CN100425994C - 电能计量中的防潜动电路和防潜动方法 - Google Patents
电能计量中的防潜动电路和防潜动方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种电能计量中的防潜动电路，包括：有效值计算单元和状态判断单元，其中，所述有效值计算单元，用于计算输入电流的有效值，并将计算出的电流有效值输出给状态判断单元；所述状态判断单元，用于接收有效值计算单元输出的电流有效值；将电流有效值与预先设置的阈值进行比较，在电流有效值小于阈值时，请求电能计量电路停止计量。本发明还公开了一种电能计量中的防潜动方法。本发明根据电流有效值和阈值的比较结果判断出潜动状态时，请求电能计量电路停止计量，解决了电压电流相位夹角很小时，有功功率被忽略计量的问题，提高了防潜动的控制精度和可靠性。本发明还能够防止启动状态和潜动状态的频繁切换，进一步提高了防潜动可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电能计量技术，特别涉及电能计量中的防潜动电路和防潜动方法。
背景技术
电能计量是指：计量有功功率发生的能量。然而，在实际电能计量过程中，输入功率一般由作为有功功率的直流分量和作为无功功率的频率在100赫兹左右的交流分量叠加而成。当外部电流和电压输入使得直流分量为零时，交流分量仍有可能存在，此时的电能计量结果为对无功功率的电能计量结果，即误差。
上述现象即为电能计量中的潜动。该现象使得用户在未用电时，仍然被计费，给用户造成损失。
图1a为现有技术中防潜动电路1的结构图。如图1a所示，现有电能计量中的防潜动电路包括：绝对值单元101、阈值单元102、比较器103和输出控制单元104。
绝对值单元101，用于对输入功率取绝对值，并将输入功率的绝对值提供给比较器103；
阈值单元102，用于存储预先设定的阈值，并提供给比较器103；
比较器103，用于在输入功率的绝对值大于或等于阈值的情况下，向输出控制单元104发送选通信号；
输出控制单元104，用于根据来自比较器103的选通信号，将输入功率发送给电能计量电路中的能量累加单元；在没有收到来自比较器103的选通信号时，禁止电能计量电路中的能量累加单元进行累加。
图1b为现有技术中防潜动电路2的结构图。如图1b所示，现有电能计量中的防潜动电路主要包括：计时模块，计数模块和复位电路。
计时模块由若干带复位的D触发器组成；计数模块由若干带复位的加减计数单元组成；复位电路与加减信号，主时钟，主复位时钟，计时模块，计数模块连接进行逻辑处理，产生防潜动复位信号。
如果计时模块计满M秒，计数模块还没有输出溢出标志，则复位电路产生复位信号，将计数模块和计时模块清零，即判断当前状态为潜动状态，不进行电能的计量。
上述两个防潜动电路虽然能够减小潜动带来的影响，但仍然存在以下问题：
1)由于输入功率存在由交流分量产生的纹波，当交流分量的纹波在阈值上下抖动时，仍有部分无功功率被计量，因此，如图1a所示的防潜动电路1防潜动的控制精度不足，不能实现高精度的防潜动控制，且防潜动的可靠性也不高。
图2为输入功率的纹波示意图。如图2所示，当输入功率有一段时间内位于阈值之上的情况下，交流分量仍然会被计量。
2)如图1b所示的防潜动电路2，在一定程度上解决了防潜动电路1存在的问题，但防潜动电路2仍然存在以下问题：
电能计量是计量有功功率发生的能量，有功功率P0的计算公式为：
其中，V为电压，I为电流，α为电压电流的相位夹角。
如果α接近90度或-90度，即负载不是纯阻性负载，则有功功率可能由于cosα很小而表现得很小，在计量时往往被忽略。但是，无论电能计量电路接收到的有功功率多小，都是需要对其计量，因此，防潜动电路2在电压电流相位夹角很小时，会忽略对有功功率的计量，因而也存在可靠性不高的问题。
可见，现有电能计量中的防潜动电路通过判断当前的输入功率是否应当被计量，来实现电能计量中的防潜动，防潜动控制的精度不高，可靠性也较低。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个主要目的在于，提供一种电能计量中的防潜动电路，能够提高防潜动的控制精度和可靠性。
本发明的另一个主要目的在于，提供一种电能计量中的防潜动方法，能够提高防潜动的控制精度和可靠性。
基于上述的一个主要目的，本发明提供了一种电能计量中的防潜动电路，包括：有效值计算单元和状态判断单元，其中，
所述有效值计算单元，用于计算输入电流的有效值，并将计算出的电流有效值输出给状态判断单元；
所述状态判断单元，用于接收有效值计算单元输出的电流有效值；将电流有效值与预先设置的阈值进行比较，在电流有效值小于阈值时，请求电能计量电路停止计量。
所述输入电流为电能计量电路中的多比特位宽的电流数字信号。
所述有效值计算单元根据电流有效值定义，计算输入电流的有效值。
所述预先设置的阈值包括：启动阈值和潜动阈值；
所述状态判断单元包括：启动阈值单元、潜动阈值单元、启动比较器、潜动比较器和触发器；
所述启动阈值单元存储启动阈值，并提供给启动比较器；
所述潜动阈值单元存储潜动阈值，并提供给潜动比较器；
所述启动比较器对来自有效值计算单元的电流有效值和来自启动阈值单元的启动阈值进行比较；当电流有效值大于启动阈值时，将触发器置1，通知触发器当前状态为启动状态；
所述潜动比较器对来自有效值计算单元的电流有效值和来自潜动阈值单元的潜动阈值进行比较；当电流有效值小于潜动阈值时，将触发器置0，通知触发器当前状态为潜动状态；
所述触发器在当前状态为启动状态时，请求所述能量累加单元开始进行能量累加和/或请求计量单元开始计量；在当前状态为潜动状态时，请求所述能量累加单元停止能量累加和/或请求计量单元停止计量。
所述启动阈值和潜动阈值均处于与国标规定相对应的电流取值范围内。
基于上述的另一个主要目的，本发明提供了一种电能计量中的防潜动方法，包括以下步骤：
计算输入电流的有效值，得到电流有效值；
将电流有效值与预先设置的阈值进行比较，在电流有效值小于阈值时，请求电能计量电路停止计量。
所述计算输入电流的有效值为：根据电流有效值定义，计算输入电流的有效值。
所述预先设置的阈值包括：启动阈值和潜动阈值；
所述将电流有效值与预先设置的阈值进行比较为：
将计算出的电流有效值分别与预先设置的启动阈值和潜动阈值进行比较；
在所述电流有效值小于潜动阈值时，判断当前状态为潜动状态，并执行所述请求电能计量电路停止计量。
在所述电流有效值大于启动阈值时，所述方法进一步包括，判断当前状态为启动状态，并请求电能计量电路进行电能计量。
在所述电流有效值大于潜动阈值且小于启动阈值时，所述方法进一步包括：如果电流有效值变化前，当前电能计量中的状态为启动状态，则执行所述请求电能计量电路进行电能计量；如果电流有效值变化前，当前电能计量中的状态为潜动状态，则执行所述请求电能计量电路停止计量。
由上述技术方案可见，本发明先计算电流有效值，再根据电流有效值和预先设定的阈值的比较结果，判断当前的电能计量是否处于潜动状态，并在判断出潜动状态时，请求电能计量电路停止计量，解决了电能计量中，电压电流相位夹角很小时，有功功率被忽略计量的问题，从而提高了防潜动的控制精度和可靠性。
而且，本发明的防潜动电路中，通过设置一个大阈值和一个小阈值实现了回差效应，能够防止由于输入电流在阈值上下微小且频繁的抖动造成的启动状态和潜动状态的频繁切换，进一步提高了防潜动的可靠性。
附图说明
图1a为现有技术中防潜动电路1的结构图。
图1b为现有技术中防潜动电路2的结构图。
图2为输入功率的纹波示意图。
图3为电能计量电路的结构示意图。
图4为本发明电能计量中的防潜动电路的示例性结构图。
图5为本发明电能计量中的防潜动方法的示例性流程图。
图6为本发明实施例中防潜动电路实现回差效应的示意图。
图7为本发明实施例中防潜动电路的结构图。
图8为本发明实施例中防潜动方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
本发明的基本思想是：本实施例的防潜动电路的基本工作原理为：先计算电流有效值，再根据电流有效值和预先设定的阈值的比较结果，判断当前的电能计量是否处于潜动状态。
电流有效值的定义为：与交流热效应等效的恒定电流值叫电流有效值，可以表示为：
i2(t)*R*t＝I_2rms*R*t
其中，i(t)为输入电流；R为负载电阻；t为时间；I_rms为电流有效值，恒大于0。
当输入稳定的时候，电流有效值I_rms是个比较稳定的数值，因此，该数值是用于判断电能计量中的启动状态和潜动状态的理想数值。如果I_rms大于预先设定的阈值，则电能计量处于启动状态，可以进行电能计量；如果I_rms小于该预先设定的阈值，则电能计量处于潜动状态，不需要进行电能计量。
本发明的防潜动电路，可以用于现有电能计量电路中，实现电能计量的防潜动。
图3为电能计量电路的结构示意图。如图3所示，通常情况下，电能计量电路包括：模数转换单元301和模数转换单元302、抽取滤波单元303和抽取滤波单元304、乘法器305、低通滤波器306、能量累加单元307和计量单元308。
模数转换单元301和模数转换单元302分别将电流模拟信号和电压模拟信号转换为1比特的数字信号，并将转换后的电流数字信号和电压数字信号分别输出给抽取滤波单元303和抽取滤波单元304。
抽取滤波单元303和抽取滤波单元304再分别将1比特的电流数字信号和1比特的电压数字信号转换为多个比特的并行电流数字信号和并行电压数字信号，并将并行的电流数字信号和并行电压数字信号输出给乘法器305。
乘法器305计算并行电流数字信号和并行电压数字信号的乘积，得到瞬时功率，并输出给低通滤波器306。
低通滤波器306对来自乘法器的瞬时功率进行低通滤波，并将滤波后的瞬时功率作为输入功率输出给能量累加单元307。
能量累加单元307接收输入功率，并将输入功率的数值进行累加，即能量累加，在累加结果溢出时，通过数频转换，输出脉冲给计量单元308并进行内部清零，此时输出的脉冲可以称为校表脉冲。计量单元308再对接收到的校表脉冲计数，实现电能计量。
其中，计量单元308也可以为电能计量电路之外的功能单元，例如电表中的计量装置。
上述电能计量电路中，各单元可以在同步信号的控制下，进行内部处理和相互间的信息交互；该同步信号可以来自电能计量电路之外的同步装置，例如晶振，也可以由电能计量电路中的任意一个单元产生，例如乘法器305或低通滤波器306，并发送给其他单元；上述电能计量电路中的各单元，还会在接收到系统复位信号时，全部进行复位操作；模数转换单元301和抽取滤波单元303、模数转换单元302和抽取滤波单元304也可以分别为两个直接输出并行信号的模数转换单元。
上述电能计量电路中也可以不包括低通滤波器306，此时，乘法器305直接将瞬时功率作为能量累加单元307的输入功率，提供给能量累加单元307。
图4为本发明中一种防潜动电路的示例性结构图。如图4所示，本发明电能计量中的防潜动电路包括：有效值计算单元401和状态判断单元402。
有效值计算单元401，用于计算输入电流的有效值，并将计算出的电流有效值输出给状态判断单元402；
其中，有效值计算单元401可以按照电流有效值的定义，计算输入电流的有效值。
状态判断单元402，用于接收有效值计算单元401输出的电流有效值；将电流有效值与预先设置的阈值进行比较，在电流有效值小于阈值时，判断出当前电能计量处于潜动状态，请求电能计量电路停止计量。
图5为本发明电能计量中的防潜动方法的示例性流程图。如图5所示，本发明电能计量中的防潜动方法包括以下步骤：
步骤501，计算输入电流的有效值，得到电流有效值；
步骤502，将电流有效值与预先设置的阈值进行比较，在电流有效值小于阈值时，请求电能计量电路停止计量。
其中，上述步骤501中，可以按照电流有效值的定义计算输入电流的有效值。
下面，结合具体实施例，对本发明中的防潜动电路和防潜动方法进行详细说明。
本实施例的防潜动电路用于解决在电能计量中，电压电流相位夹角很小时，有功功率被忽略的问题，从而实现电能计量中的防潜动功能。
考虑到输入电流可能会有在阈值上下微小且频繁的抖动的情况，启动状态和潜动状态也会频繁的跟随变动，因此，基于回差效应，本实施例中的防潜动电路中设置了一个大阈值和一个小阈值，用于防止启动状态和潜动状态的频繁切换。其中，设置的大阈值和小阈值可以根据电能计量电路的实际情况任意设定，但两者均应当处于与国标规定相对应的电流取值范围内。
图6为本发明实施例中防潜动电路实现回差效应的示意图。如图6所示，启动阈值为上述的大阈值，潜动阈值为上述的小阈值；启动阈值和潜动阈值将I_rms的取值范围划分为启动区、保持区和潜动区三部分。
当I_rms大于启动阈值时，即处于启动区时，防潜动电路判断此时的状态为启动状态；当I_rms小于潜动阈值时，即处于潜动区，防潜动电路判断此时的状态为潜动状态；当I_rms处于保持区时，防潜动电路保持I_rms变化前的状态，即从启动区进入保持区时，仍保持启动状态；从潜动区进入保持区时，仍保持潜动状态。
本实施例的防潜动电路根据电流有效值来判断当前的电能计量是否处于潜动状态。该电路的输入值来自如图3所示的电能计量电路中的抽取滤波单元303，即输入值为并行的电流数字信号；本实施例的防潜动电路可以将该电路对电能计量电路中的潜动状态的判断结果，输出给如图3所示的防潜动电路的能量累加单元307或者计量单元308。
图7为本发明实施例中防潜动电路的结构图。如图7所示，本发明的防潜动电路包括：有效值计算单元701、启动阈值单元702、潜动阈值单元703、启动比较器704、潜动比较器705和触发器706。
有效值计算单元701，用于接收来自如图3所示的电能计量电路中的抽取滤波单元303的电流数字信号，并按照电流有效值的定义计算该输入电流的有效值；将计算出的电流有效值提供给启动比较器704和潜动比较器705。
其中，电流数字信号也可以不是来自抽取滤波单元303，而是另一路与电能计量电路中相同的电流信号，经如图3所示的电能计量电路之外的用于模数转换的装置输出的电流数字信号。
启动阈值单元702和潜动阈值单元703，分别用于存储启动阈值和潜动阈值，并分别提供给启动比较器704和潜动比较器705。
启动比较器704，用于对来自有效值计算单元701的电流有效值和来自启动阈值单元702的启动阈值进行比较；当电流有效值大于启动阈值时，将触发器706置1，通知触发器706当前状态为启动状态。
潜动比较器705，用于对来自有效值计算单元701的电流有效值和来自潜动阈值单元703的潜动阈值进行比较；当电流有效值小于潜动阈值时，将触发器706置0，通知触发器706当前状态为潜动状态。
触发器706，用于在当前状态为启动状态时，即被置1时，向外部发送启动信号，请求开始进行电能计量；在当前状态为潜动状态时，即被置0时，向外部发送潜动信号，请求停止电能计量。
上述电路中，触发器706的输出可以与如图3所示的电能计量电路中的能量累加单元307的输入相连，将触发器706输出的信号作为能量累加单元307的控制信号，能量累加单元307根据触发器706输出的信号，在电能计量路处于启动状态时进行能量累加，在电能计量电路处于潜动状态时，停止能量累加，实现电能计量中的防潜动；触发器706的输出还可以与如图3所示的电能计量电路中的计量单元308的输入相连，将触发器706输出的信号作为计量单元308的控制信号，计量单元308根据触发器706输出的信号，在电能计量路处于启动状态时计量能量累加单元307输出的校表脉冲，在电能计量电路处于潜动状态时，判断能量累加单元307输出的校表脉冲为无效信号。
上述防潜动电路中，启动阈值单元702、潜动阈值单元703、启动比较器704、潜动比较器705和触发器706的组合，等效于如图4所示的防潜动电路中的状态判断单元402。
以上是对本发明实施例中防潜动电路的说明，下面，对本发明实施例中的防潜动方法进行说明。
本实施例的防潜动方法是基于电流有效值来保证能量累加结果为非潜动状态下的结果，即保证电能计量电路中的校表脉冲为有效脉冲。
图8为本发明实施例中防潜动方法的流程图。如图8所示，本发明的防潜动方法包括以下步骤：
步骤801，计算电能计量电路中的电流数字信号的有效值。
本步骤中，计算电流有效值的方法为：根据电流有效值的定义进行计算，计算过程可以表示为：
i2(t)*R*t＝I_2rms*R*t
其中，i(t)为输入电流；R为负载电阻；t为时间；I_rms为电流有效值，恒大于0。
步骤802，将电流有效值分别与预先设置的启动阈值和潜动阈值进行比较。
步骤803，根据比较结果，判断当前状态，如果电流有效值大于启动阈值，则此时的状态为启动状态，执行步骤804；如果电流有效值小于潜动阈值，则此时的状态为潜动状态，执行步骤805；如果电流有效值小于启动阈值大于潜动阈值，则保持本步骤之前的状态不变，根据原有状态执行步骤804或者805。
本步骤中，如果电流有效值小于启动阈值大于潜动阈值，而电流有效值变化之前的状态为启动状态，则执行步骤804；如果电流有效值小于启动阈值大于潜动阈值，而电流有效值变化之前的状态为潜动状态，则执行步骤805。
步骤804，对电能计量电路中的校表脉冲进行累加计数，实现非潜动状态下的电能计量，并结束本流程。
步骤805，电能计量电路中的校表脉冲信号无效，不予计量，并结束本流程。
本发明实施例中的防潜动电路和防潜动方法，可以弥补现有防潜动电路和防潜动方法的不足，因而可以结合现有防潜动电路和防潜动方法来实现电能计量中的防潜动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1、一种电能计量中的防潜动电路，其特征在于，包括：有效值计算单元和状态判断单元，其中，
所述有效值计算单元，用于计算输入电流的有效值，并将计算出的电流有效值输出给状态判断单元；
所述状态判断单元，用于接收有效值计算单元输出的电流有效值；将电流有效值与预先设置的阈值进行比较，在电流有效值小于阈值时，请求电能计量电路停止计量。
2、如权利要求1所述的防潜动电路，其特征在于，所述输入电流为电能计量电路中的多比特位宽的电流数字信号。
3、如权利要求2所述的防潜动电路，其特征在于，所述有效值计算单元根据电流有效值定义，计算输入电流的有效值。
4、如权利要求2或3所述的防潜动电路，其特征在于，所述预先设置的阈值包括：启动阈值和潜动阈值；
所述状态判断单元包括：启动阈值单元、潜动阈值单元、启动比较器、潜动比较器和触发器；
所述启动阈值单元存储启动阈值，并提供给启动比较器；
所述潜动阈值单元存储潜动阈值，并提供给潜动比较器；
所述启动比较器对来自有效值计算单元的电流有效值和来自启动阈值单元的启动阈值进行比较；当电流有效值大于启动阈值时，将触发器置1，通知触发器当前状态为启动状态；
所述潜动比较器对来自有效值计算单元的电流有效值和来自潜动阈值单元的潜动阈值进行比较；当电流有效值小于潜动阈值时，将触发器置0，通知触发器当前状态为潜动状态；
所述触发器在当前状态为启动状态时，请求能量累加单元开始进行能量累加和/或请求计量单元开始计量；在当前状态为潜动状态时，请求能量累加单元停止能量累加和/或请求计量单元停止计量。
5、如权利要求4所述的防潜动电路，其特征在于，所述启动阈值和潜动阈值均处于与国标规定相对应的电流取值范围内。
6、一种电能计量中的防潜动方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算输入电流的有效值，得到电流有效值；
将电流有效值与预先设置的阈值进行比较，在电流有效值小于阈值时，请求电能计量电路停止计量。
7、如权利要求6所述的防潜动方法，其特征在于，所述计算输入电流的有效值为：根据电流有效值定义，计算输入电流的有效值。
8、如权利要求6或7所述的防潜动方法，其特征在于，所述预先设置的阈值包括：启动阈值和潜动阈值；
所述将电流有效值与预先设置的阈值进行比较为：
将计算出的电流有效值分别与预先设置的启动阈值和潜动阈值进行比较；
在所述电流有效值小于潜动阈值时，判断当前状态为潜动状态，并请求电能计量电路停止计量。
9、如权利要求8所述的防潜动方法，其特征在于，在所述电流有效值大于启动阈值时，所述方法进一步包括，判断当前状态为启动状态，并请求电能计量电路进行电能计量。
10、如权利要求9所述的防潜动方法，其特征在于，在所述电流有效值大于潜动阈值且小于启动阈值时，所述方法进一步包括：如果电流有效值变化前，当前电能计量中的状态为启动状态，则执行所述请求电能计量电路进行电能计量；如果电流有效值变化前，当前电能计量中的状态为潜动状态，则执行所述请求电能计量电路停止计量。
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