CN201233427Y - 一种多功能电表 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种具有谐波测量和电量计量功能的电表。该电表包括中央处理器CPU及与CPU连接的数据采集模块、负荷控制模块、通讯模块、按键、显示模块、负荷曲线存储单元和SD卡单元、辅助开关量输入电路等。所述数据采集模块包括依次连接的三相电压和电流采样电路、16位AD接口芯片、DSP数字信号处理器、SRAM数据存储器，该模块通过SUART或SPI串行接口连接CPU。所述负荷控制模块包括拉合闸电路和检测报警电路。本实用新型不但具有原电表各种计量功能，还可以实时测量电网谐波数据，为电力部门谐波治理提供依据，以保护用户设备、电网安全，提高电能质量；且相对于现有谐波监测设备来说，成本低、易实现。

Description

一种多功能电表
技术领域
本实用新型涉及一种电表，具体涉及到一种具有谐波测量功能的高精度电表。
背景技术
谐波是衡量电能质量的一个重要参数。随着非线性负荷用户日益增加，产生谐波的危害也在增加，它们造成电气设备(含电网设备和用户设备)慢性损坏、干扰通讯设备、造成继电保护及自动装置误动或不动，严重影响用户及电网的安全、稳定、持续运行。而由于谐波治理设备价格较高且供电部门没有相关的技术手段遏制谐波超标，用户也不能自觉地进行谐波治理工作，谐波监控为供电部门提供了防止用户谐波超标的技术手段，督促用户进行谐波治理工作，达到保护电网安全、保护用户设备、提高电能质量的目的。目前大部分的电能质量监测设备都在实时在线应用方面考虑较少，有些具有实时在线监测功能，但这些设备往往电路复杂、成本高却功能单一，不能满足功能多元化需求。
实用新型内容
针对现有技术的缺点，本实用新型所要解决的问题是提供一种具有电能谐波在线监测和高精度计量的、电路比较简单、成本相对低廉的多功能的电表。
根据以上需解决的问题，本实用新型采取的技术方案是：提供一种电表，包括中央处理器CPU及与CPU连接的数据采集模块、负荷控制模块、通讯模块、按键、显示模块。
所述数据采集模块包括依次连接的三相电压和电流采样电路、16位AD接口芯片、DSP数字信号处理器、SRAM数据存储器，该模块通过SUART或SPI串行接口连接CPU。
所述负荷控制模块包括拉合闸电路和检测报警电路。
所述通讯模块包括CAN通讯接口电路、红外通讯接口电路、RJ45以太网接口及光纤通讯接口电路。
所述的中央处理器CPU至少具有四个异步串行通讯接口和容量大于64K的FLASH程序存储器和数据存储器。
该电表进一步包括与CPU相连的负荷曲线存储单元和SD卡单元；所述负荷曲线存储单元可外部设置其记录模式和记录起始时间。
该电表进一步包括与CPU相连的辅助开关量输入电路。
该电表进一步包括与CPU相连的电压监测及看门狗电路。
该电表进一步包括用于验表或与RTU设备连接的六路脉冲输出电路，所述六路分别为输入有功、输出有功、四象限无功脉冲输出电路。
该电表进一步包括与CPU相连的实时时钟电路。
本实用新型通过在原电表电路基础上增加带DSP的数字采集模块，使其不但具有原电表各种计量功能，还可以实时测量电网谐波数据，为电力部门谐波治理提供依据，以保护用户设备、电网安全，提高电能质量；且相对于现有谐波监测设备来说，成本低、易实现。
附图说明
图1是本实用新型原理组成示意框图；图2是数据采集模块组成示意框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做详细说明：
如图1、图2，本实用新型包括中央处理器CPU及与CPU连接的数据采集模块、负荷控制模块、通讯模块、按键、显示模块，还可以进一步包括与CPU相连的负荷曲线存储单元和SD卡单元、辅助开关量输入电路、脉冲输出电路、实时时钟电路。
为了保证整个系统的稳定性，所述表中CPU部分内带程序存储器和数据存储器，这样不但可以减少硬件开销、降低成本，还可以降低功耗、减少硬件的故障点，提高表计工作的可靠性。为了实现电表丰富的功能以及程序远程下载，采用内部带FLASH程序存储器，存储器容量至少在64k以上。并且CPU应该至少具有50个IO引脚，以便和实时时钟、点阵液晶显示器、4键键盘、辅助开关量输入及负荷控制等硬件电路接口。
CPU的选择还必须满足速度要求，以完成与DSP的高速通信及大量繁杂的数据运算处理和多协议转换。
为了保证CPU程序在干扰造成死机的情况下，能够重新进入到正常的运行状态，CPU内部还应具备看门狗电路。
所述数据采集模块采用DSP数字信号处理技术，选用高性能的16位AD接口芯片对三相电压、三相电流进行采样，然后进行相应的快速傅氏变换，对所采信号进行分析处理，从而得出所需要的各种电量参数。该采集模板通过SUART或SPI接口与CPU相连，将计算所得的数据传送给CPU，为CPU的显示、数据远传、存储以及控制提供必要的信息。
辅助开关量输入是为采集相关的开关量信号而设置的电路，根据用户的需要而确定其具体的意义。
所述负荷控制模块包括拉合闸电路和检测报警电路。
所有的开关量输入、拉合闸输出电路均经过光电隔离连接CPU，以消除干扰。
通信功能强大和灵活是该电表的一大特色。通过在通讯模块中设计相应的通信接口电路，使表计可以方便地与其它各种装置或系统接口。
所述通讯模块包括CAN通讯接口电路、用于现场数据采集设备通讯或校表的红外通讯接口电路、用于与电力部门控制主站通讯的RJ45以太网接口及光纤通讯接口电路。所述红外接口可以设置成吸附式红外通信接口，以便于校表。通信口的切换通过非接触式触点的动作与否来进行。当有吸附式红外光电头吸附在电表上时，触点动作，通信接口切换至红外通信状态，否则一般的CAN总线通信方式。
所述负荷曲线存储单元为一个FLASH存储器，可由外部设备通过RS485接口或红外接口设置其记录模式和记录起始时间。
电表通过SD卡单元用于数据备份，能进行最近7个月的月统计数据、损耗电能、各相、各元件不分时电能、谐波电能、基波电能、谐波电量及最近发生的100个事件记录的数据备份。
在需要读出电表的备份数据时，将存储卡从电表中拔出，利用相应的读取设备可从数据备份卡中读到原电表当前和历史数据。
将数据备份卡插入新表或其它替代的电表上，通过通信口的权限确认后，可以将数据备份卡的数据备份至新表或将表内数据拷贝至数据备份卡上。
本实用新型设置了4个操作按键：左移键、右移键、取消键、确认键。其中左移键、右移键表示液晶显示屏上的光标的左右移动或在设置菜单中表示数字的加减；取消键表示取消本次的设置或从本级菜单退回至上一级菜单；确认表示确认本次的设置或从本级菜单进入下一级菜单。
4个键键盘接口直接采用MCU的4个I0口，通过在主程序中循环扫描来采集按键状态。在检测到某个按键按下时，通过软件消抖处理，从而完成按键的确认过程。结合液晶显示所在的菜单位置，可以确定该按键的键值。当确定好键值后，即可进行相应的显示、处理工作。
本实用新型的电源通过电力线路直接取电，经过处理后给CPU及其它各功能模块供电。
本实用新型的谐波测量过程为：所述数据采集模块采集到三相电压、电流信号经过AD转化后传送到数字信号处理器DSP，DSP对电流和电压信号实时进行256点快速傅氏变换处理，得出2-21次电压、电流谐波分量的幅值、相位、电压总谐波畸变率、电流总谐波畸变率等等，再通过串行接口将这些信息传送给CPU，谐波幅值精度为5％，相位精度为±1～2度。
所有的谐波信息通过CPU控制存储在内部存储器和数据备份卡中，并可在液晶显示屏上显示，也可通过通信接口将相关的谐波数据读出。

Claims (7)

1、一种多功能电表，包括中央处理器CPU及与CPU连接的数据采集模块、负荷控制模块、通讯模块、按键、显示模块，其特征在于：所述数据采集模块包括依次连接的三相电压和电流采样电路、16位AD接口芯片、DSP数字信号处理器、SRAM数据存储器，该模块通过SUART或SPI串行接口连接CPU；所述负荷控制模块包括拉合闸电路和检测报警电路；所述通讯模块包括CAN通讯接口电路、红外通讯接口电路、RJ45以太网接口及光纤通讯接口电路。
2、根据权利要求1所述的多功能电表，其特征在于：所述的中央处理器CPU至少具有四个异步串行通讯接口和容量大于64K的FLASH程序存储器和数据存储器。
3、根据权利要求2所述的多功能电表，其特征在于：进一步包括与CPU相连的负荷曲线存储单元和SD卡单元；所述负荷曲线存储单元可外部设置其记录模式和记录起始时间。
4、根据权利要求3所述的多功能电表，其特征在于：进一步包括与CPU相连的辅助开关量输入电路。
5、根据权利要求4所述的多功能电表，其特征在于：进一步包括与CPU相连的电压监测及看门狗电路。
6、根据权利要求5所述的多功能电表，其特征在于：进一步包括用于验表或与RTU设备连接的六路脉冲输出电路，所述六路分别为输入有功、输出有功、四象限无功脉冲输出电路。
7、根据权利要求6所述的多功能电表，其特征在于：进一步包括与CPU相连的实时时钟电路。
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