CN105675978A - 一种宽量程电能表及其电流通道自适应调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽量程电能表及其电流通道自适应调整方法，其中，所述电能表包括一组用于测量小电流信号的第一采样互感器CT₁、一组用于测量大电流信号的第二采样互感器CT₂、一个电子开关MUX、一个计量芯片以及一个MCU单片机；所述计量芯片的信号输入端通过电子开关MUX分别与所述第一采样互感器CT₁和第二采样互感器CT₂连接；所述MCU单片机通过带有DMA传输功能的SPI总线和所述计量芯片通信连接；所述的MCU单片机通过I/O口和电子开关MUX相连，用于控制电子开关MUX的开关切换。本发明为多量程测量，在1(100)A全范围内尤其是基本电流5％的测量点以下的电流也能精确计量。

Description

一种宽量程电能表及其电流通道自适应调整方法

技术领域

本发明涉及一种宽量程电能表及其电流通道自适应调整方法。

背景技术

目前,2009年以来随着我国的智能电网建设工作大面积开展，在低压侧的电能表需求在逐步加大，而一般电能表规格是根据标定电流的6～12倍来决定，由此产生多种电流规格的电能表，如有1.5(6)A、1(10)A、5(60)A、10(100)A等多种规格。由于电流规格较多，无可避免的给电力用户在检表、配送、安装维护带了较大的多余的工作量，同时也给恶意偷窃电带来了便利。同时生产厂家为了匹配设计生产多种电流规格的电能表加大了采购、库存、供货周期等难度，对产品质量也会造成一定的影响。

并且现在由于用电情况复杂，设备多样，在不同时负载有很大的不同，如果使用现在单一电流规格的电能表时，选用的电能表标定电流大，当用电很小时，低于电能表标定电流的5％计量准确精度不够高；如果选用电能表标定电流小，一旦用电量很大时，电能表就可能因过负荷造成计量失准甚至于烧毁。

如果能够设计一种能匹配所有电流规格的电能那就能解决以上的问题。但是现有的电能表在计量侧的设计方案一般采用的都是单组互感器采样+传统计量芯片的方式。受制于传统计量芯片窄动态范围(3000:1)，现有的设计是无法满足1(100)A的宽电流范围的电能表设计的。

现在虽有一些厂家已经在设计出相应的宽量程电能表，但是依然存在如下缺点：

1)采用单组采样互感器，同一脉冲常数，虽然在一定程度上能达到宽量程的要求。但是脉冲常数的选择上如果选择较小的脉冲常数那就会导致在检定小电流时太慢反而给检定带来工作量；如果选择较大的脉冲常数那在大电流时脉冲宽度达不到电网公司要求的每个脉冲宽度应该要为80ms±15ms。

2)如果采用两组采样互感器或者一组采样互感器和一组采样锰铜，虽然能解决上面的问题，但是在采样切换点上的选择一般都是选择读取电流进行判断后切换，无法满足快速负荷的变化，存在计量盲区有可能导致计量不准确。

为此本发明提出一种宽量程电能表电流通道自适应调整方法，实现了1

(100)A电流范围内精确计量。并且也解决了以上两个缺点。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种宽量程电能表及其电流通道自适应调整方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：一种宽量程电能表，包括一组用于测量小电流信号的第一采样互感器CT₁、一组用于测量大电流信号的第二采样互感器CT₂、一个电子开关MUX、一个计量芯片以及一个MCU单片机；所述计量芯片的信号输入端通过电子开关MUX分别与所述第一采样互感器CT₁和第二采样互感器CT₂连接；所述MCU单片机通过带有DMA传输功能的SPI总线和所述计量芯片通信连接；所述的MCU单片机通过I/O口和电子开关MUX相连，用于控制电子开关MUX的开关切换。

进一步的，所述电子开关MUX为双刀双掷的电子开关。

一种宽量程电能表的电流通道自适应调整方法，包括如下步骤：

步骤101)，开启电能表，实时测量开始；

步骤102)，MCU单片机通过I/O口控制电子开关MUX的控制管脚，让电能表采用第二采样互感器CT2作为电流采样通道的测量元件，并将其脉冲常数切换到400imp/kWh；

步骤103)，配置计量芯片U₁的初始参数，并设置其电流通道采样，计量芯片U₁用60ms产生一个开始传送的中断信号；

步骤104)，MCU单片机实时等待传送过来的中断信号，待接收到中断信号后，MCU单片机优先处理进入切换判断；

步骤105)，由MCU单片机判断计量芯片传送过来的电流值的大小；

步骤106)，当MCU单片机判断到电流值大于7.000A时，MCU单片机控制电子开关MUX继续让电能表采用第二采样互感器CT₂作为电流采样通道的测量元件，并且脉冲常数继续切换到400imp/kWh；当判断到电流值小于等于7.000A时，控制电子开关MUX使电能表切换使用第一采样互感器CT₁作为电流采样通道的测量元件,并把其脉冲常数切换到6400imp/kWh；

步骤107)，如果没有中断信号，则由MCU单片机处理其他程序流程；

步骤108)，运行结束。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本发明为多量程测量，在1(100)A全范围内尤其是基本电流5％的测量点以下的电流也能精确计量。

2.本发明为多量程测量，脉冲常数可以切换，加快了小电流的检定速度，从而给检定带来了便捷。

3.本发明采用DMA传输技术和快速的电子开关切换技术，在3个电网测量周期(60ms)上就能判定到电流的大小，从而真正达到了实时的电流档位切换，减少了因切换量程带了计量不准确性。

附图说明

图1本发明的电能表的电路原理示意图。

图2本发明的电流通道自适应调整流程图。

具体实施方式

图1所示，公开了一种宽量程电能表，包括一组1.5(6)A/5mA变比的测量小电流信号的第一采样互感器CT₁11、一组10(100)A/2mA变比的测量大电流信号的第二采样互感器CT₂12、一个带有DMA传输功能的电子开关MUX3、一个计量芯片U₁4以及一个MCU单片机5；所述计量芯片U₁4的信号输入端通过电子开关MUX3分别与所述第一采样互感器CT₁11和第二采样互感器CT₂12连接；所述MCU单片机5通过带有DMA传输功能的SPI总线和所述计量芯片U₁4通信连接；所述的MCU单片机5通过I/O口和电子开关MUX3相连，用于控制电子开关MUX3的开关切换。

优选的，所述电子开关MUX3为双刀双掷的电子开关。

图2是本发明实施方式中通过判定电流大小来调整采样通道的方法步骤，下面就结合图2的流程图来说明怎么样实现电流通道的切换。

具体步骤如下：

步骤101)，开启电能表，实时测量开始；

步骤102)，MCU单片机通过I/O口控制电子开关MUX的控制管脚，让电能表采用第二采样互感器CT2作为电流采样通道的测量元件，并将其脉冲常数切换到400imp/kWh；

步骤103)，配置计量芯片U₁的初始参数，并设置其电流通道采样，计量芯片U₁用60ms(3个电网周波)产生一个开始传送的中断信号；

步骤104)，MCU单片机实时等待传送过来的中断信号，待接收到中断信号后，MCU单片机优先处理进入切换判断；

步骤105)，由MCU单片机判断计量芯片传送过来的电流值的大小；

步骤106)，当MCU单片机判断到电流值大于7.000A时，MCU单片机控制电子开关MUX继续让电能表采用第二采样互感器CT₂作为电流采样通道的测量元件，并且脉冲常数继续切换到400imp/kWh；当判断到电流值小于等于7.000A时，控制电子开关MUX使电能表切换使用第一采样互感器CT₁作为电流采样通道的测量元件,并把其脉冲常数切换到6400imp/kWh；

步骤107)，如果没有中断信号，则由MCU单片机处理其他程序流程；

步骤108)，运行结束。

对于本发明中的变化如下：

1.不论系统程序流程进入到那个阶段，都能在60ms内和专有计量芯片实现了实时对接，解决了计量切换盲区。

2.脉冲常数按照电流进行切换解决了大电流的时候脉冲宽度不能满足要求的问题，也解决了小电流的时候检定时间过长的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种宽量程电能表，其特征在于，包括一组用于测量小电流信号的第一采样互感器CT₁、一组用于测量大电流信号的第二采样互感器CT₂、一个电子开关MUX、一个计量芯片以及一个MCU单片机；所述计量芯片的信号输入端通过电子开关MUX分别与所述第一采样互感器CT₁和第二采样互感器CT₂连接；所述MCU单片机通过带有DMA传输功能的SPI总线和所述计量芯片通信连接；所述的MCU单片机通过I/O口和电子开关MUX相连，用于控制电子开关MUX的开关切换。

2.如权利要求1所述的一种宽量程电能表，其特征在于，所述电子开关MUX为双刀双掷的电子开关。

3.一种基于权利要求1所述的宽量程电能表的电流通道自适应调整方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤101)，开启电能表，实时测量开始；

步骤102)，MCU单片机通过I/O口控制电子开关MUX的控制管脚，让电能表采用第二采样互感器CT₂作为电流采样通道的测量元件，并将其脉冲常数切换到400imp/kWh；

步骤103)，配置计量芯片U₁的初始参数，并设置其电流通道采样，计量芯片U₁用60ms产生一个开始传送的中断信号；

步骤104)，MCU单片机实时等待传送过来的中断信号，待接收到中断信号后，MCU单片机优先处理进入切换判断；

步骤105)，由MCU单片机判断计量芯片传送过来的电流值的大小；

步骤106)，当MCU单片机判断到电流值大于7.000A时，MCU单片机控制电子开关MUX继续让电能表采用第二采样互感器CT₂作为电流采样通道的测量元件，并且脉冲常数继续切换到400imp/kWh；当判断到电流值小于等于7.000A时，控制电子开关MUX使电能表切换使用第一采样互感器CT₁作为电流采样通道的测量元件,并把其脉冲常数切换到6400imp/kWh；

步骤107)，如果没有中断信号，则由MCU单片机处理其他程序流程；

步骤108)，运行结束。