CN203561692U - 具有自动量程切换且基波和谐波分别计量的电能表 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了具有自动量程切换且基波和谐波分别计量的电能表，包括电压互感器、电流互感器、液晶显示器、功能按键和通讯模块，其特征在于：所述的电压互感器和电流互感器的二次侧分别通过电压信号调理器和电流信号调理及量程无触点切换器输入基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器中的A/D转换器的输入接口。该电能表，既能自动量程切换，又能将基波和谐波分别计量，而且由于采用了SOGI和瞬时功率理论相结合的算法，对基波功率和各次谐波功率进行实时双向计量，不需要对电压、电流进行整数倍的周期采样，避免了频谱泄露和栅栏效应，提高了谐波功率计量的准确率和实时性，计量精度高、速度快、实时性好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种智能电能表的改进，属电能计量技术领域，具体地说是一种具有自动量程切换且基波和谐波分别计量的电能表。
背景技术
目前，所使用的智能电能表的配置大多都是根据负荷大小选择相应容量的电能表，这种电能表的不足在于：一是当负荷较小时，电能表的误差会明显增大，无法准确计量电能，给电力公司带来损失。为了克服以上不足，达到准确计量，通常采用人工控制切换量程的电能表，费时费力、操作不方便、不及时；二是随着大功率非线性负荷的增加，使得供电系统中电压、电流波形发生畸变，对电网造成严重影响，并使电能表计量误差显著增大。在实际的计量中，作为谐波源的用户，一方面产生了谐波功率，对电网造成了污染，另一方面被计量的总电能为其吸收基波电能减去向电网注入的谐波电能，在污染电网的同时缺少交了用电费，而对于基波用户，吸收基波电能的同时被迫吸收谐波电能，计算总电能为基波电能与谐波电能的代数和，实际上就是基波电能的同时谐波源产生的谐波电能一部分转移到正常使用的基波用户身上，影响基波用户电设备的正常电气性能的同时也增加了基波用户的用电费用，这显然是不公平的。如果无法对谐波电能进行正确计量，不论对电能的生产、分配、供用电公平性，还是对用户都是不利的。谐波电能准确计量的基础是快速、准确的谐波计量算法，而现有的谐波计量常用算法为快速傅里叶变换（FFT），通过将输入的电压与电流信号进行傅里叶变换，再计算基波、各次谐波功率。快速傅里叶变换（FFT）最大的缺点是存在着频谱泄露与栅栏效应，算出的频率、幅值、相位均有偏差，进而造成算出的基波、谐波功率不准确，尤其是当电网频率波动时，计量误差尤为明显。此外，由于快速傅里叶变换（FFT）算法不是一个实时性的算法，需要对信号整数倍周期采样，降低了计量系统的实时动态性能。通过检索可知，目前有关于“不同量程的电能表自动切换装置”和“数字式智能谐波电能表”的报道，其结构包括电压传感器、电流传感器、模数转换器、数字处理器、液晶显示器、数据存储器、通讯接口、按键接口，模数转换器采用16位A/D转换器ADS8343芯片，数字处理器采用77E58芯片，所使用的软件算法基本为快速傅里叶变换（FFT）。目前尚未见既能自动量程切换，又能避免频谱泄露、栅栏效应，尤其是电网频率波动时，不需要对电压电流信号整数倍周期采样，仅通过电压电流瞬时值就能得到无偏差的频率、幅值、相位信息，进而实施快速准确计量基波、各次谐波功率的电能表的报道。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种既能自动量程切换，又能避免频谱泄露、栅栏效应，尤其是电网频率波动时，不需要对电压电流信号整数倍周期采样，仅通过电压电流瞬时值就能得到无偏差的频率、幅值、相位信息，进而实施快速准确计量基波、各次谐波功率的具有自动量程切换且基波和谐波分别计量的电能表。
为了达到以上目的，本实用新型所采用的技术方案是：该具有自动量程切换且基波和谐波分别计量的电能表，包括电压互感器、电流互感器、液晶显示器、功能按键和通讯模块，电压Uab和Ubc接入电压互感器，电流Ia和Ib接入电流互感器，其特征在于：所述的电压互感器的二次侧与电压信号调理器的输入端连接，电压信号调理器输出端连接基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器的A/D转换器的一个输入接口；所述的电流互感器的二次侧与电流信号调理及量程无触点切换器的输入端连接；电流信号调理及量程无触点切换器的输出端连接基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器的A/D转换器的另一个输入接口；所述的基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器的一侧设有SCI串行接口和通用I/O接口，液晶显示器输入端与SCI串行接口的输出端连接；同时，在基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器的SCI串行接口上与通讯模块相互连接；功能按键通过数据线接入通用I/O接口；在基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器的底端设有SD卡接口，SD卡接口与基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器内的SPI总线连接。
本实用新型还通过如下措施实施：所述的TMS320f28335微处理器的具有高精度、低成本、功耗小、性能高、集成度高、A/D转换精确和具有32位浮点处理单元的特点，已广泛用于平衡、热计量等领域；其软件算法采用了二阶广义积分器（SOGI）和瞬时功率理论相结合，对基波功率和各次谐波功率进行实时双向计量，不需要对电压、电流进行整数倍的周期采样，避免了频谱泄露和栅栏效应，这样可大大的提高了谐波功率计算的准确率和实时性，其性能明显优于快速傅里叶变换（FFT）。
所述的电压信号调理器中的电路和电流信号调理及量程无触点切换器中的电路均为现有技术，故不多述。
本实用新型的有益效果在于：该具有自动量程切换且基波和谐波分别计量的电能表，既能自动量程切换，又能将基波和谐波分别计量，而且由于采用了TMS320F28335浮点数字信号处理器和二阶广义积分器（SOGI）与瞬时功率理论结合，实现基波和各次谐波的正向、逆向有功功率、无功功率及对应电能量分别进行计量，并且能够实时绘制电压、电流、功率曲线，为电能正确计量、提高生产效率提供依据。该电能表还具有结构简单、测量精度高、实时性好的优点。
附图说明
图1为本实用新型的结构装配原理框示意图。
图中：1、电压互感器；2、电流互感器；3、液晶显示器；4、功能按键；5、通讯模块；6、电压信号调理器；7、基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器；8、A/D转换器；9、电流信号调理及量程无触点切换器；10、SCI串行接口；11、通用I/O接口；12、SD卡接口。
具体实施方式
参照图1制作本实用新型。该具有自动量程切换且基波和谐波分别计量的电能表，包括电压传感器1、电流传感器2、液晶显示器3、功能按键4和通讯模块5，电压Uab和Ubc接入电压互感器1，电流Ia和Ib接入电流互感器2，通过电压互感1、电流互感器2对电网的电压、电流进行采样，其特征在于：所述的电压互感器1的二次侧与电压信号调理器6的输入端连接，电压信号调理器6输出端连接基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器7的A/D转换器8的一个输入接口，通过电压信号调理器6对采集的电压信号进行提升和比例调整，使调理后的电压信号符合基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器7内部A/D转换器8的允许电压输入范围，从而输入A/D转换器8；所述的电流互感器2的二次侧与电流信号调理及量程无触点切换器9的输入端连接，其中的电流信号调理为利用多路模拟开关与运放的组合实现多个电流量程的无触点切换，即使在低负载情况下也能保证电流测量的精度；电流信号调理及量程无触点切换器9的输出端连接基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器7的A/D转换器8的另一个输入接口；这样，基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器7内部的A/D转换器8接收来自四路信号调理电路的输出信号，然后将接收到的电压信号和电流信号经过SOGI算法分解出基波分量和各次谐波分量，这些分量再经过瞬时功率算法后能够获得所需的基波功率和各次谐波功率及对应电能量；所述的基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器7的一侧设有SCI串行接口10和通用I/O接口11，液晶显示器3输入端与SCI串行接口10的输出端连接，通过液晶显示器3实现各数据和波形的实时显示；同时，在基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器7的SCI串行接口10上与通讯模块5相互连接，通过通讯模块5实现测量数据的通信转发；功能按键4通过数据线接入通用I/O接口11，通过功能按键4实现电能表的显示切换和参数设置；在基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器7的底端设有SD卡接口12，SD卡接口12与基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器7内的SPI总线连接，SD卡接口12的电路通过SD卡来实时存储测量数据，并实现掉电存储功能。
作为本实用新型的改进：所述的基于TMS320f28335微处理器具有高精度、低成本、功耗小、性能高、集成度高、A/D转换精确和具有32位浮点处理单元的特点，所以已广泛用于平衡、热计量等领域；其计算方法采用了二阶广义积分器（SOGI）和瞬时功率理论相结合，对基波功率和各次谐波功率进行实时双向计量，这样可大大的提高了谐波功率计算的准确率和实时性，优于快速傅里叶变换（FFT）。
所述的电压信号调理器6中的电路和电流信号调理及量程无触点切换器9中的电路均为现有技术，故不多述。
Claims (1)
1.具有自动量程切换且基波和谐波分别计量的电能表，包括电压互感器（1）、电流互感器（2）、液晶显示器（3）、功能按键（4）和通讯模块（5），电压Uab和Ubc接入电压互感器（1），电流Ia和Ib接入电流互感器（2），其特征在于：所述的电压互感器（1）的二次侧与电压信号调理器（6）的输入端连接，电压信号调理器（6）输出端连接基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器（7）的A/D转换器（8）的一个输入接口；所述的电流互感器（2）的二次侧与电流信号调理及量程无触点切换器（9）的输入端连接；电流信号调理及量程无触点切换器（9）的输出端连接基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器（7）的A/D转换器（8）的另一个输入接口；所述的基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器（7）的一侧设有SCI串行接口（10）和通用I/O接口（11），液晶显示器（3）输入端与SCI串行接口（10）的输出端连接；同时，在基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器（7）的SCI串行接口（10）上与通讯模块（5）相互连接；功能按键（4）通过数据线接入通用I/O接口（11）；在基于TMS320f28335微处理器的数字信号处理器（7）的底端设有SD卡接口（12）。
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