DE3620484A1

DE3620484A1 - Verfahren zum messen der einer last gelieferten elektrischen energie

Info

Publication number: DE3620484A1
Application number: DE19863620484
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Toda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-06-19
Filing date: 1986-06-19
Publication date: 1987-01-02
Also published as: DE3620484C2; US4907165A; JPS61292067A; CH668131A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen elektri scher Energie, insbesondere unter Verwendung eines elektronischen digitalen Multiplikations-Wattstunden zählers.

In Fig. 3 der zugehörigen Zeichnung ist das Blockschalt bild eines elektronischen digitalen Multiplikations- Wattstundenzählers 20 zum herkömmlichen Messen von elektrischer Energie dargestellt.

In Fig. 3 sind die Eingangsanschlüsse 1 und 2 des elektronischen Wattstundenzählers dargestellt, an denen die zu messende Spannung und der zu messende Strom einer Schaltung jeweils eingegeben werden, wobei der Eingangs anschluß 1 mit einem Kontakt 3 a eines ersten Umschalters 3 verbunden ist, während der Eingangsanschluß 2 mit dem anderen Kontakt 3 b des Umschalters 3 verbunden ist. Ein gemeinsamer Kontakt 3 c des ersten Umschalters 3 liegt an einem Kontakt 4 a eines zweiten Umschalters 4, dessen anderer Kontakt 4 b an einem Bezugspotential liegt. Der gemeinsame Kontakt 4 c des zweiten Umschalters 4 ist mit einem Eingang eines Analog/Digital-Wandlers 5 verbunden, dessen Ausgang mit einer Sammelleitung 10 verbunden ist, die den Analog/Digital-Wandler 5, eine Zentraleinheit CPU 6, einen Festspeicher ROM 7 zum Speichern von Anweisungen usw., die durch die CPU 6 auszuführen sind, um den elektronischen Wattstundenzähler 20 zu betreiben, einen Speicher mit direktem Zugriff RAM 8 zum kurzzeiti gen Speichern von Parameterdaten und eine Schnittstelle I/O 9 verbindet.

Die Schnittstelle 9 ist über eine Ausgangsleitung 11 mit dem ersten Umschalter 3, dem zweiten Umschalter 4 und einem Steuereingang des Analog/Digital-Wandlers 5 ver bunden und liegt über eine Signalleitung 12 an einem Ausgang 13 des elektronischen Wattstundenzählers 20. Der Speicher mit direktem Zugriff RAM 8 enthält ein Register zum Speichern eines momentanen Leistungswertes, der durch die CPU 6 berechnet wird.

Im folgenden wird anhand des in Fig. 4 dargestellten Flußdiagramms die Arbeitsweise eines digitalen elektro nischen Multiplikations-Wattstundenzählers mit dem obi gen Aufbau beschrieben.

Die CPU 6 liest periodisch die aufeinanderfolgenden Anweisungen im Speicher ROM 7, woraufhin sie diese Anweisungen entschlüsselt und ausführt. Zuerst wird ein Umschaltbefehlssignal über die Ausgangsleitung 11 ausge geben, um den gemeinsamen Kontakt 4 c des zweiten Umschalters 4 mit dem Kontakt 4 b zu verbinden und dadurch das Bezugspotential an den Analog/Digital-Wand ler 5 zu legen (Schritt 211). Ein digitaler Ausgangswert des Analog/Digital-Wandlers 5 entspricht dem obengenann ten Potential, so daß ein digitaler Wert, der der Meßwertverschiebung im Analog/Digital-Wandler 5 ent spricht, über die Sammelleitung 10 am Speicher RAM 8 liegt und dort gespeichert wird (Schritt 213). Auf die Speicherung des digitalen Wertes im RAM 8 während des Schrittes 213 werden Umschaltbefehlssignale über die Schnittstelle 9 und die Ausgangsleitung 11 ausgegeben, um den zweiten Umschalter 4 mit dem Kontakt 4 a zu verbinden und gleichfalls den gemeinsamen Kontakt 3 c des ersten Umschalters 3 mit dem Kontakt 3 a zu verbinden, so daß eine Lastspannung, die am Eingangsanschluß 1 liegt, dem Analog/Digital-Wandler 5 eingegeben wird (Schritt 215). Die in dieser Weise dem Analog/Digital-Wandler 5 im Schritt 215 eingegebene Lastspannung wird in einen digitalen Wert umgewandelt, der der Lastspannung ent spricht (Schritt 217). Da dieser digitale Wert die Meßwertverschiebung enthält, die im Analog/Digital-Wand ler 5 usw. erzeugt wird, wird ein schädlicher Einfluß dieser Meßwertverschiebung dadurch beseitigt, daß der obige digitale Wert, der der Meßwertverschiebung des Analog/Digital-Wandlers 5 entspricht und im Schritt 213 gespeichert wurde, abgezogen wird, um dadurch einen digitalen Wert zu erhalten, der der Eingangsspannung entspricht (Schritt 219).

Nachdem die verschiebungsbereinigte Eingangsspannung in dieser Weise im Schritt 219 berechnet ist, wird ein Umschaltbefehlssignal über die Schnittstelle 9 und die Ausgangsleitung 11 ausgegeben, um die Verbindung des ersten Umschalters 3 vom Kontakt 3 a auf den Kontakt 3 b umzuschalten, wodurch der Laststrom, der dem Eingangsan schluß 2 zugeführt wird, dem Analog/Digital-Wandler eingegeben wird (Schritt 221). Der dem Analog/Digital- Wandler 5 im Schritt 221 eingegebene Laststrom wird in einen digitalen Wert umgewandelt, der dem Laststrom entspricht (Schritt 223). Da dieser digitale Wert die Meßwertverschiebung enthält, die im Analog/Digital-Wand ler 5 usw. erzeugt wird, wird der oben genannte digitale Wert abgezogen, der dieser Verschiebung des Analog/Digi tal-Wandlers 5 entspricht und im Schritt 213 gespeichert wurde, um einen digitalen Wert zu erhalten, der dem Eingangsstrom entspricht und bei dem der nachteilige Einfluß der Verschiebung beseitigt ist (Schritt 225). Nach der im Schritt 225 erfolgenden Berechnung des digitalen Wertes, der dem verschiebungsfreien Eingangs strom entspricht, wird dieser digitale Wert im Schritt 227 mit dem digitalen Wert multipliziert, der vorher im Schritt 219 gebildet wurde, wobei das Ergebnis als momentaner Energiewert der gemessenen Schaltung dem Register im Speicher mit direktem Zugriff RAM 8 eingegeben und dann im Register akkumuliert wird (Schritt 229). Danach wird der Arbeitsvorgang vom Schritt 211 bis zum Schritt 229 periodisch wiederholt, so daß die momentanen Energiewerte ohne Verschiebung dem Register eingegeben und dort akkumuliert werden. Wenn die Akkumulation einen bestimmten Wert im Schritt 231 erreicht hat, werden die genannten Daten dem Ausgang 13 über die Schnittstelle 9 und die Signalleitung 12 im Schritt 233 zugeführt, während das Register im Schritt 235 gelöscht wird.

Bei der bekannten elektrischen Energiemessung mit dem oben beschriebenen herkömmlichen digitalen elektroni schen Vielfach-Wattstundenzähler 20 ist es erwünscht, daß das Zeitintervall des seriellen Betriebes von der Analog/Digitalumwandlung bis zur Multiplikation und Akkumulation im Hinblick auf eine bessere Charakteristik bezüglich der Verzerrung der Eingangswellenform so kurz wie möglich ist. Beispielsweise wird für eine zweihun dertmalige Wiederholung des Arbeitsablaufes vom Schritt 211 bis zum Schritt 229 mit einer Frequenz von 50 Hz eine Zeit von 100 µs. benötigt.

Um die Schritte 211 bis 229 zweihundertmal innerhalb einer Zeit von 100 µs. zu wiederholen, sollten die Zentraleinheit CPU 6 und die anderen verwandten Bauteile jedoch in der Lage sein, ausreichend schnell zu arbeiten. Folglich besteht bisher die Schwierigkeit darin, daß eine Messung mit hoher Genauigkeit unter Verwendung eines mit niedrigen Kosten verbundenen verlustarmen digitalen elektronischen Multiplikations- Wattstundenzählers nicht möglich war.

Durch die Erfindung soll dieses Problem beseitigt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen der einer Last gelieferten elektrischen Energie umfaßt das Nehmen eines analogen Meßwertes, der die Lastspannung und/oder den Laststrom widergibt und das in einer vorgegebenen Anzahl erfolgende Wiederholen dieser Meßwertnahme, das Umwan deln jedes genommenen analogen Meßwertes in einen digitalen Wert und das Akkumulieren der digitalen Werte, bis die Meßwertnahme in der gegebenen Anzahl wiederholt ist, das Teilen des akkumulierten Wertes um diese Anzahl, um einen mittleren digitalen Wert pro Meßwert nahme zu berechnen, wenn die Meßwertnahmen in der vorgegebenen Anzahl wiederholt sind und das Korrigieren des genommenen Meßwertes bei der nächsten Meßwertnahme unter Verwendung des in dieser Weise erhaltenen mitt leren digitalen Wertes als Verschiebungskorrekturwert.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß entweder der Strom oder die Spannung der Last gemessen wird und kann ein zufriedenstellendes Meßergebnis mit einer außerordentlich hohen Genauigkeit liefern. Das beste Ergebnis wird jedoch dann erzielt, wenn sowohl der Strom als auch die Spannung gemessen werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Verschie bung im Analog/Digital-Wandler durch den Mittelwert des gemessenen Stromes oder der gemessenen Spannung inner halb eines bestimmten Zeitintervalls korrigiert werden, so daß das bekannte Verfahren zum Messen der Verschie bung im Analog/Digital-Wandler nicht mehr durchgeführt werden muß, um schließlich eine schnelle Messung sicher zustellen.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Blockschaltbild einen digitalen elektronischen Multiplikations-Wattstunden zähler zur Durchführung des erfindungsge mäßen Verfahrens,

Fig. 2 in einem Flußdiagramm die Arbeitsvorgänge im Wattstundenzähler von Fig. 1,

Fig. 3 in einem Blockschaltbild einen herkömmlichen Wattstundenzähler und

Fig. 4 in einem Flußdiagramm die Arbeitsvorgänge im Wattstundenzähler von Fig. 3.

Fig. 1 zeigt einen digitalen elektronischen Multipli kations-Wattstundenzähler zum Messen der elektrischen Energie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Ähnlich wie bei dem herkömmlichen obenbeschriebenen Beispiel, das in Fig. 3 dargestellt ist, weist dieser Wattstunden zähler 101 Eingangsanschlüsse 1 und 2, einen Umschalter 3, einen Analog/Digital-Wandler 5, eine Zentraleinheit CPU 6, einen Festspeicher ROM 7, einen Speicher mit direktem Zugriff RAM 8, eine Schnittstelle I/O 9, eine Sammelleitung 10, Signalleitungen 11 und 12 und einen Ausgangsanschluß 13 auf. Diese Bauteile sind im wesent lichen identisch mit den in gleicher Weise bezeichneten Bauteilen von Fig. 3. Der in Fig. 1 dargestellte Wattstundenzähler unterscheidet sich von dem in Fig. 3 dargestellten Zähler darin, daß fünf Register im Speicher RAM 8 enthalten sind und der zweite Umschalter fehlt.

Im folgenden wird anhand des Flußdiagrammes von Fig. 2 das erfindungsgemäße Meßverfahren im Wattstundenzähler von Fig. 1 beschrieben.

Vor Beginn der Messung setzt die Zentraleinheit CPU 6 die Anzahl N der zu wiederholenden Meßwertnahmen zum Bilden eines Mittelwertes der genommenen Meßwerte aus deren Akkumulation fest und löscht die CPU 6 das erste und zweite Register, die einen digitalen Wert speichern, der den obigen Mittelwert widergibt und als Verschie bungskorrekturwert für die anschließende Korrektur der Verschiebung benutzt werden soll (Schritt 111).

Nachdem die Anzahl N der Meßwertnahmen im Schritt 111 vorgegeben ist, erzeugt die Zentraleinheit CPU 6 ein Umschalt-Befehlssignal über die Ausgangsleitung 11, um den Umschalter 3 vom Kontakt 3 b auf den Kontakt 3 a umzuschalten, woraufhin eine Lastspannung, die keinen Gleichspannungsanteil enthält und am Eingangsanschluß 1 liegt, in den Analog/Digital-Wandler 5 eingegeben wird (Schritt 113). Die in dieser Weise dem Analog/Digital- Wandler 5 im Schritt 113 eingegebene Lastspannung wird in einen digitalen Wert umgewandelt, der der Last spannung entspricht (Schritt 115). Dieser digitale Wert wird bezüglich der Verschiebung durch den Wert im ersten Register des Speichers RAM 8 korrigiert, das am Anfang im Schritt 111 gelöscht wurde, um dadurch einen digitalen Wert zu bilden, der der verschiebungsfreien Lastspannung entspricht (Schritt 116).

Anschließend wird der Umschalter 3 über die Schnittstel le I/O 9 auf den Kontakt 3 b umgeschaltet, so daß der Laststrom dem Analog-Digital-Wandler 5 eingegeben wird (Schritt 117). Der in dieser Weise dem Analog/Digi tal-Wandler 5 im Schritt 117 eingegebene Laststrom wird in einen digitalen Wert umgewandelt, der dem Laststrom entspricht (Schritt 118). Dieser digitale Wert wird bezüglich der Verschiebung durch den Wert im zweiten Register des Speichers RAM 8 korrigiert, das am Anfang im Schritt 111 gelöscht wurde, um dadurch einen digitalen Wert zu bilden, der dem verschiebungsfreien Laststrom entspricht (Schritt 119).

Die in den Schritten 116 und 119 erhaltenen digitalen Werte, die in der verschiebungsfreien Lastspannung und/oder dem verschiebungsfreien Laststrom entsprechen, werden in der Zentraleinheit CPU 6 im Schritt 120 multipliziert und das Ergebnis dieser Multiplikation wird im dritten Register des Speichers RAM 8 im Schritt 121 akkumuliert. Wenn die Akkumulation einen vorbestimm ten Wert im Schritt 122 erreicht hat, wird ein Ausgangs impuls über die Schnittstelle I/O 9 dem Ausgangsanschluß 13 im Schritt 123 ausgegeben. Anschließend wird der Inhalt des dritten Registers entsprechend der Ausgabe eines Impulses lediglich mit einem numerischen Wert gelöscht (Schritt 124). Wenn im Schritt 122 oder am Ende des Schrittes 124 festgestellt wird, daß der Inhalt des dritten Registers unter dem vorbestimmten Wert liegt, wird im Schritt 125 geprüft, ob die der Reihe nach erfolgenden Meßwertnahmen vom Schritt 113 bis zum Schritt 124 die am Anfang vorgegebene Anzahl N erreicht haben, wobei dann, wenn das nicht der Fall ist, die digitalen Werte, die in den Schritten 115 und 119 erhalten wurden, im vierten und fünften Register des Speichers RAM 8 in den Schritten 128 und 129 akkumuliert werden, woraufhin die obengenannten seriellen Arbeits vorgänge vom Schritt 113 an erneut durchgeführt werden. Wenn die Anzahl N der Meßwertnahmen den vorgegebenen Wert erreicht hat, wird der Inhalt des vierten und fünften Registers in den Schritten 126 und 127 durch N geteilt, um einen neuen Verschiebungskorrekturwert zu bilden, der dann auf das erste und das zweite Register des Speichers RAM 8 übertragen wird. Anschließend geht das Verfahren auf den Schritt 113 über, um die seriellen Arbeitsvorgänge fortzusetzen.

Obwohl ein Umschalter 3 bei dem obigen Ausführungsbei spiel verwandt wurde, kann dasselbe auch durch die Verwendung von zwei Analog/Digital-Wandlern 5 ohne den Schalter 3 erreicht werden. Die Ausbildung der Zentral einheit CPU 6, des Festspeichers ROM 7 und des Speichers mit direktem Zugriff RAM 8 in Form eines Mikroprozes sors, wie es beispielsweise beschrieben wurde, um die seriellen Arbeitsvorgänge auszuführen, kann durch eine fest verdrahtete logische Schaltung ersetzt werden, um dieselben Arbeitsvorgänge ohne Schwierigkeiten auszufüh ren.

Neben der oben erwähnten Korrektur, die dadurch erfolgt, daß Verschiebungswerte sowohl der Spannung als auch des Stromes berechnet werden, kann ein ähnlicher Effekt auch dadurch erzielt werden, daß die Verschiebung nur des Stromes oder der Spannung korrigiert wird, da der nachteilige Einfluß der Verschiebung gemittelt und bei der Akkumulation der momentanen elektrischen Energie beseitigt werden kann. Wie es oben beschrieben wurde, erübrigt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Messung der Verschiebung im Analog/Digital-Wandler usw. und kann ein digitaler Wert, der dieser Verschiebung entspricht, dadurch erhalten werden, daß lediglich eine Reihe von einer Analog/Digital-Umwandlung unterworfenen Werten akkumuliert wird, so daß es möglich wird, eine Messung mit hoher Genauigkeit mit Hilfe eines mit geringen Kosten verbundenen verlustarmen digitalen elektronischen Multiplikations-Wattstundenzählers durch zuführen, der die aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgänge der Analog/Digital-Umwandlung, der Multiplikation und Akkumulation mit hoher Geschwindigkeit durchführen kann, ohne daß schnell arbeitende Bauteile benötigt werden.

Claims

1. Verfahren zum Messen der einer Last gelieferten elektrischen Energie, dadurch gekennzeichnet, daß ein analoger Meßwert genommen wird, der die Spannung und/oder den Strom der Last widergibt und die Meßwertnahme mehrmals in einer gegebenen Anzahl wiederholt wird, jeder genommene analoge Meßwert in einen digitalen Wert umgewandelt wird und die digitalen Werte akkumuliert werden, bis die Meßwert nahme in der vorgegebenen Anzahl wiederholt ist, der akkumulierte Wert durch diese Anzahl geteilt wird, um einen mittleren digitalen Wert pro Meßwertnahme zu berechnen, wenn die Meßwertnahmen die vorgegebene Anzahl erreicht haben und der genommene Meßwert bei der nächsten Meßwertnahme unter Verwendung dieses mittleren digitalen Wertes als Verschiebungskorrek turwert korrigiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein analoger Wert, der die Lastspannung wieder gibt und ein analoger Wert, der den Laststrom wiedergibt, abwechselnd gewählt werden, immer wenn die Meßwertnahmen in der vorbestimmten Anzahl wiederholt sind.