CN202649305U

CN202649305U - 高精度三相电能表

Info

Publication number: CN202649305U
Application number: CN 201220308096
Authority: CN
Inventors: 徐斌; 古雄文; 刘岩
Original assignee: ZHUHAI PILOT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHUHAI PILOT TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2022-06-28

Abstract

一种高精度三相电能表，由测量模块及DSP模块组成，两者通过SPI总线连接。测量模块包括第一电流型电压互感器、第一电流互感器、第一信号调理电路、电能专用计量芯片、MCU、第一电源及其他外围模块。第一电流型电压互感器、第一电流互感器均与第一信号调理电路连接；第一信号调理电路与电能专用计量芯片连接；电能计量芯片与MCU连接；MCU与其他外围模块连接；第一电源给MCU供电；DSP模块包括第二电流型电压互感器、第二电流互感器、第二信号调理电路、DSP、第二电源。第二电流型电压互感器、第二电流互感器均与第二信号调理电路连接；第二信号调理电路与DSP连接，第二电源给DSP供电。具有高精度、多功能等特点，可以测量各次谐波含有率，进行电能污染状况分析。

Description

高精度三相电能表

技术领域

本实用新型涉及一种三相电能表，尤其涉及一种高精度三相电能表。

背景技术

在我国，正常情况下，电网提供的是50Hz的理想正弦波形，三相电的各相电流和电压的幅值相等，相位分别相差120度，然而随着电力的应用日趋广泛，各类工农业部门大量使用了很多非线性、冲击性的负载，这使得原本规则的电力波形发生了严重的畸变，极大地污染了电网，对整个电力系统的电能质量产生了恶劣的影响，威胁着电力系统的安全、稳定运行。为了提高电能的有效利用率，对电力系统各项参数进行实时监测与分析，及早的发现和治理谐波污染现象，保持电网在一个良好的电能状况下运行就成为当今迫切需要解决的问题。为了解决这个问题，最合理的做法就是研制一种可以很好实现电能监测与质量分析功能的智能化电力侧量仪表。有了这种仪表之后，工农业部门可以随时了解自己的用电情况，电力部门也可以通过这些数据来判定哪一个部门对电网的污染严重，从而采取相应时惩罚措施。

在用电过程当中，如果每天的各个时段电价都一样的话，人们往往不考虑何时用电这个问题，这样带来的后果就是用电高峰时电力供应不足，用电低谷时电力供应过剩，不利于发电厂的电力生产，也不利于人们的日常应用．为解决这个问题，国家出台了“削峰平谷”的电价计费政策，把一天分为尖、峰、平、谷四个费率，分时段对电能进行累积和计费，这样可以从很大程度上提高电能利用率、缓解电力需求平衡。对于电能表来讲，为解决这个问题就需要增加复费率统计的功能．

提高电能计量精度、增强电能表功能的技术已经成为当今电能表行业研究的热点和难点。当前，电力生产部门、工业、农业等部门都需要用到多功能电能表，它对电能计量管理、电能质量监控等有着巨大的作用。设计一种性能稳定、成本低、多功能、高精度的复费率电能表对我国电力事业的发展有着很强的实际意义和应用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种高精度三相电能表，由测量模块及DSP模块组成，两者通过SPI总线连接。测量模块包括第一电流型电压互感器、第一电流互感器、第一信号调理电路、电能专用计量芯片、MCU及第一电源。第一电流型电压互感器、第一电流互感器均与第一信号调理电路连接；第一信号调理电路与电能专用计量芯片连接；电能计量芯片与MCU连接；第一电源给MCU供电；DSP模块包括第二电流型电压互感器、第二电流互感器、第二信号调理电路、DSP、第二电源。第二电流型电压互感器、第二电流互感器均与第二信号调理电路连接，第二信号调理电路与DSP连接；第二电源给DSP供电。

电能专用计量芯片采用三相电能专用计量芯片ATT7022B；MCU采用超低功耗单片机MSP430F149，或者MC9S12H128；DSP采用TMS320F2812。其主要取得的技术效果有以下几个方面：

(1）由三相电能专用计量芯片ATT7022B及其外围电路实现了对三相电的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、视在功率、有功电度、无功电度等参数的计量。单片机MSP430F149或MC9S12H128完成了液晶显示、按键控制、数据存储、远程通信等控制功能。真正达到了电能表的多功能化目的。

(2）运用FF算法程序，由DSP处理器TMS320F2812实现了三相电信号的频谱分析，最终计算出三相电的各次谐波含有率，从而方便用户用来对电能污染进行有效的评估。

(3)建立了电能表的网络化系统。

(4)电压测量精度达到0.1％，电流测量精度达到0.3%.功率侧量精度达到0.5%。

附图说明

图1是三相电能表的系统总框图。

具体实施方式

目前的电能表实现方案主要有以下两种：第一种由专用电能计量芯片和一块MCU完成；第二种由AD转换器、DSP处理器和MCU来实现。第一种方案的实现方法如下：经过前端互感器以及信号调理电路之后，信号进入专用电能计量芯片，由计量芯片来实现各项电能参数的测算，然后由MCU实现液晶显示、远程通讯等控制功能。它的优点是成本较低，缺点是专用计量芯片本身的计量精度不够高，只能测算出谐波电能和基波电能，而无法求得各次谐波含有率，进行复杂的谐波分析。第二种方案的实现方法如下由AD转换器实现信号的采样、保持和转换，由DSP处理器完成复杂的电能参数测算和谐波分析，MCU则用于完成其他控制功能，它的优点显而易见，缺点是成本较高，开发难度较大，周期长。

本实用新型兼取上述两者的优点，组成了如图1所示的一个双CPU系统。如图1所示，本实用新型的高精度三相电能表由左侧的测量模块1及右侧的DSP模块2组成，两者通过串行外围设备（SPI）总线连接。测量模块1完成电压、电流、功率等参数的计算和其他的控制功能；DSP模块2运用FFT运算来进行复杂的谐波分析，完成谐波参数的计算。测量模块1与DSP模块2组成了如图1所示的双CPU系统。

测量模块1包括第一电流型电压互感器11、第一电流互感器12、第一信号调理电路13、电能专用计量芯片14、MCU15、第一电源16及其他外围模块17。第一电流型电压互感器11、第一电流互感器12均与第一信号调理电路13连接；第一信号调理电路13与电能专用计量芯片14连接；电能专用计量芯片14与MCU15连接；MCU15与其他外围模块17连接；第一电源16给MCU15供电。

DSP模块2包括第二电流型电压互感器21、第二电流互感器22、第二信号调理电路23、DSP24、第二电源25。第二电流型电压互感器21、第二电流互感器22均与第二信号调理电路23连接；第二信号调理电路23与DSP24连接；第二电源25给DSP24供电。

测量模块1中的电能专用计量芯片14优选采用珠海炬力公司生产的三相电能专用计量芯片ATT7022B完成各项电能参数的采集和运算，MCU15优选采用TI公司的超低功耗单片机MSP430F149或Freescale公司的MC9S12H128。电流型电压互感器（PT）与电流互感器（CT）的作用是将大电压、大电流转化为ATT7022B测量范围之内的小电压信号，信号进过调理电路之后进入计量芯片进行模数转换及数据的运算处理，然后通过通讯接口将各项电能数据传递给单片机，最终由单片机完成控制功能。ATT7022B本身还有电能脉冲输出的功能，供校表和电能计量之用。

DSP模块2主要由互感器、信号调理电路、TMS320F2812处理器组成。互感器与信号调理电路的作用与第一部分中起到的作用相同，TMS320F2812的作用是采用内部的AD转换器完成信号的采样保持和AD转换，然后利用FFT算法对信号的频谱数据进行计算。

Claims

1.一种高精度三相电能表，由测量模块（1）及DSP模块（2）组成，两者通过SPI总线连接，其特征在于，测量模块（1）包括第一电流型电压互感器（11）、第一电流互感器（12）、第一信号调理电路（13）、电能专用计量芯片（14）、MCU（15）及第一电源（16）；第一电流型电压互感器（11）、第一电流互感器（12）均与第一信号调理电路（13）连接；第一信号调理电路（13）与电能专用计量芯片（14）连接；电能专用计量芯片（14）与MCU（15）连接；第一电源（16）给MCU（15）供电；DSP模块（2）包括第二电流型电压互感器（21）、第二电流互感器（22）、第二信号调理电路（23）、DSP（24）、第二电源（25）；第二电流型电压互感器（21）、第二电流互感器（22）均与第二信号调理电路（23）连接；第二信号调理电路（23）与DSP（24）连接，第二电源（25）给DSP（24）供电。

2.根据权利要求1所述的一种高精度三相电能表，其特征是所述电能专用计量芯片（14）采用三相电能专用计量芯片ATT7022B。

3.根据权利要求1所述的一种高精度三相电能表，其特征是MCU（15）采用超低功耗单片机MSP430F149。

4.根据权利要求1所述的一种高精度三相电能表，其特征是DSP（24）采用TMS320F2812。