一種波動(dòng)負(fù)荷下的電能精確計(jì)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種波動(dòng)負(fù)荷下的電能計(jì)量裝置。主要應(yīng)用于電能表平臺(tái)，在帶 有動(dòng)態(tài)、沖擊負(fù)荷的電力現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)電量精確計(jì)量。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工業(yè)的發(fā)展，大量的大功率電力電子設(shè)備在鋼鐵廠、礦場(chǎng)、港口、電氣化鐵路、 風(fēng)電場(chǎng)等現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)，使得多數(shù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電力負(fù)荷呈現(xiàn)快速變化和具有沖擊性的特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng) 負(fù)載電流幅值隨時(shí)間快速波動(dòng)。而實(shí)驗(yàn)室電流有效值恒定條件下檢定的電能表，在該種波 動(dòng)負(fù)荷下的計(jì)量精度將會(huì)受到影響，最主要的原因是缺乏針對(duì)該種動(dòng)態(tài)負(fù)荷設(shè)計(jì)的電能計(jì) 量方法和專用裝置。
[0003]目前已公布的電能計(jì)量方法主要包括：
[0004] 1、時(shí)分割乘法器方法。該是目前電能表普遍采用的計(jì)量方法。時(shí)分割乘法器按照 固定時(shí)間間隔對(duì)電壓與電流進(jìn)行乘法運(yùn)算，得到瞬時(shí)功率，并通過單片機(jī)的頻率計(jì)數(shù)得到 平均功率W及累計(jì)的電能。為達(dá)到較好的功率穩(wěn)定性，一般選取較長(zhǎng)的功率積分時(shí)間窗口 巧曰1~2s)。該種積分窗口在實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)態(tài)負(fù)荷下能達(dá)到很好的誤差穩(wěn)定性，但在負(fù)荷快速波 動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)，電流幅值變化的臨界點(diǎn)往往伴隨著相位的變化，過長(zhǎng)的積分窗口會(huì)將相位變化 期間引入的誤差納入到平均功率中。最典型的例子就是當(dāng)電氣化鐵路牽引列車進(jìn)站時(shí)，由 于機(jī)車制動(dòng)的影響，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)引入反向電流，從電流波形上來看，就是在瞬間電流相位 發(fā)生了 180度改變，如果用過長(zhǎng)的積分窗口，積分窗口內(nèi)的正反向瞬時(shí)有功功率會(huì)相互抵 消，導(dǎo)致該段時(shí)間內(nèi)的平均功率變小，造成電量少計(jì)。
[0005] 2、采用高階牛頓-柯特斯數(shù)值積分替代點(diǎn)積方式來計(jì)算瞬時(shí)功率，W及進(jìn)行瞬時(shí) 功率的積分（【申請(qǐng)?zhí)枴?01010273234. 5,公開號(hào)；101915872A，公開日：2010-12-15,申請(qǐng)國(guó)； 中國(guó)）。該種方法采用階數(shù)更高的積分方式，從而在電流崎變、波動(dòng)W及不平衡等非線性負(fù) 荷下，比點(diǎn)積運(yùn)算取得更高的精度。但是該種方法由于積分階數(shù)高，完成一次瞬時(shí)功率計(jì)算 的時(shí)間要遠(yuǎn)高于點(diǎn)積運(yùn)算，受限于電能表平臺(tái)的計(jì)算能力，在快速波動(dòng)的負(fù)荷下會(huì)容易出 現(xiàn)計(jì)量滯后。
[0006] 3、通過綜合相位誤差校準(zhǔn)的方法來提高計(jì)量巧片在非線性負(fù)載下的計(jì)量精度（申 請(qǐng)?zhí)枺?01510068151,公開號(hào)；104569906A，公開日：2015-4-29,申請(qǐng)國(guó)：中國(guó)）。該種方法并 沒有改變時(shí)分割乘法器的原理，而是根據(jù)電壓與電流回路相位誤差區(qū)間，來綜合校準(zhǔn)計(jì)量 結(jié)果中的相位誤差，從而提高非線性負(fù)荷下的計(jì)量精度。但該方法并沒有根本性地解決快 速波動(dòng)負(fù)荷下的積分時(shí)間窗問題，只要電能表仍然采用過長(zhǎng)的功率積分時(shí)間窗，就依然會(huì) 存在波動(dòng)電流相位變化造成的電能少計(jì)問題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種波動(dòng)負(fù)荷下的電能精確計(jì)量裝置， 在負(fù)載電流幅值隨時(shí)間快速波動(dòng)的情況下，仍然能夠保證精度的電能計(jì)量。
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用了W下技術(shù)方案。
[0009] -種波動(dòng)負(fù)荷下的電能精確計(jì)量裝置，包括主CPU單元，其特征在于；主CPU單元 通過SPI總線連接DSP高速=十二位數(shù)字信號(hào)處理巧片，所述數(shù)字信號(hào)處理巧片連接有電 壓通道AD采樣巧片，所述電壓通道AD采樣巧片連接有電壓取樣電路；所述數(shù)字信號(hào)處理巧 片還直接連接有電流通道AD采樣巧片，該電流通道AD采樣巧片連接有零磁通電流互感器； 所述主CPU單元還通過I2C總線連接有顯示單元；所述主CPU單元還通過串行總線連接兩 路RS485接口；所述主CPU單元還通過I2C總線連接有用于參數(shù)保存的兩片邸PROM巧片， 所述主CPU單元還通過SPI總線連接有用于儲(chǔ)存非實(shí)時(shí)參數(shù)的外部FLA甜單元。
[0010] 主CPU單元包含有200M監(jiān)ARMCotex處理器。
[0011] 所述顯示單元包括分別與所述主CPU單元連接的點(diǎn)陣液晶屏和功能按鍵。
[0012] 本實(shí)用新型的積極效果在于：
[0013] 第一、通過將功率積分時(shí)間窗口縮短至一個(gè)工頻周期，即每個(gè)工頻周期可W累加 一次正反電能，而當(dāng)前普通采用1~2s的時(shí)間累加一次正反向電能，因此本實(shí)用新型比傳統(tǒng) 方式縮短了幅度達(dá)98~99%的時(shí)間窗口，降低了時(shí)間窗內(nèi)因電流相位突變而造成正反向有 功電能抵消的事件概率，即使發(fā)生了抵消，也只影響一個(gè)工頻周期的電量，對(duì)整體走字誤差 影響很小。
[0014] 第二、利用FIR濾波器線性相位的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電流互感器角差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，瞬時(shí)功 率的實(shí)時(shí)計(jì)算與單周期功率的計(jì)算都在優(yōu)先級(jí)最高的中斷函數(shù)中完成，確保了計(jì)量的實(shí)時(shí) 性，降低了在負(fù)荷快速波動(dòng)下因計(jì)量過程滯后而造成的精度誤差。
[0015] 第S、將信號(hào)采樣率提高到16K監(jiān)W上，使一個(gè)工頻周期內(nèi)的電壓與電流信號(hào)具 有足夠的分辨率，確保了穩(wěn)態(tài)情況下單周期平均功率的精度與穩(wěn)定性不受影響。同時(shí)，瞬時(shí) 功率在一個(gè)工頻周期內(nèi)進(jìn)行平均處理，相當(dāng)于一個(gè)低通濾波器環(huán)節(jié)，能夠抑制穩(wěn)態(tài)負(fù)荷情 況下的功率脈沖跳動(dòng)，同時(shí)不再需要單獨(dú)設(shè)計(jì)低通濾波器，避免了因負(fù)荷快速變化引起的 低通濾波器輸出過沖現(xiàn)象。
[0016] 第四、一個(gè)工頻周期的積分時(shí)間窗，使平均功率具有足夠的分辨率，從而電能脈沖 的輸出能夠及時(shí)反映負(fù)荷的變化，電能脈沖發(fā)送器具有正向電能累加器與反向電能累加 器，根據(jù)單周期平均功率的符號(hào)方向來分別累加，從而避免了當(dāng)電流相位快速變化時(shí)，正反 電能相互抵消而造成的脈沖少發(fā)，或者不輸出脈沖的現(xiàn)象。
[0017] 第五、電能累計(jì)器將實(shí)時(shí)計(jì)算的單周期平均功率存于輸出緩存區(qū)中，并將緩存區(qū) 寫入地址輸出，使得實(shí)時(shí)計(jì)算完成的單周期電能能夠在非實(shí)時(shí)環(huán)節(jié)中完成累加及后續(xù)處 理，提高了實(shí)時(shí)環(huán)節(jié)的計(jì)算效率，同時(shí)保證了電能正確累加。
[0018] 例如，當(dāng)本實(shí)用新型應(yīng)用于嵌入式CPU平臺(tái)時(shí)，可W在CPU優(yōu)先級(jí)最高的中斷函數(shù) 中實(shí)現(xiàn)，W最大程度提升功率計(jì)量對(duì)負(fù)荷變化的響應(yīng)速度，而CPU可W在非實(shí)時(shí)的主循環(huán) 函數(shù)中，根據(jù)電能累計(jì)器輸出的單周期平均功率緩存數(shù)據(jù)W及緩存地址，提取單周期平均 功率數(shù)據(jù)，完成計(jì)算量較大的電能分類統(tǒng)計(jì)及擴(kuò)展應(yīng)用工作。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)方法流程圖。
[0020] 圖2是本實(shí)用新型的單周期時(shí)間窗積分器工作流程圖。
[0021] 圖3是本實(shí)用新型的脈沖發(fā)送器工作流程圖。
[0022] 圖4是本實(shí)用新型的電能累計(jì)器工作流程圖。
[0023] 圖5是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖6是本實(shí)用新型計(jì)量裝置顯示單元的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[00巧]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】詳細(xì)說明本實(shí)用新型。
[0026] 參照?qǐng)D5和圖6,本實(shí)用新型的實(shí)施例包括主CPU單元1，主CPU單元1包含一塊 200MHZARMCotex處理器。主CPU單元1通過SPI總線連接DSP高速S十二位數(shù)字信號(hào)處 理巧片2,所述數(shù)字信號(hào)處理巧片2連接有電壓通道AD采樣巧片3。所述電壓通道AD采樣 巧片3連接有電壓取樣電路5。所述數(shù)字信號(hào)處理巧片2還直接連接有電流通道AD采樣巧 片4,該電流通道AD采樣巧片4連接有零磁通電流互感器6。
[0027] 所述主CPU單元1還通過I2C總線連接有顯示單元8。如圖6所示，所述顯示單元 8包括分別與所述主CPU單元1連接的點(diǎn)陣液晶屏8-1和兩個(gè)功能按鍵8-2。
[0028] 所述主CPU單元1還通過串行總線連接兩路RS485接口 7。所述主CPU單元1還 通過I2C總線連接有用于重要參數(shù)保存的兩片EEPROM巧片10,W及通過SPI總線連接有儲(chǔ) 存非實(shí)時(shí)參數(shù)的外部FLA甜單元9。
[0029] 本實(shí)用新型主要通過電壓取樣電路5進(jìn)行電壓取樣，所述電壓取樣電路包含高精 度電壓分壓電阻，用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為AD采樣巧片支持的穩(wěn)定小電壓信號(hào)，電壓通道AD 采樣巧片3將小信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過SPI總線傳輸?shù)綌?shù)字信號(hào)處理巧片2中。零 磁通電流互感器6可實(shí)現(xiàn)寬范圍內(nèi)高線性度的電流取樣，并通過