CN202854214U - 一种全失压测量装置及智能电表 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于电能计量领域，提供了一种全失压测量装置及智能电表，所述装置包括：计量单元；与所述计量单元连接的全失压测量单元；与所述全失压测量单元连接的自动全失压控制单元；与所述自动全失压控制单元连接的CPU单元；分别与所述自动全失压控制单元和所述CPU单元连接的实时时钟单元；分别与所述自动全失压控制单元和所述CPU单元连接的实时时钟单元；以及与上述单元连接的供电系统。本实用新型通过在现有技术上增加全失压测量单元和自动全失压控制单元，可以极大的降低全失压测量的功耗，提高整表寿命，降低能源浪费，并可提供更多次数的全失压测量，进而提高电量追补的准确度，维护合法用电的公平和公正。

Description

一种全失压测量装置及智能电表

技术领域

本实用新型属于电能计量领域，尤其涉及一种全失压测量装置及智能电表。 

背景技术

在电网实际运行过程中，由于人员操作失误、窃电、设备故障等原因会造成全失压状况。当发生全失压时，用电设备有可能仍然在用电，而电能表由于欠压或者没有电压不能准确计量。电网公司要求智能电表能够在全失压状况下对电量进行追补，追补的方法有计算方式和推算方式两种，计算方式优于推算方式。限于电池功耗、现有技术限制等因素，国家电网智能电表标准规定的计算方法为：记录最近10次全失压发生时刻、结束时刻及对应电流值，但是这种方法没有记录全失压发生后电池供电期间的电流值，据此追补电量存在很大的偏差。 

为了弥补这种偏差，业界已有企业标准要求停电后每60S提供一次全失压测量。单相智能电表采用的电池要求大于1.2Ah，在电能表寿命周期无需更换，断电后可维持电表正常运行时间累计不少于五年，一般要求电表在电池供电情况下整表功耗小于10uW。全失压测量的新需求对整表电池供电下的功耗提出了更高的要求。 

目前的单相智能电表如图1所示，包括： 

计量芯片，完成电能计量、电压电流有效值计算、功率计算等，在目前智能电表中一般采用专用计量芯片完成； 

实时时钟芯片：为智能电表提供实时时间信息； 

CPU芯片：智能电表的主控，负责对用电信息进行管理、存储和上传； 

存储芯片：对用电信息进行存储，一般采用EEPROM； 

供电系统：包含市电供电单元和电池供电单元，在有市电时由市电给电表供电；在没有市电时由电池对智能电表进行供电，用于保证时间信息不丢失、停电显示等。 

计量单元对于电流有效值计算的过程如下： 

1.ADC采样得到电流瞬时值，表达式为：I₁(t)＝I*cos(ωt)+I_os，其中Ios为ADC直流偏置，I*cos(ωt)为输入的瞬时电流值。 

2.高通滤波滤除直流偏置Ios，该滤波器稳定时间一般需要数百毫秒，经滤波后得到：I₂(t)＝I*cos(ωt) 

3.自乘后得到：

4.低通滤波器滤除I₃(t)中的交流成分，该滤波器的稳定时间需要数百毫秒，经滤波后得到： $I_4\left(t\right)=\frac{I*I}{2}$

5.经过求平均以及开根号后得到电流有效值为：

为了得到小于0.1%的误差，一般需要多个周期的平均，计算时间需要数百毫秒。 

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种全失压测量装置，旨在解决现有全失压测量装置在电池供电条件下功耗较高的问题。 

本实用新型实施例是这样实现的，一种全失压测量装置，包括： 

计量单元； 

与所述计量单元连接的全失压测量单元； 

与所述全失压测量单元连接的自动全失压控制单元； 

与所述自动全失压控制单元连接的CPU单元； 

分别与所述自动全失压控制单元和所述CPU单元连接的实时时钟单元； 

分别与所述自动全失压控制单元和所述CPU单元连接的实时时钟单元； 

以及 

为所述装置供电的供电系统。 

进一步地，所述全失压测量单元包括： 

电流采样模块； 

与所述电流采样模块连接的直流偏置校正电路； 

与所述直流偏置校正电路连接的电流计算模块。 

进一步地，所述供电系统包括市电供电单元和电池供电单元。 

本实用新型实施例还提供了一种智能电表，所述智能电表包括上述全失压测量装置。 

本实用新型实施例通过在现有技术上增加全失压测量单元和自动全失压控制单元，可以极大的降低全失压测量的功耗，提高整表寿命，降低能源浪费，并可提供更多次数的全失压测量，进而提高电量追补的准确度，维护合法用电的公平和公正。 

附图说明

图1是现有技术提供的现有单相智能电表结构图； 

图2是本实用新型实施例提供的全失压测量装置的结构图； 

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 

图2示出了本实用新型提供的全失压测量装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。 

该全失压测量装置可以应用于各种智能电表中，包括计量单元1，与计量单元1连接的全失压测量单元2，与全失压测量单元2连接的自动全失压控制单元6，与自动全失压控制单元6连接的CPU单元5，分别与自动全失压控制 单元6和CPU单元5连接的实时时钟单元3，分别与自动全失压控制单元6和CPU单元5连接的存储单元4，以及为该全失压测量装置供电的供电系统7。 

计量单元1完成电能计量、电压电流有效值计算、功率计算等功能，一般采用专用计量芯片完成。计量单元1带有电源开关，方便CPU单元5对其进行电源管理，在电池供电模式下该模块可被CPU单元5完全关闭，从而节省电池功耗。 

全失压测量单元2包括电流采样模块21，与电流采样模块21连接的直流偏置校正电路22，与直流偏置校正电路22连接的电流计算模块23。 

电流采样模块21用于对电流的采样，同时具有输入短接功能，用于直流偏置自动校正。 

直流偏置校正电路22用于取代传统设备中的高通滤波器，在智能电表校表过程中将采样电路输入短接，然后自动计算出直流偏置并将该偏置减去。使用该电路，虽然增加了一个校表环节，但是可将高通滤波器的稳定时间省去，可以大大加快电流有效值的计算时间，进而节省电池功耗。 

电流计算模块23用于计算电流的有效值，取代传统设备中低通滤波和求电流有效值电路，采用整周期累加方式，不需要低通滤波器即可将交流分量抵消掉。由于全失压应用不需要0.1%以内的误差，因此可将累加周期减少到4个周期左右，这样可以保证1%左右的误差。计算时间也从1秒左右缩减到80毫秒左右。 

实时时钟单元3为智能电表提供实时时间信息，在全失压应用时将时钟信息输入给自动全失压控制单元6，用于不需要CPU单元5参与的自动唤醒测量，自动全失压控制单元6可依据唤醒信号将全失压测量单元2唤醒进行测量。 

存储单元4对用电信息进行存储，采用EEPROM，在全失压应用时可由自动全失压控制单元6直接写入数据，不需要CPU单元5参与。 

CPU单元5实现对智能电表的主控，负责对用电信息进行管理、存储和上传。通过软件管理，该功能降低了CPU软件管理的复杂度，不需要定时唤醒 CPU参与全失压测量，完全由全失压测量单元2自动唤醒、自动测量，因此在全失压应用时不需要被唤醒，既节省了电池功耗，也降低了软件的复杂性。 

供电系统7包括市电供电单元和电池供电单元，在有市电时由市电给电表供电，在没有市电时对智能电表进行供电，用于保证时间信息不丢失和停电显示等。 

本实用新型实施例的全失压测量过程如下所示： 

1.电流采样模块21得到电流瞬时值，表达式为：I₁(t)＝I*cos(ωt)+I_os其中I*cos(ωt)为输入的瞬时电流值，Ios为ADC直流偏置。 

2.经过直流偏置校正电路22后，I₂(t)＝I*cos(ωt) 

3.自乘后得到：

4.经过电流计算模块23计算后得到：

其中直流偏置校正电路22的工作过程如下： 

1.校表环节：在校表环节首先通过控制位将电流输入短接，这样I₁(t)＝I_os，然后直流偏置校正电路22对输入进行累加求平均得到一个reg_Ios值，该值与真实的Ios十分接近。 

2.测量环节：直流偏置校正电路22将输入信号减去校表环节得到的偏置值，得到I₂(t)＝I₁(t)-reg_I_os＝I*cos(ωt)+I_os-reg_I_os≈I*cos(ωt) 

电流计算模块23的工作过程如下： 

1.对I₃(t)进行整周期累加，避免使用滤波器消除交流分量，经累加后消除了

分量，只保留直流成分：

2.对直流成分开根号，得到电流有效值

本实用新型实施例通过在现有技术上增加全失压测量单元和自动全失压控制单元，可以极大的降低全失压测量的功耗，提高整表寿命，降低能源浪费，并可提供更多次数的全失压测量，进而提高电量追补的准确度，维护合法用电 的公平和公正。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种全失压测量装置，其特征在于，所述装置包括： 

计量单元； 

与所述计量单元连接的全失压测量单元； 

与所述全失压测量单元连接的自动全失压控制单元； 

与所述自动全失压控制单元连接的CPU单元； 

分别与所述自动全失压控制单元和所述CPU单元连接的实时时钟单元； 

以及 

为所述装置供电的供电系统。 

2.如权利要求1所述的全失压测量装置，其特征在于，所述全失压测量单元包括： 

电流采样模块； 

与所述电流采样模块连接的直流偏置校正电路； 

与所述直流偏置校正电路连接的电流计算模块。 

3.如权利要求1所述的全失压测量装置，其特征在于，所述供电系统包括市电供电单元和电池供电单元。 

4.一种智能电表，其特征在于，所述智能电表包括权利要求1所述的全失压测量装置。