CN202033391U

CN202033391U - 交流采样装置

Info

Publication number: CN202033391U
Application number: CN2010206893271U
Authority: CN
Inventors: 叶毅; 严晶; 李峥; 沈瑞强; 于颖杰; 史健
Original assignee: SHANGHAI XIETONG TECHNOLOGY Inc
Current assignee: SHANGHAI XIETONG TECHNOLOGY Inc
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2020-12-30

Abstract

本实用新型涉及一种低成本的交流采样装置，包括三个电压互感器、三个电流互感器、六个低通滤波电路，每一电压互感器的输入端连接三相电压的其中一相，输出端连接其中一低通滤波电路；每一电流互感器的输入端连接三相电流的其中一相，输出端连接其中一低通滤波电路。该交流采样装置还包括一集成了三相电能表芯片与微处理器的系统级芯片，各低通滤波电路连接该系统级芯片。

Description

交流采样装置

技术领域

本实用新型涉及电力负荷管理设备，尤其是涉及一种交流采样装置。

背景技术

交流采样装置是电力负荷管理设备中一个重要的组成部分，随着国家经济和电力市场的飞速发展，电力负荷管理系统已经不单单是以前那种靠控制来限制用户用电的系统，而是一种功能不断发展的综合性的智能电网管理系统。交流采样装置可以为电力负荷管理提供可靠的数据来源，它的作用主要表现在两个方面：第一，对电网运行的异常情况能及时了解，对用电质量进行监测，例如：电网的电压合格率、谐波畸变率等数据是电网运行非常重要的指标；第二，对用户用电的异常情况能及时发现，例如防窃电是交流采样装置在电力负荷管理中的一项重要的功能，对于电力企业来说，这两个作用不仅能取得显著的经济效益，而且能取得积极的社会效益。

现有的交流采样装置的基本工作原理主要是通过电压互感器(PT)和电流互感器(CT)将电力线上的电压和电流等强电信号按比例变换成弱电信号，然后通过低通滤波电路输入到专用电能表芯片，通过专用电能表芯片进行采集计算，输出两类数据：一类是基本数据，包括电压、电流的有效值、有功功率、有功电量等；另一类是电压电流波形，这些波形由微控制器(MCU)来进行处理，MCU通过这些波形采用移相法可以计算出无功功率，采用离散傅利叶变换可以计算出谐波，采用几何法可以计算出相位角等数据。

因此，现有的交流采样装置其功能一部份是在专用电能表芯片上实现，一半是在微控制器(MCU)上实现的，其原理框图如图1所示。装置100是由微控制器(MCU)102、电源转换电路104、电压互感器106、电流互感器108、低通滤波电路110、专用单相电能表芯片112a-112c、周波检测电路114、看门狗电路116、硬时钟电路118、非易失性存储器120等组成。

从现有的装置100来看，它采用专用的电能表芯片，从而可以很大程度地提高数据的精度。但是这种芯片只是单相的电能表芯片，而交流采样装置都是三相系统，所以需要多块芯片112a、112b、112c组合使用，从而增加了设备的成本。另一方面，类似的单相电能表芯片功能相对简单，不具备无功功率、谐波的计算功能和无功功率脉冲输出功能，这些功能都需要由MCU进一步完成。这对MCU的资源有了一定的要求，增加了软件的工作量。

同时，对于一个完整的交流采样装置，它除了必需的电源转换电路、电压电流互感器、滤波电路、非易失性存储器外，还必须要有周波检测电路、看门狗电路、硬时钟电路等，所用的元器件比较多，相应成本也比较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种低成本的交流采样装置。

本实用新型所提出的交流采样装置，包括三个电压互感器、三个电流互感器、六个低通滤波电路，每一电压互感器的输入端连接三相电压的其中一相，输出端连接其中一低通滤波电路；每一电流互感器的输入端连接三相电流的其中一相，输出端连接其中一低通滤波电路。该交流采样装置还包括一集成了三相电能表芯片与微处理器的系统级芯片，各低通滤波电路连接该系统级芯片。

在上述的交流采样装置中，该系统级芯片内还集成了周波检测电路、看门狗电路、以及硬时钟电路。

在上述的交流采样装置中，还包括一电源转换电路，该电源转换电路连接该系统级芯片。

在上述的交流采样装置中，还包括一非易失性存储器，该非易失性存储器连接该系统级芯片。

在上述的交流采样装置中，该系统级芯片是TERIDIAN公司的71M6513芯片。

在上述的交流采样装置中，该非易失性存储器是RAMTRON公司的铁电芯片FM24CL64。

本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，由于石油高集成度的系统级电能表芯片(SOC)来开发交流采样装置，从而减少使用的元器件数量和软件开发的工作量，降低设备的成本。

附图说明

为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出现有的一种交流采样装置方框图。

图2示出本实用新型一实施例的交流采样装置方框图。

图3示出三相三线电压型电压互感器电路图。

图4示出三相四线电压型电压互感器电路图。

图5示出三相三线电流互感器电路图。

图6示出三相四线电流互感器电路图。

图7示出本实用新型一实施例的交流采样装置的工作流程图。

具体实施方式

图2示出本实用新型一实施例的交流采样装置方框图。参照图2所示，本实施例的装置200包括高集成度的系统级芯片(SOC)202、电源转换电路204、电压互感器206、电流互感器208、低通滤波电路210、以及非易失性存储器212。

系统级芯片202将专用的三相电能表芯片功能与微处理器功能集中在一块芯片上实现，同时内部还集成了周波检测电路、看门狗电路、硬时钟电路等。

每一电压互感器206的输入端连接三相电压的其中一相，如Ua、Ub、Uc，输出端连接其中一低通滤波电路。每一电流互感器208的输入端连接三相电流的其中一相，如Ia、Ib、Ic，输出端连接其中一低通滤波电路。然后，各低通滤波电路都连接到系统级芯片202。

与现有的装置100相比，本实施例的装置200省去了多块专用电能表芯片、周波检测电路、看门狗电路、硬时钟电路等，使用的元器件非常少，便于设备的小型化。

在一实施例中，系统级芯片202是采用一块美国TERIDIAN公司推出的高度集成系统级芯片71M6513。该芯片的内部包括了MPU内核、硬时钟、闪存(FLASH)和硬件看门狗。另外，该芯片还配备了1个21位delta-sigma(Δ-∑)模数转换器(ADC)、6个模拟输入、数字温度补偿、精密参考电压和32位计算引擎，这块芯片还具有以下一些特点：在超过2000∶1的动态范围内，并且在整个工业温度区间，有功计量精度：＜0.5％--71M6513；＜0.1％--71M6513H；超过IEC62053/ANSIC12.20的要求；低抖动的有功及无功脉冲输出；数字温度补偿；电网掉电检测；独立的32位电能计算引擎；相同的校准系数可适应40-70Hz的电网频率范围；相位补偿(±7°)；RAM和RTC可由电池作为后备电源；22mW3.3V，电池供电时为7.2μW；Flash加密功能；增强型8-bit MPU(80515)-每条指令仅需一个时钟周期；；两路UART；具有谐波计算和检测功能。

因此，采用芯片71M6513带来的额外好处是，除了电压、电流、有功功率、有功功率脉冲输出之外，无功功率、无功脉冲输出、谐波等也是由芯片自动采集计算完成。

继续参照图2所示，电源转换电路204是将输入的直流电平转换成所需要的直流电平，由于71M6513芯片仅需要3.3V的工作电压，无需1.8V工作电压，所以电源转换电路204只要将输入电平转换成3.3V即可，相对于现有装置的电源转换电路要简单。

各相的电压互感器206是将输入的高压交流电压按一定比例变为低压交流电压。三相三线和三相四线应选用不同型号的电压互感器。在本实施例中，三相三线可采用如图3所示的DSH-TV150型电压互感器(100V∶100mV)，三相四线可采用如图4所示的DSH-TV220V/100mV型电压互感器(220V∶100mV)。

各电流互感器208是将输入的交流电流按一定比例变为低压交流电流。三相三线和三相四线应选用不同型号的电流互感器。在本实用新型的实施例中，三相三线可采用如图5所示的HLX2型电流互感器，三相四线可采用如图6所示的HLX3型电流互感器，它们每相电流变送比为5A∶2.5mA，额定输入电流为5A。

各低通滤波电路210是为了防止高频干扰所造成的芯片工作不正常和采样精度的下降。在本实用新型的实施例中，各低通滤波电路208主要是由电阻和电容组成，构成RC低通滤波电路。

非易失性存储器212可采用RAMTRON公司的铁电芯片FM24CL64。铁电芯片具有写入速度快，数据写入后掉电不丢失，写入次数达10亿次以上等特点，它采用I2C接口。采用该铁电芯片，保存断电后需要保存的各时段有功、无功电量等数据，同时在存储器内部划分出一段区域，专门用来保存软件校准参数及其备份。

下面描述低成本交流采样装置的工作流程。由于71M6513芯片包含了一个80515MPU(8位，8051兼容)，所以软件的编制可以采用51系统的编译器进行编译。软件主要分为主程序、子程序、中断处理程序等。

主程序主要完成硬件初始化，数据校验及主循环，其中主循环是根据各种标志来进行相应处理，主循环的流程图如图7所示。

在主程序中调用了子程序，子程序是完成某一特定功能的程序，主要包括：通信接收报文处理子程序、数据加工及处理子程序、电量计算子程序等。

中断程序主要包括：串口通信中断子程序、定时中断子程序、数据处理中断子程序，串口通信中断子程序是当收到串口有报文时所进行的处理程序，定时中断子程序是每10ms进行一次中断处理的程序，产生秒标志等功能，数据处理中断子程序是当71M6513芯片中的DSP完成一次数据采集及计算后，发出一个中断，由MPU进行处理的过程。

低成本交流采样装置200对外的通信协议采用电力行业标准《多功能电能表通信协议》DL/T645-2007。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种交流采样装置，包括三个电压互感器、三个电流互感器、六个低通滤波电路，每一电压互感器的输入端连接三相电压的其中一相，输出端连接其中一低通滤波电路；每一电流互感器的输入端连接三相电流的其中一相，输出端连接其中一低通滤波电路，其特征在于，该交流采样装置还包括一集成了三相电能表芯片与微处理器的系统级芯片，各低通滤波电路连接该系统级芯片。

2.如权利要求1所述的交流采样装置，其特征在于，该系统级芯片内还集成了周波检测电路、看门狗电路、以及硬时钟电路。

3.如权利要求1所述的交流采样装置，其特征在于，还包括一电源转换电路，该电源转换电路连接该系统级芯片。

4.如权利要求1所述的交流采样装置，其特征在于，还包括一非易失性存储器，该非易失性存储器连接该系统级芯片。

5.如权利要求1所述的交流采样装置，其特征在于，该系统级芯片是TERIDIAN公司的71M6513芯片。

6.如权利要求4所述的交流采样装置，其特征在于，该非易失性存储器是RAMTRON公司的铁电芯片FM24CL64。