CN103728493B - 多路单三相混用电能计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多路单三相混用电能计量装置，其包括三路相互独立的三相电能计量模块、三路相互独立的外部监测电压电流采样模块、微控制器、电源隔离保护模块、通讯模块、存储器、实时时钟、以及校表模块，所述各相参数可以分别独立采样，各计量模块包括电能寄存器，各计量模块得到的各相计量参数传给微控制器，微控制器将单三相混用电能数据的保存与上传。

Description

多路单三相混用电能计量方法

技术领域

本发明涉及智能多路电能计量方法，尤其涉及一种单相、三相兼容的电能计量方法。

背景技术

随着人们对能源需求的重视，电能无疑成为各能源之首，智能电网早已成为电力系统的发展方向。目前，无论发达国家还是发展中国家，都在积极进行传统电网向智能电网的改造。而节能环保是我国制订并实施的长期重大方针，因此，我国正在大力开展智能电网建设。

智能电网的广泛推广，离不开对各路电能的精确计量。电能计量装置，是通过电能表等对用户消耗的电能进行计量的一种电气装置。传统的电能表是机械转轴感应式电表，无法满足智能化和高精度要求，已经逐渐退出历史舞台。当前占据主导市场上的电能表都是集成电子式智能电表，它的计量原理为：通过高度集成的高精度计量芯片，采用相应的信号处理和算法实现电压电流的采样和计算，经过乘法器得到功率，最后通过功率脉冲计数累计得到电能。正是基于这种计量电能的原理，三相交流电能表的电能计量输出结果为三相总电能，单相交流电能表的电能计量输出结果为单相总电能。因此三相交流电能表无法作为三块独立的单相交流电能表使用，只能当作一块单相交流电能表使用。但是在许多大型楼宇、工厂、基站等场合，往往需要对大量的三相交流电和单相交流电能分别进行计量、集中管理，实现智能电网要求，此时大量单块电表的连接往往会降低系统效率，不利于电能集中管理，而且还会占用较大的安装场地。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多路单三相混用电能计量方法，其可以实现多路单三相电能混合计量。

为实现以上发明目的，本发明采用如下技术方案：一种多路单三相混用电能计量方法，用于一种多路单三相混用电能计量装置，所述多路单三相混用电能计量装置包括三路相互独立的三相电能计量模块、三路相互独立的外部监测电压电流采样模块 、微控制器、电源隔离保护模块、通讯模块、存储器、实时时钟、以及校表模块，各相参数可以分别独立采样，各计量模块包括电能寄存器，各计量模块将得到的各相计量参数传给微控制器，微控制器实现单三相混用电能数据的保存与上传；其特征在于：所述多路单三相混用电能计量方法

包括如下步骤：

S1开始；

S2硬件初始化；

S3数据初始化，读取存储器；

S4判断是否为单相电：

结论为是，则进入步骤S51，

结论为否，则进入步骤S71；

S51微控制器按序读取单相电能计量模块参数；

S52分别计算各路参数；

S53累计电能寄存器数据到当前各路电能脉冲累计变量数组；

S54累计电能超过设定值部分，累加到总电能变量，未满设定值的电能回传给当前电能脉冲累计变量数组;

S6判断总电能变量是否满1度：

结论为是，则，将总电能变量保存到存储器对应各路电表的存储区，通讯程序将单相电量实际参数和电能值上传后重新回到步骤51；

结论为否，则，通讯程序将单相电量实际参数和电能值上传后重新回到步骤51；

S71微控制器按序读取三相电能计量模块参数；

S72分别计算各路参数；

S73累计电能寄存器数据到当前各路电能脉冲累计变量数组；

S74累计电能超过设定值部分，累加到总电能变量，未满设定值的电能回传给当前电能脉冲累计变量数组

S8判断总电能变量是否满1度：

结论为是，则，将总电能变量保存到存储器对应各路电表的存储区，通讯程序将分相电量实际参数和电能值上传后重新回到步骤71；

结论为否，则，通讯程序将单相电量实际参数和电能值上传后重新回到步骤71。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S52中的有效路数为9。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S72中的有效路数为12。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S54及步骤S74中的设定值为0.01KWh。

相较于现有技术，本发明多路单三相混用电能计量方法，极大地增加了电能表使用的灵活性和集成度，降低了电表安装成本，便于智能电网集中管理。最主要的优点是不需要使用单相电能表就可以对各路单相电能独立精确计量。

附图说明

图1是本发明多路单三相混用电能计量装置结构图。

图2是本发明多路单三相混用电能计量方法。

具体实施方式

如图1所示，所述多路单三相混用电能计量装置100包括三路相互独立的三相电能计量模块10、三路相互独立的外部监测电压电流采样模块 、微控制器11（MCU，Micro Control Unit）、电源隔离保护模块12、通讯模块13、存储器14、实时时钟15、以及校表模块16，所述各相参数可以分别独立采样，各计量模块10包括电能寄存器，各计量模块10得到的各相计量参数传给微控制器11，微控制器11将单三相混用电能数据的保存与上传。所述通讯模块13用以将电能数据上传。在本实施例中，所述通讯模块为I2C通讯模块13。所述存储器14为电可擦可编程只读存储器（E2PROM，Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)），用以存储电能计量参数和校表模块16的校表参数。所述电源隔离保护模块12为系统提供安全隔离的工作电源。所述电能由计量芯片通过瞬时功率的积分得到，并将结果放在计量模块10的电能寄存器内。

如图1所示，本发明中的多路单三相混用电能计量装置100采用板卡式即插即用的安装形式，板卡的安装数量根据用户实际需求选配，单张板卡上共设计了三路相互独立的三相电能计量模块10，统一由一块微控制器11进行核心控制，微处理器11的可为32位ARM Contex-M3。

系统对A、B、C三相的电压、电流分别进行了采样，因此当接入独立的单相交流回路时，采样模块同样对单相交流电进行独立采样，不受其它各相支路的影响。

所述三相电能计量模块10采用了一颗高精度三相电能专用计量芯片，集成了六路二阶sigma-delta ADC、参考电压电路以及所有功率、能量、电压电流有效值、功率因数以及频率测量的数字信号处理等电路。其能够测量各分相A、B、C和合相T的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量、无功能量，该特性可以保证三相电表作为单相电表使用时，各独立回路单相电能计量的精确性。所述三相电能计量模块10得到的各路计量参数通过串行外设接口（SPI，Serial Peripheral Interface）传递给微控制器11，所述微控制器11通过软件处理办法实现单三相混用电能数据的合理保存与上传。

为保证电能表的计量精度，采用了软件校表的方式，逐一对各路计量模块进行校表。微控制器11通过SPI接口配置计量芯片内部的相关的校表寄存器，实现对增益、相位进行补偿设置，连接标准电能计量测试源，不断调整设置值，可将系统误差校正在0.5级表的要求以内。

电能计量参数和校表参数保存在存储器14中，掉电不丢失。实时时钟记录电能计量参数的时间。I2C通讯模块13将电能数据上传。电源隔离保护模块12为系统提供安全隔离的工作电源。

该多路单三相混用电能计量装置100之所以可以单相和三相混用，是因为电能的计量方式不再是通过脉冲计数方式触发微控制器11累计脉冲数而得到的，而是直接由计量芯片通过瞬时功率的积分得到的：E=∫p(t)dt。计量芯片将该结果放在电能寄存器中，微控制器11通过SPI读取计量芯片内部的电能寄存器。电能寄存器共分为A、B、C和合相有功、无功电能寄存器，还分为累加型电能寄存器和清零型电能寄存器。本装置通过微控制器11读取清零型电能寄存器值，并通过微控制器11软件程序进行不断累加并保存。具体的软件处理方法如图2所示。

所述的多路单三相混用电能计量方法，其包括如下步骤：S1开始；

S2硬件初始化；

S3数据初始化，读取存储器14；

S4判断是否为单相电：

结论为是，则进入步骤S51，

结论为否，则进入步骤S71；

S51微控制器11按序读取三相电能计量模块参数，即读取1、2、3路计量芯片的A，B，C共计9路电量及电能寄存器数据；

S52分别计算各路参数，即分别计算9路电压、电流、功率等电量的实际参数；

S53累计电能寄存器数据到9路电能脉冲累计变量数组a[9]；

S54累计电能a[n]是超过设定值，所述设定值为0.01KWh，则累加到总电能变量b[n]，未满设定值的电能回传给当前电能脉冲累计变量数组a[n]，其中n=0-8

S6判断总电能b[n]变量是否满1度：

结论为是，则，将总电能b[n]变量保存到存储器14对应各路电表的存储区，通讯程序将单相电量实际参数和电能值上传后重新回到步骤51；

结论为否，则，通讯程序将单相电量实际参数和电能值上传后重新回到步骤51；

S71微控制器11按序读取三相电能计量模块参数，即读取1，2，3路计量芯片的A、B、C、T共计12路电量及电能寄存器数据；

S72分别计算各路参数，即分别计算12路电压、电流、功率等电量的实际参数；

S73累计电能寄存器数据到12路电能脉冲累计变量数组a[12]；

S74累计电能a[n]是超过设定值，所述设定值为0.01KWh，则累加到总电能变量b[n]，未满设定值的电能回传给当前电能脉冲累计变量数组a[n]，其中n=1-11，

S8判断总电能变量b[n]是否满1度：

结论为是，则，将总电能变量b[n]保存到存储器14对应各路电表的存储区，通讯程序将分相电量实际参数和电能值上传后重新回到步骤71；

结论为否，则，通讯程序将分相电量实际参数和电能值上传后重新回到步骤71。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，不应以此限制本发明的范围，即凡是依本发明权利要求书及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (4)

1.一种多路单三相混用电能计量方法，用于一种多路单三相混用电能计量装置，所述多路单三相混用电能计量装置包括三路相互独立的三相电能计量模块、三路相互独立的外部监测电压电流采样模块 、微控制器、电源隔离保护模块、通讯模块、存储器、实时时钟、以及校表模块，各相参数可以分别独立采样，各计量模块包括电能寄存器，各计量模块将得到的各相计量参数传给微控制器，微控制器实现单三相混用电能数据的保存与上传；其特征在于：所述多路单三相混用电能计量方法包括如下步骤：

S1开始；

S2硬件初始化；

S3数据初始化，读取存储器；

S4判断是否为单相电：

结论为是，则进入步骤S51，

结论为否，则进入步骤S71；

S51微控制器按序读取单相电能计量模块参数；

S52分别计算各路参数；

S53累计电能寄存器数据到当前各路电能脉冲累计变量数组；

S54累计电能超过设定值部分，累加到总电能变量，未满设定值的电能回传给当前电能脉冲累计变量数组；

S6判断总电能变量是否满1度：

结论为是，则，将总电能变量保存到存储器对应各路电表的存储区，通讯程序将单相电量实际参数和电能值上传后重新回到步骤51；

结论为否，则，通讯程序将单相电量实际参数和电能值上传后重新回到步骤51；

S71微控制器按序读取三相电能计量模块参数；

S72分别计算各路参数；

S73累计电能寄存器数据到当前各路电能脉冲累计变量数组；

S74累计电能超过设定值部分，累加到总电能变量，未满设定值的电能回传给当前电能脉冲累计变量数组;

S8判断总电能变量是否满1度：

结论为是，则，将总电能变量保存到存储器对应各路电表的存储区，通讯程序将分相电量实际参数和电能值上传后重新回到步骤71；

结论为否，则，通讯程序将分相电量实际参数和电能值上传后重新回到步骤71。

2.如权利要求1所述的多路单三相混用电能计量方法，其特征在于：所述步骤S52中的有效路数为9。

3.如权利要求1所述的多路单三相混用电能计量方法，其特征在于：所述步骤S72中的有效路数为12。

4.如权利要求1所述的多路单三相混用电能计量方法，其特征在于：所述步骤S54及步骤S74中的设定值为0.01KWh。