CN105807130B - 一种多相电表及实现其的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提出一种多相电表。该多相电表包括：多个单相电表，所述多个单相电表之间通过光电方式进行耦合，其中所述多个单相电表中的一个单相电表为主电表，其他的单相电表为从电表；以及显示设备，所述显示设备被设置为安装在所述主电表上；其中所述主电表与所述从电表进行同步采样和数据通讯，从而计算出各相电压和电流的相角等信息。本发明的实施例还提供了一种利用多个单相电表对多相线路的电工参数进行测量的方法。

Description

一种多相电表及实现其的方法

技术领域

本发明的实施例一般涉及电力计量领域，更具体地，涉及一种多相电表及实现其的方法。

背景技术

电力计量是实现能效管理的最重要的一个环节，随着人们对能效管理越来越深入的探索，对小区配电网络的能效管理越来越变得迫切。

通常在一个配电柜中，装有许多单相电表用以对各路单相网络的用电情况进行检测。但是在一些情况下用户也需要掌握三路相线的电工参数，如三相电压、电流、频率、相位、相角、有功功率、无功功率等，以便采取措施保持三相电的用电平衡，达到最有效最安全的能源利用。因此用户需要对三相电进行计量、监测和分析。

现有的单相电表并不能对多相电进行监测，在用户已装配多个单相电表的情况下，如果需要对多相电进行监测则需要另外安装多相电表。电表数量的增加使用户的设备投资成本提高，并且在一些情况下形成冗余。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，在一方面，本发明的实施例提出一种多相电表。该多相电表包括：多个单相电表，所述多个单相电表之间通过光电方式进行耦合，其中所述多个单相电表中的一个单相电表为主电表，其他的单相电表为从电表；以及显示设备，所述显示设备被设置为安装在所述主电表上；其中所述主电表与所述从电表进行同步采样和数据通讯。

在一个实施例中，所述显示设备被配置为安装于所述电表上或从所述电表上移除时并不对所述电表进行断电或拆卸。

在一个实施例中，所述多个单相电表被配置为安装在直线导轨上并且相互紧靠。

在一个实施例中，所述多个单相电表中的每一个单相电表均包括发光二极管和光电传感器，每个所述单相电表的所述发光二极管与相邻的所述单相电表的所述光电传感器位置配对。

在一个实施例中，相邻的所述单相电表通过所述发光二极管和所述光电传感器实现光电耦合从而进行数据通讯和同步采样。

在一个实施例中，主电表被配置为在测量数据的同时产生同步采样信号，并且所述从电表被配置为在所述同步采样信号驱动下进行测量并向所述主电表传送数据。

在一个实施例中，所述显示设备被配置为轮流显示所述多个单相电表的信息或固定地显示所述多个单相电表中的一个单相电表的信息。

在一个实施例中，所述显示设备与所述主电表通过无线连接。

在一个实施例中，所述显示设备为可记忆显示器。

在一个实施例中，所述显示设备包括电池。

在一个实施例中，所述无线连接为近距离无线通信，并且所述电表可对所述显示设备通过所述近距离无线通信方式进行供电。

本发明的实施例的另一方面提出了一种使用单相电表对多相线路的电工参数进行测量的方法，该方法包括：使多个单相电表之间通过光电方式进行耦合，将所述多个单相电表中的一个单相电表设置为主电表，其他的单相电表设置为从电表；将显示设备安装在所述主电表上；使所述主电表与所述从电表进行同步采样和数据通讯。

在一个实施例中，该方法进一步包括将所述显示设备安装于所述电表上或从所述电表上移除时并不对所述电表进行断电或拆卸。

在一个实施例中，该方法进一步包括将所述多个单相电表安装在直线导轨上并且相互紧靠。

在一个实施例中，所述多个单相电表中的每一个单相电表均包括发光二极管和光电传感器，所述方法进一步包括使每个所述单相电表的所述发光二极管与相邻的所述单相电表的所述光电传感器进行位置配对。

在一个实施例中，该方法进一步包括通过所述单相电表的所述发光二极管以及相邻的所述单相电表的所述光电传感器实现光电耦合从而实现数据通讯和同步采样。

在一个实施例中，该方法进一步包括：将电表配置为在测量数据的同时产生同步采样信号，以及将所述从电表配置为在所述同步采样信号驱动下进行测量并向所述主电表传送数据。

在一个实施例中，该方法进一步包括将所述显示设备配置为显示所述多个单相电表的信息或固定地显示所述多个单相电表中的一个单相电表的信息。

在一个实施例中，该方法进一步包括将所述显示设备与所述主电表通过无线进行连接。

在一个实施例中，所述显示设备为可记忆显示器。

在一个实施例中，所述显示设备包括电池。

在一个实施例中，所述无线连接为近距离无线通信，并且所述方法进一步包括使用所述电表对所述显示设备通过所述近距离无线通信方式进行供电。

本发明的这些和其它方面参考下文中描述的实施例是显而易见的，并且将参考下文中描述的实施例进行说明。而且，本领域的技术人员将理解，两个或多个以上的上述选项、实施方式和/或本发明的方面以认为可用的任何方式可结合。

附图说明

通过举例方式，而不是通过限制方式，来图示本发明的实施例，在附图的图中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的多相电表的示意图；

图2a和图2b示出了根据本发明的另外的实施例的主电表位于不同位置的多相电表的示意图；

图3示出了根据本发明的实施例的多相电表中的两个相邻单相电表光电耦合的示意图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的多相电表同步采样和数据传输的示意图；

图5a示出了根据本发明的一个实施例的主电表同步采样的原理框图；

图5b示出了根据本发明的一个实施例的从电表同步采样的原理框图；

图5c示出了根据本发明的一个实施例的从电表同步采样的原理框图；

图6示出了根据本发明的另一个实施例的多相电表同步采样和数据传输的示意图；

图7a示出了根据本发明的另一个实施例的主电表同步采样的原理框图；

图7b示出了根据本发明的另一个实施例的从电表同步采样的原理框图；

图7c示出了根据本发明的另一个实施例的从电表同步采样的原理框图；

图8示出了根据本发明的实施例的利用单相电表实现多相电表功能的方法的流程图。

应注意，在不同图中由相同附图标记表示的项目具有相同的结构特征和相同的功能。其中如果已经对该元件的功能和/或结构进行解释，则无需在详细描述中对其重复解释。附图仅为图示性的并且未按比例绘制。特别是为清晰起见，一些尺寸被夸大。

具体实施方式

在下面的详细描述对附图进行参考，所述附图形成本说明书的一部分，并且其中通过在其中可以实践本发明的具体例示实施例的方式被示出。应当理解的是，可以利用其他实施例，并可作出结构或逻辑上的改变而不脱离由权利要求所限定的范围。

本实施例的描述不是限制性的。特别地，在下文中描述的实施例的步骤可以与不同实施例的步骤相组合。

图1示出了根据本发明的一个实施例的多相电表的示意图。如图所示，该多相电表包括：多个单相电表11、12和13以及显示设备20。其中多个单相电表11、12和13之间通过光电方式进行耦合，多单相电表11、12和13中的一个单相电表为主电表，其他的单相电表为从电表。在图1所示出的多相电表中，单相单表11为主电表，另外两个单相电表12和13为从电表。显示设备20被设置为安装在主电表11上。主电表11与从电表12和13进行同步采样和数据通讯。

在一个实施例中，显示设备20被配置为单相电表的外接显示装置，当该显示设备20安装于电表上或从电表上移除时并不需要对该表进行断电或拆卸。

该多相电表并不限于图1中所示的仅包括三个单相电表，而是根据应用可以包括任意多个单相电表。为了便于说明，本说明书以三相电表进行了详细描述。

在实际应用中，单相电表通常是安装在直线导轨上的，并且相互紧靠。为了使三台单相电表11、12和13能够测量三相电的性能参数，它们必须对每一相的电压和电流进行非常严格的同步数据采样，为了实现三台电表同步数据采样，它们必须分工协作运行，其中一台为主电表，其余两台为从电表。

主电表在采样的同时发出同步采样信号，从电表在主电表发出的同步信号的驱动下进行数据采样，并把数据传送给主电表。主电表对三台电表的同步采样数据进行综合计算，可得出三相电的各种性能参数，诸如各相电压、电流以及相角等信息。需要说明的是，虽然三台电表各有工作分工，但是它们的硬件设计和结构都是一样的，仅在于软件设置方面存在差异。

图2a和图2b示出了根据本发明的另外的实施例的主电表位于不同位置的多相电表的示意图。图2a示出了主电表为最左侧的单相电表11；图2b示出了主电表为最右侧的单相电表13。从图1以及图2a和2b的示图可以看出，主电表可以位于三台电表11、12以及13中的任意一台的位置，例如图1,主电表位于电表组的中间，图2a,主电表位于电表组的左端，图2b,主电表位于电表组的右端。在本发明的实施例中，可以仅将主电表设置为装配显示器，从电表不需要装配显示器，从而降低造价。

为了在一个显示设备上显示多相信息，多台单相电表之间需要实现数据通讯和同步采样。根据本发明的实施例，图1中的多个电表11、12和13之间通过光电方式进行耦合。在一些情况中，该光电耦合方式可以通过设置在电表上的插针以及设置在相邻电表上的针座进行耦合。

根据本发明的实施例，图1中的多个单相电表11、12和13之间的光电耦合通过发光二极管以及光电传感器实现。

图3示出了根据本发明的实施例的多相电表中的两个相邻单相电表光电耦合的示意图。图3示出了图1中的电表11以及12，电表11和12分别包括发光二极管(LED)111、121以及光电传感器112和122。电表11右侧的发光二极管111与相邻的电表12的左侧的光电传感器112形成位置相互配对，电表12的发光二极管121与电表11的光电传感器112形成位置相互配对，使得发光二极管发出的光被相邻电表所对应的光电传感器所接收。每个电表上均包括指示灯，例如图2中的电表12上的指示灯123。该指示灯123包括电表的运行状态指示灯以及数据显示指示灯。

在一个实施例中，以图1的安装方式为示例，显示设备20被设置为安装在主电表12上，从电表11和13利用安装在侧面的LED和光电传感器通过光电耦合的方法实现数据传递以及同步采样，使主电表12上的显示设备20能显示多相的测量数据。显示设备20可以被配置为轮流显示多相信息或固定地显示任一单相电表的信息。

图4示出了根据本发明的一个实施例的多相电表同步采样和数据传输的示意图。图4所示出的实施例中，主电表位于三台电表的中间位置，即如图1所示的主电表为单相电表12。

当主电表为三台电表的中间位置的单相电表12时，从电表11通过LED111向主电表12的光电传感器S121发送串行数据，单相电表13通过LED132向主电表12的光电传感器S122发送串行数据，主电表12通过LED121和LED122向从电表11和13发送采用同步信号。

当主电表12通过LED121和LED122同时发出采样同步信号时，同时也启动主电表12的数据采样程序；两个从电表11和13的光电传感器接收到主电表12发出的采样同步光信号后，触发从电表自身的数据采样程序，由于光电耦合的速度非常快(小于5微秒)，所以就可以实现三台电表数据的同步采样。然后两个从电表11和13把采样到的数据通过相应的LED发送串行数据至主电表12，主电表12的光电传感器S121和S122分别接收到从电表11和13发来的串行光信号数据，进行光电转换后就得到了从电表11和13中的采样数据。主电表12把三台电表的采样数据按时间顺序进行计算和处理，就可以得到三相电的各种性能参数。

图5a示出了根据本发明的一个实施例的主电表同步采样的原理框图；图5b和5c分别示出了根据本发明的一个实施例的从电表同步采样的原理框图。

通过图5a-5c可以看出，主电表12与从电表11和13的内部硬件结构都一样，均包括微处理器单元MCU(1101、1201和1301)、电表测量模块(1102、1202和1302)。每个电表的MCU中，与数据采样有关的信号通道有如下几项：串行接收_1通道、串行接收_2通道、串行发送_1通道、串行发送_2通道、同步信号接收通道和数据采样通道，这些通道分别控制了光电耦合模块和数据采样模块(即发光二极管以及光电传感器)。对于主电表与从电表的不同的工作方式，通过软件上对MCU的各个信号通道进行了相应的禁止和开通，从而使信号按照用户们所要求的方向传输。

图5a是主电表12同步采样原理框图，图中主电表12的MCU 1201的串行接收_1通道、同步信号接收通道被禁止，串行发送_1通道和串行发送_2通道都被配置为同步信号发送通道，这样采样同步信号同时发送到LED121和LED122。而串行接收_1、串行接收_2通道都被开通，从电表的采样数据就可以通过这两个串行接收通道传送到MCU 1201。

图5b是从电表1同步采样原理框图，从电表11位于主电表的左侧，从电表11的MCU1101的串行接收_1通道、串行发送_2通道和同步信号接收通道被禁止，而串行发送_1通道被开通，串行接收_2通道被配置为同步信号接收通道，MCU 1101接收到同步采样信号后触发数据采样程序，然后MCU 1101将采样数据通过串行发送_1传送到主电表12。

图5c是从电表13同步采样原理框图，从电表13位于主电表的右侧，从电表13的MCU1301的串行接收_1通道、串行发送_1通道、串行接收_2通道被禁止，而串行发送_2同道和同步信号接收通道被开通。MCU 1301接收到同步采样信号后触发数据采样程序，然后把将采样数据通过串行发送_2传送到主电表12。

图6示出了根据本发明的另一个实施例的多相电表同步采样和数据传输的示意图。图6所示出的实施例中，主电表位于三台电表的左侧，即如图1所示的主电表为单相电表11。

当主电表11位于三台电表左端位置时，采样同步信号和数据传输方向如图6所示。主电表11通过LED111向从电表12的光电传感器S121发送采样同步信号，从电表12再向从电表13发送采样同步信号。同时，从电表13通过LED132向从电表12的光电传感器S122发送串行数据，从电表12通过LED121和LED122向主电表11发送串行数据。

主电表11的LED 111发出采样同步信号，同时也启动主电表的数据采样程序，将采样数据按时间顺序保存在电表自身内存中；从电表12的S121接收到主电表发出的采样同步光信号后，自动触发LED 121，使它也发出采样同步信号，于是从电表13的S131也接收到采样同步信号。当两台从电表12和13接收到采样同步信号后触发自身的数据采样程序，并把数据保存在自身的内存中，由于光电耦合的速度非常快(小于5微秒)，所以就可实现三台电表数据的同步采样。然后从电表13把采样到的数据通过LED 132发送串行数据，从电表12的S122接收到从电表13发来的串行光信号数据，进行光电转换后就得到了从电表13的采样数据，然后叠加自身的采样数据通过LED 122发送给主电表11。主电表11同样把从电表12发出的串行数据信号进行光电转换，就得到了两台从电表12和13的采样数据，主电表11再结合自身的采样数据，按时间顺序进行计算和处理，就可以得到三相电的各种性能参数。

图7a、图7b、图7c是三台电表同步数据采样的原理框图，通过图7a-7c可以看出，主电表11与从电表12和13的内部硬件结构都一样，均包括微处理器单元MCU(1101、1201和1301)、电表测量模块(1102、1202和1302)等。但与图4中所描述的主电表位于中间位置的组合方式略有不同，三台单相电表均还包括同步门控(1103、1203和1303)以及逻辑或门模块(1104、1204和1304)。在电表的主控芯片MCU的硬件设计中，与数据采样有关的有如下几个信号通道：串行接收_1通道、串行接收_2通道、串行发送_1通道、串行发送_2通道、同步信号接收通道、同步信号发送通道和据采样通道，这些通道分别控制了光电耦合模块、同步门控、逻辑或门模块和数据采样模块。对于主电表与从电表的不同的工作方式，通过软件上对MCU的各个信号通道进行了相应的禁止和开通，从而使信号按照用户们所要求的方向传输。

图7a示出了根据本发明的另一个实施例的主电表同步采样的原理框图。图中主电表11的MCU 1101的的串行接收_1通道、同步信号接收通道、同步使能通道和串行发送_1通道被禁止，而同步信号发送通道被开通。这样MCU 1101可以被配置为定时发出同步采样信号，通过逻辑或门模块1104驱动LED111,使之发光，同时启动数据采样，把采样数据按时间顺序保存在本机自身内存中。同时串行接收_2通道也被开通，以接收从电表12发来的串行数据。

图7b示出了根据本发明的另一个实施例的从电表同步采样的原理框图。从电表12中的MCU 1201的各个信号通道中串行接收_1通道、串行发送_1通道同步信号输出通道被禁止，串行接收2通道、串行发送_2通道、同步信号输入通道以及同步输出使能通道被开通。从电表12中的MCU 1201接收到同步采样信号后触发数据采样程序，把采样数据按时间顺序保存在本机自身内存中。

图7c示出了根据本发明的另一个实施例的从电表同步采样的原理框图；从电表13位于主电表的最右端，其MCU 1301的各个信号通道中串行接收_1通道、串行发送_1通道、串行接收_2通道、同步信号发送通道、同步输出使能通道被禁止，而串行发送_2同道和同步信号接收通道被开通，MCU 1301接收到同步采样信号后触发数据采样程序，然后把采样数据通过串行发送_2通道传送到从电表12，从电表12的串行接收_2通道接收到从电表13发来的采样数据，然后叠加自身的采样数据，通过从电表12的串行发送_2通道发送给主电表11。于是主电表11就得到了两台从电表12和13的采样数据，主电表再结合自身的采样数据，按时间顺序进行计算和处理，就可以得到三相电的各种性能参数。

在一个实施例中，显示设备20与主电表通过无线连接，并且显示设备可以是可记忆显示器。在一个实施例中，所述显示设备包括电池。在另一个实施例中，所述无线连接为近距离无线通信，并且所述电表可对所述显示设备通过所述近距离无线通信方式进行供电。

图8示出了根据本发明的实施例的利用多个单相电表对多相电路的电工参数进行测量，从而实现多相电表功能的方法800的流程图。其中该电工参数包括各相的电压、电流以及相角等信息。该方法800包括：使多个单相电表之间通过光电方式进行耦合801，将所述多个单相电表中的一个单相电表设置为主电表，其他的单相电表设置为从电表；将显示设备安装在所述主电表上802；使所述主电表与所述从电表进行同步采样和数据通讯803，从而计算出各相电压和电流的相角等信息。

在一个实施例中，该方法进一步包括将所述显示设备安装于所述电表上或从所述电表上移除时并不对所述电表进行断电或拆卸。

在一个实施例中，该方法进一步包括将所述多个单相电表安装在直线导轨上并且相互紧靠。

在一个实施例中，所述多个单相电表中的每一个单相电表均包括发光二极管和光电传感器，所述方法进一步包括使每个所述单相电表的所述发光二极管与相邻的所述单相电表的所述光电传感器进行位置配对。

在一个实施例中，该方法进一步包括通过所述单相电表的所述发光二极管以及相邻的所述单相电表的所述光电传感器实现光电耦合从而实现数据通讯和同步采样。

在一个实施例中，该方法进一步包括：将电表配置为在测量数据的同时产生同步采样信号，以及将所述从电表配置为在所述同步采样信号驱动下进行测量并向所述主电表传送数据。

在一个实施例中，该方法进一步包括将所述显示设备配置为显示所述多个单相电表的信息或固定地显示所述多个单相电表中的一个单相电表的信息。

在一个实施例中，该方法进一步包括将所述显示设备与所述主电表通过无线进行连接。

在一个实施例中，所述显示设备为可记忆显示器。

在一个实施例中，所述显示设备包括电池。

在一个实施例中，所述无线连接为近距离无线通信，并且所述方法进一步包括使用所述电表对所述显示设备通过所述近距离无线通信方式进行供电。

虽然已经结合若干实施例和实施方案描述了本发明，但是本发明并不局限于此，而是覆盖各种明显的修改和等同布置，它们都落入所附权利要求的保护范围内。虽然在权利要求书中以特定组合的方式表述本发明的实施例的特征，但是可以设想的是，以任何组合和顺序的方式布置这些特征。

Claims (22)

1.一种多相电表，包括

多个单相电表，所述多个单相电表之间通过光电方式进行耦合，其中所述多个单相电表中的一个单相电表为主电表，其他的单相电表为从电表；以及

显示设备，所述显示设备被设置为安装在所述主电表上；

其中所述主电表与所述从电表进行同步采样和数据通讯。

2.根据权利要求1所述的多相电表，其中所述显示设备被配置为安装于所述主电表上或从所述主电表上移除时并不对所述主电表进行断电或拆卸。

3.根据权利要求1或2所述的多相电表，其中所述多个单相电表被配置为安装在直线导轨上并且相互紧靠。

4.根据权利要求3所述的多相电表，其中所述多个单相电表中的每一个单相电表均包括发光二极管和光电传感器，每个所述单相电表的所述发光二极管与相邻的所述单相电表的所述光电传感器位置配对。

5.根据权利要求4所述的多相电表，其中相邻的所述单相电表通过所述发光二极管和所述光电传感器实现光电耦合从而进行数据通讯和同步采样。

6.根据权利要求5所述的多相电表，其中主电表被配置为在测量数据的同时产生同步采样信号，并且所述从电表被配置为在所述同步采样信号驱动下进行测量并向所述主电表传送数据。

7.根据权利要求1或2所述的多相电表，其中所述显示设备被配置为轮流显示所述多个单相电表的信息或固定地显示所述多个单相电表中的一个单相电表的信息。

8.根据权利要求1或2所述的多相电表，其中所述显示设备与所述主电表通过无线连接。

9.根据权利要求8所述的多相电表，其中所述显示设备为可记忆显示器。

10.根据权利要求1或2中任一项所述的多相电表，其中所述显示设备包括电池。

11.根据权利要求8所述的多相电表，其中所述无线连接为近距离无线通信，并且所述主电表可对所述显示设备通过所述近距离无线通信方式进行供电。

12.一种使用单相电表对多相线路的电工参数进行测量的方法，包括

使多个单相电表之间通过光电方式进行耦合，将所述多个单相电表中的一个单相电表设置为主电表，其他的单相电表设置为从电表；

将显示设备安装在所述主电表上；

使所述主电表与所述从电表进行同步采样和数据通讯。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括将所述显示设备安装于所述主电表上或从所述主电表上移除时并不对所述主电表进行断电或拆卸。

14.根据权利要求12或13所述的方法，进一步包括将所述多个单相电表安装在直线导轨上并且相互紧靠。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个单相电表中的每一个单相电表均包括发光二极管和光电传感器，所述方法进一步包括使每个所述单相电表的所述发光二极管与相邻的所述单相电表的所述光电传感器进行位置配对。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括通过所述单相电表的所述发光二极管以及相邻的所述单相电表的所述光电传感器实现光电耦合从而实现数据通讯和同步采样。

17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：

将所述主电表配置为在测量数据的同时产生同步采样信号，以及将所述从电表配置为在所述同步采样信号驱动下进行测量并向所述主电表传送数据。

18.根据权利要求12或13所述的方法，进一步包括将所述显示设备配置为显示所述多个单相电表的信息或固定地显示所述多个单相电表中的一个单相电表的信息。

19.根据权利要求12或13所述的方法，进一步包括将所述显示设备与所述主电表通过无线进行连接。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述显示设备为可记忆显示器。

21.根据权利要求12或13中任一项所述的方法，其中所述显示设备包括电池。

22.根据权利要求19所述的方法，其中所述无线连接为近距离无线通信，并且所述方法进一步包括使用所述主电表对所述显示设备通过所述近距离无线通信方式进行供电。