CN103884907A - 用于电力配电柜的多回路电表的采样装置、方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于电力配电柜的多回路电表的采样装置、方法及系统，该采样装置包括电压回路信号调理电路、电流回路信号调理电路、两级切换电路、模/数转换器、CPU，所述两级切换电路形成X个第二级输出信号接入所述模/数转换器输入端；所述CPU控制所述模/数转换器进行同步采样、获取采样值。本发明的有益效果是通过同步采样电压和电流通道的手段，实现了电流通道任意关联取电相位的功能，从而在出线回路使用热插拔断路器的配电柜中，本发明能够在不断电、不重新接线的条件下完成准确计量。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及用于电力配电柜的多回路电表的采样装置、方法及系统。
背景技术
电力工业是国民经济的一个重要支柱产业，而电力作为一种特殊商品在市场经济中处于举足轻重的地位。随着节能减排工作的推进，用户越来越重视各种用电设备的能耗管理监测工作。通过对各种负荷进行精确地计量和分析，实现对电力资源的优化配置，降低能耗，提高经济效益。
电力配电柜是一种将电能分配给多个负荷的电气设备，通常具有一路三相进线和多路单相或三相出线。在精细化能耗测量的场合（例如机房配电柜），需要对配电柜所有的进线和出线进行测量。
针对配电柜进出线的电量计量应用，传统的方案是使用多个独立的电表，分别对每一路进线和出线进行测量，在一个具有较大量出线回路的配电柜中需要配置大量的仪表。在末级配电柜中，出线回路数量可以多达几十到上百个，需要大量额外的空间为每一条出线安装仪表，也导致成本的大幅增加，缺乏可行性和经济性。
在高密度的配电柜中，出线回路可以选用热插拔断路器，具备取电相位的调整能力，以便在三相负荷不平衡时可以带电动态调整负荷的取电相位。使用传统的单相电表对具备取电相位调整能力的配电柜出线进行计量时，若出线的取电相位调整，电表无法在不重新接线的条件下同步切换出线的参考电压，将会造成计量出错的问题。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种用于电力配电柜的多回路电表的采样装置。
本发明提供了一种用于电力配电柜的多回路电表的采样装置，包括电压回路信号调理电路、电流回路信号调理电路、两级切换电路、模/数转换器、CPU，所述电压回路信号调理电路用于接收电压输入信号，并将处理后的电压输入信号传输至所述模/数转换器输入端；所述电流回路信号调理电路用于接收V路电流输入信号，并将处理后的电流输入信号传输至所述两级切换电路，所述V大于等于2；所述两级切换电路形成X个第二级输出信号接入所述模/数转换器输入端；所述CPU与所述两级切换电路相连，且所述CPU通过切换控制信号控制所述两级切换电路输出；所述CPU与所述模/数转换器相连，且所述CPU控制所述模/数转换器进行同步采样、获取采样值。
作为本发明的进一步改进，所述两级切换电路包括第一级切换开关、第二级切换开关，所述第一级切换开关由Y个Z选1多路模拟开关组成，所述Y和Z取值均大于等于2，每个Z选1多路模拟开关具有Z个输入信号和1个输出信号，根据控制信号将Z个输入信号中的1个切换到输出端，V路电流输入信号依次接入Y个第一级切换开关输入端，形成Y个第一级输出信号；第二级切换开关由W个Q选1多路模拟开关组成，每个模拟开关具有Q个输入信号和1个输出信号，根据控制信号将Q个输入信号中的1个切换到输出端，Y个第一级输出信号依次接入W个第二级切换开关输入端，形成X个第二级输出信号；在CPU的通道切换控制信号控制下，所述两级切换电路每次能够从V路电流输入信号中选择X个第二级输出信号输出至所述模/数转换器，依次轮流切换V/W次将所有通道采样一遍。
作为本发明的进一步改进，所述V=96，X=3，Y=12，Z=8，W=3，Q=4。
作为本发明的进一步改进，所述的模/数转换器支持多通道同步采样，每次采样启动后，模/数转换器将多个通道信号同时进行采样，去除了电流通道与电压通道之间的相位差，从而每个电流通道在不断电不重新接线条件下任意关联取电相位。
本发明还提供了一种用于电力配电柜的多回路电表的采样方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.判断采样时刻是否到来，若是，那么执行步骤B，否则继续执行步骤A；
B.使变量N=1；
C.切换至相应电流通道，并将电流输入信号传输至两级切换电路；
D.启动模/数转换器进行转换；
E.读取相应电流通道的采样值，读取3相电压的采样值；
F.判断V路通道是否采样完毕，如未采样完毕，那么使N=N+1，然后执行步骤C；如采样完毕，那么执行步骤A。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤C与所述步骤D还包括：延时等待设定时间；在所述步骤D与所述E之间包括：延时等待转换完成；在所述步骤C中，切换电流通道至IN、I（N+Q*Z）、I（N+Q*Z*2），并将电流输入信号传输至两级切换电路；在所述步骤E中，读取3相电压UA-UC的采样值，读取IN、I（N+Q*Z）、I（N+Q*Z*2）采样值；所述Q为第二级切换开关的输入信号数量，所述Z为第一级切换开关的输入信号数量。
作为本发明的进一步改进，所述V=96，所述Q=4，所述Z=8。
本发明还提供了一种用于电力配电柜的多回路电表的采样系统，包括：
采样时刻判断单元，用于判断采样时刻是否到来，若是，那么执行变量赋值单元，否则继续执行采样时刻判断单元；
变量赋值单元，用于使变量N=1；
切换单元，用于切换至相应电流通道，并将电流输入信号传输至两级切换电路；
转换单元，用于启动模/数转换器进行转换；
读取单元，用于读取相应电流通道的采样值，读取3相电压的采样值；
采样结束判断单元，用于判断V路通道是否采样完毕，如未采样完毕，那么使N=N+1，然后执行切换单元；如采样完毕，那么执行采样时刻判断单元。
作为本发明的进一步改进，在执行所述切换单元与所述转换单元还包括：延时等待设定时间；在执行所述转换单元与读取单元之间包括：延时等待转换完成；在所述切换单元中，切换电流通道至IN、I（N+Q*Z）、I（N+Q*Z*2），并将电流输入信号传输至两级切换电路；在所述读取单元中，读取3相电压UA-UC的采样值，读取IN、I（N+Q*Z）、I（N+Q*Z*2）采样值；所述Q为第二级切换开关的输入信号数量，所述Z为第一级切换开关的输入信号数量。
作为本发明的进一步改进，所述V=96，所述Q=4，所述Z=8。
本发明的有益效果是：在本发明中，将单一仪表的测量回路数提高到上百个单相回路的水平，将原有大量仪表组合完成的配电柜计量功能集成到单一的仪表中，接线简单、结构紧凑，从而提高系统的集成度、极大地降低成本。通过同步采样电压和电流通道的手段，实现了电流通道任意关联取电相位的功能，从而在出线回路使用热插拔断路器的配电柜中，本发明能够在不断电、不重新接线的条件下完成准确计量。
附图说明
图1是本发明的采样装置原理框图。
图2是本发明的两级切换电路原理框图。
图3是本发明的采样方法流程图。
图4是本发明的采样方法一实施例流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种用于电力配电柜的多回路电表的采样装置，包括电压回路信号调理电路U101、电流回路信号调理电路U102、两级切换电路U200、模/数转换器U300、CPUU400，所述电压回路信号调理电路U101用于接收电压输入信号，并将处理后的电压输入信号传输至所述模/数转换器U300输入端；所述电流回路信号调理电路U102用于接收V路电流输入信号，并将处理后的电流输入信号传输至所述两级切换电路U200，所述V大于等于2；所述两级切换电路U200形成X个第二级输出信号接入所述模/数转换器U300输入端；所述CPU U400与所述两级切换电路U200相连，且所述CPU U400通过切换控制信号控制所述两级切换电路U200输出；所述CPU U400与所述模/数转换器U300相连，且所述CPU U400控制所述模/数转换器U300进行同步采样、获取采样值。
3个电压通道信号UAout、UBout、UCout和3个电流通道信号Iout1～Iout3同时接入到具有同步采样能力的模/数转换器U300中，由CPUU400通过数据总线S001控制模/数转换器U300进行同步采样、获取采样值。
如图2所示，所述两级切换电路U200包括第一级切换开关、第二级切换开关，所述第一级切换开关由Y个Z选1多路模拟开关U201至U212组成，所述Y和Z取值均大于等于2，每个Z选1多路模拟开关具有Z个输入信号和1个输出信号，根据控制信号将Z个输入信号中的1个切换到输出端，V路电流输入信号依次接入Y个第一级切换开关输入端，形成Y个第一级输出信号I1-1～I1-12；第二级切换开关由W个Q选1多路模拟开关U221至U223组成，每个模拟开关具有Q个输入信号和1个输出信号，根据控制信号将Q个输入信号中的1个切换到输出端，Y个第一级输出信号I1-1～I1-12依次接入W个第二级切换开关输入端，形成X个第二级输出信号Iout1～Iout3；在CPU U400的通道切换控制信号控制下，所述两级切换电路U200每次能够从V路电流输入信号中选择X个第二级输出信号Iout1～Iout3输出至所述模/数转换器U300，依次轮流切换V/W次将所有通道采样一遍。
所述V=96，X=3，Y=12，Z=8，W=3，Q=4。
所述的模/数转换器U300支持多通道同步采样，每次采样启动后，模/数转换器U300将多个通道信号同时进行采样，去除了电流通道与电压通道之间的相位差，从而每个电流通道在不断电不重新接线条件下任意关联取电相位。
两级切换电路U200是由两级共15个多路模拟开关切换构成，其作用在于从96路电流信号I1～I96中一次选择其中3个信号输出Iout1～Iout3，以便在CPUU400的控制下每3个电流通道一组逐一输入到模/数转换器U300中采样。
如图3所示，本发明还公开了一种用于电力配电柜的多回路电表的采样方法，包括如下步骤：
步骤S1.判断采样时刻是否到来，若是，那么执行步骤S2，否则继续执行步骤S1；
步骤S2.使变量N=1；
步骤S3.切换至相应电流通道，并将电流输入信号传输至两级切换电路；
步骤S4.启动模/数转换器进行转换；
步骤S5.读取相应电流通道的采样值，读取3相电压的采样值；
步骤S6.判断V路通道是否采样完毕，如未采样完毕，那么使N=N+1，然后执行步骤S3；如采样完毕，那么执行步骤S1。
如图4所示，作为本发明的一个实施例，用于电力配电柜的多回路电表的采样方法，包括如下步骤：
在步骤M001中，判断采样时刻是否到来，若是，那么执行步骤M002，否则继续执行步骤M001；
步骤M002.使变量N=1；
步骤M003.切换电流通道至IN、I（N+Q*Z）、I（N+Q*Z*2），并将电流输入信号传输至两级切换电路；；
步骤M004.延时等待设定时间；
步骤M005.启动模/数转换器进行转换；
步骤M006.延时等待转换完成；
步骤M007.读取3相电压UA-UC的采样值，读取IN、I（N+Q*Z）、I（N+Q*Z*2）采样值；；
步骤M008.判断V路通道是否采样完毕，如未采样完毕，那么使N=N+1，然后执行步骤M003；如采样完毕，那么执行步骤M001。
在该实施例中，所述Q为第二级切换开关的输入信号数量，所述Z为第一级切换开关的输入信号数量，所述V=96，所述Q=4，所述Z=8。
多路开关的输出信号需要有一定的时间才能稳定，程序在等待Td时间（执行步骤M004）后，通过数据总线S001控制模/数转换器U300启动转换（执行步骤M005）。其中等待时间Td应至少大于模拟多路开关固有切换时间和信号稳定时间。
本发明还公开了一种用于电力配电柜的多回路电表的采样系统，包括：
采样时刻判断单元，用于判断采样时刻是否到来，若是，那么执行变量赋值单元，否则继续执行采样时刻判断单元；
变量赋值单元，用于使变量N=1；
切换单元，用于切换至相应电流通道，并将电流输入信号传输至两级切换电路；
转换单元，用于启动模/数转换器进行转换；
读取单元，用于读取相应电流通道的采样值，读取3相电压的采样值；
采样结束判断单元，用于判断V路通道是否采样完毕，如未采样完毕，那么使N=N+1，然后执行切换单元；如采样完毕，那么执行采样时刻判断单元。
在执行所述切换单元与所述转换单元还包括：延时等待设定时间；在执行所述转换单元与读取单元之间包括：延时等待转换完成；在所述切换单元中，切换电流通道至IN、I（N+Q*Z）、I（N+Q*Z*2），并将电流输入信号传输至两级切换电路；在所述读取单元中，读取3相电压UA-UC的采样值，读取IN、I（N+Q*Z）、I（N+Q*Z*2）采样值；所述Q为第二级切换开关的输入信号数量，所述Z为第一级切换开关的输入信号数量。
所述V=96，所述Q=4，所述Z=8。
在本发明中，96路电流互感器输入信号，经过电流回路信号调理电路U102和两级切换电路U200切换后输出3路信号接入模/数转换器U300输入端；具有一组3相电压信号，经过电压回路信号调理电路U101后直接接入模/数转换器U300输入端；电压信号与电流信号进行同步采样，仅使用一个模/数转换器U300，通过CPU U400输出信号控制两级切换电路U200，按顺序依次切换并采样96路电流信号I1in～I96in和与之对应的电压信号，实现96路可任意配置电压相位的单相电量采集。
作为本发明的一个实施例，该模/数转换器U300至少应具有6个转换通道并支持多通道同步采样，其中三个通道固定为电压信号输入通道，另三个通道为电流信号输入通道。每次采样启动后，模/数转换器U300将6个通道信号同时进行采样，去除了电流通道与三相电压通道之间的相位差，从而每个电流通道可以在不断电不重新接线条件下任意关联取电相位。
通过CPUU400输出信号控制两级多路模拟开关，在每个采样时刻按顺序依次切换所有96个电流通道，并在每次通道切换后启动模/数转换。
在本发明中，将单一仪表的测量回路数提高到上百个单相回路的水平，将原有大量仪表组合完成的配电柜计量功能集成到单一的仪表中，接线简单、结构紧凑，从而提高系统的集成度、极大地降低成本。
通过同步采样电压和电流通道的手段，实现了电流通道任意关联取电相位的功能，从而在出线回路使用热插拔断路器的配电柜中，本发明能够在不断电、不重新接线的条件下完成准确计量。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于电力配电柜的多回路电表的采样装置，其特征在于，包括电压回路信号调理电路、电流回路信号调理电路、两级切换电路、模/数转换器、CPU，所述电压回路信号调理电路用于接收电压输入信号，并将处理后的电压输入信号传输至所述模/数转换器输入端；所述电流回路信号调理电路用于接收V路电流输入信号，并将处理后的电流输入信号传输至所述两级切换电路，所述V大于等于2；所述两级切换电路形成X个第二级输出信号接入所述模/数转换器输入端；所述CPU与所述两级切换电路相连，且所述CPU通过切换控制信号控制所述两级切换电路输出；所述CPU与所述模/数转换器相连，且所述CPU控制所述模/数转换器进行同步采样、获取采样值。
2.根据权利要求1所述的采样装置，其特征在于：所述两级切换电路包括第一级切换开关、第二级切换开关，所述第一级切换开关由Y个Z选1多路模拟开关组成，所述Y和Z取值均大于等于2，每个Z选1多路模拟开关具有Z个输入信号和1个输出信号，根据控制信号将Z个输入信号中的1个切换到输出端，V路电流输入信号依次接入Y个第一级切换开关输入端，形成Y个第一级输出信号；第二级切换开关由W个Q选1多路模拟开关组成，每个模拟开关具有Q个输入信号和1个输出信号，根据控制信号将Q个输入信号中的1个切换到输出端，Y个第一级输出信号依次接入W个第二级切换开关输入端，形成X个第二级输出信号；在CPU的通道切换控制信号控制下，所述两级切换电路每次能够从V路电流输入信号中选择X个第二级输出信号输出至所述模/数转换器，依次轮流切换V/W次将所有通道采样一遍。
3.根据权利要求2所述的采样装置，其特征在于：所述V=96，X=3，Y=12，Z=8，W=3，Q=4。
4.根据权利要求3所述的采样装置，其特征在于：所述的模/数转换器支持多通道同步采样，每次采样启动后，模/数转换器将多个通道信号同时进行采样，去除了电流通道与电压通道之间的相位差，从而每个电流通道在不断电不重新接线条件下任意关联取电相位。
5.一种用于电力配电柜的多回路电表的采样方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.判断采样时刻是否到来，若是，那么执行步骤B，否则继续执行步骤A；B.使变量N=1；
C.切换至相应电流通道，并将电流输入信号传输至两级切换电路；
D.启动模/数转换器进行转换；
E.读取相应电流通道的采样值，读取3相电压的采样值；
F.判断V路通道是否采样完毕，如未采样完毕，那么使N=N+1，然后执行步骤C；如采样完毕，那么执行步骤A。
6.根据权利要求5所述的采样方法，其特征在于，在所述步骤C与所述步骤D还包括：延时等待设定时间；在所述步骤D与所述E之间包括：延时等待转换完成；在所述步骤C中，切换电流通道至IN、I（N+Q*Z）、I（N+Q*Z*2），并将电流输入信号传输至两级切换电路；在所述步骤E中，读取3相电压UA-UC的采样值，读取IN、I（N+Q*Z）、I（N+Q*Z*2）采样值；所述Q为第二级切换开关的输入信号数量，所述Z为第一级切换开关的输入信号数量。
7.根据权利要求6所述的采样方法，其特征在于，所述V=96，所述Q=4，所述Z=8。
8.一种用于电力配电柜的多回路电表的采样系统，其特征在于，包括：
采样时刻判断单元，用于判断采样时刻是否到来，若是，那么执行变量赋值单元，否则继续执行采样时刻判断单元；
变量赋值单元，用于使变量N=1；
切换单元，用于切换至相应电流通道，并将电流输入信号传输至两级切换电路；
转换单元，用于启动模/数转换器进行转换；
读取单元，用于读取相应电流通道的采样值，读取3相电压的采样值；
采样结束判断单元，用于判断V路通道是否采样完毕，如未采样完毕，那么使N=N+1，然后执行切换单元；如采样完毕，那么执行采样时刻判断单元。
9.根据权利要求8所述的采样系统，其特征在于，在执行所述切换单元与所述转换单元还包括：延时等待设定时间；在执行所述转换单元与读取单元之间包括：延时等待转换完成；在所述切换单元中，切换电流通道至IN、I（N+Q*Z）、I（N+Q*Z*2），并将电流输入信号传输至两级切换电路；在所述读取单元中，读取3相电压UA-UC的采样值，读取IN、I（N+Q*Z）、I（N+Q*Z*2）采样值；所述Q为第二级切换开关的输入信号数量，所述Z为第一级切换开关的输入信号数量。
10.根据权利要求9所述的采样系统，其特征在于，所述V=96，所述Q=4，所述Z=8。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20140625 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |