CN113533817A - 一种电子式电压互感设备及其电能计量设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种电子式电压互感设备及其电能计量设备，该电子式电压互感设备包括恒压取能装置、低压臂、高压臂以及阻尼单元，恒压取能装置与低压臂串联，串联后的恒压取能装置和低压臂的一端与高压臂的一端串联，串联后的恒压取能装置和低压臂的另一端用于与待测高压母线连接，高压臂的另一端与阻尼单元的一端串联，阻尼单元的另一端用于与第二高压母线或地连接；所述恒压取能装置，用于控制其分得的待测高压母线的电压实时保持恒定，以使低压臂两端输出的采样电压与待测高压母线的电压无迟滞的线性相关，以实现待测高压母线的交流电压的实时测量。
Description
技术领域
本申请涉及高压取能计量技术领域，具体而言，涉及一种电子式电压互感设备及其电能计量设备。
背景技术
目前，高压取能一般采用电容分压式，而现有的电容分压式高压取能方式是采用高压电容与低压电容串联分压，所分的低压电容端电压再通过DC-DC方式直接整流降压，进而采用过压检测及保护电路输出带有滞环的控制信号可靠地钳制后端开关电源的输入电压幅度并释放掉多余的能量，从而保证了高压取能装置运行的可靠性。
[1]由于负载所需的直流功率P产生变化，功率P＝电压U×电流I，功率P变化时，电压U和电流I中至少有一个会产生变化，则低压端的等效阻抗Z＝U/I会产生变化，而负载功率的变化是由工作状态决定的，是个随机值，不能准确量化，由于负载等效阻抗与整流前端的低压电容并联，因此并联后的低压等效阻抗还是个随机值Z并，而高压电容的等效阻抗Zc保持不变，根据KVL(基尔霍夫电压定律)推导可知，高压电容两端的电压Vch为：
通过上述现有方式进行高压取能时，由于Z并和采集电压Vin均为未知数，因此无法准确计算出高压电容两端的电压Vch，也就无法选取所分得的电压信号进行运算，得不到母线电压的准确值。
[2]带有滞环的控制信号调节输入电压会导致高压与低压电容上分得的电压产生迟滞现象，进而采用高压与低压电容上分得的电压信号进行测量参与计量运算时，会导致测量值不是实时值，使得测量精度不准确。
因此，现有方式仅仅只能够进行高压取能而无法对取能高压参数(包括电压和电能)进行准确的计量。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种电子式电压互感设备和电能计量设备，用以解决上述问题。
第一方面，本发明提供一种电子式电压互感设备，包括恒压取能装置、低压臂、高压臂以及阻尼单元，所述恒压取能装置与低压臂串联，串联后的恒压取能装置和低压臂的一端与所述高压臂的一端串联，串联后的恒压取能装置和低压臂的另一端用于与待测高压母线连接，所述高压臂的另一端与所述阻尼单元的一端串联，所述阻尼单元的另一端用于与第二高压母线或地连接，所述恒压取能装置，用于控制其分得的待测高压母线的电压实时保持恒定，以使低压臂两端输出的采样电压与待测高压母线的电压无迟滞的线性相关，以实现待测高压母线的交流电压的实时测量。
在上述设计的电子式电压互感设备中，对待测高压母线之间的电压进行测量时，待测高压母线的电压测量与低压臂阻抗、高压臂阻抗、恒压取能装置所预设的电压、阻尼单元阻值以及低压臂两端输出的采样电压相关，由于低压臂、高压臂、阻尼单元的阻抗是常量，而本申请设计的恒压取能装置可以控制其自身从待测高压母线之间所分得的电压保持恒定在预设值，进而使得低压臂两端输出的采样电压与待测高压的电压呈现线性相关，使得通过对低压臂两端输出的采样电压进行量化即可计算出待测高压母线的电压；同时，本申请方案可以实现采样电压与待测高压母线的电压无迟滞的线性相关，因此，本申请方案测量得到的待测高压母线的电压相对于传统技术来说更加准确。
在第一方面的可选实施方式中，所述低压臂的一端与所述恒压取能装置串联后与所述高压臂串联，所述低压臂的另一端用于与待测高压母线连接。
在第一方面的可选实施方式中，所述恒压取能装置的一端与所述低压臂串联后与所述高压臂串联，所述恒压取能装置的另一端用于与待测高压母线连接。
在第一方面的可选实施方式中，所述恒压取能装置包括：全波整流单元，其与所述低压臂串联，以用于将分得的高压母线的电压整流为脉动的直流；储能滤波电容，其与所述全波整流单元连接，以用于将所述脉动的直流转化为平滑的直流电压；线性调整单元，所述线性调整单元与所述储能滤波电容以及负载并联，所述线性调整单元用于对所述直流电压进行采样，得到采样直流电压信号，将所述采样直流电压信号与预设电压比较以输出对应的比较结果，并根据所述比较结果输出对应的控制信号；动态阻抗单元，其与所述线性调整单元并联并且其与所述线性调整单元的控制信号输出端连接，所述动态阻抗单元用于根据所述线性调整单元输出的控制信号调整自身的阻值大小，以使负载电流与动态阻抗单元的电流之和恒定。
在第一方面的可选实施方式中，所述线性调整单元包括电压取样子单元、单限比较子单元、补偿子单元以及偏置放大子单元，所述电压取样子单元与所述储能滤波电容并联，所述单限比较子单元与所述电压取样子单元连接，所述补偿子单元与所述单限比较子单元并联，所述单限比较子单元与所述偏置放大子单元连接；所述电压取样子单元，用于对所述储能滤波电容输出的直流电压进行采样，得到采样直流电压信号；所述单限比较子单元，用于将采样直流电压信号与其内部的预设电压比较并向所述偏置放大子单元输出比较结果；所述补偿子单元，用于对所述单限比较子单元的输出结果信号进行补偿；所述偏置放大子单元，用于对所述比较结果进行放大，以输出所述比较结果对应的控制信号。
在第一方面的可选实施方式中，所述电压取样子单元包括第一电阻和第二电阻，所述单限比较子单元包括单限比较器，所述偏置放大子单元包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻以及三极管，所述补偿子单元包括第二电容和第八电阻；
所述第一电阻的第一端与所述储能滤波电容的正极连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻连接后与所述储能滤波电容的负极连接，所述单限比较器的正向输入端与所述第一电阻的第二端连接，所述单限比较器的输出端通过所述第三电阻连接所述储能滤波电容的正极，所述单限比较器的输出端通过所述第四电阻连接所述储能滤波电容的负极，所述第二电容的第一端与所述单限比较器的正向输入端连接，所述第二电容的第二端与所述第八电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端与所述单限比较器的输出端连接，所述单限比较器的输出端通过所述第五电阻连接所述三极管的基极，所述三极管的集电极通过第六电阻连接所述储能滤波电容的正极，所述三极管的发射极连接所述储能滤波电容的负极并通过第七电阻连接所述三极管的集电极，所述三极管的集电极输出所述比较结果对应的控制信号。
上述实施方式设计的线性调整单元和动态阻抗单元，使用负反馈调节电路对输出电压实时采样，利用单限比较的方式调节与负载并联支路的阻抗大小，环路中无迟滞滞回环节，因此，调整速度快，从而实现实时调节直流电压保持恒定不变，确保采样信号实时精确。
在第一方面的可选实施方式中，所述恒压取能装置还包括限流单元，所述限流单元与所述负载串联，以用于限制输出端的负载功率。
第二方面，本发明提供一种电能计量设备，包括如前述实施方式中任一项所述的电子式电压互感设备、电压隔离单元、相位补偿单元、电流互感器以及电能计算单元，所述电流互感器的一端与电能计算单元连接，所述电流互感器的另一端用于与所述待测高压母线连接，所述待测高压母线穿过所述电流互感器中心，所述低压臂与所述电压隔离单元并联，所述电压隔离单元与所述相位补偿单元串联，所述相位补偿单元与电能计算单元串联，所述恒压取能装置与所述电能计算单元串联；所述电压隔离单元，用于将低压臂两端的输出的采样电压信号传输给所述相位补偿单元并实现电气隔离；所述相位补偿单元，用于对所述电压隔离单元传输的采样电压信号的相位偏移进行补偿生成补偿后的电压信号，并将补偿后的电压信号传输给电能计算单元；所述电流互感器，用于测量所述待测高压母线的母线电流并传输给所述电能计算单元；所述恒压取能装置，用于给电能计算单元供电；所述电能计算单元，用于根据母线电流、补偿后的电压信号以及恒压取能装置分得的待测高压母线的恒定电压计算待测高压母线的电压、电流、功率以及电能。
在上述设计的电能计量设备中，由于其采用第一方面设计的电子式电压互感设备，使得低压臂两端输出的采样电压与待测高压的电压呈现线性相关，使得通过对低压臂两端输出的采样电压进行量化即可计算出待测高压母线的电压，同时通过电流互感器得到待测高压母线的母线电流，即可结合待测高压母线的电压和母线电流即可计算得到待测高压母线的电能，使得设计的电能计算设备在完成电能取能的同时实现准确的电能计量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的电子式电压互感设备的第一结构图；
图2为本申请实施例提供的电子式电压互感设备的第二结构图；
图3为本申请实施例提供的电子式电压互感设备的第三结构图；
图4为本申请实施例提供的电子式电压互感设备的第四结构图；
图5为本申请实施例提供的线性调整单元的电路图；
图6为本申请实施例提供的电子式电压互感设备的第五结构图；
图7为本申请实施例提供的电能计量设备的结构示意图。
图标：1-电子式电压互感设备；2-电压隔离单元；3-相位补偿单元；4-电流互感器；5-电能计算单元；10-恒压取能装置；101-全波整流单元；103-线性调整单元；1031-电压取样子单元；1032-单限比较子单元；1033-偏置放大子单元；1034-补偿子单元；104-动态阻抗单元；105-限流单元；20-低压臂；30-高压臂；40-阻尼单元；Q1-第一二极管；Q2-第二二极管；Q3-第三二极管；Q4-第四二极管；Q5-三极管；C1-储能滤波电容；C2-第二电容；C3-第三电容；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻；R5-第五电阻；R6-第六电阻；R7-第七电阻；R8-第八电阻；R9-第九电阻；R10-第十电阻；R11-第十一电阻；R12-第十二电阻；R13-第十三电阻；P1-单限比较器；P2-隔离线电压互感器；U1-放大器。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
第一实施例
本申请实施例提供一种电子式电压互感设备，如图1所示，该电子式电压互感设备包括恒压取能装置10、低压臂20、高压臂30以及阻尼单元40，该恒压取能装置10和低压臂20串联，并且串联后恒压取能装置10和低压臂20依次串联高压臂30以及阻尼单元40。
上述的电子式电压互感设备中，低压臂20可以是一个或多个特性相同的低压电容串联或并联而成，高压臂30可以由一个或多个与低压臂20特性相同的电容串联或并联组成，阻尼单元40可以由一个或多个绕线功率型精密电阻串联或并联组成，其中，阻尼单元40的阻抗远远小于高压臂30的阻抗，低压臂20的阻抗远远小于高压臂30的阻抗。
上述设计的电子式电压互感设备，在使用时，串联的恒压取能装置10和低压臂20与待测高压母线A连接，阻尼单元40与另一高压母线B或地连接，低压臂20的两端为电子式电压互感设备的采样信号输出端。
恒压取能装置10可以控制自身从待测高压母线A与高压母线B或地之间所分得的电压保持恒定在预设值，进而使得低压臂20两端输出的采样电压与待测高压母线的电压呈线性相关，进而实现待测高压母线的电压的测量。
恒压取能装置10保持自身电压恒定使得低压臂20两端输出的采样电压与待测高压母线的电压呈线性相关的原理如下，如图1所示的电路，假设高压母线或母线与地之间的电压为Hvin，高压臂30和阻尼单元40两端所分得的电压为Vh，低压臂两端输出的采样电压为Vs，恒压取能装置10分得的等效电压为Vi(恒压单元预设直流电压的等效交流电压)，高压臂30与阻尼单元40串联的等效阻抗为Xh，低压臂的等效阻抗为Xs，主回路电流为Is，那么根据基尔霍夫电压定律可知：
Vh+Vi+Vs-HVin＝0；
即：
Vh+Vs＝HVin-Vi；
作为电子式互感设备，需要通过低压采样信号Vs的大小去量化输入高电压HVin的大小，从而实现对高压的测量。由于各单元串联，因此电流相等，即可推导出如下公式：
由于电路中高压臂30电容量、阻尼单元40阻值已知，因此Xh为常量，低压臂20电容量已知，则Xs也是常量，此时，恒压取能装置10的分得的等效电压Vi也是恒定，那么上述方程为关于HVin的一元一次函数，从上述方程中可以得出，待测高压母线A的电压Hvin只与低压臂20两端输出的采样电压Vs呈一次线性相关，因此当待测高压母线A的电压HVin变化时，采样电压Vs与之保持线性变化，通过对采样信号Vs进行量化，即可计算出待测高压母线A的电压HVin，从而实现了电压的测量。
在上述设计的电子式电压互感设备中，对待测高压母线之间的电压进行测量时，待测高压母线的电压测量与低压臂阻抗、高压臂阻抗、恒压取能装置所预设的电压、阻尼单元阻值以及低压臂两端输出的采样电压相关，由于低压臂、高压臂、阻尼单元的阻抗是常量，而本申请设计的恒压取能装置可以控制其自身从待测高压母线之间所分得的电压保持恒定在预设值，进而使得低压臂两端输出的采样电压与待测高压的电压呈现线性相关，使得通过对低压臂两端输出的采样电压进行量化即可计算出待测高压母线的电压；同时，本申请方案可以实现采样电压与待测高压母线的电压无迟滞的线性相关，因此，本申请方案测量得到的待测高压母线的电压相对于传统技术来说更加准确。
在本实施例的可选实施方式中，恒压取能装置10和低压臂20的位置可以互换，一种是低压臂20靠近待测高压母线A，即如图1所示，低压臂20的一端与恒压取能装置10串联后与高压臂30串联；另一种则是恒压取能装置10靠近待测高压母线A，即如图2所示，恒压取能装置10的一端与待测高压母线A连接，恒压取能装置10的另一端与低压臂20串联后与高压臂30串联。
在本实施例的可选实施方式中，该恒压取能装置10包括全波整流单元101、储能滤波电容C1、线性调整单元103以及动态阻抗单元104，当低压臂20靠近待测高压母线A时，如图3所示，该全波整流单元101串联在低压臂20与高压臂30之间；当恒压取能装置10靠近待测高压母线A时，如图4所示，该低压臂20串联在全波整流单元101和高压臂30之间；该储能滤波电容C1与全波整流单元101连接，该线性调整单元103与储能滤波电容C1以及负载并联，该动态阻抗单元104与线性调整单元103并联，并且线性调整单元103的控制信号输出端与该动态阻抗单元104连接。
上述设计的恒压取能装置10，全波整流单元101将分得的高压母线的电压整流为脉动的直流，储能滤波电容C1将脉动的直流转化为平滑的直流电压，该线性调整单元103对该直流电压进行采样，得到采样直流电压信号，将采样直流电压信号与预设电压比较以输出对应的比较结果，并根据比较结果输出对应的控制信号，该控制信号传输给动态阻抗单元104，该动态阻抗单元104根据线性调整单元输出的控制信号调整自身的阻值大小，以使负载电流与动态阻抗单元的电流之和恒定。
作为一种可能的实施方式，该全波整流单元101包括第一二极管Q1、第二二极管Q2、第三二极管Q3以及第四二极管Q4，第一二极管Q1的负极连接第二二极管Q2的正极，第二二极管Q2的负极与第三二极管Q3的负极连接，第三二极管Q3的正极连接第四二极管Q4的负极，第四二极管Q4的正极与第一二极管Q1的正极连接，如图3所示，当全波整流单元101串联在低压臂20与高压臂30之间时，第二二极管Q2的正极连接低压臂20，第三二极管Q3的正极连接高压臂30；如图4所示，当全波整流单元101串联在低压臂20和待测高压母线A之间时，第二二极管Q2的正极用于与待测高压母线A连接，第三二极管Q3的正极连接低压臂20。
上述设计的全波整流单元101，通过第一二极管Q1、第二二极管Q2、第三二极管Q3以及第四二极管Q4形成整流桥，进而将恒压取能装置10分得的电压Vi整流成脉动的直流。
在本实施的可选实施方式中，储能滤波电容C1的正极与第三二极管Q3的负极连接，储能滤波电容C1的负极与第四二极管Q4的正极连接；储能滤波电容C1将脉动的直流转化为平滑的直流电压，该平滑的直流电压后续以Vo表示。
作为一种可能的实施方式，如图5所示，该线性调整单元103包括电压取样子单元1031、单限比较子单元1032以及偏置放大子单元1033，电压取样子单元1031与储能滤波电容C1并联，单限比较子单元1032与电压取样子单元1031连接，单限比较子单元1032与偏置放大子单元1033连接；另外，该线性调整单元103还可以包括一补偿子单元1034，该补偿子单元1034与单限比较子单元1032的输入输出并联。
作为一种具体的实施方式，如图5所示，该电压取样子单元1031包括第一电阻R1和第二电阻R2，单限比较子单元1032包括单限比较器P1，偏置放大子单元1033包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7以及三极管Q5，该补偿子单元1034可包括第二电容C2和第八电阻R8。
第一电阻R1的第一端与储能滤波电容C1的正极连接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2连接后与储能滤波电容C1的负极连接，单限比较器P1的正相输入端与第一电阻R1的第二端连接，单限比较器P1的输出端通过第三电阻R3连接储能滤波电容C1的正极，单限比较器P1的输出端通过第四电阻R4连接储能滤波电容C1的负极，单限比较器P1的输出端通过第五电阻R5连接三极管Q5的基极，三极管Q5的集电极通过第六电阻R6连接储能滤波电容C1的正极，三极管Q5的发射极连接储能滤波电容C1的负极并通过第七电阻R7连接三极管Q5的集电极，三极管Q5的集电极输出比较结果对应的控制信号；该第二电容C2的一端连接第一电阻R1的第二端，第二电容C2的另一端连接第八电阻R8的一端，第八电阻R8的另一端连接单限比较器P1的输出端。
上述设计的线性调整单元103在进行工作时，电压取样子单元1031对直流电压Vo进行采样，可得到采样电压信号Vcs，采样电压信号Vcs经过单限比较器P1，与预设的高精度电压(可设定为2.5V)进行比较，比较结果为Vc0电压信号，Vc0信号经过偏置放大电路进行放大得到Vc1信号，Vc1信号即为线性调整单元103输出的控制信号S1，该控制信号S1输出到动态阻抗单元104，用于调整动态阻抗单元的阻值大小，使流经动态阻抗单元的电流I2发生变化，当负载电流I1增大时I2减小，I1减小时I2增大，以保证I0＝I1+I2恒成立，从而使得直流电压Vo稳定。其中，该补偿子单元用于调节反馈环路稳定。
上述设计的偏置放大子单元1033，电阻为三极管Q5提供静态偏置点，使得三极管Q5一直工作在放大区间，并且采用单限比较器P1和偏置放大子单元1033结合，使得电路工作在实时状态，当电压Vo发生变化时可以立即线性调整，而不会有迟滞线性，从而保证了直流电压Vo一直保持高精度恒定，为低压臂输出的采样电压信号Vs的稳定提供了保证。
在上述过程中，线性调整单元103控制动态阻抗单元104的过程如下以使得直流电压Vo保持高精度恒定：
在最初状态时，直流电压为Vo，动态阻抗单元104和负载的干路电流为I0，负载电流为I1、动态阻抗单元104的电流为I2、动态阻抗假设此时的阻值为Rn，I0＝I1+I2，输入功率Po＝Vo*I0不变；当负载功率P1变大，则对应负载的等效电阻RL变小，使得I1变大，短时间内直流电压Vo有拉低的趋势，假设拉低后的直流电压为Vo’；此时线性调整单元103得到的采样电压信号Vcs变小，经过单限比较器P1比较后，比较结果Vco电压信号增大，比较结果Vco经过偏置放大后得到的Vc1减小，即S1变小，变小的控制信号S1传输给动态阻抗单元104，使得动态阻抗单元104调整其阻值R2增大，进而使得I2减小，使得Vo’上升，维持调整后的Rn与RL的并联阻抗与调整前相等。
在上述基础上，由Vo＝(I1+I2)*Rn//RL可知，由于调整前后Rn//RL即Rn和RL的并联阻抗不变，I1变大，I2减小，当I1与I2的和与调整前相同时电压Vo’＝Vo，由此，即可使得Vo保持高精度恒定。这里需要说明的是，当负载功率P1变小时，其与上述调整方式相反，这里不再赘述。
上述设计的线性调整单元103和动态阻抗单元104，使用负反馈调节电路对输出电压实时采样，利用单限比较的方式调节与负载并联支路的阻抗大小，环路中无迟滞滞回环节，因此，调整速度快，从而实现实时调节直流电压保持恒定不变。
在上述的基础上，进一步的，由于直流电压Vo保持恒压不变，直流电压Vo所对应的等效交流电压与恒压取能装置分得的交流电压Vi之间仅有整流二极管，因此二者的等效值之间仅相差两个二极管的管压降，而二极管的管压降与之流过的电流相关，从前面的推导公式可以看出，电流I0是恒定不变的，因此二极管的管压降也维持不变，相比之下二极管的压降远远小于所分电压Vi，可以忽略不计，所以恒压取能装置分得的交流电压Vi即是恒定电压，该电压等于直流电压Vo等效的交流电压与两个二极管压降之和。
通过如上设计的恒压取能装置10即可保障恒压取能装置10分得的电压Vi保持恒定，使得低压臂两端输出的采样电压与待测高压的电压呈现线性相关，使得通过对低压臂两端输出的采样电压进行量化即可计算出待测高压母线的电压，进而实现待测高压母线的电压测量。
在本实施例的可选实施方式中，如图6所示，该恒压取能装置10还包括限流单元105，该限流单元105与负载串联，以用于限制输出端的负载功率。
上述设计的实施方式，通过限流单元105控制输出端的负载功率，当负载端所需的功率超出输入端所能提供的功率时(I1>I0)，限制输出电流I1。
第二实施例
本申请提供一种电能计量设备，该电能计量设备可对高压母线的电能进行计量，图7以低压臂靠近待测高压母线A的图所示，该电能计量设备包括第一实施例中任一可选实施方式描述的电子式电压互感设备1、电压隔离单元2、相位补偿单元3、电流互感器4以及电能计算单元5，电流互感器4的一端与电能计算单元5连接，电流互感器4的另一端用于与待测高压母线A连接，待测高压母线穿过电流互感器4的中心，低压臂20与电压隔离单元2并联，电压隔离单元2与相位补偿单元3串联，相位补偿单元3与电能计算单元5串联，恒压取能装置10与电能计算单元5串联。
该电压隔离单元2将低压臂两端的输出的采样电压进行电气隔离；再传输给相位补偿单元3，该相位补偿单元3对电压隔离单元2传输的采样电压信号的相位偏移进行补偿生成补偿后的电压信号，并将补偿后的电压信号传输给电能计算单元5，该电流互感器4测量待测高压母线A的母线电流并传输给电能计算单元，该恒压取能装置10给电能计算单元5供电，该电能计算单元5根据母线电流、补偿后的电压信号以及恒压取能装置分得的待测高压母线的恒定电压计算待测高压母线的电压、电流、功率以及电能，具体的，根据补偿后的电压信号、恒压取能装置分得的待测高压母线的恒定电压、低压臂20阻抗、高压臂30和阻尼单元40的阻抗即可计算出待测高压母线的电压，进而基于高压母线的电压和母线电流即可计算出电能。其中，恒压取能装置分得的待测高压母线的恒定电压可提前配置在电能计算单元5中，低压臂20的阻抗、高压臂30和阻尼单元40的阻抗可以在选择低压臂20、高压臂30和阻尼单元40之后提前配置在电能计算单元5中。
在本实施例的可选实施方式中，该电压隔离单元2可包括第九电阻R9、隔离型电压互感器P2以及第十电阻R10，该相位补偿单元3可包括第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、放大器U1以及第三电容C3，该隔离型电压互感器P2的初级线圈的一端与低压臂20的一端连接，该隔离型电压互感器P2的初级线圈的另一端通过第九电阻R9与低压臂的另一端连接，该隔离型电压互感器P2的次级线圈的并联该第十电阻R10并且其次级线圈的一端通过电阻R11连接该放大器U1的反相输入端，该次级线圈的另一端连接该放大器U1的正相输入端，该放大器U1的反向输入端通过第十二电阻R12连接其输出端，该放大器U1的反向输入端依次串联第三电容C3以及第十三电阻R13后与其输出端连接。
在上述设计的具体电路中，低压臂20两端输出的采样电压信号Vs经过电阻R9和隔离线电压互感器P2的初级线圈转换为电流信号流经初级线圈，在隔离型电压互感器P2的次级线圈感应出1:1的电流信号，并通过电阻R10将转换后的电流信号转换为电压信号输出到相位补偿单元3，相位补偿单元3采用移相的方式对前端分压信号产生的相位偏移进行补偿，补偿信号(相位偏移修正后的Vs)输入电能计算单元5进行运算。在上述过程中，电压隔离单元2的作用在于实现初级与次级间电气隔离，使得次级间的参考地为浮地，从而使得恒压取能装置10可以直接给电能计算单元5供电。
在上述设计的电能计量设备中，由于其采用第一实施例设计的电子式电压互感设备，使得低压臂两端输出的采样电压与待测高压的电压呈现线性相关，使得通过对低压臂两端输出的采样电压进行量化即可计算出待测高压母线的电压，同时通过电流互感器得到待测高压母线的母线电流，即可结合待测高压母线的电压和母线电流即可计算得到待测高压母线的电能、电流、电压以及功率，使得设计的电能计算设备在完成电能取能的同时实现准确的电能计量。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电子式电压互感设备，其特征在于，包括恒压取能装置、低压臂、高压臂以及阻尼单元，所述恒压取能装置与低压臂串联，串联后的恒压取能装置和低压臂的一端与所述高压臂的一端串联，串联后的恒压取能装置和低压臂的另一端用于与待测高压母线连接，所述高压臂的另一端与所述阻尼单元的一端串联，所述阻尼单元的另一端用于与第二高压母线或地连接；
所述恒压取能装置，用于控制其分得的待测高压母线的电压实时保持恒定，以使低压臂两端输出的采样电压与待测高压母线的电压无迟滞的线性相关，以实现待测高压母线的交流电压的实时测量。
2.根据权利要求1所述的电子式电压互感设备，其特征在于，所述低压臂的一端与所述恒压取能装置串联后与所述高压臂串联，所述低压臂的另一端用于与待测高压母线连接。
3.根据权利要求1所述的电子式电压互感设备，其特征在于，所述恒压取能装置的一端与所述低压臂串联后与所述高压臂串联，所述恒压取能装置的另一端用于与待测高压母线连接。
4.根据权利要求1所述的电子式电压互感设备，其特征在于，所述恒压取能装置包括：
全波整流单元，其与所述低压臂串联，以用于将分得的高压母线的电压整流为脉动的直流；
储能滤波电容，其与所述全波整流单元连接，以用于将所述脉动的直流转化为平滑的直流电压；
线性调整单元，所述线性调整单元与所述储能滤波电容以及负载并联，所述线性调整单元用于对所述直流电压进行采样，得到采样直流电压信号，将所述采样直流电压信号与预设电压比较以输出对应的比较结果，并根据所述比较结果输出对应的控制信号；
动态阻抗单元，其与所述线性调整单元并联并且其与所述线性调整单元的控制信号输出端连接，所述动态阻抗单元用于根据所述线性调整单元输出的控制信号调整自身的阻值大小，以使负载电流与动态阻抗单元的电流之和恒定。
5.根据权利要求4所述的电子式电压互感设备，其特征在于，所述线性调整单元包括电压取样子单元、单限比较子单元、补偿子单元以及偏置放大子单元，所述电压取样子单元与所述储能滤波电容并联，所述单限比较子单元与所述电压取样子单元连接，所述补偿子单元与所述单限比较子单元并联，所述单限比较子单元与所述偏置放大子单元连接；
所述电压取样子单元，用于对所述储能滤波电容输出的直流电压进行采样，得到采样直流电压信号；
所述单限比较子单元，用于将采样直流电压信号与其内部的预设电压比较并向所述偏置放大子单元输出比较结果；
所述补偿子单元，用于对所述单限比较子单元的输出结果信号进行补偿；
所述偏置放大子单元，用于对所述比较结果进行放大，以输出所述比较结果对应的控制信号。
6.根据权利要求5所述的电子式电压互感设备，其特征在于，所述电压取样子单元包括第一电阻和第二电阻，所述单限比较子单元包括单限比较器，所述偏置放大子单元包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻以及三极管，所述补偿子单元包括第二电容和第八电阻；
所述第一电阻的第一端与所述储能滤波电容的正极连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻连接后与所述储能滤波电容的负极连接，所述单限比较器的正向输入端与所述第一电阻的第二端连接，所述单限比较器的输出端通过所述第三电阻连接所述储能滤波电容的正极，所述单限比较器的输出端通过所述第四电阻连接所述储能滤波电容的负极，所述第二电容的第一端与所述单限比较器的正向输入端连接，所述第二电容的第二端与所述第八电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端与所述单限比较器的输出端连接，所述单限比较器的输出端通过所述第五电阻连接所述三极管的基极，所述三极管的集电极通过第六电阻连接所述储能滤波电容的正极，所述三极管的发射极连接所述储能滤波电容的负极并通过第七电阻连接所述三极管的集电极，所述三极管的集电极输出所述比较结果对应的控制信号。
7.根据权利要求4所述的电子式电压互感设备，其特征在于，所述恒压取能装置还包括限流单元，所述限流单元与所述负载串联，以用于限制输出端的负载功率。
8.一种电能计量设备，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的电子式电压互感设备、电压隔离单元、相位补偿单元、电流互感器以及电能计算单元，所述电流互感器的一端与电能计算单元连接，所述电流互感器的另一端用于与所述待测高压母线连接，所述待测高压母线穿过所述电流互感器中心，所述低压臂与所述电压隔离单元并联，所述电压隔离单元与所述相位补偿单元串联，所述相位补偿单元与电能计算单元串联，所述恒压取能装置与所述电能计算单元串联；
所述电压隔离单元，用于将低压臂两端的输出的采样电压信号传输给所述相位补偿单元并实现电气隔离；
所述相位补偿单元，用于对所述电压隔离单元传输的采样电压信号的相位偏移进行补偿生成补偿后的电压信号，并将补偿后的电压信号传输给电能计算单元；
所述电流互感器，用于测量所述待测高压母线的母线电流并传输给所述电能计算单元；
所述恒压取能装置，用于给电能计算单元供电；
所述电能计算单元，用于根据母线电流、补偿后的电压信号以及恒压取装置分得的待测高压母线的恒定电压计算待测高压母线的电压、电流、功率以及电能。
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