CN201159748Y - 一种智能电力计量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能电力计量装置，包括高压侧电子组合式互感器计量箱、高压侧开关装置控制单元、高压侧PCM光电数字复用单元；低压侧PCM光电数字复用单元、低压侧开关装置控制单元、预付费计量单元和电力负荷管理单元。高压母线先后接入计量箱、高压侧开关装置，计量箱与高压侧PCM光电数字复用单元相连，再通过电缆、光缆送到低压侧PCM光电数字复用单元，该复用单元分别与低压侧开关装置控制单元、计量单元相连，然后与电力负荷管理单元连接。本实用新型可在预付电费后通过电能计量，对开关装置进行断通控制，满足电力系统高精度计量与继电保护暂态特性的要求，适应电力计量与保护的光纤化、数字化和网络化的发展。

Description

一种智能电力计量装置

技术领域

本实用新型涉及一种电能计量装置，特别涉及一种通过预付电费才能得到电力供应的智能电力计量装置，属于中高压电能计量技术领域。

背景技术

随着我国国民经济的快速增长，供电网覆盖了全国，但用电设备的分布十分零散，为了及时收取分散使用的用电设备的电费，防止窃电，需要一种新型电力计量装置，该装置既能精确计量电能，又能按先付费后使用的方式消费电力，电费用完后如不预付电费则经告警切断电力供应。

现有的电力计量装置是将高压母线上的电流和电压一次参数通过传统的电力电流和电压互感器转变为二次信号，该二次信号送入电能表的输入端，经过表内的第二级电流和电压互感器转换为小幅度信号后再输入到计量芯片进行计量运算和显示，即现有的电力计量装置需要两级电力互感器进行电能参数转换，现有的电力计量装置所使用的电力互感器主要缺陷是：体积大、重量重；高压互感器因采用绝缘油或六氟化硫气体绝缘，存在着气体泄漏引起爆炸的潜在危险；存在铁磁饱和与铁磁谐振的不良影响；动态范围小、频带窄；制造成本随着电网电压电流等级的提高成几何级数增加；二次线圈带负载能力差带来二次线损压降给电能表计量造成较大的误差。这种结构的电能计量装置在中高压电力计量上深受传统电力互感器固有缺点的严重影响，也不具备智能计量的功能。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种光电数字智能电力计量装置，取代现有的电力互感器组合式计量箱，电力母线的电能参数只需经一次变换，通过数字化和光纤化处理，就能完成电能数据的传输、计量计算、显示耗用的电能，并具有开通、切断电力供应的功能。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种智能电力计量装置，它包括高压侧电子组合式互感器计量箱、高压侧开关装置控制单元、高压侧高精度多路PCM光电数字复用单元；低压侧高精度多路PCM光电数字复用单元、低压侧开关装置控制单元、预付费计量单元和电力负荷管理单元。高压母线接入电子组合式互感器计量箱和高压侧开关装置控制单元，电子组合式互感器计量箱与高压侧高精度多路PCM光电数字复用单元相连，该高压侧高精度多路PCM光电数字复用单元通过电缆、光缆与低压侧高精度多路PCM光电数字复用单元的相连，该低压侧高精度多路PCM光电数字复用单元分别与低压侧开关装置控制单元、预付费计量单元相连，低压侧开关装置控制单元通过预付费计量单元与电力负荷管理单元相连。高压母线电流和电压参数通过电子组合式互感器计量箱感应和分压出的电流、电压的二次信号输送到低压侧高精度多路PCM光电数字复用单元；然后通过低压侧PCM高精度多路光电数字复用单元的发送接口将电力负荷管理单元的控制信号反馈到高压侧高精度多路PCM光电数字复用单元、高压侧开关装置控制单元，用以控制电力开关的断合。

本实用新型的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

前述的一种智能电力计量装置，其中所述的电子组合式互感器计量箱包括两个感应电流互感器、两个感应电压互感器、高压供电模块、调理模块。所述两个感应电流互感器分别串接在高压母线的A相和C相中，各自的输出端分别与调理模块相连。所述两个感应电压互感器分别跨接在高压母线的A相和C相间，各自的输出端分别与调理模块相连。所述高压供电模块跨接在高压母线的A相和C相间，所述高压供电模块的输出端接开关装置控制单元和调理模块，两个感应电流互感器和两个感应电压互感器用于传感高压母线的电能数据，调理模块用于对互感器输出数据进行处理，高压供电模块给高压侧调理模块和开关装置控制单元供电。

前述的一种智能电力计量装置，其中所述高压侧高精度多路PCM光电数字复用单元、低压侧高精度多路PCM光电数字复用单元分别包括PCM编译码器、帧同步信号产生器、抽样信号产生器、晶振。二路电流和二路电压二次信号输入到发送接收接口，经抽样信号产生器抽样，再经过帧同步信号产生器、晶振量化，PCM编译码器编码，下行传输由高精度多路PCM光电数字复用单元解码还原成原始信号输入预付费计量单元，上行传输与下行传输相同。

前述的一种智能电力计量装置，其中所述高压侧开关装置控制单元包括高压侧开关装置和高压控制电路。所述低压侧开关装置控制单元包括低压控制模块。所述低压控制模块接收预付费计量单元输出的信号，经低压控制模块输送到高压控制模块，控制电力开关的断合。

前述的一种智能电力计量装置，其中所述预付费计量单元包括型号为ATT7022全数字电能计量芯片、型号为AT89LV51的单片机MCU和型号为DMC24138的LCD显示模块。电能计量芯片对电能信号采样，输出脉冲经单片机MCU计量，并通过LCD显示模块实时显示用户电量，同时将信号输送到电力负荷管理单元。

前述的一种智能电力计量装置，其中所述电力负荷管理单元包括采集模块和数据处理模块，所述采集模块包括通信电路、型号为89C51的CPU、存储电路、脉冲输入电路。所述数据处理模块包括通信电路、存储电路、时钟电路，型号为AT89C51的CPU，还包括GPRS模块。采集模块将计量单元输送的脉冲经光电隔离、整形后输入到CPU，转换成相应的计量单位存储到存储电路中，还能采集远程监测的电量信息。采集模块的通信电路将电量信息输送到数据处理模块的通信电路中，数据处理模块抄取采集模块中的数据，并将数据存储于存储电路中，还将数据通过GPRS模块传至供电管理中心。

本实用新型将传统的8根电量数据传输线减少为一根光缆或电缆传输线，将现有的电能表的表外电力互感器一次电能参数传感、表内二级互感器减幅变为一次电能参数传感，并将电能计量和显示功能融为一体，直接从中高压电力输电线路上传感电能参数。采用电子组合式互感器计量箱，应用光/电传输手段，通过高精度多路PCM时分复用单元，将高压侧的电能参数变换为四组与母线电能参数成高线性度的低幅值二次电流/电压参数信息传输到低压侧的计量单元，完成电能计量所需的四路电能数据传输、计量计算与显示。

本实用新型可根据用户需求和控制室距采样点的远近，灵活采用光/电传输和模拟/数字处理方式，传输的距离不受限制。同时通过低压侧高精度多路PCM光电数字复用单元，将控制信号上传，完成对开关装置的开合控制，通过高压侧高精度多路PCM时分复用单元，将四路电能数据复合成一路，通过光/电传输信道传输到预付费计量单元，在低压侧高精度多路PCM时分复用单元还原成四路低幅值信号，直接进入计量芯片进行电能计算。本实用新型改变了现有电力电能表与母线电力互感器分离的模式带来的弊端，解决了传统电能表需要进行两次互感器参数变换而引入较大的计量误差，丰富了电能计量功能，提高了设备的计量准确度，增加了电力计量系统的安全稳定性。

本实用新型的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。

附图说明

图1是本实用新型的方框图。

图2是电子组合式互感器计量箱的方框图。

图3是开关装置控制单元方框图。

图4是高精度多路PCM光电数字复用单元方框图。

图5是预付费计量单元方框图。

图6是电力负荷管理单元方框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型式作详细说明。

如图1所示，本实用新型包括装在输电塔上的高压侧电子组合式互感器计量箱1、高压侧开关装置控制单元2、高压侧高精度多路PCM光电数字复用单元3；装在地面上的低压侧的高精度多路PCM光电数字复用单元4、低压侧开关装置控制单元5、预付费计量单元6和电力负荷管理单元7。高压母线接入到高压侧电子组合式互感器计量箱1和高压侧开关装置开关装置2，高压侧电子组合式互感器计量箱1与高压侧高精度多路PCM光电数字复用单元2相连，该高压侧高精度多路PCM光电数字复用单元3通过电缆、光缆与装在地面上的低压侧高精度多路PCM光电数字复用单元4相连，低压侧高精度多路PCM光电数字复用单元4分别与开关装置控制单元5、预付费计量单元6相连，低压侧开关装置控制单元5通过预付费计量单元6与电力负荷管理单元7相连。

如图2所示，在电子组合式互感器计量箱1中，两个感应电流互感器11分别串接在高压母线的A相和C相中，两个感应电压互感器12跨接在高压母线的相间，在电子组合式互感器计量箱1中，还有高压供电模块13、调理模块14，高压供电模块13的输出端通开关装置控制单元2，调理模块14用于对互感器输出数据进行处理。高压供电模块13给高压侧调理模块14和高压侧开关装置控制单元2供电。

在高压侧输变电母线的电流和电压电能参数，通过电流互感器11、电压互感器12感应和分压出与母线电流电压成线性关系的二组电流信号和二组电压信号，这四组信号送到高精度多路时分复用数字传输单元3的高压侧输入端，经光数字处理后从发送接口传输到地面低压侧高精度多路时分复用数字传输单元4的输入端，分解还原成二路电流与二路电压信号输入到预付费计量单元6进行电量计算，再通过预付费计量单元6的RS-485串口，将电量数据分别送入LCD显示模块63和电力负荷管理单元7，向用户显示耗用的电量，同时电量数据由电力负荷管理单元7经GPRS模块73上传到供电公司的用电管理中心。

如图3所示，高压侧开关装置控制单元2包括高压侧开关装置21和高压控制电路22；低压侧开关装置控制单元5包括低压控制模块51。低压控制模块51接收预付费计量单元6输出的信号经低压控制模块51输送到高压控制模块22，控制电力开关的断合。

如图4所示，高压侧高精度多路PCM光电数字复用单元3和低压侧高精度多路PCM光电数字复用单元4均包括PCM编译码器32、帧同步信号产生器33、抽样信号产生器34、晶振35。二路电流和二路电压二次信号输入到发送接收接口31，经抽样信号产生器34抽样，帧同步信号产生器33、晶振35量化，PCM编译码器32编码，下行传输由低压侧高精度多路PCM光电数字复用单元4还原成原始信号输入预付费计量单元6。

如图5所示，预付费计量单元6包括型号为ATT7022全数字电能计量芯片61、型号为AT89LV51的单片机MCU 62和型号为DMC24138的LCD显示模块63；电能计量芯片61对电能信号采样，输入为用户端的负载电压与负载电流，经计算向单片机输出电能计量数据的数字脉冲，MCU通过检测ATT7022芯片CF1引脚上脉冲的个数来计算用户用电量，并将电量值累加，并通过LCD显示模块63实时显示用户电量，同时可以模拟方式控制开关装置控制单元2对用户供电进行控制，也可以数字光方式通过光信道将开出信号传送到高压侧进行开关闭合控制，还将信号输送到电力负荷管理单元7。预付费计量单元6设有电能脉冲形式输出端和RS-232/RS485串行接口各种电量数字形式输出端，能方便地通过联网进行集中管理，可测量有功电量、无功电量、有功功率、无功功率、电压、电流及时间等参数。

本实施例的全数字电能计量芯片61采用智能计量芯片ATT7022，完成对用户电量的实时采集，并设有远程控制关断功能，该芯片具有自动化、智能化和高精度的特点。可以实现自动记录用户电量信息，实时计费，复费率计算，自动进行断电检测。本实施例的单片机MCU 62采用AT89LV51作为实时计量微控制器。本实施例的LCD显示模块63采用LCD显示模块DMC24138。

如图6所示，电力负荷管理单元7包括采集模块71、数据处理模块72、采集模块71包括通信电路711、型号为89C51的CPU 712、存储电路713、脉冲输入电路714。数据处理模块72包括通信电路721、存储电路722、时钟电路723、型号为AT89C51的CPU 724。

采集模块71设置在预付费计量单元6与数据处理模块72之间，采集模块71具有RS485通信功能，以便与有RS485接口的计量单元以及上层的数据处理模块进行通信。采集模块71负责采集预付费计量单元6中的数据，并可以通过RS485接口点对点直接传输和利用局域网两种方式传输到数据处理模块72，具有系统对时、手动抄表、自动抄表、数据查询等功能。采集模块71除采集计量单元的数据外，还可以对需要进行远程监测的电量进行采集。

采集模块71将各预付费计量单元6的脉冲并转换成不同的电量计量单位，将各预付费计费单元6的各种数据存于存储电路713中，一个采集模块71能采集16个脉冲信号。当接到数据处理单元72的读数命令后，采集模块71将各预付费计量单元6的数据上传至数据处理模块72，采集模块71还负责监测环境的变化，如备用电源电压状态等。本实施例的存储电路713采用X25645芯片。

数据处理模块72包括通信电路721、存储电路722、时钟电路723，型号为AT89C51的CPU 724，还包括GPRS模块73。本实施例的时钟电路723采用时钟芯片DS12887，保证在断电的情况下数据不丢失，用于存储表总数和表号等重要数据。本实施例的存储电路722采用存储芯片28C256，该芯片为大容量的历史数据保存电路。本实施例的GPRS模块73采用采用内置TCP/IP协议栈的GR47模块，采用串口通信，用AT命令进行操作，它以通用的RS232/485接口和简单的AT命令交互界面，并提供更方便的电源接口。GR47内置GPRS模块和IP模块，提供TCP/IP协议转换，支持GPRS和短消息的收发，并提供RS232、通用I/O口等多种接口以适应各种环境下的需要。

数据处理模块72是本实用新型的桥梁，用以连接采集模块71和供电公司的管理中心。在采集模块71和管理中心之间利用GSM提供的两种无线数据传输业务：GPRS(通用分组无线业务)和MSM(短消息业务)进行抄表数据的传输。数据处理模块72使用具有GPRS和短信息收发功能的GR47无线MODEM，采用AT指令集由单片机CPU 712对其进行相关控制，可以和管理中心实现GPRS和短信息二种方式的数据传输。GPRS覆盖范围广，利用GPRS的无线公网平台不需为远程抄录电能计量数据进行专门布线，采用包月计费方式可降低通信费用。数据处理模块72的作用是向下与采集模块71通信，向上通过GPRS模块73和管理中心进行通信。

本实用新型将预付费计量单元6输送的脉冲经光电隔离、整形后输入到CPU 712转换成相应的计量单位存储到存储电路713中，还能采集远程监测的电量信息。通信电路711将电量信息输送到数据处理模块72的通信电路721中，数据处理模块72抄取采集模块71中的数据，并将数据存储于存储电路722中，还将数据通过GPRS模块73传至供电管理中心。

用户用IC卡或工作站的PC机输入电费后，预付费计量单元6给与之相接的低压侧开关装置控制单元5发出指令，该开关装置控制单元5经低压侧高精度多路PCM光电数字复用单元4，将信号上传，高压侧高精度多路时分复用数字传输单元3接受并还原信号给高压侧开关装置控制单元2合闸接通供电，同样在用户电费耗完时，低压侧开关装置控制单元5受控向高压侧开关装置控制单元2发送开断信号，断开电源。

供电公司用电管理中心与数据处理模块72之间的通信是通过GPRS网络进行的，数据处理模块72接到通信命令后进行相应的应答处理。数据处理模块72与采集模块71之间可以利用串行总线(RS485总线或CAN现场总线)进行通信的。通过以太网形式的网络电力网络相当于一个共享媒体，一个数据处理模块72和它负责的采集模块71组成了相当于以太网形式的网络，数据处理模块72和采集模块71相当于网络上一个节点，每个节点有唯一的网络地址。每个节点只对目的地址和本节点地址相同的数据进行响应。每次通信由数据处理模块72发起，采集模块71在接到通信命令后进行相应的应答处理。用电管理中心和数据处理模块72之间是上层远程通信，数据处理模块72和采集模块71之间是底层近程通信。

本实用新型采用模块化组态技术，能根据用户要求，模块化配置成不同需要的功能，既可组合成最简模拟方式直传计量，也可配置成为不同的数据通信模式，不同功能的计量单元和功能完善的传输距离无限制的光数字方式一体化计量电力负荷模式。

本实用新型将中高压电能参数传感与计量终端实现一体化，全面解决计量二次线损和有效地防窃电，为提高电力企业经济效益和管理现代化提供有效的支持手段，为全面实现发、输、配电网用户能量的电能参数传感、采集计量、分析和计费的智能化工作提供了可靠的保障。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种智能电力计量装置，其特征在于：它包括电子组合式互感器计量箱(1)、高压侧开关装置控制单元(2)、高压侧高精度多路PCM光电数字复用单元(3)、低压侧高精度多路PCM光电数字复用单元(4)、低压侧开关装置控制单元(5)、预付费计量单元(6)和电力负荷管理单元(7)；高压母线接入电子组合式互感器计量箱(1)和高压侧开关装置控制单元(2)，电子组合式互感器计量箱(1)与高压侧高精度多路PCM光电数字复用单元(3)相连，该高精度多路PCM光电数字复用单元(3)通过电缆、光缆与低压侧高精度多路PCM光电数字复用单元(4)相连，低压侧高精度多路PCM光电数字复用单元(4)分别与低压侧开关装置控制单元(5)、预付费计量单元(6)相连，低压侧开关装置控制单元(5)通过预付费计量单元(6)与电力负荷管理单元(7)相连；高压母线电流和电压参数通过电子组合式互感器计量箱(1)感应和分压出的电流、电压二次信号输送到低压侧高精度多路PCM光电数字复用单元(4)，然后通过低压侧高精度多路PCM光电数字复用单元(4)的发送接口将电力负荷管理单元(7)的控制信号反馈到高压侧高精度多路PCM光电数字复用单元(3)、高压侧开关装置控制单元(2)，用以控制电力开关的断合。

2.根据权利要求1所述的一种智能电力计量装置，其特征在于：所述电子组合式互感器计量箱(1)包括两个感应电流互感器(11)、两个感应电压互感器(12)、高压供电模块(13)、调理模块(14)；所述两个感应电流互感器(11)分别串接在高压母线的A相和C相中，各自的输出端分别与调理模块(13)相连；所述两个感应电压互感器(12)分别跨接在高压母线的A相和C相间，各自的输出端分别与调理模块(14)相连；所述高压供电模块(13)也跨接在高压母线的A相和C相间，所述高压供电模块(13)的输出端通开关装置控制单元(2)，两个感应电流互感器(11)和两个感应电压互感器(12)用于传感高压母线的电能数据，调理模块(14)用于对互感器输出数据进行处理。高压供电模块(13)给高压侧调理模块(14)和开关装置控制单元(2)供电。

3、根据权利要求1所述的一种智能电力计量装置，其特征在于：所述高压侧高精度多路PCM光电数字复用单元(3)、低压侧高精度多路PCM光电数字复用单元(4)均包括PCM编译码器(32)、帧同步信号产生器(33)、抽样信号产生器(34)、晶振(35)；二路电流和二路电压二次信号输入到发送接收接口(31)，经抽样信号产生器(34)抽样，再经帧同步信号产生器(33)、晶振(35)量化，PCM编译码器(32)编码，下行传输由高精度多路PCM光电数字复用单元(4)解码还原成原始信号输入预付费计量单元(6)，上行传输与下行传输相同。

4、根据权利要求1所述的一种智能电力计量装置，其特征在于：所述高压侧开关装置控制单元(2)包括高压侧开关装置(21)和高压控制电路(22)；所述低压侧开关装置控制单元(5)包括低压控制模块(51)；所述低压控制模块(51)接收预付费计量单元(6)输出的信号，经低压控制模块(51)输送到高压控制模块(22)，控制电力开关的断合。

5、根据权利要求1所述的一种智能电力计量装置，其特征在于：所述预付费计量单元(6)包括型号为ATT7022全数字电能计量芯片(61)、型号为AT89LV51的单片机MCU(62)和型号为DMC24138的LCD显示模块(63)；电能计量芯片(61)对电能信号采样，输出脉冲经单片机MCU(62)计量，并通过LCD显示模块(63)实时显示用户电量，同时将信号输送到电力负荷管理单元(7)。

6、根据权利要求1所述的一种智能电力计量装置，其特征在于：所述电力负荷管理单元(7)包括采集模块(71)和数据处理模块(72)，所述采集模块(71)包括通信电路(711)、型号为89C51的CPU(712)、存储电路(713)、脉冲输入电路(714)；所述数据处理模块(72)包括通信电路(721)、存储电路(722)、时钟电路(723)、型号为AT89C51的CPU(724)；还包括GPRS模块(73)；采集模块(71)将计量单元(6)输送的脉冲经光电隔离、整形后输入到CPU(712)转换成相应的计量单位存储到存储电路(713)中，还能采集远程监测的电量信息；采集模块的通信电路(711)将电量信息输送到数据处理模块(72)的通信电路(721)中，数据处理模块(72)抄取采集模块(71)中的数据，并将数据存储于存储电路(722)中，还将数据通过GPRS模块(73)传至供电管理中心。

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