CN218272492U - 一种适用于中低压交直流配电网的直流电能表 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于直流电能表技术领域，具体涉及一种适用于中低压交直流配电网的直流电能表，所述模拟量采样模块的输出端与电能计量模块的输入端电性连接，所述电能计量模块的输出端与MCU主控模块的输入端电性连接，所述电能计量模块的输出端与电能脉冲输出接口电性连接，所述人机交互模块、电能数据存储模块和RS485通信模块分别与MCU主控模块电性连接，所述电能脉冲输入模块与MCU主控模块电性连接。本实用新型通过电能脉冲输入模块输入标准电能脉冲信号，与内部的电能量累积脉冲信号进行比较，可以实现电能表电能计量结果的校验，省去专门的校验装置。

Description

一种适用于中低压交直流配电网的直流电能表

技术领域

本实用新型属于直流电能表技术领域，具体涉及一种适用于中低压交直流配电网的直流电能表。

背景技术

近年来，直流输配电越来越多的应用到电网中，在直流输电母线上并联有不同的负载，交流负载往往需要无功功率，在直流配电网上，通过DC/AC变换器为负载供电，在负载与电源间存在无功功率的流动，会导致直流端的输入电流叠加一个交流分量，是DC/AC变换器交流端的无功需求产生的，并没有被消耗掉，而是流动在电源与负载之间。同理，通过DC/DC变换器为负载供电，在充电电池与电源间也存在无功功率的流动，这是由于电力电子控制中输出电压的波动与负载电压的差值产生。显然，无功功率并没有被消耗掉，在直流电网的电能计量中，它不应该被计量。

由于当前的直流电网的母线电压由交流整流而来，尽管直流电网已进行滤波，但其电压仍含有丰富的谐波，即直流电网电压既包含了直流分量，也包含了交流分量，如果电网电压的谐波电压频率与负载的无功电流频率相同，则传统的电能计量方法将会产生电能，而这部分电能是由于无功电流和直流电网的电压谐波相互作用产生的，属于多计量的电能，从而导致直流电能表电能计量误差增大。

实用新型内容

针对上述交直流配网由于负载需求，产生无功电流的具体工况条件下，传统直流电能表电能计量不准确的技术问题，本实用新型提供了一种计量准确、成本较低、使用方便的适用于中低压交直流配电网的直流电能表。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种适用于中低压交直流配电网的直流电能表，包括模拟量采样模块、电能计量模块、MCU主控模块、电能脉冲输入模块、电能脉冲输出接口、人机交互模块、RS485通信模块、电能数据存储模块和电源模块，所述模拟量采样模块的输出端与电能计量模块的输入端电性连接，所述电能计量模块的输出端与MCU主控模块的输入端电性连接，所述电能计量模块的输出端与电能脉冲输出接口电性连接，所述人机交互模块、电能数据存储模块和RS485通信模块分别与MCU主控模块电性连接，所述电能脉冲输入模块与MCU主控模块电性连接。

所述MCU主控模块内设置有比较单元，所述比较单元与电能脉冲输入模块电性连接。

所述比较单元采用STM32F429IGT6的芯片。

所述模拟量采样模块包括信号调理模块和模数转换器，所述信号调理模块的输出端电性连接在模数转换器的输入端，所述模数转换器的输出端电性连接在电能计量模块的输入端。

所述信号调理模块采用AD620信号调理模块，所述模数转换器采用AD7760模数转换器。

所述MCU主控模块采用ADI公司的第四代SHARC处理器ADSP-21483。

所述电源模块采用锂电池模块。

所述RS485通信模块支持DLT645-1997/2007/2013协议。

所述电能计量模块的输出端通过SPI串口与MCU主控模块的输入端电性连接，所述电能计量模块采用ADE7753芯片。

本实用新型与现有技术相比，具有的有益效果是：

1、本实用新型通过电能脉冲输入模块输入标准电能脉冲信号，与内部的电能量累积脉冲信号进行比较，可以实现电能表电能计量结果的校验，省去专门的校验装置。本实用新型的比较是基于相同电能量的电能脉冲信号进行比较，比较方法成本相对较低，且简便易行，可用来确认计量器具计量性能是否正常。

2、本实用新型在电能计量方面，根据采样点的不同，可以灵活地对电压电流进行非常精细的处理，提高计量的分辨率，保证电压电流的轻微波动都能准确计量，进一步提升计量的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本实用新型直流电能表的结构框图；

图2为本实用新型模拟量采集模块原理图。

其中：1为模拟量采样模块，101为信号调理模块，102为模数转换器，2为电能计量模块，3为MCU主控模块，4为电能脉冲输入模块，5为电能脉冲输出接口，6为人机交互模块，7为RS485通信模块，8为电能数据存储模块，9为电源模块，10为比较单元。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制；基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本实施例中，如图1所示，直流电能表包括模拟量采样模块1、电能计量模块2、MCU主控模块3、电能脉冲输入模块4、电能脉冲输出接口5、人机交互模块6、RS485通信模块7、电能数据存储模块8和电源模块9，其中模拟量采样模块1包括电压采样模块101和电流采样模块102。模拟量采样模块1的输出端与电能计量模块2的输入端电性连接，电能计量模块2输出端通过SPI串口与MCU主控模块3的输入端电性连接，同时电能计量模块3的输出端与电能脉冲输出接口5电性连接，人机交互模块6、电能数据存储模块8和RS485通信模块7分别与MCU主控模块3相电性连接。MCU主控模块3内部的比较模块10，用于对电能脉冲输入模块4输入的标准电能脉冲信号与内部的电能量累积脉冲信号进行比较。

进一步，如图2所示，模拟量采集模块1包括型号为AD620的信号调理模块101和型号为AD7760的模数转换器102，信号调理模块101的输出端电性连接至模数转换器102的输入端，模数转换器102的输出端电性连接至电能计量模块2的输入端。

进一步，模拟量采集模块1采集被测电能表输出的模拟量信号，并将模拟量信号通过信号调理模块101传输至模数转换器102，模拟量信号在传输至信号调理模块101之前信号中有噪声，信号调理模块101能有效的滤除掉模拟量信号中的噪声并对模拟量信号的幅值范围进行调整，使模拟量信号的幅值范围满足模数转换器输入所要求的幅值范围，模数转换器102将模拟量信号转换为数字信号并发送给电能计量模块2。

进一步，电能计量模块2接收模拟量采集模块1输出的电压与电流信号，根据采样到的电压、电流数据计算电能值，并将电能值发送给MCU主控模块3。电能计量模2块根据采样点的不同，可以灵活地对电压电流进行非常精细的处理，提高计量的分辨率，保证电压电流的轻微波动都能准确计量，进一步提升计量的准确度。具体做法是：传统的方案是采用1s计算一次，交流电频率为50Hz，周期为0.02s，在1s内有50个采样周期，每个周期200个采样点，这样在1s内采样10000个点，相当于10000个点进行计算一次。在本实施例中，电能计量模块根据采样点的不同，进行最小200采样点计算一次，对每次的计算进行电能累计，等同于在1s内，电能计量模块已经进行了50次的电能计量，大大增加了计量的分辨率，在电压和电流发生快速变化时都可以实现精准计量。电能计量模块2选择ADE7753芯片，是一个电能计量片上系统的芯片，是ADI最新一款功能先进的数字电度表芯片，带有串行接口和脉冲输出的高精度有功和视在能量计量的集成电路，集成了二阶∑△ADCs、一个数字积分器(在CH1上)、一个参考电压源、一个温度传感器，具有强大的计算能力且能够保证实时测量的电能参数的准确度达到0.05级，增加了本实施例直流电能表的测量精确度。

进一步，MCU主控模块3负责协调电能计量模块2、比较单元10、电能数据存储模块8、RS485通信模块7、人机交互模块6和电源模块9等功能。MCU主控模块3选择ADI公司的第四代SHARC处理器ADSP-21483。

进一步，MCU主控模块3根据电能计量模块2发送的电能量，控制电能脉冲输入模块4输入相同电能量经过计算的标准电能脉冲信号，比较单元10用于对电能脉冲输入模块输入的标准电能脉冲信号与内部的电能量累积脉冲信号进行比较，可以实现电能表电能计量结果的校验。比较单元10选择型号为STM32F429IGT6的芯片。比较是基于相同电能量的电能脉冲信号进行比较，比较方法成本相对较低，且简便易行，可用来确认计量器具计量性能是否正常。借助电能表的人机交互界面操作设定，就能完成规定的校验误差报表，报表可上传到远端服务器。

进一步，人机交互模块6包括人机交互界面和按键，人机交互界面由设置界面、主测量界面和数据存储界面组成，在设置界面中能够设置需要测量的基本参数以及对测量模式和保存模式进行设置；在测量主界面中包括测得的电能量数据，并能显示电能误差结果；在存储界面中应能够对存储的数据进行查看和编辑，包括对存储的数据进行排序、查看存储文件的备注、查看存储的文件内容以及删除存储的文件。

进一步，电源模块9为直流电能表提供电能，电源模块9可以是备用的锂电池模块。

进一步，RS485通信模块7支持DLT645-1997/2007/2013协议。

本实用新型的工作原理为：采用模拟量采样模块1采集线路中的瞬时直流电流信号和瞬时直流电压信号，采集的信号经过信号调理模块101的噪声过滤和幅值范围调整之后输出至模数转换器102，模数转换器102将模拟量信号转换为数字信号并发送给电能计量模块2，电能计量模块2通过瞬时直流电流信号和瞬时直流电压信号累积出的总电能值发送至MCU主控模块3，同时电能计量模块2将总电能值转化为脉冲输出指示。比较单元10对电能计量模块2输出的脉冲信号和电能脉冲输入模块输入的标准电能脉冲信号进行比较，实现电能表电能计量结果的校验。MCU主控模块3将校验结果和实际的电能值发送至人机交互模块6的人机交互界面进行显示。

上面仅对本实用新型的较佳实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于中低压交直流配电网的直流电能表，其特征在于：包括模拟量采样模块(1)、电能计量模块(2)、MCU主控模块(3)、电能脉冲输入模块(4)、电能脉冲输出接口(5)、人机交互模块(6)、RS485通信模块(7)、电能数据存储模块(8)和电源模块(9)，所述模拟量采样模块(1)的输出端与电能计量模块(2)的输入端电性连接，所述电能计量模块(2)的输出端与MCU主控模块(3)的输入端电性连接，所述电能计量模块(2)的输出端与电能脉冲输出接口(5)电性连接，所述人机交互模块(6)、电能数据存储模块(8)和RS485通信模块(7)分别与MCU主控模块(3)电性连接，所述电能脉冲输入模块(4)与MCU主控模块(3)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于中低压交直流配电网的直流电能表，其特征在于：所述MCU主控模块(3)内设置有比较单元(10)，所述比较单元(10)与电能脉冲输入模块(4)电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种适用于中低压交直流配电网的直流电能表，其特征在于：所述比较单元(10)采用STM32F429IGT6的芯片。

4.根据权利要求1所述的一种适用于中低压交直流配电网的直流电能表，其特征在于：所述模拟量采样模块(1)包括信号调理模块(101)和模数转换器(102)，所述信号调理模块(101)的输出端电性连接在模数转换器(102)的输入端，所述模数转换器(102)的输出端电性连接在电能计量模块(2)的输入端。

5.根据权利要求4所述的一种适用于中低压交直流配电网的直流电能表，其特征在于：所述信号调理模块(101)采用AD620信号调理模块，所述模数转换器(102)采用AD7760模数转换器。

6.根据权利要求1所述的一种适用于中低压交直流配电网的直流电能表，其特征在于：所述MCU主控模块(3)采用ADI公司的第四代SHARC处理器ADSP-21483。

7.根据权利要求1所述的一种适用于中低压交直流配电网的直流电能表，其特征在于：所述电源模块(9)采用锂电池模块。

8.根据权利要求1所述的一种适用于中低压交直流配电网的直流电能表，其特征在于：所述RS485通信模块(7)支持DLT645-1997/2007/2013协议。

9.根据权利要求1所述的一种适用于中低压交直流配电网的直流电能表，其特征在于：所述电能计量模块(2)的输出端通过SPI串口与MCU主控模块(3)的输入端电性连接，所述电能计量模块(2)采用ADE7753芯片。

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