CN117269598A - 一种多回路电能表和电能计量系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电能计量领域，公开了一种多回路电能表和电能计量系统，包括：微处理器、电压转换电路和计量单元；计量单元的数量为多个，分别设置于各待测回路处，以采集电能信号；微处理器与计量单元连接，以获取电能信号，并根据电能信号生成电能值；电压转换电路的输入端与电源连接，以获取电源信号并将电源信号转换为供电电压，电压转换电路的输出端与微处理器连接，以通过供电电压为微处理器供电。本申请通过多个计量单元分别获取各待测回路的电能信号，并根据电能信号生成电能值，从而对同一区域内的多个供电回路通过的电能进行计量，通过单个的微处理器实现多个回路的电能计量，降低设备成本。仅单个电压转换电路供电，进一步降低硬件成本。

Description

一种多回路电能表和电能计量系统

技术领域

本申请涉及电能计量领域，特别是涉及一种多回路电能表和电能计量系统。

背景技术

随着通信网络的快速发展，通信基站的数量也随之增加。各通信基站内均存在大量的供电电路，由于不同供电电路的用电量不同且电路归属不同，为了满足用户对用电量透明的需求，需要在通信基站内设置多个电能表以分别计量各个供电电路的电能值。图1为传统直流电流表结构图，如图1所示，电能表中包括微控制单元（Microcontroller Unit，MCU）、电压转换电路2、通信单元和计量单元3等，其中，计量单元3与被测回路连接，以对流经回路的电能值进行计量；电压转换电路2包括多个子供电回路，各子供电回路分别为电能表中的各个单元供电。

图2为同一区域内多电能表的供电示意图，如图2所示，当需要使用多个电能表时，大多通过48V电源直接为各个电能表供电，因此，需要在各电能表内均设置电压转换电路2，以为电能表内部其他模块供电。当电能表数量过多时，供电电路的成本也随之增加。

由此可见，如何提供一种新的多回路电能表，以降低测量同一区域内多个回路时的硬件成本，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本申请的目的是为了解决现有的多回路电能计量系统中为各个电能表分别供电时，由于子供电回路数量较多导致供电电路的成本增加的问题，因此，本申请提供了一种多回路电能表和电能计量系统，以降低测量同一区域内多个回路时的硬件成本。

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种多回路电能表，包括：

微处理器、电压转换电路和计量单元；其中，所述计量单元的数量为多个；

各所述计量单元设置于待测回路处，以采集各所述待测回路的电能信号；

所述微处理器与各所述计量单元连接，以获取各所述电能信号，并根据所述电能信号生成电能值；

所述电压转换电路的输入端与电源连接，以获取电源信号并将所述电源信号转换为供电电压，所述电压转换电路的输出端与所述微处理器连接，以通过所述供电电压为所述微处理器供电。

在一些实施例中，所述电压转换电路包括：

变压器、开关管和第一防反二极管；

所述变压器的原边绕组的第一端与所述电源连接，以获取所述电源信号，所述变压器的原边绕组的第二端与所述开关管的第一端连接，所述开关管的第二端接地，所述开关管的控制端与所述微处理器（1）连接；

所述变压器的副边绕组的第一端与所述第一防反二极管的阳极连接，所述第一防反二极管的阴极与所述微处理器连接。

在一些实施例中，还包括第一雷击防护电路和第二雷击防护电路；

所述第一雷击防护电路的第一端与所述电源连接，所述第一雷击防护电路的第二端与所述变压器的原边绕组的第一端连接；

所述第二雷击防护电路的第一端与所述电压转换电路的输出端连接，所述第二雷击防护电路的第二端与各所述计量单元连接，以为各所述计量单元供电。

在一些实施例中，所述第一雷击防护电路、所述第二雷击防护电路均包括：

压敏电阻、热敏电阻、第二防反二极管和电容；

所述压敏电阻的第一端与所述电源、所述热敏电阻的第一端均连接，所述压敏电阻的第二端接地；

所述热敏电阻的第二端与所述第二防反二极管的阳极连接，所述第二防反二极管的阴极作为雷击防护电路的输出端。

在一些实施例中，还包括电磁兼容保护电路；

所述电磁兼容保护电路的第一端与所述电源连接，所述电磁兼容保护电路的第二端与所述微处理器连接。

在一些实施例中，还包括第一通信单元；

所述第一通信单元与所述微处理器连接，以获取所述电能值，并将所述电能值发送至远端服务器。

在一些实施例中，还包括显示单元，所述显示单元与所述微处理器连接，以获取所述电能值并显示。

在一些实施例中，所述计量单元包括霍尔元件和第二通信单元；

所述霍尔元件设置于所述待测回路处，以获取流经所述待测回路的电流检测值；

所述第二通信单元与所述霍尔元件连接，以获取所述电流检测值并发送至所述微处理器。

在一些实施例中，还包括故障检测单元；

各所述故障检测单元分别设置于各所述计量单元处，以获取所述计量单元的工作状态，并根据所述工作状态判断所述计量单元是否存在故障；

若存在故障，则将所述计量单元的身份信息发送至所述微处理器。

为了解决上述技术问题，本申请还提供了一种电能计量系统，包括所述的多回路电能表。

本申请提供了一种多回路电能表，包括：微处理器、电压转换电路和计量单元；其中，计量单元的数量为多个；各计量单元设置于待测回路处，以采集各待测回路的电能信号；微处理器与计量单元连接，以获取电能信号，并根据电能信号生成电能值；电压转换电路的输入端与电源连接，以获取电源信号并将电源信号转换为供电电压，电压转换电路的输出端与微处理器连接，以通过供电电压为微处理器供电。由此可见，本申请所提供的技术方案，通过多个计量单元分别获取各个待测回路的电能信号，并根据电能信号生成电能值，从而对同一区域内的多个供电回路通过的电能进行计量，相较于现有技术中使用多台电能表的计量方式，通过单个的微处理器实现多个回路的电能计量，降低设备成本。同时，仅需要单个的电压转换电路即可为微处理器供电，从而减少了电压转换电路的数量，进一步降低了硬件成本。

此外，本申请还提供了一种电能计量系统，包括上述多回路电能表，效果同上。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为传统直流电流表结构图；

图2为同一区域内多电能表的供电示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种多回路电能表的结构图；

图4为本申请实施例所提供的一种电压转换电路的结构图；

图5为本申请实施例所提供的一种雷击防护电路的结构图；

附图标记如下：1为微处理器、2为电压转换电路、3为计量单元。

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通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，都属于本申请保护范围。

本申请的核心是提供一种多回路电能表和电能计量系统，以降低测量同一区域内多个回路时的硬件成本。

随着通信网络的快速发展，通信基站的数量也随之增加。各通信基站内均存在大量的供电电路，由于不同供电电路的用电量不同且电路归属不同，为了满足用户对用电量透明的需求，需要在通信基站内设置多个电能表以分别计量各个供电电路的电能值。为了保证各个电能表的正常工作，需要使用多个电压转换电路2分别为各个电能表供电。其中，电压转换电路2中包括多个子供电回路，分别为电能表中的各个单元（例如：通信单元、霍尔传感器、直流计量模块等）供电。但当同一区域内需要测量的供电回路的数量过多时，需要设置多个电能表，相应的，子供电回路的数量也随之增加，导致硬件成本升高。为了解决这一技术问题，本申请提供了一种本申请提供了一种多回路电能表，通过多个计量单元3分别获取各个待测回路的电能信号，并根据电能信号生成电能值，从而对同一区域内的多个供电回路通过的电能进行计量，相较于现有技术中使用多台电能表的计量方式，通过单个的微处理器1实现多个回路的电能计量，降低设备成本。同时，仅需要单个的电压转换电路2即可为微处理器1供电，从而减少了电压转换电路2的数量，进一步降低了硬件成本。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

图3为本申请实施例所提供的一种多回路电能表的结构图，如图3所示，该多回路电能表包括：微处理器1、电压转换电路2和计量单元3；其中，计量单元3的数量为多个；各计量单元3设置于待测回路处，以采集各待测回路的电能信号；微处理器1与各计量单元3连接，以获取各电能信号，并根据电能信号生成电能值；电压转换电路2的输入端与电源连接，以获取电源信号并将电源信号转换为供电电压，电压转换电路2的输出端与微处理器1连接，以通过供电电压为微处理器1供电。

在具体实施中，多回路电能表包括多个计量单元3，各计量单元3设置于相应的待测回路处，以获取流经待测回路的电能值。电压转换电路2与48V直流供电线路连接，以获取电源信号，从而为多回路电能表中的各个功能模块供电。如图3所示，本申请所提供的多回路电能表包括设置于表头模块中的微处理器1和电压转换电路2、用于与远程服务器传输数据的通信单元和传感器单元，以及设置于各待测回路处的计量单元3。可以理解的是计量单元3可以通过本申请方案所提供的电压转换电路2集中供电，也可以利用待测回路所提供的电压信号或其他电源供电。但在测量过程中，为了保证测量的准确性，计量单元3必须设置于待测回路处，而各个计量单元3所设置的位置不同，若均采用表头模块处的电压转换电路2供电，可能会导致供电线路过长，使供电成本进一步升高，因此，本实施例中选用后一种方案。

由于本发明的多回路直流表采用模块化设计方式，为兼顾其供电可靠性以及降低成本要求，各直流模块采用单独供电方式，避免单个模块短路故障时影响其它模块正常工作。多回路直流表的表头模块内的电源系统为通信模块、霍尔传感器以及表头内的模块电路供电。各直流计量单元3则由各自内部的电源电路进行供电，可有效提高模块供电可靠性。

在具体实施中，为了进一步提高电能检测装置的安全性，还需要为电能检测装置的各个单元设置雷击防护电路，以防止雷击导致装置损坏。

可以理解的是，电压转换模块获取48V直流总线提供的电源信号后，经过隔离直流转换电路对电源信号进行处理，以生成12V直流电信号，从而为多回路电能表中的各个功能单元供电。各个功能单元（例如：微处理器1、通信单元等）内部的电压转换电路2将12V直流电信号转换为5V直流电信号，以保证设备的正常工作。

本实施例提供了一种多回路电能表，包括：微处理器、电压转换电路和计量单元；其中，计量单元的数量为多个；各计量单元设置于待测回路处，以采集各待测回路的电能信号；微处理器与计量单元连接，以获取电能信号，并根据电能信号生成电能值；电压转换电路的输入端与电源连接，以获取电源信号并将电源信号转换为供电电压，电压转换电路的输出端与微处理器连接，以通过供电电压为微处理器供电。由此可见，本申请所提供的技术方案，通过多个计量单元分别获取各个待测回路的电能信号，并根据电能信号生成电能值，从而对同一区域内的多个供电回路通过的电能进行计量，相较于现有技术中使用多台电能表的计量方式，通过单个的微处理器实现多个回路的电能计量，降低设备成本。同时，仅需要单个的电压转换电路即可为微处理器供电，从而减少了电压转换电路的数量，进一步降低了硬件成本。

图4为本申请实施例所提供的一种电压转换电路的结构图，如图4所示，该电路包括变压器、开关管Q和第一防反二极管D1；变压器的原边绕组的第一端与电源连接，以获取电源信号，变压器的原边绕组的第二端与开关管Q的第一端连接，开关管Q的第二端接地；变压器的副边绕组的第一端与第一防反二极管D1的阳极连接，第一防反二极管D1的阴极与微处理器1连接。

需要注意的是，开关管Q的控制端与外界控制器连接，以在外界控制器的控制下导通或关断，从而控制电压转换电路2的工作状态。与开关管Q控制端连接的外接控制器可以为额外设置的控制器，以提高电路的稳定性，防止微处理器1集成的功能过多；也可以复用电能检测装置的微处理器1以进一步降低设备成本，此处不做限定。

如图4所示，本实施例所提供的电压转换电路2为反激式电路。当开关管导通时，输入电压（DCIN）通过变压器原边绕组-开关管-GND所形成的回路给原边绕组充能，此时副边绕组的二极管处于反向截止状态，能量会存储在变压器磁芯中。当开关管关断时，变压器原边会感应出下正上负的电压，此时变压器副边二极管处于导通状态，磁芯中的能量会在副边释放给负载提供能量。

需要注意的是，本实施例中所指出的开关管的第一端和第二端为除开关管控制端外的任一端。

在本实施例中，通过采用电路简单且体积较小的反激式开关电源作为电压转换电路，以进一步降低电路的硬件成本。同时，反激式开关电源具有误差信号幅度比较低、误差信号放大器的增益和动态范围较小的优点，进一步提高电压转换电路的性能。

在具体实施中，为了保证多回路电能表的安全，防止外界影响（例如：雷击等极端天气或元器件导致电压快速升高）产生的浪涌电流对设备的产生影响，还需要为多回路电能表设备保护电路。

在上述实施例的基础上，本申请所提供的多回路电能表还包括第一雷击防护电路和第二雷击防护电路，第一雷击防护电路的第一端与电源连接，第一雷击防护电路的第二端与变压器的原边绕组的第一端连接；第二雷击防护电路的第一端与电压转换电路2的输出端连接，以获取电压转换电路2输出的12V直流电压从而为相应的计量单元供电，第二雷击防护电路的第二端与各计量单元3连接，以为各计量单元3供电。在本实施例中，对第一雷击防护电路和第二雷击防护电路的具体结构不做限定，第一雷击防护电路与第二雷击防护电路可以为相同结构的电路，也可以为不同结构的电路。需要注意的是，由于本申请方案中所提供的多回路电能表的电压转换电路2仅有一个，而计量单元3的数量有多个，相应的，第一雷击防护电路的数量也为一个，而第二雷击防护电路的数量为多个。

在具体实施中，各计量单元3内设置有多个传感器，以获取被测回路的相关电信号。传感器所采集到的信息可以通过有线连接的方式发送至微处理器，也可以通过无线连接的方式发送至微处理器，此处不做限定。计量单元3内的电压转换电路获取表头处电压转换电路2所输出的12V直流电压，并将其转换为5V直流电压，从而为各传感器供电。

在本实施例中，通过在电压转换电路2与供电电路（48V直流总线）间、各计量单元3与供电电路间分别设置第一雷击防护电路和第二雷击防护电路，以防止外界环境导致设备损坏，提高多回路电能表的安全性和可靠性。

在上述实施例的基础上，第一雷击防护电路、第二雷击防护电路均包括：压敏电阻R2、热敏电阻R1、第二防反二极管D2和电容；压敏电阻R2的第一端与电源、热敏电阻R1的第一端均连接，压敏电阻R2的第二端接地；热敏电阻R1的第二端与第二防反二极管D2的阳极连接，第二防反二极管D2的阴极作为雷击防护电路的输出端。

图5为本申请实施例所提供的一种雷击防护电路的结构图，如图5所示，本实施例所提供的雷击防护电路包括压敏电阻R2、热敏电阻R1和第二防反二极管D2，其中，压敏电阻R2的阻值随回路中电压的升高而增大，当待测回路中存在雷击浪涌电压时，压敏电阻R2保证残留电压在100V作用，以保护后级电路，防止后级电路因为浪涌电压而损坏。热敏电阻R1起限流作用，防止后级电路短路烧坏模块。

进一步的，为了提高雷击防护电路的安全性和可靠性，防止电路反接导致雷击防护电路损坏，在雷击防护电路中还设置有第二防反二极管D2。

在具体实施中，由于多回路电能表的工作环境多种多样，当多回路电能表处于基站、电场等磁场干扰较强的环境中时，可能会受磁场影响，导致设备精度和稳定性降低。

为了解决这一技术问题，在上述实施例的基础上，本申请所提供的多回路电能表还包括电磁兼容保护电路；电磁兼容保护电路的第一端与电源连接，电磁兼容保护电路的第二端与微处理器1连接。

在具体实施中，为了使用户能够更方便的查看流经待测回路的电能值，多回路电能表还需要设置显示单元和人机交互单元，显示单元与微处理器1连接，以获取电能值并显示。用户可以通过人机交互单元向微处理器1发送控制指令，并通过显示单元查看不同待测回路的电能值。其中，人机交互单元可以为键盘或鼠标，也可以使用触摸屏同时作为人机交互单元和显示单元，此处不做限定。

在具体实施中，多回路电能表通常将数据保存在本地，当本地存储设备发生故障时，可能导致数据丢失，为了保证数据安全，多回路电能表还包括第一通信单元；第一通信单元与微处理器1连接，以获取电能值，并将电能值发送至远端服务器。其中，第一通信单元可以为WIFI通信单元、蓝牙通信单元或5G通信单元，此处不做限定。

进一步的，设置于待测回路处的计量单元3通过霍尔元件获取流经待测回路的电能值，并将获取到的数据发送至微处理器1，计量单元3可以通过有线方式与微处理器1连接，也可以通过无线方式与微处理器1连接，此处不做限定。

作为优选的实施例，计量单元3包括霍尔元件和第二通信单元；霍尔元件设置于待测回路处，以获取流经待测回路的电流检测值；第二通信单元与霍尔元件连接，以获取电流检测值并发送至微处理器1。在具体实施中，第二通信单元可以为总线通信单元、WIFI通信单元、蓝牙通信单元或5G通信单元，此处不做限定。

可以理解的是，在多回路电能表工作过程中，保证获取的电能值的准确性尤为重要，当计量单元3发生故障时，可能会导致产生的电能信号存在错误，因此，为了解决这一问题，在上述实施例的基础上，多回路电能表还包括故障检测单元，各故障检测单元分别设置于各计量单元3处，以获取计量单元3的工作状态，并根据工作状态判断计量单元3是否存在故障；若存在故障，则将计量单元3的身份信息发送至微处理器1。

在具体实施中，故障检测单元可以为与计量单元3相同，通过比较故障检测单元和计量单元3的电能信号的差值是否小于误差阈值，若小于误差阈值，则表明计量单元3正常工作，若不小于误差阈值，则表明计量单元3存在故障。

此外，故障检测单元还可以为状态检测装置，计量单元3在每个检测周期内主动向故障检测单元发送状态信息，当故障检测单元未接收到计量单元3发送的状态信息时，则表明计量单元3存在故障，应及时发送告警信息，以便于管理人员及时维护。

在本实施例中，通过设置故障检测单元判断计量单元是否存在故障，以及时发现故障的计量单元并维护，从而提高多回路电能表的稳定性和可靠性。

为了解决上述技术问题，本申请还提供了一种电能计量系统，包括上述的多回路电能表。本实施例中提供了一种电能计量系统，包括上述的多回路电能表。该多回路电能表包括：微处理器、电压转换电路和计量单元；其中，计量单元的数量为多个；各计量单元设置于待测回路处，以采集各待测回路的电能信号；微处理器与计量单元连接，以获取电能信号，并根据电能信号生成电能值；电压转换电路的输入端与电源连接，以获取电源信号并将电源信号转换为供电电压，电压转换电路的输出端与微处理器连接，以通过供电电压为微处理器供电。由此可见，本申请所提供的技术方案，通过多个计量单元分别获取各个待测回路的电能信号，并根据电能信号生成电能值，从而对同一区域内的多个供电回路通过的电能进行计量，相较于现有技术中使用多台电能表的计量方式，通过单个的微处理器实现多个回路的电能计量，降低设备成本。同时，仅需要单个的电压转换电路即可为微处理器供电，从而减少了电压转换电路的数量，进一步降低了硬件成本。

以上对本申请所提供的多回路电能表和电能计量系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，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。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种多回路电能表，其特征在于，包括：

微处理器（1）、电压转换电路（2）和计量单元（3）；其中，所述计量单元（3）的数量为多个；

各所述计量单元（3）设置于待测回路处，以采集各所述待测回路的电能信号；

所述微处理器（1）与各所述计量单元（3）连接，以获取各所述电能信号，并根据所述电能信号生成电能值；

所述电压转换电路（2）的输入端与电源连接，以获取电源信号并将所述电源信号转换为供电电压，所述电压转换电路（2）的输出端与所述微处理器（1）连接，以利用所述供电电压为所述微处理器（1）供电。

2.根据权利要求1所述的多回路电能表，其特征在于，所述电压转换电路（2）包括：

变压器、开关管和第一防反二极管；

所述变压器的原边绕组的第一端与所述电源连接，以获取所述电源信号，所述变压器的原边绕组的第二端与所述开关管的第一端连接，所述开关管的第二端接地，所述开关管的控制端与所述微处理器（1）连接；

所述变压器的副边绕组的第一端与所述第一防反二极管的阳极连接，所述第一防反二极管的阴极与所述微处理器（1）连接。

3.根据权利要求2所述的多回路电能表，其特征在于，还包括第一雷击防护电路和第二雷击防护电路；

所述第一雷击防护电路的第一端与所述电源连接，所述第一雷击防护电路的第二端与所述变压器的原边绕组的第一端连接；

所述第二雷击防护电路的第一端与所述电压转换电路（2）的输出端连接，所述第二雷击防护电路的第二端与各所述计量单元（3）连接，以为各所述计量单元（3）供电。

4.根据权利要求3所述的多回路电能表，其特征在于，所述第一雷击防护电路、所述第二雷击防护电路均包括：

压敏电阻、热敏电阻、第二防反二极管和电容；

所述压敏电阻的第一端与所述电源、所述热敏电阻的第一端均连接，所述压敏电阻的第二端接地；

所述热敏电阻的第二端与所述第二防反二极管的阳极连接，所述第二防反二极管的阴极作为雷击防护电路的输出端。

5.根据权利要求1所述的多回路电能表，其特征在于，还包括电磁兼容保护电路；

所述电磁兼容保护电路的第一端与所述电源连接，所述电磁兼容保护电路的第二端与所述微处理器（1）连接。

6.根据权利要求1至5任一项所述的多回路电能表，其特征在于，还包括第一通信单元；

所述第一通信单元与所述微处理器（1）连接，以获取所述电能值，并将所述电能值发送至远端服务器。

7.根据权利要求1所述的多回路电能表，其特征在于，还包括显示单元，所述显示单元与所述微处理器（1）连接，以获取所述电能值并显示。

8.根据权利要求1所述的多回路电能表，其特征在于，所述计量单元（3）包括霍尔元件和第二通信单元；

所述霍尔元件设置于所述待测回路处，以获取流经所述待测回路的电流检测值；

所述第二通信单元与所述霍尔元件连接，以获取所述电流检测值并发送至所述微处理器（1）。

9.根据权利要求6所述的多回路电能表，其特征在于，还包括故障检测单元；

各所述故障检测单元分别设置于各所述计量单元（3）处，以获取所述计量单元（3）的工作状态，并根据所述工作状态判断所述计量单元（3）是否存在故障；

若存在故障，则将所述计量单元（3）的身份信息发送至所述微处理器（1）。

10.一种电能计量系统，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的多回路电能表。