CN101626162B - 具有功率因数补偿功能的用电管理终端 - Google Patents

Abstract

本发明为一种具有功率因数补偿功能的用电管理终端，其包括：一电源单元，其用以为提供电力；一采样单元，其用以接收相线上实时的电压信号、电流信号；一处理单元，其利用所述的电压信号、电流信号以及接收到的至少一用电管理单元的控制信息进行数据处理，并输出相应的控制信号，其中，所述的数据处理至少包括：计算出消耗的电能值、有功功率、无功功率以及功率因数值，并在所述的功率因数值不在某一预设阈值范围内时，输出一功率因数补偿控制信号。

Description

具有功率因数补偿功能的用电管理终端

技术领域

本发明涉及的是一种用电管理终端，特别涉及的是一种具有功率因数补偿功能的用电管理终端。 

背景技术

随着经济的发展，国民经济各个领域对电力能源的依赖性不断提高，为了计量用电消耗的数量，对电力用电现场实现有效的管理，所以电力计量设备应运而生，而且成为电力技术领域不断创新的一个热点方向。 

中国专利申请200610132328.4，名称为一种负荷控制及多路分时计费电能复合管理系统，其包括主控模块、数据采集模块、时间模块、抄表模块、执行模块、显示模块、通讯模块、键盘控制模块、电源模块，所述数据采集模块、时间模块、抄表模块、执行模块、显示模块、通讯模块、键盘控制模块与主控模块及电源模块相连接，所述抄表模块与电网中各电表相连接。通过利用上述系统的信号采集模块获得的数据的计算与分析，进行电量测量与控制；结合抄表模块与时间模块，管理多个不具备分时计费功能的电度表，使其具备复费率表的通讯、分时计费、需量统计、负荷切除等功能。但是其并没有公开一集中处理各种用电管理的终端，同时其也没有解决一个直困扰着用电管理部门的无功功率补偿问题，众所周知电网中的电力负荷如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等，大多属于电感性负荷，这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率，还同时吸收无功功率。随着大量感性负荷的迅猛增长，电力供电系统提供的电能质量变差，线路上的电压降落和功率损耗增大，不仅影响了用户的正常生产、生活，还给电力部门造成经济损失。这种现象不仅存在于低压配网在高压供电线路上也是存在的，是在高压线路。因此在电网中安装并联电容器无功补偿设备后，将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率，减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。减少了无功功率在电网中的流动，可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的 电能损耗，这种措施称作功率因数补偿。 

无功补偿的主要目的就是提升补偿系统的功率因数。因为供电局发出来的电是以KVA或者MVA来计算的，但是收费却是以KW，也就是实际所做的有用功来收费，两者之间有一个无效功率的差值，一般而言就是以KVAR为单位的无功功率。大部分的无效功都是电感性，也就是一般所谓的电动机、变压器、日光灯......，几乎所有的无效功都是电感性，电容性的非常少见。也就是因为这个电感性的存在，造成了系统里的一个KVAR值，三者之间是一个三角函数的关系： 

KVA²＝KW²+KVAR²

简单来讲，在上面的公式中，如果今天的KVAR的值为零的话，KVA就会与KW相等，那么供电局发出来的1KVA的电就等于用户1KW的消耗，此时成本效益最高，所以功率因数是供电局非常在意的一个系数。用户如果没有达到理想的功率因数，相对地就是在消耗供电局的资源，所以这也是为什么功率因数是一个法规的限制。目前就国内而言功率因数规定是必须介于电感性的0.9～1之间，低于0.9，或高于1.0都需要接受处罚。因此我们必须要把功率因数控制在一个非常精密的范围，过多过少都不行。 

综上可知现有技术存在如下的缺陷： 

首先，现有的多功能用电管理系统，通常是不具备一管理终端，用以进行集约化的调度和操作； 

其次，现有的多功能用电管理系统，不具有无功补偿功能，从而影响了用电质量，并且难以抑制电力损耗； 

最后，现有的用电管理功能设备中，往往都是以电压信号，电流信号的侦测和计算为基础的，但是传统的信号的获取和处理方法在稳定性和准确性上存在一定的弊端。 

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得本发明。 

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有功率因数补偿功能的用电管理终端，用以克服上述缺陷。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，提供一种具有功率因数补 偿功能的用电管理终端，其包括： 

一电源单元，其用以为提供电力； 

一采样单元，其用以接收相线上实时的电压信号、电流信号； 

一处理单元，其利用所述的电压信号、电流信号以及接收到的至少一用电管理单元的控制信息进行数据处理，并输出相应的控制信号，其中，所述的数据处理至少包括：计算出消耗的电能值、有功功率、无功功率以及功率因数值，并在所述的功率因数值不在某一预设阈值范围内时，输出一功率因数补偿控制信号； 

还包括：一模拟/数字转换单元，其将所述的采样单元获得的电压信号、电流信号分别转换为与各自电压值、电流值大小相对应的频率信号输出给所述的处理单元； 

其中，所述的模拟/数字转换单元包括： 

一积分电路，其对同一根相线上获取的所述的相线电压取样信号；以及所达的相线电流取样信号的电压值进行积分处理，分别转换为与所述的相线电压取样信号以及所述的相线电流取样信号量值各自相对应的电流信号； 

一电压/频率转换电路，其接收所述的电流信号并输出与所述的相线电压取样信号以及所述的相线电流取样信号量值各自相对应频率信号；其中，所述的积分电路和电压/频率转换电路组数与电力线中相线的数量相一致。较佳的，还包括：一补偿单元，其接收所述的处理单元输出的功率因数补偿控制信号，产生一通/断动作，所述的补偿单元包括： 

复数断路元件，其分别设置电力线路上； 

复数触发元件，其分别与所述的处理单元相连接，用以接收控制信号；同时和所述的断路元件相连接，用以向所述的断路元件发出触发信号。 

其中，所述的用电管理单元至少包括：一存储电路，一显示电路以及一通信电路其中之一与所述的处理单元相连接，其中，所述的通信电路通过无线或有线的方式与相应的用电功能管理单元进行数据交互；所述的存储电路用以存储所述的电能值；有功功率、无功功率、功率因数值以及相应的状态信息；所述的显示电路显示相应的信息。 

较佳的，还包括：一看门狗电路；其与所述的处理单元相连接，用以保证程序安全可靠运行，以及在失电时让所述的存储电路及时保存工作状态信息或/和用电管理数据。 

较佳的，还包括：一时钟电路，其与所述的处理单元相连接，用以为处理单元提供时钟信号。 

其中，所述的电源单元，其独立从相线直接获取电压，经过一整流桥进行整流处理，所述整流桥的电压输出端与一稳压电路芯片相连接；其还包括备用电源，所述的备用电源为一充电电源，通过一恒流充电电路，对其进行充电。 

其中，所述的积分电路包括： 

一第一积分器，其反相输入端获得所述的相线电压取样信号； 

一第二积分器；其反相输入端获得所述的向线电流取样信号。 

较佳的，还包括： 

一并联的第五电阻和第三电容，其一并联端分别与所述的第一积分器和第二积分器的同相输入端相连接，另一端接地； 

一串联的第四电容、第一二极管作为反馈防止所述的第一积分器输出发生信号漂移； 

以及一串联的第五电容和第二二极管作为反馈防止所述的第二积分器输出发生信号漂移，其中所述的第一二极管与所述的第一二极管的正极串联并接地；所述的第一二极管和第四电容连接点与所述的第一积分器输出端相连，所述的第二二极管和第五电容连接点与所述的第二积分器输出端相连。 

其中，所述的电压/频率转换电路包括：一电压/频率转换芯片，其输入端用以获得所述的电流信号； 

一基准电压生成电路，其包括：一第一三极管，其集电极获取一电源信号，其基极与所述的电压/频率转换芯片基准电压输出端相连；一串联的第六电阻和第七电阻，其一端和所述的第一三极管的基极相连，另一端接地，其串联点与所述的第一三极管的发射极相连。 

其中，所述的处理单元为一微处理器，内置有处理程序，其接收由所述的电压/频率转换芯片传输的所述的频率信号，根据比例转化为与电力线不同相线上实时电压值和实时电流值对应的数字量，通过运算获取实时的有功功率、无功功率、功率因数值，并计算出电能值，并在所述的功率因数值不在某一预设阈值范国内时，输出一功率团数补偿控制信号。 

较佳的，还包括：若干组光电耦合器，其数量为电力线相线数量的2倍，其输入端与所述的电压/频率转换芯片输出端相连接，其输出端与所述的微处理器的输入端相连接。 

其中，所述的用电管理单元为一输入单元，用以向所述的处理单元载入和调试程序，同时输入相应的参数命令。 

其中，所述的用电管理单元为一预付费单元，其包含一与所述处理单元相连接的读卡器电路。 

其中，所述的断路元件为继电器；所述的触发元件为三极管，每一所述的继电器通过所述的三极管与所述的微处理器输出端相连接。 

与现有技术比较本发明的有益效果在于，由于提高了采样和计量的准确性；因此涉及到以计量为基础的相关用电管理功能的准确性都提高了； 

同时增加了功率因数补偿功能，提高了对功率损耗的控制能力，增加了对电能的有效应用； 

最后，集约化的用电管理，提高了用电管理的精细化程度。 

附图说明

图1为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的功能框图； 

图2为本发明具有功率团数补偿功能的用电管理终端实施例一的功能框图； 

图3为本发明具有功率团数补偿功能的用电管理终端实施例二的功能框图； 

图4为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端实施例一中电压采样组件为机械结构组件的机械结构示意图； 

图5为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的整体电路示意图； 

图6A为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的电压、电流处理部分的电路示意图一； 

图6B为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的电压、电流处理部分的电路示意图二； 

图6C为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的电压、电流处理部分的电路示意图三； 

图7为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的存储电路的示意图； 

图8为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的看门狗电路的示意图； 

图9为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的补偿单元的示意图； 

图10为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的时钟电路的示意图； 

图11为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的通信电路的示意图； 

图12为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的补偿单元控制的投切电路第一部分的示意图； 

图13为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的补偿单元控制的投切电路第二部分的示意图。 

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。 

请参阅图1所示，其为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的功能框图；所述的用电管理终端是一种多功能的集成处理终端，其包括：一电源单元48，用以为电子元件提供电力；一存储电路43，一显示电路42以及一通信电路44至少其中之一，分别与一处理单元41相连接，其中，所述的通信电路44将所述的用电管理数据如有用功率值、无用功率值、功率因数值以及计算获得的电能值等数据，通过无线或有线的方式传输给指定的接收装置，例如这种传输方式可以采用GPRS或者CDMA等无线方式进行远程通信传输，也可以用485、RS232或载波等有线方式传输，同时接收所述的通信电路44传输过来的控制指令数据。所述的存储电路43用以存储所述的用电管理数据，同时还存有所述处理单元41所设置的一些预设的存储功能要求对应的数据信息，如查询日志；所述的显示电路42显示相应的查询信息，以利于管理者现场及时查阅相关的用电管理数据，所述的显示电路42包括：显示器和驱动电路(图中未示)；随着现在对运行在所述处理单元41中程序的安全性要求越来越高，并且在本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端异常失电时，令所述的存储电路43及时保存终端工作状态或/和用电管理数据，为此还设置有一看门狗电路45，其与所述的处理单元41相连接；由于所述具有功率因数补偿功能的用电管理终端的一些管理动作是在预设的特定时间发出的，或是所述的处理单元41要记录相应管理动作产生的时间，为此还包括：一时钟电路46，其与所述的处理单元41相连接，用以为所述的处理单元41运行状况提供时钟信号。同时为了实现对用电计费的管理，本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端还包括：一预付费单元，其通过一读卡器电路实现预付费功能，同时查阅相应的电力消耗情况。 

正如背景技术所述，采集信号的处理是用电管理的基础，本发明具有功率 因数补偿功能的用电管理终端的一突出的特点在于，采用直接获取的电压电流取样方式，提高了以计量为基础的用电管理的精度和准确性，为此本发明提供了一种采样单元1，用以从相线L上获取实时的电压信号、电流信号并分别转换为与之对应的相线电压取样信号和相线电流取样信号；实际上对于采集到的信号，所述的处理单元41就可以进行相应的数据处理，但是为了达到更准确的技术效果，本发明的优选方案中又提供了一模拟/数字转换单元3，其将所述的相线电压取样信号以及所述的相线电流取样信号分别转换为与各自对应的频率信号输出；所述的处理单元41，其将所述的频率信号分别转换为对应的实时的电压值和电流值，并计算出消耗的电能值、有功功率、无功功率以及功率因数值，在所述的功率因数值超出一预设的阈值范围时，输出一功率因数补偿控制信号。同时本发明还设置有一补偿单元2，其接收所述的处理单元输出的功率因数补偿控制信号，产生一通/断动作，所述的补偿单元包括：复数断路元件，其分别设置电力线路上；复数触发元件，其分别与所述的处理单元相连接，用以接收控制信号；同时和所述的断路元件相连接，用以向所述的断路元件发出触发信号；通过所述的复数断路元件的通/断动作实现对电力线路的投/切动作，进而完成功率补偿。 

请参阅图2所示，其为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端实施例一的功能框图；所述的采样单元1包括：一电压采集子单元11，其从相线L上获取实时的电压信号并转为相线电压取样信号；一电流采集子单元12，其从所述的相线L上获取实时的电流信号并转为相线电流取样信号；其中，所述的电压采集子单元包括：一电压采样组件111，其从所述的相线L上直接采集到实时的电压信号；所述的电压采样组件111为机械结构组件，请结合图4所示，其为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端中电压采样组件111的机械结构放大图；其包括：一导电采样件1113，获取电力线上实时的电压信号，其通过直接接触金属电力线或透过绝缘皮01接触电力线芯02，获取相线L上实时的电压信号；同时还需要一采样固定件，其使所述的导电采样件1113与所述的相线L连接位置关系稳固；当所述的电力线具有绝缘皮01时，所述的导电采样件1113为针齿状结构，其刺入所述的电力线与电力线芯02接触；所述的采样固定件为一螺栓1111和一压线块1112，通过所述的螺栓1111的旋紧使压线块1112压迫在所述的电力线上，则针齿状结构的导电采样件1113的尖端与所述的电力线芯02相接触，显然这种直接取电是很紧密的。 

所述的电压采样组件111与一电压信号处理电路112相连接，所述的电压信号处理电路112将所述的实时的电压信号进行整流转换为直流的第一电压取样信号；以及一电源电路113，其与所述的电压信号处理电路12相连接，其将所述的电压进行稳压、滤波转换成电源电压输出，因此本发明除了可以采用独立电源单元48(如图1所示)外，也可以通过所述电压采集子单元11提供的电源工作，这也是本发明的一个特点，节省了设备成本的投入。 

所述的电流采集子单元12包括：一锰铜片121’，其设置于所述的电力线相线L上，还包括：一整流取样电路122，其与所述的锰铜片121’相连接，将所述的锰铜片121’获得的电流值转换为一直流的第二电压取样信号输出。 

所述的模拟/数字转换单元3包括：一积分电路31，其与所述的电压采集子单元11的电压信号转换电路112以及所述的电流采集子单元12的整流取样电路122相连接，所述的积分电路31对所述的第一电压取样信号以及所述的第二电压取样信号的电压值进行积分处理，并分别转换为与所述的电压值成正比的第一电流值和第二电流值输出，同时所述的电源电路113为其提供工作电力以及基准电压；所述的模拟/数字转换单元3还包括：一电压/频率转换电路32，其与所述的积分电路31的输出端相连接，并接收所述的第一电流值和第二电流值，从而输出与所述的电压值成正比的所述第一频率信号和第二频率信号，同时所述的电源电路113为其提供工作电力以及基准电压；所述的处理单元41可以为一微处理器41(本发明以其为例)或嵌入式系统等任何可以设置内部处理程序的数据处理器，这里不再对其种类进行赘述，所述的微处理器41接收由所述的电压/频率转换电路32传输的所述的第一频率信号以及第二频率信号，根据比例转化为对应的相线L上实时电压值和实时的电流值，通过乘法运算转换为实时的功率值，再通过对时间进行积分运算转换为某一指定时间段的有用功率值、无用功率值以及功率因数值，对功率值进行累加就可以获得电能值；同时对于本用电管理终端的其他动作程序也预先设置在所述的微处理器41中，同时还要接收其他功能控制单元的控制数据，例如电子封单元中的动封检测信号，以及图1中的相应的复数结构，如预付费单元对应的读卡器电路、显示电路以及通信单元等。 

为了减少对现有电能计量设备的改造，从而有利于减少成本，本发明也可以与现有的电压采集设备结合进行应用，请参阅图3所示，其为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端实施例二的功能机构简图；其与上一实施例的 差别，首先用现有的电压互感器111来替代上述的电压采集子单元11中的电压采样组件111，所述的电压互感器111可以为电磁式电压互感器(VT)和电容式电压互感器(CVT)，其二次侧获得与相线L与零线(地)之间实时电压信号，相对应的电压值(存在比例系数)，所述的电压互感器111与一电压信号处理电路(整流电路)112相连接，所述的电压信号处理电路112将所述的实时的电压信号进行整流转换为直流的第一电压取样信号； 

其次一电流互感器121代替所述的锰铜片121’，其套设在所述的相线L上，所述的电流互感器121为现有产品，其包括：电磁式电流互感器以及电子式电流互感器，通过一次侧和二次侧线圈的耦合，获得与所述的相线L上电流相对应的一个电流值；还包括：一整流取样电路122，其与所述的电流互感器121相连接，将所述的电流互感器121获得的电流值转换为一直流的第二电压取样信号输出，所述的第二电压取样信号的电压值与所述的电流互感器121二次侧的电流值相对应，同时也就与所述的相线L上的电流值相对应存在比例关系，之所以把电流值通过转换变成第二电压取样信号是为了后序的电压处理转换具有一致性。 

上面介绍的两种功能结构简图是本发明的两个具体实施例，实际上揭示了两种取电流和两种取电压的方法，为了获取相应的电能值、有功功率、无功功率以及功率因数值，就必须获得实时的电压值和电流值，上述的任意一种取电压方法和任一种取电流的方法都可以结合在一起实现，这里就不再赘述；以下将公开两种与上述两个功能框图实施例相对应的电路图，作为电路图其仅是针对功能框图获得的两种具体的电路结构，但是仍然可以做出许多等效变换，无论是连接关系以及元件的组成结构都不应该作为对本发明权利要求保护范围的限定。 

请参阅图5所示，其为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的整体电路示意图；其包括：一微处理器MCU其具有的指定输入管脚P.xx获得表征不同相线电压值和电流值的频率信号，所述的微处理器MCU相应的管脚分别和其他的用电管理功能单元，如所述的读卡器电路、存储电路、显示电路、通信电路、补偿单元以及看门狗电路相连接，对于上述不同的功能电路下面进分别进行描述。 

请参阅图6A所示，其为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的电压、电流处理部分的电路示意图一；所述的电压信号处理电路包括：一第一电 压电路，其对所述的实时的电压信号进行处理产生一第一电压，其包括：一第一电阻4R1、一与之串联的第一稳压管4DW，一与所述的第一电阻4R1并联的第三二极管4D1，其中所述的第一电阻4R1的两端获得的即为所述的实时的电压信号，所述的第三二极管的负极与一第四二极管4D2的正极相连接，所述的第四二极管4D2负极输出所述的第一电压取样信号； 

所述的整流取样电路为：在所述锰铜片4R的一端设置一接地线以及一电感4C11，所述的电感4C11通过一电阻4R19输出第一电流取样信号； 

所述的积分电路4IC1包括：一第一积分器，其反相输入端通过一电阻4R2与所述的第四二极管的负极相连接，获得所述的第一电压取样信号，所述的电源单元的输出端与所述的积分电路4IC1的VCC端相连接，为其提供电源信号； 

一第二积分器，其反相输入端通过电阻4R19与所述的整流取样电路的输出端相连接，获得所述的第二电压取样信号；还包括：一延时电路，所述的延时电路包括一对并联的第五电阻4R3和第三电容4C4，其一并联端与所述的第一积分器和所述的第二积分器的同相端连接，其另一并联端接地。 

还包括：一反馈电路，其包括：一串联的第四电容4C3、第一二极管4D5作为反馈防止所述的第一积分器输出发生信号漂移； 

以及一串联的第五电容4C6和第二二极管4D6作为反馈防止所述的第二积分器输出发生信号漂移，其中所述的第一二极管4D5与所述的第二二极管4D6的正极串联并接地；所述的第一二极管4D5和第四电容4C3连接点与所述的第一积分器输出端相连，所述的第二二极管4D6和第五电容4C6连接点与所述的第二积分器输出端相连； 

所述的电压/频率转换电路32包括：一电压/频率转换芯片4IC2，其具有至少两个输入端INPUT1，INPUT2，通过电阻4R4、4R11分别与所述的第一积分器的输出端和第二积分器的输出端相连接，用以获得所述的第一电流信号和第二电流信号，所述的电源单元为其提供工作电压； 

还包括：一基准电压生成电路，其包括：一第一三极管4Q，其集电极与所述的电源单元相连，其基极与所述的电压/频率转换芯片IC2基准电压输出端CUAREN相连；一串联的第六电阻4R16和第七电阻4R14，其一端和所述的第一三极管4Q的基极相连，另一端接地，其串联点与所述的第一三极管4Q的发射极相连；若两组光电耦合器，其数量为电力线相线数量的2倍，其输入端与所述的电压/频率转换芯片输出端相连接，其输出端与所述的微处理器的输入端 相连接，其中每一组光电耦合器分别对应一相线上存在的电压信号和电流信号值。 

请参阅图6B所示，其为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的电压、电流处理部分的电路示意图二；其与第二个功能结构框图相对应，而与上一电路实施例的差别在于，对于电压信号采集来说：其采用的是电压互感器TV来代替直接通过电阻4R1获取电压值；通过一电流互感器TA来代替锰铜片4R以及4C11相结合取电流的模式，所述的整流取样电路为：在所述的电流互感器TA的二次侧一端连接有一二极管D7，在所述的二极管D7的正极和负极分别连接有一电阻R17和电容C5，所述的电阻R17和电容C5的另一端以及所述的电流互感器TA二次侧的另一端接地；同时对于所述的电压信号处理电路包括：一整流电路D1-D4取代上述的第三二极管4D1和第四二极管4D2。 

请参阅图6C所示，其为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的电压、电流处理部分的电路示意图三；其对应的是一种非高压状态下使用的具有功率因数补偿功能的用电管理终端的电压、电流处理部分的电路示意结构，与图6B在结构上的差异在于，不需要电压互感器而直接设置在所述的相线L上，获取实施的电压信号。 

请参阅图7所示，其为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的存储电路的示意图；其包括一存储器3IC，用以存储相应的数据，所述的微处理器MCU的指定管脚P.xx与所述的存储器3IC的两个数据端口相连接，一电源信号VCC+与所述的存储器3IC的电平相连接，一组并联的电阻3R1、3R2分别与两个数据端口相连接，其并联端与所述的存储器3IC的电平相连接，所述的存储器3IC的接地端接地。 

请参阅图8所示，其为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的看门狗电路的示意图；所述的看门狗电路包括：一看门狗芯片1IC，所述的微处理器MCU的指定管脚P.xx与所述的看门狗芯片1IC的两个数据端口相连接，一电源信号与所述的看门狗芯片1IC的电平相连接，一组并联的电阻1R1、1R2分别与每一数据端口相连接，其并联端与看门狗芯片1IC的电平相连接，所述的看门狗芯片1IC的接地端接地，并且所述看门狗芯片1IC的复位端RST通过一电阻1R3接地。 

请参阅图9所示，其为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的补偿单元的示意图；所述的控制输出单元用以控制相应电力线路的电力供应，其 包括：复数断路元件，设置电力线路上，所述的断路元件可以为继电器J或是脱扣器，其都具有一动作线圈；复数触发元件，其与所述的微处理器MCU的指定管脚P.xx相连接，用以接收控制信号；同时和所述的断路元件相连接，用以向所述的断路元件发出触发信号，这里采用的触发元件为三极管5Q，其基极与所述的微处理器MCU的指定管脚P.xx相连接，一电源信号VCC+分别于所述的断路元件的线圈的一端相连接，所述的断路元件的线圈的另一端与所述的三极管5Q的集电极相连接，所述的线圈的两端之间设置有一二极管5D，所述的电源信号通过一电阻5R与所述的三极管5Q的基极相连接，所述的三极管5Q的发射极接地。 

请参阅图10所示，其为本发明有功率因数补偿功能的用电管理终端的时钟电路的示意图；其包括：一时钟芯片4IC，所述的时钟芯片4IC的输出管脚与所述的微处理器MCU的指定管脚P.xx相连接，一电源信号VCC+通过一组电阻4R1、4R2分别与所述的时钟芯片4IC的输出管脚相连接，还包括一电容4C3与所述的时钟芯片VDD端接地。 

请参阅图11所示，其为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的通信电路的示意图；本发明以一个485通信模式为基础的有线通信结构，其包括一通信芯片2IC，其通过两个485通信线(485+、485-)与相应的接收终端相连接，所述的微处理器MCU的RXD和TXD的管脚与所述的通信芯片2IC的指定的管脚相连接，其还包括：一电源信号VCC+，以及一控制三极管2Q，所述的控制三极管2Q的基极与所述的TXD端相连接，所述的控制三极管2Q的发射极分别接地以及通过一电阻2R2与一485分支通信线(485-)相连接。 

需要说明的是上述的功能电路，本领域技术人员在通晓了本发明的思想后，能够做出相应的等效处理，获取具有相同功能的不同等效电路，这里就不再赘述了，上述的电源信号，可以来自电压采集子单元的电源电路113，也可以是用电管理终端本体自带的电源；所述的微处理器41的指定管脚P.xx根据微处理器的管脚排布而定，但对本领域普通技术人员来说是可以轻易实现的。 

请参阅图12、图13所示，其为本发明具有功率因数补偿功能的用电管理终端的补偿单元控制的投切电路第一部分和第二部分的示意图；其不是本发明结构的组成部分，但是却是其控制的主要电路，其包括：三组继电器J1、J2、J3，每一所述的继电器通过一三极管1Q1、1Q2、1Q3的集电极与所述的微处理器MCU输出端相连接； 

以及三组交流接触器CJ1、CJ2、CJ3，通过所述的继电器J1、J2、J3的吸合/断开，实现所述交流接触器CJ1、CJ2、CJ3状态的改变； 

当然对相线功率因数补偿单元还有其他的形式，如采用三组复合开关(图中未示)用以代替所述的继电器和交流接触器的组合，所述的每一复合开关与所述的微处理器MCU的输出端相连接，通过所述的微处理器MCU输出的控制信号，实现所述复合开关状态的改变；当然本领域技术人员都知晓，所述的功率因数补偿是将容性负载加入感性负载过大的电力系统中，从而提升功率因数值，因而就需要多组的电容器IC1-1C9，在与其对应的所述的复合开关动作时，而接入对应的电力线中实现对电力系统的功率因数补偿，本发明对于三相电力线采用了九组电容器IC1-1C9，在与其对应的所述的交流接触器CJ1、CJ2、CJ3动作(或所述的复合开关的动作)时而投入/切换出对应的电力线中，实现对电力系统的功率因数补偿；为了提高系统的安全性，防止电容自身的问题对系统的安全性的影响，还提供：一保护单元，其在电容器IC1-1C9发热达到某一阈值时，用以切断所有的相线的电力供应，其包括： 

一热敏电阻组，其由热敏电阻RT、RT1、RT2组成，所述的热敏电阻RT、RT1、RT2贴设在指定的电容器的表面，其一端与所述的微处理器MCU输入端相连接，另一端接地；所述的热敏电阻和所述的微处理器输入端之间，设置电阻组1R9、1R10、1R11，所述的电阻组1R9、1R10、1R11的另一端与所述的电源信号相连接； 

一保护继电器J4，通过一三极管1Q4与所述的微处理器MCU一输出端相连接； 

一电磁脱扣器TQ，当所述的热敏电阻RT、RT1、RT2检测到所述的电容器的温度，并将其装换为对应的电压信号传输到所述的微处理器MCU，所述的微处理器MCU根据预设的温度值与获得的值相比较，在超出阈值时，发出控制信号给所述的保护继电器J4，使其产生动作，进而所述的电磁脱扣器TQ动作，从而切断相线的电力供应。 

综上，本发明可以直接从所述的电力线上获取电压值和/或电流值，并且采用电压/频率转换芯片，将电压值转换为与所述的电压值和电流值存在唯一对应关系的频率信号，增强了本发明的抗干扰能力，从而使前期的对有用功率、无用功率以及功率因数值的计算更为准确了，从而对于用电管理终端而言，由于基础计量的准确性带来了整个用电管理终端管理的准确性和及时性。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。 

Claims (14)

1.一种具有功率因数补偿功能的用电管理终端，其特征在于：其包括：

一电源单元，其用以提供电力；

一采样单元；其用以接收相线上实时的电压信号和电流信号；

一处理单元，其利用所述的电压信号、电流信号以及接收到的至少一用电管理单元的控制信息进行数据处理，并输出相应的控制信号，其中，所述的数据处理至少包括：计算出消耗的电能值、有功功率、无功功率以及功率因数值，并在所述的功率因数值不在某一预设阈值范围内时，输出一功率因数补偿控制信号；以及

一模拟/数字转换单元，其将所述的采样单元获得的电压信号、电流信号分别转换为与各自电压值、电流值大小相对应的频率信号输出给所述的处理单元；

其中，所述的模拟/数字转换单元包括：

一积分电路，其对同一根相线上获取的相线电压取样信号以及相线电流取样信号的电压值进行积分处理，分别转换为与所述的相线电压取样信号以及所述的相线电流取样信号量值各自相对应的电流信号；

一电压/频率转换电路，其接收所述的电流信号并输出与所述的相线电压取样信号以及所述的相线电流取样信号量值各自相对应的频率信号；其中，所述的积分电路和电压/频率转换电路的组数与电力线中相线的数量相一致。

2.根据权利要求1所述的具有功率因数补偿功能的用电管理终端，其特征在于：还包括：一补偿单元，其接收所述的处理单元输出的功率因数补偿控制信号，产生一通/断动作，所述的补偿单元包括：

复数个断路元件，其分别设置于电力线路上；

复数个触发元件，其分别与所述的处理单元相连接，用以接收功率因数补偿控制信号；同时和所述的断路元件相连接，用以向所述的断路元件发出触发信号。

3.根据权利要求1所述的具有功率因数补偿功能的用电管理终端，其特征在于：所述的用电管理单元至少包括：一存储电路，一显示电路以及一通信电路其中之一，分别与所述的处理单元相连接。

4.根据权利要求3所述的具有功率因数补偿功能的用电管理终端，其特征在于：还包括：一看门狗电路，其与所述的处理单元相连接，用以保证程序安全可靠运行，以及在失电时让所述的存储电路及时保存工作状态信息或/和用电管理数据。

5.根据权利要求1所述的具有功率因数补偿功能的用电管理终端，其特征在于：还包括：一时钟电路，其与所述的处理单元相连接，用以为处理单元提供时钟信号。

6.根据权利要求1所述的具有功率团数补偿功能的用电管理终端，其特征在于：所述的电源单元，其独立从相线直接获取电压，经过一整流桥进行整流处理，所述整流桥的电压输出端与一稳压电路芯片相连接；所述的电源单元还包括备用电源，所述的备用电源为一充电电源，通过一恒流充电电路，对所述的充电电源进行充电。

7.根据权利要求2所述的具有功率因数补偿功能的用电管理终端，其特征在于：所述的积分电路包括：

一第一积分器，其反相输入端获得所述的相线电压取样信号；

一第二积分器，其反相输入端获得所述的相线电流取样信号。

8.根据权利要求7所述的具有功率因数补偿功能的用电管理终端，其特征在于：还包括：

一并联的第五电阻和第三电容，其一并联端分别与所述的第一积分器和第二积分器的同相输入端相连接，另一并联端接地；

一串联的第四电容和第一二极管，作为反馈防止所述的第一积分器输出发生信号漂移；

以及一串联的第五电容和第二二极管，作为反馈防止所述的第二积分器输出发生信号漂移，其中所述的第一二极管与所述的第二二极管的正极串联并接地；所述的第一二极管和第四电容连接点与所述的第一积分器输出端相连，所述的第二二极管和第五电容连接点与所述的第二积分器输出端相连。

9.根据权利要求8所述的具有功率因数补偿功能的用电管理终端，其特征在于：所述的电压/频率转换电路包括：一电压/频率转换芯片，其输入端用以获得所述的电流信号；

一基准电压生成电路，其包括：一第一三极管，其集电极获取一电源信号，其基极与所述的电压/频率转换芯片基准电压输出端相连；一串联的第六电阻和第七电阻，其一端和所述的第一三极管的基极相连，另一端接地，其串联点与所述的第一三极管的发射极相连。

10.根据权利要求9所述的具有功率因数补偿功能的用电管理终端，其特征在于：所述的处理单元为一微处理器，内置有处理程序，其接收由所述的电压/频率转换芯片传输的所述的频率信号，根据比例转化为与电力线不同相线上实时电压值和实时电流值对应的数字量，通过运算获取实时的有功功率、无功功率、功率因数值，并计算出电能值，并在所述的功率因数值不在某一预设阈值范围内时，输出一功率因数补偿控制信号。

11.根据权利要求10所述的具有功率因数补偿功能的用电管理终端，其特征在于：还包括：若干组光电耦合器，其数量为电力线相线数量的2倍，其输入端与所述的电压/频率转换芯片输出端相连接，其输出端与所述的微处理器的输入端相连接。

12.根据权利要求11所述的具有功率因数补偿功能的用电管理终端，其特征在于：所述的用电管理单元为一输入单元，用以向所述的处理单元载入和调试程序，同时输入相应的参数命令。

13.根据权利要求12所述的具有功率因数补偿功能的用电管理终端，其特征在于：所述的用电管理单元为一预付费单元，其包含一与所述处理单元相连接的读卡器电路。

14.根据权利要求12所述的具有功率因数补偿功能的用电管理终端，其特征在于：所述的断路元件为继电器，所述的触发元件为三极管，每一所述的继电器通过所述的三极管与所述的微处理器输出端相连接。

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