CN102830276A - 冲击负荷电能表电流采样方法 - Google Patents

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Abstract

一种冲击负荷电能表电流采样方法，每一路电流采样通道均由一个电流变换器和N条调理采样支路构成，每一条调理采样支路均由缓冲器、放大器、限幅保护电路、低通滤波器、A/D驱动电路和A/D转换器构成；电流采样通道工作时，输入电流首先经电流变换器转换成小电压信号，再分送N条调理采样支路；小电压信号进入调理采样支路后，首先经一个缓冲器，再送放大器做信号放大，然后通过限幅保护电路，将信号幅度限制在A/D转换器输入允许的范围，接着送低通滤波器，最后经A/D驱动电路后送A/D转换器。本发明通过采用多调理采样支路并列运行的方式，避免了传统采样用于电能计量的电流数据误差较大的问题。本发明适用于冲击负荷电能表电流采样。

Description

冲击负荷电能表电流采样方法
技术领域
本发明涉及一种冲击负荷电能表电流采样方法，属电力计量技术领域。
背景技术
目前，在输入电流幅度变化较大的场合，普遍采用宽量程电能表计量电能。宽量程电能表一个输入通道的电流采样过程一般是这样实现的：输入电流首先经过一个电流变换器，将大电流转换成小电压信号，小电压信号经过程控放大器和其他信号调理电路处理，送一个A/D功能块进行模数转换。所说的A/D功能块可以是独立的模数转换芯片，也可以是电能计量芯片内用于电流回路信号采样的模数转换部分。宽量程电能表可以通过切换电流变换器的取样回路，或程控放大器的增益，实现量程的控制，从而适应输入电流幅度的大小变化。
宽量程电能表采样及量程控制的特点是每个电流采样通道只有一个A/D功能块，各种量程切换均设置在这个A/D功能块之前。这种方式的缺点是在输入电流幅度变化较快时计量误差随之增加，原因如下：宽量程电能表在连续采集各通道电压电流信号用于电能计量的同时，还要连续监测输入电流大小，判断当前输入电流是否超出所设量程范围，超出了则调整量程设置。监测输入电流大小每得出一次结果数据，之前都需要一个测试时间段，该时间段下文称Trj，Trj从理论上讲至少需要四分之一周波的时间。假定某时刻判出需调整电流量程设置，那么说明在该时刻之前的Trj内的电流量程设置对输入电流来说是不适合的，Trj内采样的用于电能计量的电流数据误差自然就比较大。如果电流幅度变化较慢，Trj与每次电流量程调整的时间间隔相比较小，则调整前Trj内采样数据的误差影响也较小；如果电流幅度变化较快，Trj与每次电流量程调整的时间间隔相比较大，则调整前Trj内采样数据的误差影响就会比较大。
发明内容
本发明的目的是，为克服宽量程电能表在每次量程调整前的Trj内采样的用于电能计量的电流数据误差较大的问题，本发明提出一种应用于冲击负荷或具有电流幅值较快速波动特征之负荷的电能表电流采样方法，该方法可保证每次电流量程调整前Trj内采样的用于电能计量的电流数据，是在与该时段输入电流相适应的量程设置状态下采样的。
实现本发明的技术方案是，每一路电流采样通道均由一个电流变换器和N（N≥1）条调理采样支路构成，每一条调理采样支路均由缓冲器、放大器、限幅保护电路、低通滤波器、A/D驱动电路和A/D转换器构成。电流采样通道工作时，输入电流首先经电流变换器转换成小电压信号，再分送N条调理采样支路。小电压信号进入调理采样支路后，首先经一个缓冲器，消除本支路输入阻抗对电流变换器输出的影响，再送放大器做信号放大，然后通过限幅保护电路，将信号幅度限制在A/D转换器输入允许的范围，接着送低通滤波器做抗混叠滤波，最后经A/D驱动电路做信号驱动后送A/D转换器。
本发明的原理是，每一路电流采样通道设置N条调理采样支路，各条支路的放大器分别设置不同的放大倍数，使各支路所适于采样的输入电流信号范围处于不同位置，再将各调理采样支路的输入并联接入电流变换器，相当于将各支路所适于采样的信号范围叠加，这样就可以在很宽的范围内实现任一输入电流信号总能落在某条调理采样支路所适于采样的范围内。电流采样通道的输出是该通道各调理采样支路的A/D转换数据，如前所述，对某一输入电流来说，其中有一条支路A/D转换的数据是正确的，其他支路对该输入电流来说要么过度放大导致放大器饱和，要么放大不足使A/D输入信号太小影响A/D转换精度，总之A/D转换的数据误差均较大。
本发明方法的电流采样通道实际接入电能表时，各调理采样支路的A/D转换数据均由计量单元负责计算电能的MCU取出，然后按有效值公式计算，各计算结果再分别与预设的上下限比较，超上限的其A/D转换数据为所述放大器饱和时的数据，超下限的其A/D转换数据为所述放大不足时的数据，均为弃用数据，而处于上下限之间的其A/D转换数据则为正确数据，可用于计算电能。
本发明的有益效果是，通过采用多调理采样支路并列运行的方式，取代目前在A/D功能块前进行量程切换的方式，避免了目前方式下每次量程调整前的Trj内采样的用于电能计量的电流数据误差较大的问题。
本发明适用于冲击负荷电能表电流采样。
附图说明
图1为电流采样通道框图及其在电能表中的连接图；
图2为调理采样支路电路图。
具体实施方式
以下结合实施例并对照附图对本发明进行详细说明。
如附图1所示，本发明之电流采样通道由电流变换器和N（N≥1）条调理采样支路构成。电流变换器的输出接N条调理采样支路的输入。这里以三相电能表为例，三相电能表需要三个电流采样通道，三个电流采样通道的电流变换器分别连接a相输入电流、b相输入电流和c相输入电流。三个电流采样通道的各调理采样支路的输出均通过一片可编程逻辑器件CPLD——可编程使之具有一个数据缓冲器、一个译码器、一个反相器、一个多输入与非门的功能，与电能表计量单元的MCU相连，具体为：各调理采样支路的数据线均连接数据总线DB，DB通过CPLD与MCU的数据总线Dbus通过所说的数据缓冲器相连；MCU的地址线Abus通过所说的译码器输出多路片选信号，分别连接各调理采样支路的片选线
Figure BDA00002058518700041
；各通道的所有调理采样支路的A/D转换线
Figure BDA00002058518700042
相连，全部受控于MCU的一个输入输出口IOx，IOx输出的控制信号经所说的反相器驱动后，接各A/D转换线各调理采样支路的采样状态线
Figure BDA00002058518700044
分别接所说的多输入与非门的一个输入口，当与非门输出低电平，此时与非门的各输入均为高电平，表示各支路的本次采样均完成，与非门输出连接MCU的一个中断口
Figure BDA00002058518700045
，与非门输出低电平将使MCU产生中断。
调理采样支路电路如图2所示，IC1与R1组成缓冲器；IC2、R2、R3、R4组成放大器；IC3、R5、R6、R7、R8、C1、C2组成低通滤波器；IC4、R9组成A/D驱动电路；IC5及其周边的阻容元件包括R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、C3、C4、C5、C6、C7组成A/D转换器。由于IC1、IC2、IC3、IC4采用运算放大器OP07芯片和IC5采用低功耗模数转换器件AD976芯片输入均有差模过压保护，因此电路中没有再设计专门的限幅保护电路。

Claims (1)

1.一种冲击负荷电能表电流采样方法，其特征在于，所述方法为，每一路电流采样通道均由一个电流变换器和N条调理采样支路构成，每一条调理采样支路均由缓冲器、放大器、限幅保护电路、低通滤波器、A/D驱动电路和A/D转换器构成；电流采样通道工作时，输入电流首先经电流变换器转换成小电压信号，再分送N条调理采样支路；小电压信号进入调理采样支路后，首先经一个缓冲器，消除本支路输入阻抗对电流变换器输出的影响，再送放大器做信号放大，然后通过限幅保护电路，将信号幅度限制在A/D转换器输入允许的范围，接着送低通滤波器做抗混叠滤波，最后经A/D驱动电路做信号驱动后送A/D转换器。
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