CN106443552A - 一种模拟计量箱运行环境进行用电相别切换线路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟计量箱运行环境进行供电相别自动切换线路，包括三相四线电压源、母线排、电流源、表位电能计量箱、继电器阵列控制模块、继电器阵列；所述三相四线电压源与母线排连接，所述母线排与表位电能计量箱中电能表连接；所述电流源通过继电器阵列控制模块与表位电能计量箱中电能表连接。本发明提供的模拟计量箱运行环境进行供电相别识别和自动切换线路，能够对对不同规格计量箱接入试验线路进行试验，使用时，根据表箱内供电线路相别，接好计量箱的进线和出线，通过电脑软件输入计量箱内所有表计的接入电压相别，通过控制相别切换单元自动完成供电相别线路切换。

Description

一种模拟计量箱运行环境进行用电相别切换线路及方法

技术领域

本发明涉及一种，特别是一种模拟计量箱运行环境进行用电相别切换的方法。

背景技术

目前，在实验室环境普通电能表检定装置上对电能表进行各项试验，仅被试表本身接入了试验线路，且所有被试表的负荷始终是一样的。而实际上电能表在现场运行时，是安装在计量箱内的，且多表位计量箱内还会安装配套的进线断路器、用户负荷开关等，每路用户的用电负荷可能会完全不同。通过收集现场长时间运行数据发现，计量箱内的配套附件包括箱内布线、表间距离、周边表计上电、周边表计大负荷运行等均会对电能表计量性能产生不同程度的影响。而这些影响在实验室普通试验设备上根本无法复现。为了考核电能表在实际用电现场的计量性能，必须将整套计量箱接入试验线路，并保证在试验过程中计量内状态不发生任何改变。计量箱的种类有很多种，根据箱内用户数量分为单表位计量箱和多表位计量箱。不同种类计量箱的供电方式也不一样，单表位计量箱较简单，由单相线路供电，而多表位计量箱的供电方式就较为复杂，可能箱内所有用户全部由某一相线路供电，也可能箱内用户平均分配由多相线路供电。

因此，需要一种模拟计量箱运行环境进行用电相别切换的方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种模拟计量箱运行环境进行用电相别切换的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的模拟计量箱运行环境进行供电相别自动切换线路，包括三相四线电压源、母线排、电流源、表位电能计量箱、继电器阵列控制模块、继电器阵列；

所述三相四线电压源与母线排连接，所述母线排与表位电能计量箱中电能表连接；

所述电流源通过继电器阵列控制模块与表位电能计量箱中电能表连接。

进一步，所述继电器阵列控制模块包括继电器阵列、控制通讯单元和继电器阵列驱动单元；

所述继电器阵列一端与电流源连接；另一端与母线排连接；

所述继电器阵列驱动单元与继电器阵列连接；所述继电器阵列驱动单元与控制通讯单元连接。

进一步，所述继电器阵列控制模块还包括信号隔离单元和高速串入并出转换单元；

所述继电器阵列一端与电流源连接；另一端与母线排连接；

所述信号隔离单元设置于继电器阵列驱动单元与继电器阵列之间；

所述高速串入并出转换单元设置于继电器阵列控制单元与继电器驱动单元之间。

本发明还提供了一种模拟计量箱运行环境进行供电相别自动切换方法，包括以下步骤：

S1：表箱进线接入三相母线排；

S2：相别设置；设置参与试验的表位供电电压接入相别以适于与表箱内相别接线一致；

S3：通过继电器阵列模块驱动对应继电器进行相别切换；

S4：延迟，开启三相四线电压源并为参与试验的表计输出电压；

S5：判断是否有相别切换错误，如果有，则调用关闭电压源输出程序并立即报警并返回步骤S2；

S6：如果没有，则延迟，按照预设顺序开启电流源并输出电流；

S7：判断是否有相别切换错误，如果有，则调用关闭电流源输出并立即报警并返回步骤S2；

S8：用电相别切换完成。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明提供的模拟计量箱运行环境进行供电相别识别和自动切换的线路的方法，能够对对不同规格计量箱接入试验线路进行试验，使用时，根据表箱内供电线路相别，接好计量箱的进线和出线，通过电脑软件输入计量箱内所有表计的接入电压相别，通过控制相别切换单元自动完成供电相别线路切换。

本发明提供了多路继电器阵列控制。由于控制的继电器阵列具有磁保持特性，故所有驱动信号无需长时间有效，需要改变继电器阵列状态时，只需瞬间改变驱动信号极性即可，通过这种设计可以大大减小线路运行过程中的功率消耗。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1是用电相别切换的系统框图。

图2是用电相别切换过程图。

图3-1是继电器阵列控制MCU原理图。

图3-2是继电器阵列RS232、RS485通讯原理图。

图3-3是继电器阵列控制通讯原理框图。

图4-1是串行输入信号隔离原理图。

图4-2是高速串入并出转换原理图。

图4-3是信号隔离及高速串入并出转换原理框图。

图5-1是继电器阵列驱动原理图。

图5-2是继电器阵列驱动原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种模拟计量箱运行环境进行供电相别自动切换线路，其特征在于：包括三相四线电压源、母线排、电流源、表位电能计量箱、继电器阵列控制模块、继电器阵列；

所述三相四线电压源与母线排连接，所述母线排与表位电能计量箱中电能表连接；

所述电流源通过继电器阵列控制模块与表位电能计量箱中电能表连接。

所述继电器阵列控制模块包括继电器阵列、控制通讯单元和继电器阵列驱动单元；

所述继电器阵列一端与电流源连接；另一端与母线排连接；

所述继电器阵列驱动单元与继电器阵列连接；所述继电器阵列驱动单元与控制通讯单元连接。

所述继电器阵列控制模块还包括信号隔离单元和高速串入并出转换单元；

所述继电器阵列一端与电流源连接；另一端与母线排连接；

所述信号隔离单元设置于继电器阵列驱动单元与继电器阵列之间；

所述高速串入并出转换单元设置于继电器阵列控制单元与继电器驱动单元之间。

如图2所示，本实施例提供的模拟计量箱运行环境进行供电相别自动切换方法，包括以下步骤：

S1：表箱进线接入三相母线排；

S2：调用相别设置子程序；

步骤21：根据表箱内各用户进线实际接入相别在计算机上进行设置；

步骤22：计算机程序将设置的接入相别命令发送至继电器阵列控制单元；

步骤23：继电器阵列控制单元执行相别切换过程。

S3：调用继电器阵列模块驱动子程序；

步骤31：继电器阵列控制单元在上电后初始化继电器阵列全部处于断开状态；

步骤32：继电器阵列控制单元将接收到的切换命令送至高速串入并出转换单元；

步骤33：高速串入并出转换单元发送转换数据至继电器阵列驱动单元；

步骤34：继电器阵列驱动单元完成对继电器阵列的状态控制。

S4：延迟，调用三相四线电压源开启输出程序；

S5：判断是否有相别切换错误，如果是，则调用关闭电压源输出程序并立即报警并返回步骤S2；

S6：如果否，则延迟，顺序调用电流源1～6开启输出程序；

S7：判断是否有相别切换错误，如果是，则调用关闭电流源输出程序并立即报警并返回步骤S2；

S8：用电相别切换完成。

实施例2

如图1所示，本实施例提供的模拟计量箱运行环境进行供电相别识别和自动切换线路，包括三相四线电压源、母线排、电流源、表位电能计量箱、继电器阵列控制模块、继电器阵列；

控制通讯单元由MCU控制器ATC894051、UART通讯转换器ADM202EARN构成。

所述信号隔离单元采用光电隔离器EL817。

所述高速串入并出转换电路采用串入并出高速转换器4094构成。

所述继电器阵列驱动单元采用磁保持继电器专用驱动器TA7291构成。

所述三相四线电压源，采用虚负荷频率合成锁相环技术，产生高精度可调的电压信号，经功率放大后为计量箱提供单相220V及三相四线220V的供电电压，经UA、UB、UC、UN输入到母线排，用来模拟计量箱现场单相供电环境和三相供电环境。

所述电流源共6路，采用虚负荷频率合成锁相环技术，每路电流源可输出0～120A电流，电流源输出频率可在45.00Hz～65.00Hz可调，电流源输出功率因数可在0～1L(C)可调。6路电流源输出分别对应输入到计量箱内各个电能表电流回路，用来模拟不同用户不同的用电负荷。

所述继电器阵列控制模块包括控制通讯单元、信号隔离单元及高速串入并出转换单元、继电器阵列驱动单元。

继电器阵列J1～J18为HFE22-A/12-H1T11型专用磁保持继电器，组成3行6列矩阵，每只磁保持继电器最大可通过120A电流。

继电器阵列模块可以实现对阵列中的任一继电器单独控制，进而使每一路电流源的输出均能按设定的接入相别正确地接入UA、UB、UC母排。

本实施例被测计量箱内装有6只被试电能表，其中1#2#电能表接入电压相别为UA(黄色)，3#4#电能表接入电压相别为UB(绿色)，5#6#电能表接入电压相别为UC(红色)，用电相别切换系统需要驱动J1J2J9J10J17J18共6只继电器接通，同时驱动其余12只继电器全部断开。这些继电器按设定相别进行切换后，电流源1和电流源2接入UA、电流源3和电流源4接入UB、电流源5和电流源6接入UC，与表箱内电能表的供电相别关系完全对应。

如图2，具体用电相别切换过程如下：

1)相别设置：每个参与试验的表位供电电压接入相别均可设置为A相、B相或C相，设置的相别需与计量箱内真实的接线情况一致。

2)继电器阵列模块驱动：上位机获取到被试表位供电电压接入相别信息后，通过平台内置的通讯数据转发器将上位机网口发出的切换命令转为UART串口数据格式，发往继电器阵列驱动模块进行解析后执行切换过程。

3)电压源、电流源开启输出：通过设置电压源、电流源档位、幅度、相位值，为被试表位提供电源和负荷，延迟后判断输出是否为所需交流电压电流值。

4)电压源、电流源关闭输出及报警：检测电压回路是否存在短路、电流回路是否存在开路，若有短路或开路情况，通过设置电压源、电流源档位、幅度，迅速将输出降为零，并启动声光报警，同时将报警信息上传。

图3-1、2为继电器阵列控制通讯原理框图，图3-3是继电器阵列控制通讯原理框图；图中各部分作用分别如下：

MCU控制器：进行数据解析处理；

与逻辑电路：将两路通讯电平转换结果进行与逻辑处理；

通讯电平转换1：实现TTL电平和RS232电平转换；

通讯电平转换2：实现TTL电平和RS485电平转换。

通讯电平转换1输出的RS232信号或者通讯电平转换1输出的RS485信号，与上位机建立通讯连接，接收来自上位机的通讯控制数据。

图4-1、2为信号隔离及高速串入并出转换原理图；图4-3为信号隔离及高速串入并出转换原理框图，图中各部分作用分别如下：

信号隔离：实现通讯控制回路与继电器控制回路电气隔离；

串行数据输入：接收MCU控制器发来的串行数据；

并行数据输出：实现高速的将串行数据输入转换为并行数据输出。

来自MCU控制器的串行数据经信号隔离单元实现电气隔离，然后转换成并行数据，传送至继电器阵列驱动单元。

图5-1为继电器阵列驱动原理图；图5-2为继电器阵列驱动原理框图；图中各部分作用分别如下：

将输入的继电器驱动信号进行功率放大，然后驱动继电器阵列执行相别切换。继电器阵列内共18只继电器，与驱动单元一一对应。

继电器驱动单元的输入端连接至高速串入并出单元的并行输出端，继电器驱动单元的输出端连接至继电器阵列中对应继电器的控制线圈。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (6)

1.一种模拟计量箱运行环境进行供电相别自动切换线路，其特征在于：包括三相四线电压源、母线排、电流源、表位电能计量箱、继电器阵列控制模块、继电器阵列；

所述三相四线电压源与母线排连接，所述母线排与表位电能计量箱中电能表连接；

所述电流源通过继电器阵列控制模块与表位电能计量箱中电能表连接。

2.如权利要求1所述的模拟计量箱运行环境进行供电相别自动切换线路，其特征在于：所述继电器阵列控制模块包括继电器阵列、控制通讯单元和继电器阵列驱动单元；

所述继电器阵列一端与电流源连接；另一端与母线排连接；

所述继电器阵列驱动单元与继电器阵列连接；所述继电器阵列驱动单元与控制通讯单元连接。

3.如权利要求1所述的模拟计量箱运行环境进行供电相别自动切换线路，其特征在于：所述继电器阵列控制模块还包括信号隔离单元和高速串入并出转换单元；

所述继电器阵列一端与电流源连接；另一端与母线排连接；

所述信号隔离单元设置于继电器阵列驱动单元与继电器阵列之间；

所述高速串入并出转换单元设置于继电器阵列控制单元与继电器驱动单元之间。

4.一种模拟计量箱运行环境进行供电相别自动切换方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：表箱进线接入三相母线排；

S2：相别设置；设置参与试验的表位供电电压接入相别以适于与表箱内相别接线一致；

S3：通过继电器阵列模块驱动对应继电器进行相别切换；

S4：延迟，开启三相四线电压源并为参与试验的表计输出电压；

S5：判断是否有相别切换错误，如果有，则调用关闭电压源输出程序并立即报警并返回步骤S2；

S6：如果没有，则延迟，按照预设顺序开启电流源并输出电流；

S7：判断是否有相别切换错误，如果有，则调用关闭电流源输出并立即报警并返回步骤S2；

S8：用电相别切换完成。

5.如权利要求4所述的模拟计量箱运行环境进行供电相别自动切换方法，其特征在于：所述步骤S2中的相别设置按照以下步骤来实现：

步骤21：根据表箱内各用户进线实际接入相别在计算机上进行设置；

步骤22：计算机程序将设置的接入相别命令发送至继电器阵列控制单元；

步骤23：继电器阵列控制单元执行相别切换过程。

6.如权利要求4所述的模拟计量箱运行环境进行供电相别自动切换方法，其特征在于：所述步骤S3中的继电器阵列模块按照以下步骤进行驱动：

步骤31：继电器阵列控制单元在上电后初始化继电器阵列全部处于断开状态；

步骤32：继电器阵列控制单元将接收到的切换命令送至高速串入并出转换单元；

步骤33：高速串入并出转换单元发送转换数据至继电器阵列驱动单元；

步骤34：继电器阵列驱动单元完成对继电器阵列的状态控制。