身的時延補(bǔ)償和幅度補(bǔ)償曲線的電度計量裝置100工作時，自動按其一段工作時期內(nèi)的被測電壓和電流幅值，從其補(bǔ)償特性曲線上找出當(dāng)時所需的取樣時差tcomp值及電壓，電流幅度補(bǔ)償系數(shù)值，用于上述步驟(1)和(2)；(7)數(shù)字化的電度運(yùn)算，所述電度計量裝置100在工作時經(jīng)過上述步驟(6)，(1)，(2)，對電流、電壓的每一取樣值進(jìn)行時延及幅度校正，得到校正后的數(shù)字化電流、電壓取樣，最后以數(shù)字乘法及積分運(yùn)算計算累計電度量。
2.按權(quán)利要求1所述的自動時延和幅度被償方法，其特征在于，所述的第(6)步中，以電流信號及電壓信號ix(t)、uy(t)進(jìn)行取樣的時刻之差來補(bǔ)償?shù)綦娏髋c電壓信號經(jīng)過相應(yīng)信號通道時的時延差，以達(dá)到自動糾正電度相位誤差，為此，需令對ix(t)、uy(t)的取樣時間差tcomp與電流、電壓信號通道的時延差(ti-tu)相等，即tcomp＝ti-tu，當(dāng)tcomp＞0時，先對電壓信號uy(t)取樣，后對電流信號ix(t)取樣，二者相隔tcomp秒;當(dāng)tcomp＜0時，先對ix(t)取樣，后對y(t)取樣，二者相隔|tcomp|秒。
3.一種采用自動時延和幅度補(bǔ)償方法的電度計量裝置，其特征在于，該計量裝置100包括(1)電流通道104，它由電流傳感器CT 201，電流通道放大器AX 202及時延網(wǎng)絡(luò)Nx206組成，(2)電壓通道105，它由電壓互感器VT204，電壓通道放大器Ay205及時延網(wǎng)絡(luò)Ny206組成;(3)取樣保持及模數(shù)轉(zhuǎn)換單元106，它由取樣保持電路S/H 113，多路轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX 110，緩沖放大器BUF 111及模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D 112組成;(4)運(yùn)算控制單元107，采用一個單片微機(jī)作為運(yùn)控單元，(5)非易失性儲存器EEPROM 108，用于儲存時延和幅度補(bǔ)償曲線及電度記錄等需要在該裝置100失去電源后仍保存的數(shù)據(jù)，(6)功率脈沖輸出接口PJ 220，用于輸出該裝置100的功率脈沖，可與校表系統(tǒng)相連進(jìn)行校表，(7)數(shù)碼顯示器CNT 222及驅(qū)動電路CNTDRV 221，用于顯示該裝置100的電度計量值，(8)振蕩晶體XTAL 224，用于穩(wěn)定單片機(jī)內(nèi)的時鐘脈沖發(fā)生器的振蕩頻率，(9)直流電源PWS 225，用于給該裝置100內(nèi)各部分電路供電。
4.按權(quán)利要求3的電度計量裝置，其特征在于，所述的取樣保持是電流、電壓分別有獨(dú)立的取樣保持電路S/HX 114，S/Hy 115。
5.按權(quán)利要求3的電度計量裝置，其特征在于，所述的運(yùn)控單元的組成部分是中央處理單元CPU 210，譯碼及控制單元CTRL 216，程序地址計數(shù)器PC 214，定時器TIMER 213，監(jiān)視定時器WDOG 215，并行及可逐位控制的輸入及輸出電路I/O 219，同步串行通訊口217，異步串行通訊口218，可隨機(jī)讀寫的儲存器(內(nèi)存)RAM 211，只讀儲存器ROM 212，總線BUS 220。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于電度計量裝置的自動時延和幅度補(bǔ)償方法及裝置，該方法包括自動時延和幅度補(bǔ)償，測量和儲存時延和幅度補(bǔ)償曲線，尋取工作點(diǎn)的補(bǔ)償系數(shù)及數(shù)字化電度運(yùn)算等步驟。該裝置包括電流、電壓通道，取樣保持和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，運(yùn)控單元，非易失性儲存器，功率脈沖輸出接口，數(shù)碼顯示器、振蕩晶體和直流電流，該發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是自動相位補(bǔ)償更為簡單，微機(jī)運(yùn)算時間短，可采用低精度，價廉的電流和電壓互感器經(jīng)自動補(bǔ)償后取得高精度的計量裝置。
文檔編號G01R22/00GK1108390SQ9410154
公開日1995年9月13日 申請日期1994年3月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月7日
發(fā)明者裴立凡 申請人:裴立凡