CN203490284U - 三相/单相电力智能测控仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种三相/单相电力智能测控仪，包括电源模块，从电源初级侧经过所述降压变压器及周边电路为所述三相/单相电力智能测控仪提供一个整流稳压电源；信号采集模块，采集三相/单相电参数信息；中央处理器模块，对信号采集模块采集的信号进行处理，协调各模块的工作；存储模块，记录重要参数和关键数据，保存运行过程中产生的各类记录；时钟模块，为所述三相/单相电力智能测控仪提供时钟频率信号；显示模块，对所述中央处理器模块的处理结果进行显示；电源电压监控器，确保单片机在一个正常的工作电压范围内运行。本实用新型通过上述技术方案，采用较为简单的结构和低廉的成本，实现了对电力信号的采集和监控，以及相关信息的传输。

Description

三相/单相电力智能测控仪

技术领域

本实用新型涉及一种测控装置，尤其是一种三相/单相电力智能测控仪。

背景技术

电能是当今世界使用的主要能源，世界各国纷纷推出了自己的智能电网计划，智能电网包括发电、输电、变电、配电、用电等环节。其中智能用电利用先进的信息通信技术，通过用电信息自动采集、负荷管理、用电监控与分析、供用电互动，支持用电侧发电、用电、储电的分布化，实现电网负荷精细化预测、调度、调节，实现电能的高效、安全、可靠、方便的使用，是提高电能利用率、实施节电的关键所在。

我国智能用电方面起步较晚，是智能电网建设中相对薄弱的环节，但智能用电涉及千家万户，关乎民生，发展潜力巨大。目前，智能用电方面的主要技术问题有如下几点：

1、智能电表方面。智能用电的实施需要逐步将现有的以远程抄表为主要功能的电子式电表，替换为集全电量参数测量和节能保护控制为一体，并能与内网互动、可远程自动升级等功能于一体的智能化高精度电表。目前能实现此功能的电表产品国内很少，且价格昂贵。

2、电能精细化计量与能效分析方面。目前主要以家庭、商业建筑等为单位进行粗放型计量，对用电设备和用电行为的精细化测量和分析远未到位，难以达到高效量化的节能。

3、智能电表测控数据的实时传输。目前电能测量的最小时间片都在15分钟以上，远不能满足供用互动、需量响应、精细化能效分析等要求。

4、实时海量数据融合与处理。对以智能电表为基础的大量信息的实时采集融合与处理是智能用电的基础，但目前国内的AMI（高级计量体系）实践多在以远程抄表为主的软件系统上进行扩充，其实时性、可扩展性等问题均遇到不可逾越的瓶颈。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供三相/单相电力智能测控仪，能够采用简单的结构、低廉的成本，使得三相/单相电力智能测控仪具有强大的功能。

为解决上述技术问题，本实用新型三相/单相电力智能测控仪的技术方案是，包括

电源模块，包括降压变压器及周边电路，从电源初级侧经过所述降压变压器及周边电路为所述三相/单相电力智能测控仪提供一个整流稳压电源；

信号采集模块，包括模数转换器，采集三相/单相电参数信息；

中央处理器模块，对信号采集模块采集的信号进行模数运算处理，并协调各模块的工作；

时钟模块，为所述三相/单相电力智能测控仪提供时钟频率信号；

显示模块，通过液晶驱动，对所述中央处理器模块的处理结果在定制LCD液晶面板上进行显示；

电源电压监控器，确保单片机在一个正常的工作电压范围内运行。

本实用新型通过采用上述技术方案，采用较为简单的结构和低廉的成本，实现了对电力信号的采集和监控，以及相关信息的传输。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明：

图1本实用新型三相/单相电力智能测控仪的模块结构图；

图2为本实用新型实施例的电路图。

具体实施方式

本实用新型公开了一种三相/单相电力智能测控仪，如图1所示，包括

电源模块，包括降压变压器及周边电路，从电源初级侧经过所述降压变压器及周边电路为所述三相/单相电力智能测控仪提供一个整流稳压电源；所述电源模块在电压过低时能够自动进入掉电保护状态，并且包括后备电容，在掉电时对数据进行保存。

信号采集模块，采集三相/单相电参数信息。

中央处理器模块，对信号采集模块采集的信号进行处理，并协调各模块的工作；所述中央处理器模块包括模数转换接口，接收所述信号采集模块发送的模拟信号，并转换成数字信号进行处理；所述中央处理器模块包括网络接口，将指令和数据通过网络接口进行传输；所述中央处理器模块具有编程功能，根据程序内容控制数据处理和传输。

存储模块，记录重要参数和关键数据，保存运行过程中产生的各类记录；

通讯模块，提供RS485串口通讯，WIFI无线通讯等网络通讯功能，进行数据传输；

时钟模块，为所述三相/单相电力智能测控仪提供时钟频率信号，包括基本定时器，每隔预定的时间向所述中央处理器模块提供中断信号。

显示模块，通过液晶驱动，对所述中央处理器模块的处理结果在定制LCD液晶面板上进行显示；

电源电压监控器，确保单片机在一个正常的工作电压范围内运行；

I/O控制模块，提供信号输入和输出接口，对外围设备进行响应和控制。

本实用新型的实施例的电路图如图2所示，在详细比较同类产品功能、性能及技术参数的基础上，以高可靠、高性能、低功耗、使用方便和低价为竞争优势的前提，选用高集成度（集成了CPU、LCD显示、通讯、16位A/D）、低功耗、性能稳定的CPU和电子元器件。

基于变压器电源从电源初级侧使用降压变压器，考虑电磁兼容因素，由一个整流稳压电源（3V）电路，提供所需要的电源来驱动整个电路板，电源模块能够在电压过低的时候自动进入掉电保护状态，并且采用后备电容，是的掉电后对数据进行长时间保护。

信号采集模块中，采用7通道16位ADCs，SD16（模数转换）组成的差分输入（增益=1），为了满足本规范电压和电流的输入需要分压。此外，SD16允许的最大负电压-1V，因此AC电源信号可以直接连接，不需要其他电平转换。电压采样从电源电压通常是220V端被降压至范围为500mV（P-P）（相间），电压输入大约为350mV RMS。由后跟一个尖峰保护压敏电阻电压的模拟前端简单的分压器和一个RC低通滤波器，它像一个抗混叠滤波器。

中央处理器模块中，内部参考电压1.2V，7个ADC采集通道的定义如下：A0.0+和A0.0-（V1）；A1.0+和A1.0-（V2）；A2.0+和A2.0-（V3）；A3.0+和A3.0-（I1）；A4.0+和A4.0-（I2）；A5.0+和A5.0-（I3）；A6.0+ A6.0-：处理中性通道，可具有检测三相窃电功能。

时钟模块中，采用32.768kHz的外部低频晶体（ACLK），芯片上的FLL锁相环。在FLL源CPU时钟（MCLK）和SMCLK是ACLK的整数倍。对于当前的应用程序12兆赫和16兆赫的频率选项已提供。

另外还包括基本定时器（BT），BT的配置提供精确的实时时钟（RTC）功能1秒中断。BT的时钟ACLK，这是外部32.768kHz晶振。

显示模块中， LCD控制器可支持160段。使用内部电荷泵配备一个良好的对比度。设置ACLK/128，这是256Hz的刷新率。

电源电压监控器（SVS）：SVS模块是提供电源周边电压监测的关键。SVS可以对电源电压（VCC）是否大于工作电压进行检查，并改变FLL的运行，确保电压能够支持单片机CPU在16MHz的状态下可以稳定可靠的运行。SVS可监测VCC，当电源电压过低，产生系统复位时，预先警告系统，进入超低功耗RTC模式。

存储模块:120KB闪存，8KB随机存储器。 

本实用新型实施例，由于采用了可编程器件，可以实现以下主要功能：1、电力参数实时测量

电压：相电压、相电压平均值，线电压、线电压平均值

电流：电流、电流平均值、中性线电流

功率：总有功功率、总四象限无功功率、总视在功率，各相有功功率、各相四象限无功功率、各相视在功率

功率因数：各相功率因数、总功率因数

频率：45-55Hz

实时时钟

2、复费率电能与分级电价计量

复费率电能：实现高精度峰尖平谷时段总电能、各相电能、双向有功电能、四象限无功电能、视在电能计量

支持峰、尖、平、谷4个费率，具有节假日与非节假日2套费率时段，通过预先设置时间实现2套费率时段的自动切换。每套费率时段全年设置2个时制，24小时内可设置8个时段，可任意按分钟设置

3、需量测量与统计

采用滑差方式实时测量有功总需量、双向有功需量、无功总需量、双向无功需量，需量周期及滑差时间的设置满足国家电网标准的相关要求

当发生电压线路上电、时段转换、清零、时钟调整、需量周期变更、功率潮流方向转换等情况时，电能表从当前时刻开始，按照需量周期测量需量

4、电能质量实时监测

电能的计量方式分为基波电能和全波电能，可实时监测三相系统0～41次谐波数据，并计算多种电能质量参数，适合于对电能质量敏感的场合应用

实时0～41次谐波电压、谐波电流、谐波有功/无功功率

电压/电流谐波畸变率

电压/电流不平衡度、三相不平衡度

电压合格率

电压偏差、频率偏差

5、控制与报警

控制：可通过网络输出控制信号，表内设2个以上（可扩展）控制用继电器，触点可控制5A的控制负荷

最值统计：实时统计有关参量（各相/线电压、各电流、功率、频率、需量、不平衡度等）的最大值、最小值和平均值信息，并记录其更新时间

预警：选择监测对象，对其设定高低阀值，预判断该参数变化趋势，在参数接近设定的限值之前，提前启动事件报警，该事件将被记录

开关量信号：当有开关量信号进入时，通过上位机发出指令，仪表发出报警信号

6、冻结、事件与数据管理

冻结：定时冻结、瞬时冻结、日冻结和约定冻结

事件记录：报警、冻结、失电、设置等事件最近10次的发生、结束时间

电表清零：清除电能表内存储的电能量、最大需量、冻结量、事件记录等数据

数据存储：存储上12个结算日的电能量数据、需量数据等，数据转存分界时刻为月末24时（月初零时）或在每月1日-28日内的整点时刻。电能表电源失电后，所有与结算有关的数据保存时间不少于10年，其他数据保持时间不少于3年

7、网络通信

RS485接口，Modbus-RTU通讯协议（标配）

WIFI，Modbus-TCP/IP通讯协议（选配）

RS485接口通信波特率可灵活配置，通讯速率范围为9600bps-115200bps

本实用新型实施例有以下特点：

1、高精度、高灵敏度

综合精度为0.1%，其中：电压、电流精度为0.05%，功率、电能精度为0.1%，频率精度为±0.01Hz。

2、支持云计算模式的网络化监控

可通过网络远程控制与预警、远程配置表计运行模式（基本测量模式、复费率模式、需量模式、谐波模式、LCD显示模式、三相/单相模式，可动态组合使用）和运行参数，以及远程数据管理（远程抄表、数据冻结等）。

配套的后台软件支持云计算模式，一个采控终端（上位机）可带255个测控仪表，通过采控终端的扩展，可方便地满足大范围内智能化用电实时测量、抄表、控制与预警、统计分析等要求。

3、实时电能质量分析

可实时测量0-41次谐波（精度1%），包括各次谐波的电压、电流、有功功率、无功功率等；可进行电压电流实时波形的捕捉（可捕捉10个周波的实时波形），供电力波形曲线分析。

4、可远程自升级

通过网络远程对本产品的嵌入式软件进行版本升级，易于维护和功能扩展。

本实用新型与现有技术相比，所具有的优点：

1、精度高、可扩展性能好

软件上采用A/D二阶滤波、前校正与后补偿、加窗FFT变换等算法。

综合精度为0.1%。

在100:1的电流变化范围内，电压、电流精度为0.05%，功率（有功、无功）、电能（有功、无功）精度为0.1%。

在200:1的电流变化范围内，电压、电流精度为0.1%，功率（有功、无功）、电能（有功、无功）精度为0.2%。

在3000:1的电流变化范围内，测量精度为2%。

2、集成度高、成本低

现有市场上大多数同类产品采用电表专用芯片，采集的参数是通过计算的数据。而本产品在硬件架构上采用LCD显示、电能计量、主CPU三位一体的技术方案，AD采样数据为原始数据，可用于分析、统计和扩展，更适合对谐波分析、电能质量分析要求高的场所。

3、易于维护、功能扩展

本产品具有远程自升级功能，可通过网络远程对本产品嵌入式软件进行版本升级。

Claims (7)

1.一种三相/单相电力智能测控仪，其特征在于，包括

电源模块，包括降压变压器及周边电路，从电源初级侧经过所述降压变压器及周边电路为所述三相/单相电力智能测控仪提供一个整流稳压电源；

信号采集模块，包括模数转换器，采集三相/单相电参数信息；

中央处理器模块，对信号采集模块采集的信号进行模数运算处理，并协调各模块的工作；

时钟模块，为所述三相/单相电力智能测控仪提供时钟频率信号；

显示模块，通过液晶驱动，对所述中央处理器模块的处理结果在定制LCD液晶面板上进行显示；

电源电压监控器，确保单片机在一个正常的工作电压范围内运行。

2.根据权利要求1所述的三相/单相电力智能测控仪，其特征在于，所述电源模块在电压过低时能够自动进入掉电保护状态，并且包括后备电容，在掉电时对数据进行保存。

3.根据权利要求1所述的三相/单相电力智能测控仪，其特征在于，包括基本定时器，每隔预定的时间向所述中央处理器模块提供中断信号。

4.根据权利要求1所述的三相/单相电力智能测控仪，其特征在于，具有I/O控制模块，可监测输入信号，并控制输出信号做出动作，对监测的设备进行控制保护。

5.根据权利要求1所述的三相/单相电力智能测控仪，其特征在于，所述中央处理器模块包括模数转换接口，接收所述信号采集模块发送的模拟信号，并转换成数字信号进行处理。

6.根据权利要求1所述的三相/单相电力智能测控仪，其特征在于，所述中央处理器模块包括网络接口，将指令和数据通过网络接口进行传输。

7.根据权利要求1所述的三相/单相电力智能测控仪，其特征在于，还包括存储模块，记录重要参数和关键数据，保存运行过程中产生的各类记录。

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