CN100427956C - 一种自动记录失压漏计电能的方法及其电能表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动记录失压漏计电能的方法，特征在于包含：(1)收集负载电路上的电压、电流信号；(2)采样/保持电路将电压、电流的交流信号在每周期内采样；(3)经A/D转换电路，转换成数字量存入数据存储器；(4)逻辑运算电路算出实际计得的有功电能W、实际计得的无功电能Q；(5)判断三相是否有任意一相断相；(6)假如有断相的话，逻辑运算电路还记录上述(4)步在断相时实际计得的有功电能W、无功电能Q；同时，按偏移原理计算负载消耗的有功电能W′、无功电能Q′；(7)算出断相时漏计有功电能W′-W、无功电能Q′-Q；本发明还公开了一种电能表，特征在于包括电能表收集数据电路、采样/保持电路、A/D转换电路、原始数据存储器、逻辑运算电路；上述电路依次连接。本发明解决了追补失压漏计电能的困难，提高了追补失压漏计电能的准确度，且将记录失压漏计电量与电能表合为一体。

Description

一种自动记录失压漏计电能的方法及其电能表

【技术领域】

本发明涉及一种自动记录失压漏计电能的方法及其电能表，通常用于电力系统中计量有功电能、无功电能的方法及装置。

【背景技术】

高压电能计量装置中，为了隔离电压互感器故障，在电压互感器的一次侧安装有保险。但是保险熔断后会造成电能表失压，这是高压计量装置的主要故障之一。为了追补失压时电能表漏计的电能，现一般采用失压计时仪，记录失压故障时间，但时间只是一个量，只知道失压时间，由时间计算出追补电量还有许多困难，比如不知道用户失压时用电负荷的大小，功率因数等。

本发明为了克服以上的缺点，进行了有益的改进。

【发明内容】

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种能自动记录失压时漏计的电能，同时还能完成普通电能表功能的方法及装置。故称为“自动记录失压漏计电能的电能表”。

本发明是基于供电系统三相电压基本对称(三相电压幅值相等，相位角相差120°)设计而成的，当然实际三相电压不可能绝对对称，但是，不对称分量实际上很小，例如：无功电能表也是基于三相电压基本对称设计而成的，准确度只比同类型的有功电能表低一个等级。如1级有功电能表，同类型的无功电能表则为2级。以此类推，本发明也是基于三相电压基本对称设计而成的，记录漏计电能的准确度等级只比其本身的有功电能计量准确度低一个等级。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下列技术方案：

一种自动记录失压漏计电能的方法，其特征在于至少包含：

(1)电能表数据收集电路(H)收集负载电路上的电压、电流信号；

(2)通过采样/保持电路(I)将电压、电流的交流信号在每周期内采样N次；

(3)然后经A/D转换电路(J)，转换成数字量存入数据存储器(K)；

(4)逻辑运算电路(L)按电能表有功电能、无功电能计算公式计算出实际计得的有功电能W、无功电能Q；在三相三线制电路中，电能表测出Uab、Ucb、Ia、Ic存入存储器中，计算实际计得的有功电能W＝Uab×Ia×cosφa×Δt+Ucb×Ic×cosφc×Δt，无功电能Q＝Uab×Ia×sinφa×Δt+Ucb×Ic×sinφc×Δt；

(5)判断三相中是否有任意一相断相；

(6)假如有断相的话，逻辑运算电路(L)还记录上述(4)步在断相时实际计得的有功电能W、无功电能Q；同时根据偏移原理，当A相断相时用

来代替电能表有功电能、无功电能计算公式中的

当B相断相时用

来代替电能表有功电能、无功电能计算公式中的

用

来代替电能表有功电能、无功电能计算公式中的当C相断相时用来代替电能表有功电能、无功电能计算公式中的并计算出负载消耗的有功电能W′、无功电能Q′；

(7)逻辑运算电路(L)计算出断相时漏计有功电能＝W′-W、漏计无功电能＝Q′Q；

实现权利要求1方法的一种电能表，其特征在于包括电能表收集数据电路(H)、采样/保持电路(I)、A/D转换电路(J)、原始数据存储器(K)、逻辑运算电路(L)；电能表收集数据电路(H)的输出端连接采样/保持电路(I)的输入端，采样/保持电路(I)的输出端连接A/D转换电路(J)的输入端，A/D转换电路(J)的输出端连接数据存储器(K)的输入端，数据存储器(K)的输出端连接逻辑运算电路(L)；

一种自动记录失压漏计电能的方法，其特征在于至少包含：

(1)电能表数据收集电路(H)收集负载电路上的电压、电流信号；

(2)通过采样/保持电路(I)将电压、电流的交流信号在每周期内采样N次；

(3)然后经A/D转换电路(J)，转换成数字量存入数据存储器(K)；

(4)逻辑运算电路(L)按电能表有功电能、无功电能计算公式计算出实际计得的有功电能W、无功电能Q；在三相四线制电路中，电能表测出Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic存入存储器中，计算实际计得的有功电能W＝Ua×Ia×cosφa×Δt+Ub×Ib×cosφb×Δt+Uc×Ic×cosφc×Δt，无功电能Q＝Ua×Ia×sin φa×Δt+Ub×Ib×sinφb×Δt+Uc ×Ic×sinφc×Δt；

(5)判断三相中是否有任意一相断相；

(6)假如有断相的话，逻辑运算电路(L)还记录上述(4)步在断相时实际计得的有功电能W、无功电能Q；同时根据偏移原理，当A相断相时用

或

来代替有功电能、无功电能公式中的

当B相断相时用

或

来代替有功电能、无功电能公式中的

当C相断相时用

或

来代替有功电能、无功电能公式中的

并计算出负载消耗的有功电能W′、无功电能Q′；

(7)逻辑运算电路(L)计算出断相时漏计有功电能＝W′-W、漏计无功电能＝Q′-Q；

实现权利要求3方法的一种电能表，其特征在于包括电能表收集数据电路(H)、采样/保持电路(I)、A/D转换电路(J)、原始数据存储器(K)、逻辑运算电路(L)；电能表收集数据电路(H)的输出端连接采样/保持电路(I)的输入端，采样/保持电路(I)的输出端连接A/D转换电路(J)的输入端，A/D转换电路(J)的输出端连接数据存储器(K)的输入端，数据存储器(K)的输出端连接逻辑运算电路(L)。

本发明与现有技术相比具有如下的优点：本发明将不仅仅解决了追补失压漏计电能的困难，也大大提高了追补失压漏计电能的准确度，并且将记录失压漏计电量与电能表合为一体。

【附图说明】

图1是本发明的方框图(一)；

图2是本发明的方框图(二)；

图3是本发明的第一个实施例的电能表数据收集电路图；

图4是本发明的第一个实施例的具体方框图；

图5是本发明的第一个实施例的相量原理分析图(一)；

图6是本发明的第一个实施例的相量原理分析图(二)；

图7是本发明的第一个实施例的相量原理分析图(三)；

图8是本发明的第一个实施例的A、B、C相断相判断分析图(一)；

图9是本发明的第一个实施例的A、B、C相断相判断分析图(二)；

图10是本发明的第二个实施例的电能表数据收集电路图；

图11是本发明的第二个实施例的具体方框图；

图12是本发明的第二个实施例的相量原理分析图；

图13是本发明的第二个实施例的A、B、C相断相判断分析图(一)；

图14是本发明的第二个实施例的A、B、C相断相判断分析图(二)；

图15是本发明的的电路分布图。

【具体实施方式】

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

一种自动记录失压漏计电能的方法，如图1、图2，至少包含：

(1)电能表数据收集电路H收集负载电路上的电压、电流信号，将上述信号输入到单片机的模拟量输入接口；

如图3、图10所示，高压供电系统的电压经过保险和高压计量电压互感器(TV1)将高电压即一次电压变为低电压即二次电压，电流经高压计量电流互感器(TA1)将一次电流变为二次电流，然后分别经表内电压互感器(TV2)、电流互感器(TA2)，引入到单片机的模拟量输入接口；

(2)通过采样/保持电路I将电压、电流的交流信号在每周期内采样N次(如N＝36)；

(3)然后经A/D转换电路J，将模拟量变成数字量存入数据存储器K；

(4)逻辑运算电路L计算出实际计得的有功电能W、实际无功电能Q；

当负载电路一次保险没有发生断相失压时，实际计得的有功电能、无功电能反映了用户负载正常消耗的电能，此时没有漏计的有功电能、无功电能。此时，相当于普通的电能表功能。

但是，当负载电路发生断相失压时，就必须统计漏计电能：

(5)判断三相中是否有任意一相断相；

(6)假如有断相的话，逻辑运算电路(L)还记录上述(4)步在断相时实际计得的有功电能W、无功电能Q；同时，还按偏移原理计算负载消耗的有功电能W′、无功电能Q′；

(7)逻辑运算电路(L)计算出断相时漏计有功电能＝W′-W、漏计无功电能＝Q′Q。

本发明的第一个实施例是应用在三相三线制电路中。现以三相三线高压供电系统的高压计量方式(图3)为例，结合三相三线自动记录失压漏计电能的电能表的工作原理框图(图4)介绍其工作原理：

在三相三线制电路中，电能表测出Uab、Ucb、Ia、Ic存入存储器中。

计算实际计得的有功电能W＝Uab×Ia×cosφa×Δt+Ucb×Ic×cosφc×Δt，无功电能Q＝Uab×Ia×sinφa×Δt+Ucb×Ic×sinφc×Δt(Φa、φc为负载功率因数角，见图5、图6、图7)。Uab表示实测AB相线电压相量

的有效值，Ia表示相量的有效值；Ucb表示实测CB相线电压相量的有效值，Ic表示相量

的有效值；Δt表示采样间隔时间。

现假如A相保险熔断，则A相失压，

电压会根据二次回路所接负载不同，幅值会减小，甚至降为0，如果有残压，其相位角也会改变。所以这时有功电能公式W＝Uab×Ia×cosφa×Δt+Ucb×Ic×cosφc×Δt中还用实际测出来的Uab计算，则只反映A相保险熔断时实际测得的有功电能W_A，而不反映负载消耗的有功电能，这将造成计量有功电能的损失。为了反映负载消耗的有功电能W′_A，根据电网三相电压基本对称，可以用

的幅值代替Uab，由图5可知，将

向后移60°即为

即用

(用

表示)来代替有功电能公式中的(W′_A-W_A)即为A相失压时漏计的有功电能，将各次采样周期累加起来即为整个A相失压时间内漏计的有功电能；(Q′_A-Q_A)即为A相失压时漏计的无功电能。

当B相断相时，由图7可知，这时

和

的幅值和相位都已改变，但它们的差等于

将前移60°即

(用

*表示)即可代替

将

后移60°即

(用

*表示)即可代替

。(W′_B-W_B)即为B相失压时漏计的有功电能，将各次采样周期累加起来即为整个B相失压时间内漏计的有功电能(W_B反映B相保险熔断时实际测得的有功电能，W′_B反映负载消耗的有功电能)；(Q′_B-Q_B)即为B相失压时漏计的无功电能。

当C相断相时，可以用

的幅值代替Ucb，由图6可知，将

向前移60°即为即用

(用

表示)来代替有功电能公式中的(W′_C-W_C)即为C相失压时漏计的有功电能，将各次采样周期累加起来即为整个C相失压时间内漏计的有功电能(W_C反映C相保险熔断时实际测得的有功电能，W′_C反映负载消耗的有功电能)；(Q′_C-Q_C)即为C相失压时漏计的无功电能。

当没有发生失压时，不必要采用上述偏移原理计算负载消耗的有功、无功电能。为了保证只有在发生失压时，才运用偏移原理计算，设置了失压启动电流值及失压启动电压值和返回电压值。当同时满足2个条件，A、任一相电流大于或等于设定的失压启动电流值；B、测得的电压低于或等于设定的失压启动电压值；才按照偏移原理计算。

即失压的先决条件是必需有一相电流大于或等于某一设定值(如额定值的0.5％)，图8中为控制信①，由①控制失压启动、返回比较器，当Ia、Ic两相电流都小于启动电流时，则比较器输出禁止控制信号，后面的控制全是禁止的，被控制量输出为0；当两相电流中有一相电流大于或等于启动电流时，则允许比较。

图9，控制信①输出允许比较的情况下，判断到底是A、B、C三相中的哪一相失压，则由对应相线电压与启动返回电压设定值比较决定。第一种情况：Uab低于或等于失压启动设定值(如额定值的78％)经过比较后输出“1”，Uac低于或等于失压启动设定值经过比较后输出“1”，两个“1”经过“与”门产生④信号即“1”，这时Uab、Uac都低于失压启动设定值，表示是“B”相断相，④信号就可控制有功电能、无功电能公式按照“B”相断相的情况计算。第二种情况：Uab低于或等于失压启动设定值经过比较后输出“1”，Uac高于失压启动设定值经过比较后输出“0”，由图9可知会产生③信号即“1”，这时表示是“A”相断相，③信号就可控制有功电能、无功电能公式按照“A”相断相的情况计算。第三种情况：Uab高于失压启动设定值经过比较后输出“0”，Uac低于或等于失压启动设定值经过比较后输出“1”，由图9可知会产生②信号即“1”，这时表示是“C”相断相，②信号就可控制有功电能、无功电能公式按照“C”相断相的情况计算。

线电压低于启动返回电压设定值时失压启动，产生控制信号②、③、④，允许移相及其后的加、乘、减、累加漏计有功、无功电能。电压等于或高于返回设定值(如额定值的85％)时失压返回，停止移相及其后的加、乘、减、累加漏计有功、无功电能。

当然，我们还可以采用别的方法来判断A、B、C三相中的哪一相失压。

本发明的第二个实施例是应用在三相四线制电路中。现以三相四线高压供电系统的高压计量方式(图10)为例，结合三相四线自动记录失压漏计电能的电能表的工作原理框图(图11)介绍其工作原理：

在三相四线制电路中，电能表测出Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic存入存储器中。

计算实际计得的有功电能W＝Ua×Ia×cosφa×Δt+Ub×Ib×cosφb×Δt+Uc×Ic×cosφc×Δt，无功电能Q＝Ua×Ia×sinφa×Δt+Ub×Ib×sinφb×Δt+Uc×Ic×sinφc×Δt(Φa、φb、φc为负载功率因数角，见图12)。Ua表示实测A相相电压相量

的有效值，Ia表示相量的有效值，φa表示相量与相量的夹角；Ub表示实测B相相电压相量的有效值，Ib表示相量的有效值，φb表示相量

与相量

的夹角；Uc表示实测C相相电压相量

的有效值，Ic表示相量

的有效值，φc表示相量

与相量

的夹角；Δt表示采样间隔时间。

现假如A相保险熔断，则A相失压，这时电能表测得的Ua为0。所以这时有功电能公式W_A还用实际测出来的Ua计算，则只反映A相保险熔断时实际测得的有功电能W_A，而不反映负载消耗的有功电能，这将造成电业局计量有功电能的损失。为了反映负载消耗的有功电能W′_A，根据高压电网三相电压基本对称，可以用

的幅值代替Ua，由相位图可知，将向前移120°即为

即用

来代替有功电能公式中的

也可以用

的幅值代替Ua，由相位图12可知，将

向后移120°即为

即用来代替有功电能公式中的

(W′_A-W_A)即为A相失压时漏计的有功电能，将各次采样周期累加起来即为整个A相失压时间内漏计的有功电能；(Q′_A-Q_A)即为A相失压时漏计的无功电能。

当B相断相时，根据高压电网三相电压基本对称，可以用

的幅值代替Ub，由相位图12可知，将

向前移120°即为

即用

来代替有功电能公式中的

也可以用

的幅值代替Ub，由相位图可知，将

向后移120°即为即用来代替有功电能公式中的(W′_B-W_B)即为B相失压时漏计的有功电能，将各次采样周期累加起来即为整个B相失压时间内漏计的有功电能(W_B反映B相保险熔断时实际测得的有功电能，W′_B反映负载消耗的有功电能)；(Q′_B-Q_B)即为B相失压时漏计的无功电能。

当C相断相时，根据高压电网三相电压基本对称，可以用

的幅值代替Uc，由相位图12可知，将

向前移120°即为

即用

来代替有功电能公式中的

也可以用

的幅值代替Uc，由相位图可知，将

向后移120°即为即用

来代替有功电能公式中的

(W′_C-W_C)即为C相失压时漏计的有功电能，将各次采样周期累加起来即为整个C相失压时间内漏计的有功电能(W_C反映C相保险熔断时实际测得的有功电能，W′_C反映负载消耗的有功电能)；(Q′_C-Q_C)即为C相失压时漏计的无功电能。

当没有发生失压时，不必要采用上述偏移原理计算负载消耗的有功、无功电能。为了保证只有在发生失压时，才运用偏移原理计算，设置了失压启动电流值及失压启动电压值和返回电压值。当同时满足2个条件，A、任一相电流大于或等于设定的失压启动电流值；B、测得的电压低于或等于设定的失压启动电压值；才按照偏移原理计算。

即失压的先决条件是必需有一相电流大于或等于某一设定值(如额定值的0.5％)，图13中为控制信号①，由①控制失压启动、返回比较器，当Ia、Ib、Ic三相电流都小于启动电流时，则比较器输出禁止控制信号，后面的控制全是禁止的，被控制量输出为0；当三相电流中有一相电流大于或等于启动电流时，则允许比较。

图14，控制信号①输出允许比较的情况下，判断到底是A、B、C三相中的哪一相失压，则由对应相相电压与启动返回电压设定值比较决定。第一种情况：Ub低于或等于失压启动设定值(如额定值的78％)经过比较后输出“1”，即产生④信号，这时“B”相断相，④信号就可控制有功电能、无功电能公式按照“B”相断相的情况计算。第二种情况：Ua低于或等于失压启动设定值经过比较后输出“1”，即产生③信号，这时表示是“A”相断相，③信号就可控制有功电能、无功电能公式按照“A”相断相的情况计算。第三种情况：Uc低于或等于失压启动设定值经过比较后输出“1”，即产生②信号，这时表示是“C”相断相，②信号就可控制有功电能、无功电能公式按照“C”相断相的情况计算。

相电压低于启动电压设定值时失压启动，产生控制信号②、③、④，允许移相及其后的加、乘、减、累加漏计有功、无功电能。电压等于或高于返回电压设定值(如额定值的85％)时失压返回，停止移相及其后的加、乘、减、累加漏计有功、无功电能。

当然，我们还可以采用别的方法来判断A、B、C三相中的哪一相失压。

由图可知，漏计无功电能的计算与上述漏计有功电能的计算类似，都是将正确的电压，根据三相电压基本对称的原理，将其移相，得到相应元件所需的正确电压，并计算出正确的无功电能，再减去失压时对应元件实计的无功电能，从而得到漏计的无功电能。

图中是以电压移相画出的工作原理图，由于电压与电流的相位差是一个相对值，所以电流移相也可以得出同样的结果。

失压时，还可以计算出分时漏计有功、无功电能和更正的有功电能、无功电能最大需量。

计算分时漏计有功、无功电能是由时钟控制按各个时段，将漏计有功、无功电能分别累加到相应的寄存器中，如8:00至于12:00是峰时段，如这一时段有失压漏计有功电能，则将其累加到漏计峰有功电能的存储器中。

最大需量更正是：在一个需量计算周期内，实计有功电能加上漏计有功电能，其和除以需量计算周期，与失压时历次需量比较，大者存入到存储器中，作为失压时有功电能最大需量值。该值如果大于实计有功电能最大需量，则做为有功电能最大需量更正值。无功最大需量更正值计算同理。

一种电能表包括电能表收集数据电路H、采样/保持电路I、A/D转换电路J、数据存储器K、逻辑运算电路L。电能表收集数据电路H的输出端连接采样/保持电路I的输入端，采样/保持电路I的输出端连接A/D转换电路J的输入端，A/D转换电路J的输出端连接数据存储器K的输入端，数据存储器K的输出端连接逻辑运算电路L。

本电能表采用上述自动记录失压漏计电能的方法，本发明的电路布置图如图15所示。

Claims (4)

1、一种自动记录失压漏计电能的方法，其特征在于至少包含：

(1)电能表数据收集电路收集负载电路上的电压、电流信号；

(2)通过采样/保持电路将电压、电流的交流信号在每周期内采样N次；

(3)然后经A/D转换电路，转换成数字量存入数据存储器；

(4)逻辑运算电路按电能表有功电能、无功电能计算公式计算出实际计得的有功电能W、无功电能Q；在三相三线制电路中，电能表测出Uab、Ucb、Ia、Ic存入存储器中，计算实际计得的有功电能W＝Uab×Ia×cosφa×Δt+Ucb×Ic×cosφc×Δt，无功电能Q＝Uab×Ia×sinφa×Δt+Ucb×Ic×sinφc×Δt；

(5)判断三相中是否有任意一相断相；

(6)假如有断相的话，逻辑运算电路还记录上述(4)步在断相时实际计得的有功电能W、无功电能Q；同时根据偏移原理，当A相断相时用

来代替电能表有功电能、无功电能计算公式中的

当B相断相时用

来代替电能表有功电能、无功电能计算公式中的

用

来代替电能表有功电能、无功电能计算公式中的

当C相断相时用

来代替电能表有功电能、无功电能计算公式中的

并计算出负载消耗的有功电能W′、无功电能Q′；

(7)逻辑运算电路计算出断相时漏计有功电能＝W′-W、漏计无功电能＝Q′-Q。

2、实现权利要求1所述的方法的一种电能表，其特征在于包括电能表收集数据电路、采样/保持电路、A/D转换电路、原始数据存储器、逻辑运算电路；电能表收集数据电路的输出端连接采样/保持电路的输入端，采样/保持电路的输出端连接A/D转换电路的输入端，A/D转换电路的输出端连接数据存储器的输入端，数据存储器的输出端连接逻辑运算电路。

3、一种自动记录失压漏计电能的方法，其特征在于至少包含：

(1)电能表数据收集电路收集负载电路上的电压、电流信号；

(2)通过采样/保持电路将电压、电流的交流信号在每周期内采样N次；

(3)然后经A/D转换电路，转换成数字量存入数据存储器；

(4)逻辑运算电路按电能表有功电能、无功电能计算公式计算出实际计得的有功电能W、无功电能Q；在三相四线制电路中，电能表测出Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic存入存储器中，计算实际计得的有功电能W＝Ua×Ia×cosφa×Δt+Ub×Ib×cosφb×Δt+Uc×Ic×cosφc×Δt，无功电能Q＝Ua×Ia×sinφa×Δt+Ub×Ib×sinφb×Δt+Uc×Ic×sinφc×Δt；

(5)判断三相中是否有任意一相断相；

(6)假如有断相的话，逻辑运算电路还记录上述(4)步在断相时实际计得的有功电能W、无功电能Q：同时根据偏移原理，当A相断相时用

或

来代替有功电能、无功电能公式中的

当B相断相时用

或

来代替有功电能、无功电能公式中的

当C相断相时用或

来代替有功电能、无功电能公式中的

并计算出负载消耗的有功电能W′、无功电能Q′；

(7)逻辑运算电路计算出断相时漏计有功电能＝W′-W、漏计无功电能＝Q′-Q。

4、实现权利要求3所述的方法的一种电能表，其特征在于包括电能表收集数据电路、采样/保持电路、A/D转换电路、原始数据存储器、逻辑运算电路；电能表收集数据电路的输出端连接采样/保持电路的输入端，采样/保持电路的输出端连接A/D转换电路的输入端，A/D转换电路的输出端连接数据存储器的输入端，数据存储器的输出端连接逻辑运算电路。

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