CN202614843U - 电能计量电路 - Google Patents

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赵言涛
陈金玲
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Abstract

本实用新型公开了一种电能计量电路包括电压前置电路、电流前置电路、ADC高准确度模数转换器和数据处理与管理单元,其中电压前置电路包括抗混叠的RC滤波电路（R0u、C0u）；电流前置电路包括电流传感器、抗混叠的RC滤波电路（R0i、C0i），所述电流前置电路的电流传感器为零磁通电流互感器。本实用新型能适用于冲击负荷及谐波影响下电能计量场合。

Description

电能计量电路
技术领域
本实用新型涉及一种电能计量电路。 
背景技术
电能计量电路一般包括电压前置电路和电流前置电路，电压、电流信号经过前置处理电路的调理后进入AD单元，经ADC转换为数字信号后进行相关运算。电压、电流信号经过不同的前置处理电路后会产生不同的相移，导致进入AD单元的信号与原始信号之间存在附加的相位差，为了确保计量结果的准确性，通常需要对附加的相位差进行修正，最常用的修正方法是软件移位法，即先获取相位修正值，将电压波形根据需要前移或者后移。实践证实该方法在正弦条件下可以获得很好的校准效果，但是如果负荷波形中含有谐波分量，移位法会产生线性相移效应，即波形的整体移位对于n次谐波而言，实际上是发生了基波相移n倍的相移，而前置电路本身的相频特性并非线性，这种相位修正方法对于谐波计量会产生较大误差。此外目前电流前置电路中的电流传感大多采用基于电磁感应定律的铁芯式CT，在一般的计量应用中，该CT可以获得很好的线性度、抗干扰性以及稳定度，并且由于成本低廉，获得了大多数电表生产厂商的青睐，但作为冲击负荷计量应用而言，要达到1%In-Imax即2500:1宽范围内的准确度设计要求，普通CT很难胜任。 
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种能适用于冲击负荷及谐波影响下电能计量场合的电能计量电路。 
本实用新型提供的这种电能计量电路包括电压前置电路、电流前置电路、ADC高准确度模数转换器和数据处理与管理单元,其中电压前置电路包括抗混叠的RC滤波电路（R0u、C0u）；电流前置电路包括电流传感器、抗混叠的RC滤波电路（R0i、C0i），所述电流前置电路的电流传感器为零磁通电流互感器。 所述电压前置电路和电流前置电路的相位进行匹配。所述ADC模数转换器采用具有宽频率响应的24位ADC。 
由于本实用新型对电流前置电路中的电流传感器采用的是零磁通互感器，使铁芯中的磁通降到极低的近似为零的状态，从而使电流传感器达到非常高的精度。显然，零磁通CT在宽范围内的线性度及角差特性均优于普通单铁芯CT，更适用于冲击负荷的电能计量场合。零磁通电流互感器的次级和初级电流的比值等于额定电流比，相位相差180度，次级电流能精确地反映初级电流的大小和相位，从而得到高精度电流互感器。 
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。 
图2是电压前置电路图。 
图3是电流前置电路图。 
图4是无源零磁通电流互感器。 
具体实施方式
从图1可以看出本实用新型仍具有电压前置电路、电流前置电路、ADC高准确度模数转换器、数据处理与管理单元，ADC高准确度模数转换器用于将模拟小电压、电流信号转换为数字信号；数据处理与管理单元用于接受上述数字化的输入电压电流信号并计算出电压、电流、谐波电压、谐波电流有效值及电能量等值。 
图2是电压前置电路的电路图，其中L1、L2为保护磁环，Rv为压敏电阻，C为电源滤波电容，R、r共同构成分压电路，R0u、C0u构成RC滤波电路起抗混叠滤波作用，Rin为ADC的输入阻抗，ADC模数转换器采用24位ADC。这种ADC具有宽频率响应，在63次谐波以内衰减很小，对有功功率的计量准确度影响很小，提高了谐波影响下的计量准确度。 
结合图3可以看出本实用新型电流前置电路包括电流传感单元以及抗混叠滤波单元，其中Rs为电流取样电阻，R0i、C0i构成RC滤波电路起抗混叠滤波作用。将电路分成S1、S2两部分，则S1的相频特性取决于所用传感CT的相频特性，S2的相频特性与前述H3电路类似。 
电流传感单元中的电流传感器采用的是零磁通电流互感器，零磁通电流互感器一般有两种，一种是有源的，利用外部电路来提供反电动势，需要复杂的电路才能获得精确地同相位电动势；另一种是无源的，利用一个叠加在主互感器上的辅助互感器提供反电动势来补偿阻抗产生的压降，从而不需要主互感器的磁通提供电动势就可实现零磁通。相比较而言，无源类的无需外部复杂电路，实现更为便捷。 
无源零磁通电流互感器的结构如图4所示，次级线圈N2和辅助线圈Nb2组成。N2在两个铁芯上同时绕制，但在辅助铁芯上少绕Nb匝。零磁通电流互感器的次级和初级电流的比值等于额定电流比，相位相差180度，次级电流能精确地反映初级电流的大小和相位，从而得到高精度电流互感器。 
显然，零磁通CT在宽范围内的线性度及角差特性均优于普通单铁芯CT，更适用于冲击负荷的电能计量场合。 
电压前置电路和电流前置电路的相位进行匹配，使得电压前置电路和电流前置电路产生的附加相位差尽可能相同，即： 
Figure DEST_PATH_GDA00002254403000031
由于电流传感单元一旦确定了CT型号，其相移特性不可调整，零磁通电流互感器的次级和初级电流的比值等于额定电流比，相位相差180度，次级电流能精确地反映初级电流的大小和相位，从而得到高精度电流互感器。而电压前置电路中的H1、H2电路对整体电路的相移特性影响很小，只有通过调整H3及S2电路参数，即调整R0u、C0u、R0i、C0i来实现电压前置电路和电流前置电路产生的附加相位差尽可能相同的目的。 
比如当R0u=R0i=100Ω，C0u=C0i=1000pF的时候，实测电压、电流回路的附加相位差约为-0.23°，而调整电路参数使C0u=100pF时，附加相位差 
Figure DEST_PATH_GDA00002254403000032
缩减为-0.04°，为提高谐波计量准确度打下了良好的硬件基础。 
为了提高谐波计量的准确度，提出了一种硬件上的相位匹配技术和宽频率范围模数转换，配合软件上的实时FFT算法、准同步采样线性插值算法以及非线性幅值补偿算法，大大提高了谐波计量的准确度。 

Claims (3)

1.一种电能计量电路，包括电压前置电路、电流前置电路、ADC模数转换器和
数据处理与管理单元,其中电压前置电路包括抗混叠的RC滤波电路（R0u、C0u）；电流前置电路包括电流传感器、抗混叠的RC滤波电路（R0i、C0i），其特征在于所述电流前置电路的电流传感器为零磁通电流互感器。
2.根据权利要求1所述的电能计量电路，其特征在于所述电压前置电路和电流前置电路的相位进行匹配。
3.根据权利要求1或2所述的电能计量电路，其特征在于所述ADC模数转换器采用具有宽频率响应的24位ADC。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103344826A (zh) * 2013-06-26 2013-10-09 国家电网公司 非线性负载电能计量装置
CN105353208A (zh) * 2015-11-13 2016-02-24 国网江西省电力科学研究院 一种用于光伏发电电能计量监测的装置

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