CN111308188A - 一种高精度直流电能表计量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度直流电能表计量装置及方法,依据直流线型电源、直流电压参考模块和电压线性变换模块设计了高稳定度和精准度的直压电压源,依据小量程直流电路、大量程直流电路和I/V转换器组设计了低噪声、高精准度的直流电压源,同时通过测控系统实现直流电压源和直流电流源输出的标准电能值与经过被测直流电能表后计算出来的实际直流电能值进行比较分析,进一步确定直流电能表计量误差的检测精确度,实际直流电能值通过对直流电流采样模块采样的直流电流和直流电压采样模块采集的直流电压进行数据读取进而计算得到。本发明具有计量准确且精度高、应用范围广的优点。
Description
技术领域
本发明属于仪器仪表计量技术领域,具体涉及一种高精度直流电能表计量装置及方法。
背景技术
随着新能源产业的发展,在太阳能供电、风力发电、轨道交通、储能技术等领域对直流电能计量的需求日益迫切,特别在电动汽车充电站内直流电能表被广泛应用,如果因为电能表的计量性能失准,可导致线损超标或负损,会给供用电双方带来不小的麻烦和困扰。测量直流电能的计量器具越来越多,故更有必要研制建立更高精度要求的直流电能表计量装置,为直流电能准确计量提供技术保障。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种高精度直流电能表计量装置及方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现:提供一种高精度直流电能表计量装置,包括直流电压源、直流电流源、直流电压采样模块、直流电流采样模块、功率电能计算模块和测控系统,所述测控系统分别与直流电压源、直流电流源和功率电能计算模块电连接,所述直流电压源由直流线型电源、直流电压参考模块和电压线性变换模块组成,所述直流线型电源和直流电压参考模块并联后与电压线性变换模块的输入端电连接,所述电压线性变换模块的输出端与被测直流电能表的输入端相连,所述直流电能表的输出端与直流电压采样模块的输入端电连接,所述直流电流源由小量程直流电路、大量程直流电路和I/V转换器组成,所述小量程直流电路和大量程直流电路并联后与I/V转换器的输入端电连接,所述I/V转换器的输出端与被测直流电能表的输入端相连,所述直流电能表的输出端与直流电流采样模块的输入端电连接,所述直流电压采样模块的输出端和直流电流采样模块的输出端均与功率电能计算模块的输入端电连接。
作为进一步的改进,所述小量程直流电路包括线性电源及与其串联的精密电阻取样模块,所述大量程直流电路包括开关电源及与其串联的宽频电流比较仪,所述精密电阻取样模块和宽频电流比较仪均与I/V转换器的输入端电连接。
作为进一步的改进,所述小量程直流电路允许通过的直流电流范围为10mA~1A,所述大量程直流电路允许通过的直流电流范围为1A~600A。
作为进一步的改进,所述高精度直流电能表计量装置还包括同步触发模块,所述同步触发模块分别与直流电压采样模块、直流电流采样模块和功率电能计算模块相连,用于保证直流电压采样模块和直流电流采样模块同步采样。
作为进一步的改进,所述同步触发模块包括信号发生器及与其相连的时钟模块,所述信号发生器分别与直流电压采样模块和直流电流采样模块连接。
作为进一步的改进,所述时钟模块为0.2ppm恒温时钟。
作为进一步的改进,所直流电流采样模块和/或直流电压采样模块为24位A/D采样模块。
作为进一步的改进,所述测控系统包括微控制单元、存储模块、显示模块、通讯模块、比较模块和电源模块,所述微控制单元分别与存储模块、显示模块、通讯模块、比较模块和电源模块相连,所述显示模块用于实时显示微控制单元获取的数据信息,所述通讯模块用于传输微控制单元获取的数据信息,所述存储模块用于存储微控制单元获取的数据信息,所述比较模块用于比较测控系统获得的直流电压源和直流电流源输入的标准电能值与经过被测直流电能表后输入的实际直流电能值,所述电源模块用于提供微控制单元所需电源。
本发明的目的之二通过以下技术方案实现:提供基于其上任一项所述的计量装置实现高精度直流电能表计量方法,包括如下步骤:
S1、通过直流电压源和直流电流源向被测直流电能表输出直流电源,同时该直流电源的标准电能值传输至测控系统进行存储,具体表现为:
S11、将直流线型电源和直流电压参考模块并联后再与电压线性变换模块串联连接组成直流电压源,将小量程直流电路和大量程直流电路并联后再与I/V转换器串联连接组成直流电流源;
S12、直流电压源向测控系统和被测直流电能表发送直流电压源,直流电流源向测控系统和被测直流电能表发送直流电流源;
S13、测控系统接收直流电压源和直流电流输送的直流电源,并将该直流电源的标准电能值进行存储;
S14、被测直流电能表接收直流电压源和直流电流输送的直流电源后输送至直流电压采样模块和直流电流采样模块;
S2、通过直流电压采样模块对流经被测直流电压表的待测直流电压进行采样,通过直流电流采样模块对流经被测直流电压表的待测直流电流进行采样;
S3、功率电能计算模块对输入其的采样直流电流和采样直流电压进行数据读取进而计算出实际直流电能值;
S4、计算出的实际直流电能值传输至测控系统,与测控系统在步骤S1中存储的标准电能值进行比对分析,确定直流电能表计量精度。
作为进一步的改进,所述步骤S2中通过同步触发进行直流电压采样和直流电流采样。
本发明提供的一种高精度直流电能表计量装置及方法,依据直流线型电源、直流电压参考模块和电压线性变换模块设计了高稳定度和精准度的直压电压源,依据小量程直流电路、大量程直流电路和I/V转换器组设计了低噪声、高精准度的直流电压源,同时通过测控系统实现直流电压源和直流电流源输出的标准电能值与经过被测直流电能表后计算出来的实际直流电能值进行比较分析,进一步确定直流电能表计量误差的检测精确度,具有计量准确且精度高、应用范围广的优点。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明,但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制,对于本领域的普通技术人员,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是高精度直流电能表计量装置一实施例的结构示意图。
图2是高精度直流电能表计量装置另一实施例的结构示意图。
图3是测控系统的结构示意图。
图4是高精度直流电能表计量方法的流程图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述,需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1至图2所示,本发明实施例提供的高精度直流电能表计量装置包括直流电压源、直流电流源、直流电流采样模块、直流电压采样模块、功率电能计算模块和测控系统,直流电压源和直流电流源均与测控系统和被测直流电能表的输入端电连接,被测直流电能表的输出端分别与直流电流采样模块和直流电压采样模块的输入端电连接,直流电流采样模块和直流电压采样模块的输出端分别与功率电能计算模块的输入端电连接,功率电能计算模块的输出端与测控系统的输入端电连接,功率电能计算模块用于对采样的直流电流和直流电压进行数据读取进而计算得到实际直流电能值,具体地,上述直流电压源由直流线型电源、直流电压参考模块和电压线性变换模块组成,具有稳定性高、纹波小和可靠性高的优点,直流线型电源和直流电压参考模块并联后与电压线性变换模块的输入端电连接,电压线性变换模块的输出端与直流电压采样模块电连接,直流电压采样模块优选为24位A/D采样模块(A/D采样模块表示采样的同时,将采集的模拟信号转换成数字信号),直流电压源由小量程直流电路、大量程直流电路和I/V转换器(电流/电压转换器)组成,具有较高的稳定性和准确度,I/V转换器用于将输入的直流电流转换成成比例的电压信号便于测量,小量程直流电路和大量程直流电路并联后与I/V转换器的输入端电连接,I/V转换器的输出端与直流电流采样模块的输入端电连接,直流电流采样模块优选为24位A/D采样模块。需要说明的是,小量程直流电路允许通过的直流电流范围优选为10mA~1A,大量程直流电路允许通过的直流电流范围优选为1A~600A。通过上述设置,本发明依据直流线型电源、直流电压参考模块和电压线性变换模块设计了高稳定度和精准度的直压电压源,依据小量程直流电路、大量程直流电路和I/V转换器组设计了低噪声、高精准度的直流电压源,同时通过测控系统实现直流电压源和直流电流源输出的标准电能值与经过被测直流电能表后计算出来的实际直流电能值进行比较分析,进一步确定直流电能表计量误差的检测精确度,具有计量准确且精度高、应用范围广的优点。
同时,参见图1和图2,小量程直流电路包括线性电源及与其串联的精密电阻取样模块,大量程直流电路包括开关电源及与其串联的宽频电流比较仪,精密电阻取样模块和宽频电流比较仪均与I/V转换器的输入端电连接。本发明中小量程直流电路采用精密电阻取样模块,大量程直流电路采用宽频电流比较仪,在保证直流电流源达到较高的稳定度和准确度的同时,还具有节约成本的优点。
作为进一步优选的实施方式,如图2所示,该实例中高精度直流电能表计量装置还包括同步触发模块,用于保证直流电压采样模块和直流电流采样模块同步采样,该同步触发模块分别与直流电压采样模块、直流电流采样模块和功率电能计算模块相连。优选地,上述同步触发模块包括信号发生器及与其相连的时钟模块,信号发生器分别与直流电压采样模块和直流电流采样模块连接,用于发送信号至直流电压采样模块和直流电流采样模块,触发其同步工作。需要说明的是,前述时钟模块优选为0.2ppm恒温时钟,进一步表明直流电压采样模块和直流电流采样模块同步采样的时间误差级别控制在百万分之一内。
此外,如图3所示,本发明中测控系统包括微控制单元、存储模块、显示模块、通讯模块、比较模块和电源模块,微控制单元分别与存储模块、显示模块、通讯模块、比较模块和电源模块相连,显示模块用于实时显示微控制单元获取的数据信息,通讯模块用于传输微控制单元获取的数据信息,存储模块用于存储微控制单元获取的数据信息,比较模块用于比较测控系统获得的直流电压源和直流电流源输入的标准电能值与经过被测直流电能表后输入的实际直流电能值,电源模块用于提供微控制单元所需电源。需要说明的是,微控制单元获取的数据信息包括直流电压源和直流电流源输入的标准电能值,以及通过功率电能计算模块流出的实际直流电能值。
具体的,如图4所示,本发明还提供了一种高精度直流电能表计量方法,该方法基于其上所述的高精度直流电能表计量装置,所述方法包括如下步骤:
S1、通过直流电压源和直流电流源向被测直流电能表输出直流电源,同时该直流电源的标准电能值传输至测控系统进行存储,具体表现为:
S11、将直流线型电源和直流电压参考模块并联后再与电压线性变换模块串联连接组成直流电压源,将小量程直流电路和大量程直流电路并联后再与I/V转换器串联连接组成直流电流源;
S12、直流电压源向测控系统和被测直流电能表发送直流电压源,直流电流源向测控系统和被测直流电能表发送直流电流源;
S13、测控系统接收直流电压源和直流电流输送的直流电源,并将该直流电源的标准电能值进行存储;
S14、被测直流电能表接收直流电压源和直流电流输送的直流电源后输送至直流电压采样模块和直流电流采样模块;
S2、通过直流电压采样模块对流经被测直流电压表的待测直流电压进行采样,通过直流电流采样模块对流经被测直流电压表的待测直流电流进行采样;
需要说明的是,本步骤S2中优选通过同步触发进行直流电压采样和直流电流采样,以保证通过功率电能计算模块得到的实际直流电能值的准确性;
S3、功率电能计算模块对输入其的采样直流电流和采样直流电压进行数据读取进而计算出实际直流电能值;
S4、计算出的实际直流电能值传输至测控系统,与测控系统在步骤S1中存储的标准电能值进行比对分析,确定直流电能表计量精度。
上述高精度直流电能表计量方法,首先通过直流电压源和直流电流源向被测直流电能表和测控系统输送直流电源,测控系统得到的是标准电能值;其次,通过直流电压采样模块和直流电流采样模块同步采样得到最终采样的直流电压和直流电流;接着,依据功率电能计算模块对采样的直流电流和直流电压进行数据读取进而计算出实际直流电能值;最后将实际直流电能值传输至测控系统,与测控系统之前存储的标准电能值进行比对分析,确定直流电能表计量精度,本方法具有计量精度高、准确,实用性强的优点。
上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施,因此,不能理解为对本发明保护范围的限制。
总之,本发明虽然列举了上述优选实施方式,但是应该说明,虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型,除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围,否则都应该包括在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高精度直流电能表计量装置,其特征在于,包括直流电压源、直流电流源、直流电压采样模块、直流电流采样模块、功率电能计算模块和测控系统,所述测控系统分别与直流电压源、直流电流源和功率电能计算模块电连接,所述直流电压源由直流线型电源、直流电压参考模块和电压线性变换模块组成,所述直流线型电源和直流电压参考模块并联后与电压线性变换模块的输入端电连接,所述电压线性变换模块的输出端与被测直流电能表的输入端相连,所述直流电能表的输出端与直流电压采样模块的输入端电连接,所述直流电流源由小量程直流电路、大量程直流电路和I/V转换器组成,所述小量程直流电路和大量程直流电路并联后与I/V转换器的输入端电连接,所述I/V转换器的输出端与被测直流电能表的输入端相连,所述直流电能表的输出端与直流电流采样模块的输入端电连接,所述直流电压采样模块的输出端和直流电流采样模块的输出端均与功率电能计算模块的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的高精度直流电能表计量装置,其特征在于,所述小量程直流电路包括线性电源及与其串联的精密电阻取样模块,所述大量程直流电路包括开关电源及与其串联的宽频电流比较仪,所述精密电阻取样模块和宽频电流比较仪均与I/V转换器的输入端电连接。
3.根据权利要求2所述的高精度直流电能表计量装置,其特征在于,所述小量程直流电路允许通过的直流电流范围为10mA~1A,所述大量程直流电路允许通过的直流电流范围为1A~600A。
4.根据权利要求1所述的高精度直流电能表计量装置,其特征在于,还包括同步触发模块,所述同步触发模块分别与直流电压采样模块、直流电流采样模块和功率电能计算模块相连,用于保证直流电压采样模块和直流电流采样模块同步采样。
5.根据权利要求4所述的高精度直流电能表计量装置,其特征在于,所述同步触发模块包括信号发生器及与其相连的时钟模块,所述信号发生器分别与直流电压采样模块和直流电流采样模块连接。
6.根据权利要求5所述的高精度直流电能表计量装置,其特征在于,所述时钟模块为0.2ppm恒温时钟。
7.根据权利要求1所述的高精度直流电能表计量装置,其特征在于,所直流电流采样模块和/或直流电压采样模块为24位A/D采样模块。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的高精度直流电能表计量装置,其特征在于,所述测控系统包括微控制单元、存储模块、显示模块、通讯模块、比较模块和电源模块,所述微控制单元分别与存储模块、显示模块、通讯模块、比较模块和电源模块相连,所述显示模块用于实时显示微控制单元获取的数据信息,所述通讯模块用于传输微控制单元获取的数据信息,所述存储模块用于存储微控制单元获取的数据信息,所述比较模块用于比较测控系统获得的直流电压源和直流电流源输入的标准电能值与经过被测直流电能表后输入的实际直流电能值,所述电源模块用于提供微控制单元所需电源。
9.一种基于权利要求1至8中任一项所述的计量装置实现高精度直流电能表计量方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、通过直流电压源和直流电流源向被测直流电能表输出直流电源,同时该直流电源的标准电能值传输至测控系统进行存储,具体表现为:
S11、将直流线型电源和直流电压参考模块并联后再与电压线性变换模块串联连接组成直流电压源,将小量程直流电路和大量程直流电路并联后再与I/V转换器串联连接组成直流电流源;
S12、直流电压源向测控系统和被测直流电能表发送直流电压源,直流电流源向测控系统和被测直流电能表发送直流电流源;
S13、测控系统接收直流电压源和直流电流输送的直流电源,并将该直流电源的标准电能值进行存储;
S14、被测直流电能表接收直流电压源和直流电流输送的直流电源后输送至直流电压采样模块和直流电流采样模块;
S2、通过直流电压采样模块对流经被测直流电压表的待测直流电压进行采样,通过直流电流采样模块对流经被测直流电压表的待测直流电流进行采样;
S3、功率电能计算模块对输入其的采样直流电流和采样直流电压进行数据读取进而计算出实际直流电能值;
S4、计算出的实际直流电能值传输至测控系统,与测控系统在步骤S1中存储的标准电能值进行比对分析,确定直流电能表计量精度。
10.根据权利要求9所述的高精度直流电能表计量装置,其特征在于:所述步骤S2中通过同步触发进行直流电压采样和直流电流采样。
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