CN101526565A - 全功率电能计量仪表 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全功率电能计量仪表，属于仪表计量领域。该计量仪表由电源模块、信号输入通道、数据处理单元、数据存储单元、显示单元、功能设置单元、通讯单元、一体化机壳组成，其中电源模块给各个单元提供工作电源；数据处理单元以微处理器作为数据处理核心；存储单元用于存储软件程序和运算数据；功能设置单元用于设置仪表功能和显示模式；显示单元用于实时显示计量数据；通讯单元可以实现与上位计算机或抄表系统的数据通讯；整个仪表封装在所述的一体化机壳内。本发明所提供的计量仪表可将负荷吸收的基波能量和谐波能量分别计量，很好地解决了存在谐波时电能计量的准确性和公平性问题，有利于利用经济手段抑制电网谐波，具有广阔的应用前景。

Description

全功率电能计量仪表

技术领域：

本发明属于仪表计量领域，具体是一种适用于电网存在谐波情况下，基于基波谐波分离并分别计量的计量方法构成的全功率电能计量仪表。

背景技术：

电能计量是电网经济核算的依据，电能的计量精度关系到电力供需双方的经济效益。在电力系统中的发、输、供过程中，电能计量，尤其是高电压大容量的电力系统的电能计量是非常重要的一环，它不仅关系着电力生产部门的安全经济运行和直接经济效益，而且还直接、间接地关乎着国计民生的经济效益和社会效益。电能表作为电力商品交换的“秤杆子”，是电力企业与用户、电网与电厂、电网与电网之间进行经济结算、考核的依据，应用十分广泛。很显然，电能表的计量准确与否，直接关系到老百姓和用电单位的切身利益。

发达国家的经验和预测表明，随着科学技术的发展，非线性负荷用电设备的种类、数量和用电量将迅猛增加。随着我国改革开放和经济建设的发展，非线性用电负荷的不断增加，如交直流换流设备、电子调压设备、电弧炉、感应炉，以及家用的节能照明和加热设备等，这些非线性负荷都会产生大量的谐波注入电网而使电网中的电压和电流波形产生严重畸变。我国电网已经开始遭遇并将迅速面临发达国家当前的谐波局面，即谐波源随着高新技术的发展而猛增，电网电压畸变率也将上升。但是，由于通常的电能表特别是感应式电能表是按工作于工频(50Hz)条件下设计的，只有在电压电流不含谐波时计量的电能才是准确的。当电网电压和电流因含较多谐波而波形畸变时，由于谐波频率成分较多，不能始终产生和基波电流相同的涡流力矩，因而它对功率和电能的计量是不准确的。其测量误差将随着高次谐波的增大而增大，从而影响用户或电力部门的利益核算。另一方面，对于非线性负荷，它吸收电网基波能量的同时，又作为谐波源将基波电能转换为谐波功率(能量)污染电网，而普通电能表反映的却可能是基波能量减去谐波能量，反而少计电费；而对于线性负荷用户，既从电力系统吸收基波电能，又从谐波源负荷吸收无用的谐波能量，在受电网谐波影响电器性能的同时，反而因计量不准有可能要多付电费。这样的计量结果不仅不准确，而且显然也是不公平的。

发明内容：

本专利提出了一种基于基波、谐波分离并分别计量的电能计量仪表，分别计量电力用户吸收的基波电能值和谐波电能值。

一种全功率电能计量仪表，由电源模块、信号输入通道、数据处理单元、数据存储单元、显示单元、功能设置单元、通讯单元、一体化机壳组成，其中电源模块给各个单元提供工作电源；数据处理单元以微处理器作为数据处理核心，所有数据处理运算由数据处理单元完成；存储单元用于存储软件程序和运算数据；功能设置单元用于设置仪表功能和显示模式；显示单元用于实时显示计量数据；通讯单元可以实现与上位计算机或抄表系统的数据通讯；整个仪表封装在所述的一体化机壳内，该仪表对外有电压电流输入端子和通讯接口。

本发明所提供的全功率电能计量仪表的工作原理如下：

电压电流信号，经信号输入通道送入数据处理单元。数据处理单元实时进行FFT运算，分别分解出电压电流的基波信号和各次谐波信号，再进行相同频率电压电流的功率电能积算，产生基波和各次谐波电能值送入存储单元存储，同时送显示单元显示。出于实际应用需要和仪表成本考虑，只分析处理到20次以内谐波即可。其功能设置单元直接和数据处理单元的微处理器相连，具有时间设置和谐波计费系数、显示模式等功能，可以设置需要显示的时间段，分时或分别显示基波电能值、谐波电能值，以及根据谐波计费系数k计算的计费电能值，还可以计算并显示设定时间内的平均功率因数值。电源模块和各个单元相连，为各单元提供工作电源。

假设同一时段积算的基波电能和谐波电能分别为W1、W2，则电能表的最后计费电能W为：W＝W₁-kW₂，其中k为根据负荷污染电网或净化谐波污染多少而制定的谐波计费系数。依此计费电能W，可根据线性用户对电网谐波净化贡献和谐波源用户对电网的谐波污染程度，进行一定的计费奖罚，从而利用经济杠杆维护和管理公用电网的安全可靠运行。

附图说明：

图：全功率电能计量仪表的构成框图；

其中：1：电源模块、2：信号输入通道、3：数据处理单元、4：数据存储单元4、5：显示单元、6：功能设置单元、7：通讯单元

具体实施方式：

采用DSP或单片机或其他微处理器芯片系统作为全功率电能计量仪表数据处理单元的核心，配以数据输入通道、存储单元、显示单元、功能设置单元、通讯单元，在电源模块提供工作电源下，开发全功率电能计量仪表。电压电流信号经接线端子直接进入数据输入通道，数据处理程序采用C语言或汇编语言开发，完成功能设置、数据的FFT分析、基波能量和谐波能量积算、控制存储和显示等功能。功能开发完成后，配置电源模块，并进行电磁兼容性设计后，封装于紧凑型一体化机箱中，对外只有电压电流输入端子、有线或无线通讯接口，形成产品化的全功率电能计量仪表。

Claims (2)

1、一种全功率电能计量仪表，其特征在于该仪表由电源模块、信号输入通道、数据处理单元、数据存储单元、显示单元、功能设置单元、通讯单元、一体化机壳组成，其中所述的电源模块给各个单元提供工作电源，所述的数据处理单元以微处理器作为数据处理核心，所述的数据处理运算由数据处理单元完成，所述的存储单元用于存储软件程序和运算数据；所述的功能设置单元用于设置仪表功能和显示模式；所述的显示单元用于实时显示计量数据；整个仪表封装在所述的一体化机壳内，该仪表对外有电压电流输入端子和通讯接口。

2、根据权利要求1所述的全功率电能计量仪表，其特征在于所述的数据处理单元采用DSP或单片机或其他微处理器作为数据处理核心，数据处理方式为：采集的电压电流信号先经FFT分解，分解为基波信号和各次谐波信号，然后由软件程序分别进行基波能量积算和谐波能量积算，送存储单元存储的同时，送显示单元显示。

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