CN111089991A - 电能的计量方法、装置和电能表 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电能的计量方法、装置和电能表，该方法应用于电能表，电能表内置有多个独立的计量芯片，包括：通过多个独立的计量芯片，对三相相关参数进行采样，得到相关参数的值；根据相关参数的值，计量电能表的电能值。该方式中，利用多个独立的计量芯片，进行相关参数的采样，降低了成本，提高了电能表工作的稳定性。

Description

电能的计量方法、装置和电能表

技术领域

本发明涉及计量电能技术领域，尤其是涉及一种电能的计量方法、装置和电能表。

背景技术

相关技术中，三相电能表可以采用一个三相计量芯片，通过三路互感器采样低电压或低电流，然后通过MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)读取当前电能表计量的电压，电流，功率，电量等参数。由于电能表内部空间的限制，使得体积较大的互感器，不易安装；另外，三相计量芯片的成本较高，且电能表工作的稳定性较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电能的计量方法、装置和电能表，以降低成本，提高电能表工作的稳定性。

第一方面，本发明实施例提供了一种电能的计量方法，该方法应用于电能表，电能表内置有多个独立的计量芯片，该方法包括：通过多个独立的计量芯片，对三相相关参数进行采样，得到相关参数的值；根据相关参数的值，计量电能表的电能值。

进一步的，三相相关参数至少包括：A相、B相、C相的功率、电压、电流和相位值；多个独立的计量芯片包括锰铜电阻；通过多个独立的计量芯片，对三相相关参数进行采样的步骤，包括：通过多个独立的计量芯片中的锰铜采样电阻，对A相、B相、C相的功率、电压、电流和相位值进行采样。

进一步的，电能表还内置有MCU；MCU和多个独立的计量芯片通过光耦隔离的方式连接；通过多个独立的计量芯片，对三相相关参数进行采样，得到相关参数值的步骤之后，上述方法还包括：利用MCU，从多个独立的计量芯片中，读取相关参数的值。

进一步的，利用MCU，从多个独立的计量芯片中，读取所述相关参数的值的步骤，包括：利用MCU，通过SPI接口，从多个独立的计量芯片中，读取相关参数的值。

进一步的，根据相关参数的值，计量电能表的电能值的步骤，包括：计算三相功率的累加和，得到当前功率；将当前功率乘以用电时间，计量电能表的电能值。

进一步的，根据相关参数的值，计量电能表的电能值的步骤之后，上述方法还包括：根据预设的脉冲常数，确定脉冲当量的目标电能；定时读取当前三相功率的累加电能；如果累加电能大于目标电能，计算累加电能与目标电能的差值；将当前累加电能更新为差值；发送脉冲；脉冲的能量为目标电能；继续执行定时读取当前三相功率的累加电能的步骤。

进一步的，上述方法还包括：根据接收到的脉冲数量，以及脉冲当量的目标电能，进行电能表计量结果的误差校准和检测。

第二方面，本发明实施例提供了一种电能的计量装置，该装置应用于电能表，电能表内置有多个独立的计量芯片，该装置包括：参数采样模块，用于通过多个独立的计量芯片，对三相相关参数进行采样，得到相关参数的值；电能计量模块，用于根据相关参数的值，计量电能表的电能值。

进一步的，三相相关参数至少包括：A相、B相、C相的功率、电压、电流和相位值；多个独立的计量芯片包括锰铜电阻；参数采样模块，用于通过多个独立的计量芯片中的锰铜采样电阻，对A相、B相、C相的功率、电压、电流和相位值进行采样。

第三方面，本发明实施例提供了一种电能表，该电能表包括：处理设备和存储装置；存储装置上存储有计算机程序，计算机程序在被处理设备运行时执行如第一方面任一实施方式的电能的计量方法。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供了一种电能的计量方法、装置和电能表，该方法应用于电能表，电能表内置有多个独立的计量芯片，通过多个独立的计量芯片，对三相相关参数进行采样，得到相关参数的值；根据相关参数的值，计量电能表的电能值。该方式中，利用多个独立的计量芯片，进行相关参数的采样，降低了成本，提高了电能表工作的稳定性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种电能的计量方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种锰铜电阻采样的电路图；

图3为本发明实施例提供的一种计量芯片与MCU隔离通讯的原理图；

图4为本发明实施例提供的一种发送脉冲的方法流程图；

图5为本发明实施例提供的一种电能的计量装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种电能表的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前三相电能表通常采用一个三相计量芯片，通过三路互感器进行参数的采样，例如，三相计量芯片可以是ATT7022芯片；通过MCU读取当前电能表计量的电压，电流，功率，电量等参数。但是，电能表内部空间有限，使得体积较大的互感器，不易安装；另外，三相计量芯片的成本较高，且电能表工作的稳定性较低。基于此，本发明实施例提供的一种电能的计量方法、装置和电能表，可以降低成本，提高电能表工作的稳定性，该方法可以应用于各种需要计量电能的电能表。为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种电能的计量方法进行详细介绍。

实施例一：

本实施例提供了一种电能的计量方法，该方法应用于电能表，电能表内置有多个独立的计量芯片；如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，通过多个独立的计量芯片，对三相相关参数进行采样，得到相关参数的值；

上述多个独立的计量芯片可以三个，分别采样对应的三相相关参数，其中，独立的计量芯片也可以称为单相的计量芯片，例如，RN8209C、RN8209D等型号芯片；上述三相相关参数可以是A、B、C三相的功率，电压，电流，相位等参数，最后得到上述多个参数的值。具体的，当电能表开始工作时，用户的用电量可以通过A、B、C三相的电压、电流等参数表现，进而三相电能表可以利用多个独立的计量芯片，分别采样对应的相关参数，得到相关参数的值。

步骤S104，根据相关参数的值，计量电能表的电能值。

具体的，可以筛选需要的相关参数的值，通过固定的运算方式，计算得到电能表的电能值。例如，可以直接将当前功率和用电时间相乘，得到电能表的电能值；也可以将采样得到的电压和电流相乘得到当前功率，将当前功率和用电时间相乘，得到电能表的电能值。

本发明实施例提供了一种电能的计量方法、装置和电能表，该方法应用于电能表，电能表内置有多个独立的计量芯片，通过多个独立的计量芯片，对三相相关参数进行采样，得到相关参数的值；根据相关参数的值，计量电能表的电能值。该方式中，利用独立的计量芯片，进行参数的采样，更利于电能表内部的安装，降低了成本，提高了电能表工作的稳定性。

上述三相相关参数至少包括：A相、B相、C相的功率、电压、电流和相位值；上述多个独立的计量芯片包括锰铜电阻；通过多个独立的计量芯片，对三相相关参数进行采样的步骤，包括：通过多个独立的计量芯片中的锰铜采样电阻，对A相、B相、C相的功率、电压、电流和相位值进行采样。

本发明实施例的方法可以应用于三相电能表，因此，上述三相相关参数可以包括：A相、B相、C相的功率、电压、电流和相位值等；上述锰铜电阻也可以称为锰铜采样电阻，其可以分别安装在每个独立的计量芯片中，该锰铜电阻可以用于A相、B相、C相的功率、电压、电流和相位值的采样；具体的，当电能表开始工作时，用户的用电量可以通过A、B、C三相的电压、电流等参数表现，进而三相电能表可以利用多个独立的计量芯片的锰铜采样电阻，分别采样对应的相关参数。

以采样B相参数为例，参见图2所示的锰铜电阻采样的电路图，图中的LA3和LA4即为锰铜电阻，由于电表量程为10A-100A，所以可以采用300μΩ的锰铜电阻，采样电压在3mv-30mv之间，符合计量芯片的采样量程，通过该B路采样电路即可采样得到B相的相关参数。

该方式中，利用锰铜电阻对相关参数进行采样，相对于三相互感器采样，采用锰铜电阻采样，优化了电能表的内部空间结构，进而更利于电能表的内部安装。另外，采用三个分离的独立计量芯片的方式，提高了电能表工作稳定性，相对于单一的三相计量芯片出现异常，三个分离的独立计量芯片相当于将异常风险降低了三成；三个计量芯片的成本低于一个三相计量芯片，三个单独计量芯片可选择的厂家也多，方案较灵活。

进一步的，上述电能表还内置有MCU；MCU和多个独立的计量芯片通过光耦隔离的方式连接；通过多个独立的计量芯片，对三相相关参数进行采样，得到相关参数值的步骤之后，上述方法还包括：利用MCU，从多个独立的计量芯片中，读取相关参数的值。

上述MCU也可以称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机，可以把中央处理器(Central Process Unit，CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换等周边接口，整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。

参见图3所示的计量芯片与MCU隔离通讯的原理图，本实施例中MCU和多个独立的计量芯片通过光耦隔离的方式连接，该光耦隔离相当于把发光二极管和光敏三极管封装在一起。由于电能表利用锰铜电阻直接采样，原理图中的GNDA可以理解为零线，为了保证性能试验通过，因此通讯采用光耦隔离，分别为OP1、OP2、OP3、OP4；具体的，图中的光耦隔离电路使被隔离的两部分电路之间没有电的直接连接，主要是防止因有电的连接而引起的干扰，特别是低压的控制电路与外部高压电路之间。该方式中，采用隔离通讯的方式，提高了电能表的性能稳定性。

上述利用MCU，从多个独立的计量芯片中，读取所述相关参数的值的步骤，包括：利用MCU，通过SPI接口，从多个独立的计量芯片中，读取相关参数的值。

具体的，上述SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口，可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。具体的，电能表在进行电能计量时，可以通过SPI接口，实现MCU与独立的计量芯片的通信连接，从而读取相关参数的值。

进一步的，根据所述相关参数的值，计量电能表的电能值的步骤，包括：计算三相功率的累加和，得到当前功率；将当前功率乘以用电时间，计量电能表的电能值。

具体的，电能表在开始工作后，其中内置的设备开始工作，将采样得到的三相功率的值进行累加，另外，也可以利用采样得到的三相电压、电流、相位计算得到三相功率，将其累加得到当前功率，上述用电时间可以通过MCU的计时器得到。最后将当前功率乘以用电时间，计量电能表的电能值。

进一步的，参见图4所示的发送脉冲的方法流程图，根据相关参数的值，计量电能表的电能值的步骤之后，上述方法还包括发送脉冲的方法，如图4所示，该方法包括如下步骤：

步骤S402，根据预设的脉冲常数，确定脉冲当量的目标电能；

上述预设的脉冲常数可以是1000imp/Kwh，因此可以确定一个脉冲当量的目标电能为1wh。

步骤S404，定时读取当前三相功率的累加电能；

具体的，可以每隔1秒读取一次当前三相功率的电能，每读取到一个当前电能后将其累加，可以得到累加电能。

步骤S406，判断累加电能是否大于目标电能；如果是，执行步骤S310；如果否，执行步骤S306；

步骤S408，计算累加电能与目标电能的差值；将当前累加电能更新为差值；

步骤S410，发送脉冲；脉冲的能量为目标电能；继续执行步骤S306。

为了使每个发送的脉冲当量为目标电能，可以使累加电能在大于目标电能的情况下发送脉冲，同时将累加电能减去发送出去的目标电能，然后继续在剩余电能的基础上继续累加电能，重复上述步骤。

进一步的，上述方法还包括：根据接收到的脉冲数量，以及脉冲当量的目标电能，进行电能表计量结果的误差校准和检测。

具体的，当脉冲数量为1000时，说明电能表，记录了用户的用电量为1Kwh即1度电。因此可以根据接收到的脉冲数量，以及脉冲当量的目标电能，计算得到用户的用电量，可以将该计算结果，与独立计量芯片的计量结果对比，进行误差校准和检测，从而保证电能表的准确性。

该方式中，通过定时读取三相功率，时间累积计算累加电量，对比累加电量和脉冲当量的大小，实时发送脉冲，可以进行电能表计量结果的误差校准和检测。

实施例二：

对应于上述方法实施例，参见图5所示的一种电能的计量装置的结构示意图，该装置应用于电能表，电能表内置有多个独立的计量芯片，该装置包括：

参数采样模块51，用于通过多个独立的计量芯片，对三相相关参数进行采样，得到相关参数的值；

电能计量模块52，用于根据相关参数的值，计量电能表的电能值。

本发明实施例提供了一种电能的计量装置，该装置应用于电能表，电能表内置有多个独立的计量芯片，通过多个独立的计量芯片，对三相相关参数进行采样，得到相关参数的值；根据相关参数的值，计量电能表的电能值。该方式中，利用多个独立的计量芯片，进行相关参数的采样，降低了成本，提高了电能表工作的稳定性。

进一步的，上述三相相关参数至少包括：A相、B相、C相的功率、电压、电流和相位值；上述多个独立的计量芯片包括锰铜电阻；上述参数采样模块，用于通过多个独立的计量芯片中的锰铜采样电阻，对A相、B相、C相的功率、电压、电流和相位值进行采样。

进一步的，上述电能表还内置有MCU；MCU和多个独立的计量芯片通过光耦隔离的方式连接；上述方法装置还包括，相关参数读取模块，用于利用MCU，从多个独立的计量芯片中，读取相关参数的值。

进一步的，上述相关参数读取模块：利用MCU，通过SPI接口，从多个独立的计量芯片中，读取相关参数的值。

进一步的，上述电能计量模块用于，计算三相功率的累加和，得到当前功率；将当前功率乘以用电时间，计量电能表的电能值。

进一步的，上述装置还包括脉冲发明模块，用于根据锰铜电阻、以及独立的计量芯片的配置参数，确定脉冲当量的目标功率；定时读取当前三相功率的累加功率；如果累加功率大于目标功率，计算累加功率与目标功率的差值；将当前累加功率更新为差值；发送脉冲；脉冲的能量为目标功率；继续执行定时读取当前三相功率的累加功率的步骤。

进一步的，上述装置还用于：根据接收到的脉冲数量，以及脉冲当量的目标功率，进行电能表计量结果的误差校准和检测。

本发明实施例提供的电能的计量装置，与上述实施例提供的电能的计量方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例提供了一种电能表，如图6所示的一种电能表的结构示意图，电能表600包括多个处理设备602、一个或多个存储装置604、输入装置606、输出装置608，这些组件通过总线系统612和/或其它形式的连接机构(未示出)互连。应当注意，图6所示的电能表600的组件和结构只是示例性的，而非限制性的，根据需要，电能表也可以具有其他组件和结构。

处理设备602可以包括多个独立的计量芯片，以及包含中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元的设备，例如MCU等设备，可以对电能表600中的其它组件的数据进行处理，还可以控制电能表600中的其它组件以执行期望的功能。

存储装置604可以包括一个或多个计算机程序产品，计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理设备602可以运行程序指令，以实现下文的本发明实施例中(由处理设备实现)的客户端功能以及/或者其它期望的功能。在计算机可读存储介质中还可以存储各种应用程序和各种数据，例如应用程序使用和/或采集的各种数据等。

输入装置606可以是电源装置，用于输入用电量的相关参数；

输出装置608可以向外部(例如，用户)输出各种信息(例如，图像或数据)，并且可以包括显示器、扬声器等中的一个或多个。

数据采集设备610可以采集参数数据(如待计算参数值)，并且将采集到的参数数据存储在存储装置604中以供其它组件使用。

示例性地，用于实现根据本发明实施例的电能的计量方法、装置和电能表的示例电能表中的各器件可以集成设置，也可以分散设置，诸如将处理设备602、存储装置604、输入装置606、输出装置608和数据采集设备610集成设置于一体。当上述电能表中的各器件集成设置时，该电能表可以计量用户的用电量。

本发明实施例所提供的电能的计量方法、装置和电能表的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电能的计量方法，其特征在于，所述方法应用于电能表，所述电能表内置有多个独立的计量芯片，所述方法包括：

通过所述多个独立的计量芯片，对三相相关参数进行采样，得到所述相关参数的值；

根据所述相关参数的值，计量电能表的电能值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三相相关参数至少包括：A相、B相、C相的功率、电压、电流和相位值；所述多个独立的计量芯片包括锰铜电阻；

通过所述多个独立的计量芯片，对三相相关参数进行采样的步骤，包括：

通过所述多个独立的计量芯片中的锰铜采样电阻，对A相、B相、C相的功率、电压、电流和相位值进行采样。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电能表还内置有MCU；所述MCU和所述多个独立的计量芯片通过光耦隔离的方式连接；

通过所述多个独立的计量芯片，对三相相关参数进行采样，得到相关参数值的步骤之后，所述方法还包括：利用MCU，从所述多个独立的计量芯片中，读取所述相关参数的值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用MCU，从所述多个独立的计量芯片中，读取所述相关参数的值的步骤包括：利用MCU，通过SPI接口，从所述多个独立的计量芯片中，读取所述相关参数的值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述相关参数的值，计量电能表的电能值的步骤，包括：

计算三相功率的累加和，得到当前功率；

将所述当前功率乘以用电时间，计量电能表的电能值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述相关参数的值，计量电能表的电能值的步骤之后，所述方法还包括：

根据预设的脉冲常数，确定脉冲当量的目标电能；

定时读取当前三相功率的累加电能；

如果所述累加电能大于所述目标电能，计算所述累加电能与所述目标电能的差值；将当前累加电能更新为所述差值；

发送脉冲；所述脉冲的能量为目标电能；继续执行定时读取当前三相功率的累加电能的步骤。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据接收到的脉冲数量，以及所述脉冲当量的目标能量，进行电能表计量结果的误差校准和检测。

8.一种电能的计量装置，所述装置应用于电能表，所述电能表内置有多个独立的计量芯片，所述装置包括：

参数采样模块，用于通过所述多个独立的计量芯片，对三相相关参数进行采样，得到所述相关参数的值；

电能计量模块，用于根据所述相关参数的值，计量电能表的电能值。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述三相相关参数至少包括：A相、B相、C相的功率、电压、电流和相位值；所述多个独立的计量芯片包括锰铜电阻；

所述参数采样模块，用于通过所述多个独立的计量芯片中的锰铜采样电阻，对A相、B相、C相的功率、电压、电流和相位值进行采样。

10.一种电能表，其特征在于，所述电能表包括：处理设备和存储装置；

所述存储装置上存储有计算机程序，所述计算机程序在被所述处理设备运行时执行如权利要求1至7任一项所述的电能的计量方法。

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