專利名稱：一種在三相三線電能計(jì)量中自動(dòng)記錄失壓漏計(jì)電能的方法及其電能表的制作方法
種在三相三線電能計(jì)量中自動(dòng)記錄失壓漏計(jì)電能的方法
及其電能表
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及--種在三相三線電能計(jì)量中自動(dòng)記錄失壓漏計(jì)電能的方法及其 電能表，通常用于電力系統(tǒng)中計(jì)量有功電能、無(wú)功電能的方法及裝置。
背景技術(shù)：
在三相三線電能計(jì)量中因各種原因造成電能表有一相電壓失壓時(shí)，電能表會(huì) 漏計(jì)電能?，F(xiàn)有各種追補(bǔ)漏計(jì)電能的方式存在計(jì)算不準(zhǔn)確或是工作量太大或是費(fèi) 用太高等缺點(diǎn)。
本發(fā)明為了克服以上的缺點(diǎn)，進(jìn)行了有益的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種能自動(dòng)記錄失壓時(shí)漏計(jì)的電能， 同時(shí)還能完成普通電能表功能的方法及裝置。故稱為"自動(dòng)記錄失壓漏計(jì)電能的 電能表"。
本發(fā)明是基于供電系統(tǒng)三相電壓基本對(duì)稱(三相電壓幅值相等，相位角相差 120° )設(shè)計(jì)而成的，當(dāng)然實(shí)際三相電壓不可能絕對(duì)對(duì)稱，但是，不對(duì)稱分量實(shí)
際上很小，例如無(wú)功電能表也是基于三相電壓基本對(duì)稱設(shè)計(jì)而成的，準(zhǔn)確度只 比同類型的有功電能表低一個(gè)等級(jí)。如1級(jí)有功電能表，同類型的無(wú)功電能表則
為2級(jí)。以此類推，本發(fā)明也是基于三相電壓基本對(duì)稱設(shè)計(jì)而成的，記錄漏計(jì)電
能的準(zhǔn)確度等級(jí)只比其本身的有功電能計(jì)量準(zhǔn)確度低一個(gè)等級(jí)。
為了解決上述存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用下列技術(shù)方案 一種在三相三線電能計(jì)量中自動(dòng)記錄失壓漏計(jì)電能的方法，其特征在于
(1) 電能表數(shù)據(jù)收集電路收集負(fù)載電路上的電壓、電流信號(hào)；
(2) 通過(guò)采樣/保持電路將電壓、電流的交流信號(hào)在每周期內(nèi)采樣N次；
(3) 然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；
(4) 邏輯運(yùn)算電路按電能表有功電能、無(wú)功電能計(jì)算公式計(jì)算出實(shí)際計(jì)得 的有功電能W、無(wú)功電能Q;在三相三線制電路中，電能表測(cè)出Uab、 Ucb、 Ia、 Ic存入存儲(chǔ)器中，計(jì)算實(shí)際計(jì)得的有功電能W=UabXIaxcos4>ax」t+UcbxIcxcos 4>cx」t,無(wú)功電能Q: Uabxlaxsin<t>axzlt+Ucbxlcxsin4)cxz]t;
(5) 判斷三相中是否有任意一相斷相失壓；
(6) 假如有斷相失壓的話，邏輯運(yùn)算電路還記錄上述(4)歩在斷相時(shí)實(shí) 際計(jì)得的有功電能W、無(wú)功電能Q;同時(shí)，當(dāng)A相斷相時(shí)用(Jcb e—J^來(lái)代替電能 表有功電能、無(wú)功電能計(jì)算公式中的tlab，當(dāng)B相斷相時(shí)用((Jab-(Jcb) 一6()°來(lái)代 替電能表有功電能、無(wú)功電能計(jì)算公式中的(lab，用(Ocb力ab) e-j60。來(lái)代替電能表有功電能、無(wú)功電能計(jì)算公式中的tlcb，當(dāng)C相斷相時(shí)用(Jab ^6()°來(lái)代替電 能表有功電能、無(wú)功電能計(jì)算公式中的tcb，并計(jì)算出負(fù)載消耗的有功電能W'、 無(wú)功電能Q';
(7)邏輯運(yùn)算電路(L)計(jì)算出斷相時(shí)漏計(jì)有功電能W' -W、漏計(jì)無(wú)功電 能-Q' -Q;
實(shí)現(xiàn)i述方法的一種電能表，其特征在于包括電能表收集數(shù)據(jù)電路、采樣/ 保持電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、邏輯運(yùn)算電路；電能表收集數(shù)據(jù)電 路的輸出端連接采樣/保持電路的輸入端，采樣/保持電路的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換 電路的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的輸入端，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的 輸出端連接邏輯運(yùn)算電路。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明將不僅僅解決了追補(bǔ)失壓漏 計(jì)電能的困難，也大大提高了追補(bǔ)失壓漏計(jì)電能的準(zhǔn)確度，并且將記錄失壓漏計(jì) 電量與電能表合為一體。


圖1是本發(fā)明的方框圖(一)； 圖2是本發(fā)明的方框圖(二)； 圖3是本發(fā)明的電能表數(shù)據(jù)收集電路圖； 圖4是本發(fā)明的具體方框圖； 圖5是本發(fā)明的相量原理分析圖(一)； 圖6是本發(fā)明的相量原理分析圖(二)； 圖7是本發(fā)明的相量原理分析圖(三)； 圖8是本發(fā)明的A、 B、 C相斷相判斷分析圖(一)；
圖9是本發(fā)明的A、 B、 C相斷相判斷分析圖(二)；
圖io是本發(fā)明的的電路分布圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述
一種在三相三線電能計(jì)量中自動(dòng)記錄失壓漏計(jì)電能的方法，如圖l、圖2，
至少包含
(l")電能表數(shù)據(jù)收集電路H收集負(fù)載電路上的電壓、電流信號(hào)，將上述信
號(hào)輸入到單片機(jī)的模擬量輸入接口 ；
如圖3所示，髙壓供電系統(tǒng)的電壓經(jīng)過(guò)保險(xiǎn)和高壓計(jì)量電壓互感器(TV1) 將高電壓即一次電壓變?yōu)榈碗妷杭炊坞妷?，電流?jīng)高壓計(jì)量電流互感器(TA1) 將一次電流變?yōu)槎坞娏?，然后分別經(jīng)表內(nèi)電壓互感器(TV2)、電流互感器(TA2)， 引入到單片機(jī)的模擬量輸入接口 ；
(2) 通過(guò)采樣/保持電路I將電壓、電流的交流信號(hào)在每周期內(nèi)采樣N次(如 N=36);
(3) 然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路J，將模擬量變成數(shù)字量存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器K;
(4) 邏輯運(yùn)算電路L計(jì)算出實(shí)際計(jì)得的有功電能W、實(shí)際無(wú)功電能Q; 當(dāng)沒有發(fā)生斷相失壓時(shí)，實(shí)際計(jì)得的有功電能、無(wú)功電能反映了用戶負(fù)載正
常消耗的電能，此時(shí)沒有漏計(jì)的有功電能、無(wú)功電能。此時(shí)，相當(dāng)于普通的電能 表功能。
4但是，當(dāng)負(fù)載電路發(fā)生斷相失壓時(shí)，就記錄漏計(jì)電能
(5) 判斷三相中是否有任意一相斷相失壓；
(6) 假如有失壓的話，邏輯運(yùn)算電路還記錄上述(4)步在斷相失壓時(shí)實(shí)際 計(jì)得的有功電能W、無(wú)功電能Q;同時(shí)，根據(jù)三相電壓對(duì)稱的特性采用非失壓電 壓移相或根據(jù)三相電流對(duì)稱的特性采用非失壓相電流移相的方式得到與失壓相 實(shí)際電壓相等的電壓與失壓相電流相乘積，從而計(jì)算出負(fù)載消耗的有功電能W'、
無(wú)功電能Q';
(7) 邏輯運(yùn)算電路(L)計(jì)算出斷相時(shí)漏計(jì)有功電能-W' - W、漏計(jì)無(wú)功電 能《-Q。
本發(fā)明的實(shí)施例是應(yīng)用以三相三線高壓供電系統(tǒng)的高壓計(jì)量方式(圖3)為 例，結(jié)合三相三線自動(dòng)記錄失壓漏計(jì)電能的電能表的工作原理框圖(圖4)介紹 其工作原理-
在三相三線制電路中，電能表測(cè)出Uab、 Ucb、 Ia、 Ic存入存儲(chǔ)器中。 計(jì)算實(shí)際計(jì)得的有功電能W=Uab X Iaxcos小ax Jt+UcbxIcxcos <]> cx Jt,無(wú)功電 能(^UabxIaxsin4)ax」t+UcbxIcxsin4)cxzlt (Oa、小c，見圖5、圖6、圖7)。 Uab表示實(shí)測(cè)AB相線電壓相量(Jab的有效值，Ia表示相量ia的有效值，小a表 示相量feb與相量ta的夾角；Ucb表示實(shí)測(cè)CB相線電壓相量fJcb的有效值，Ic 表示相量k的有效值，々c表示相量!^b與相量ic的夾角；zlt表示采樣間隔 時(shí)間。
現(xiàn)假如A相保險(xiǎn)熔斷，則A相失壓，Cfab電壓會(huì)根據(jù)二次回路所接負(fù)載不同， 幅值會(huì)減小，甚至降為0，如果有殘壓，其相位角也會(huì)改,。所以這時(shí)有功電能 公式W=UabXIaxCOS4)ax」t+UcbxIcxcos4>cxz]t中還用實(shí)際測(cè)出來(lái)的Dab計(jì)算， 則只反映A相保險(xiǎn)熔斷時(shí)實(shí)際測(cè)得的有功電能WA，而不反映負(fù)載消耗的有功電 能，這將造成計(jì)量有功電能的損失。為了反映負(fù)載消耗的有功電能W' A，根據(jù)電 網(wǎng)三相電壓基本對(duì)稱，可以用tlcb的幅值代替Uab，由圖5可知，將(Jcb向后移 60。即為(lab，即用tlcb e-j6Q° (用tlab'表示)來(lái)代替有功電能公式中的(Jab。 (W' A—WA)即為A相失壓時(shí)漏計(jì)的有功電能，將各次采樣周期累加起來(lái)即為整個(gè)A 相失壓時(shí)間內(nèi)漏計(jì)的有功電能；(Q' a—QJ即為A相失壓時(shí)漏計(jì)的無(wú)功電能。
當(dāng)B相斷相時(shí)，由圖7可知，這時(shí)(Jab和(Jcb的幅值和相位都已改變，但它 們的差等于(lac。將fee前移60°即((Jab-Clcb)e^。(用flab+表示)即可代替feb， 將(Jca后移60。即((Jcb-0ab) e-j60。(用(Jc一表示)即可代替tcb。 (W' B— WB)即為B相失壓時(shí)漏計(jì)的有功電能，將各次采樣周期累加起來(lái)即為整個(gè)B相失 壓時(shí)間內(nèi)漏計(jì)的有功電能(WB反映B相保險(xiǎn)熔斷時(shí)實(shí)際測(cè)得的有功電能，W' B反 映負(fù)載消耗的有功電能)；(Q' b—Qb)即為B相失壓時(shí)漏計(jì)的無(wú)功電能。
當(dāng)C相斷相時(shí)，可以用tlab的幅值代替Ucb，由圖6可知，將tJab向前移60 °即為(Jcb，即用t]abe16^ (用tJcb'表示)來(lái)代替有功電能公式中的(lcb。 (W' c一Wc)即為C相失壓時(shí)漏計(jì)的有功電能，將各次采樣周期累加起來(lái)即為整個(gè)C 相失壓時(shí)間內(nèi)漏計(jì)的有功電能(We反映C相保險(xiǎn)熔斷時(shí)實(shí)際測(cè)得的有功電能，W' c反映負(fù)載消耗的有功電能)；(Q' c—Qe)即為C相失壓時(shí)漏計(jì)的無(wú)功電能。
當(dāng)沒有發(fā)生失壓時(shí)，不必要采用上述偏移原理計(jì)算負(fù)載消耗的有功、無(wú)功 電能。為了保證只有在發(fā)生失壓時(shí)，才運(yùn)用偏移原理計(jì)算，設(shè)置了失壓?jiǎn)?dòng)電流 值及失壓?jiǎn)?dòng)電壓值和返回電壓值。當(dāng)同時(shí)滿足2個(gè)條件，A、任一相電流大于 或等于設(shè)定的失壓?jiǎn)?dòng)電流值；B、測(cè)得的電壓低于或等于設(shè)定的失壓?jiǎn)?dòng)電壓 值；才計(jì)算并記錄失壓漏計(jì)電能。即失K的先決條件是必需有一相電流大干或等于某一設(shè)定值(如額定值的 0.5%)，圖8中為控制信①，由①控制失壓?jiǎn)?dòng)、返回比較器，當(dāng)Ia、 Ic兩相電 流都小于啟動(dòng)電流時(shí)，則比較器輸出禁止控制信號(hào)，后面的控制全是禁止的，被 控制量輸出為0;當(dāng)兩相電流中有一相電流大于或等于啟動(dòng)電流時(shí)，則允許比較。
圖9，控制信①輸出允許比較的情況下，判斷到底是A、 B、 C三相中的哪
一相失壓，則由對(duì)應(yīng)相線電壓與啟動(dòng)返回電壓設(shè)定值比較決定。第一種情況Uab
低于或等于失壓?jiǎn)?dòng)設(shè)定值(如額定值的78%)經(jīng)過(guò)比較后輸出"1"， Uac低于
或等于失壓?jiǎn)?dòng)設(shè)定值經(jīng)過(guò)比較后輸出"1"，兩個(gè)"1"經(jīng)過(guò)"與"門產(chǎn)生④信
號(hào)即"1"，這時(shí)Uab、 Uac都低于失壓?jiǎn)?dòng)設(shè)定值，表示是"B"相斷相， 信號(hào)
就可控制有功電能、無(wú)功電能公式按照"B"相斷相的情況計(jì)算。第二種情況-
Uab低于或等于失壓?jiǎn)?dòng)設(shè)定值經(jīng)過(guò)比較后輸出"1"， Uac高于失壓?jiǎn)?dòng)設(shè)定值
經(jīng)過(guò)比較后輸出"0"，由圖9可知會(huì)產(chǎn)生③信號(hào)即"1"，這時(shí)表示是"A"相斷
相，③信號(hào)就可控制有功電能、無(wú)功電能公式按照"A"相斷相的情況計(jì)算。第
三種情況Uab高于失壓?jiǎn)?dòng)設(shè)定值經(jīng)過(guò)比較后輸出"0"， Uac低于或等于失壓
啟動(dòng)設(shè)定值經(jīng)過(guò)比較后輸出"1"，由圖9可知會(huì)產(chǎn)生②信號(hào)即"1"，這時(shí)表示是
"C"相斷相，②信號(hào)就可控制有功電能、無(wú)功電能公式按照"C"相斷相的情況 計(jì)算。
線電壓低于啟動(dòng)返回電壓設(shè)定值時(shí)失壓?jiǎn)?dòng)，產(chǎn)生控制信號(hào)②、(D、④， 允許移相及其后的加、乘、減、累加漏計(jì)有功、無(wú)功電能。電壓等于或高于返回
設(shè)定值(如額定值的85%)吋失壓返回，停止移相及其后的加、乘、減、累加漏 計(jì)有功、無(wú)功電能。
當(dāng)然，我們還可以采用別的方法來(lái)判斷A、 B、 C三相中的哪一相失壓。
由圖可知，漏計(jì)無(wú)功電能的計(jì)算與上述漏計(jì)有功電能的計(jì)算類似，都是將正 確的電壓，根據(jù)三相電壓基本對(duì)稱的原理，將其移相，得到相應(yīng)元件所需的正確 電壓，并計(jì)算出正確的無(wú)功電能，再減去失壓時(shí)對(duì)應(yīng)元件實(shí)計(jì)的無(wú)功電能，從而 得到漏計(jì)的無(wú)功電能。
圖中是以電壓移相畫出的工作原理圖，由于電壓與電流的相位差是一個(gè)相對(duì) 值；所以根據(jù)三相電流對(duì)稱的特性，采用非失壓相電流移相的方式也可以得出同 樣的結(jié)果。
一種在三相三線電能計(jì)量中自動(dòng)記錄失壓漏計(jì)電能的電能表，其特征在于包 括電能表收集數(shù)據(jù)電路、采樣/保持電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、邏 輯運(yùn)算電路；電能表收集數(shù)據(jù)電路的輸出端連接采樣/保持電路的輸入端，采樣/ 保持電路的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器的輸入端，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的輸出端連接邏輯運(yùn)算電路。
權(quán)利要求
1、一種在三相三線電能計(jì)量中自動(dòng)記錄失壓漏計(jì)電能的方法，其特征在于(1)電能表數(shù)據(jù)收集電路收集負(fù)載電路上的電壓、電流信號(hào)；(2)通過(guò)采樣/保持電路將電壓、電流的交流信號(hào)在每周期內(nèi)采樣N次；(3)然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；(4)邏輯運(yùn)算電路按電能表有功電能、無(wú)功電能計(jì)算公式計(jì)算出實(shí)際計(jì)得的有功電能W、無(wú)功電能Q；在三相三線制電路中，電能表測(cè)出Uab、Ucb、Ia、Ic存入存儲(chǔ)器中，計(jì)算實(shí)際計(jì)得的有功電能W＝Uab×Ia×cosφa×⊿t+Ucb×Ic×cosφc×⊿t，無(wú)功電能Q＝Uab×Ia×sinφa×⊿t+Ucb×Ic×sinφc×⊿t；(5)判斷三相中是否有任意一相斷相失壓；(6)假如有斷相失壓的話，邏輯運(yùn)算電路還記錄上述(4)步在斷相時(shí)實(shí)際計(jì)得的有功電能W、無(wú)功電能Q；同時(shí)，當(dāng)A相斷相時(shí)用cd-j60°來(lái)代替電能表有功電能、無(wú)功電能計(jì)算公式中的ab，當(dāng)B相斷相時(shí)用(ab-cb)ej60°來(lái)代替電能表有功電能、無(wú)功電能計(jì)算公式中的ab，用(b-ab)e-j60°來(lái)代替電能表有功電能、無(wú)功電能計(jì)算公式中的cb，當(dāng)C相斷相時(shí)用ab ej60°來(lái)代替電能表有功電能、無(wú)功電能計(jì)算公式中的cb，并計(jì)算出負(fù)載消耗的有功電能W′、無(wú)功電能Q′；(7)邏輯運(yùn)算電路(L)計(jì)算出斷相時(shí)漏計(jì)有功電能＝W′-W、漏計(jì)無(wú)功電能＝Q′-Q。
2、 實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求l方法的一種電能表，其特征在于包括電能表收集數(shù)據(jù)電路、 采樣/保持電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、邏輯運(yùn)算電路；電能表收集 數(shù)據(jù)電路的輸出端連接采樣/保持電路的輸入端，采樣/保持電路的輸出端連接 A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的輸入端，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的輸出端連接邏輯運(yùn)算電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在三相三線電能計(jì)量中自動(dòng)記錄失壓漏計(jì)電能的方法，特征在于包含(1)收集負(fù)載電路上的電壓、電流信號(hào)；(2)采樣/保持電路將電壓、電流的交流信號(hào)在每周期內(nèi)采樣；(3)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；(4)邏輯運(yùn)算電路算出實(shí)際計(jì)得的有功電能W、實(shí)際計(jì)得的無(wú)功電能Q；(5)判斷三相是否有任意一相斷相；(6)假如有斷相的話，邏輯運(yùn)算電路還記錄上述(4)步在斷相時(shí)實(shí)際計(jì)得的有功電能W、無(wú)功電能Q；同時(shí)，按偏移原理計(jì)算負(fù)載消耗的有功電能W′、無(wú)功電能Q′；(7)算出斷相時(shí)漏計(jì)有功電能W′-W、無(wú)功電能Q′-Q；本發(fā)明還公開了一種電能表，特征在于包括電能表收集數(shù)據(jù)電路、采樣/保持電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、邏輯運(yùn)算電路；上述電路依次連接。本發(fā)明解決了在三相三線電能計(jì)量中追補(bǔ)失壓漏計(jì)電能的困難，提高了追補(bǔ)失壓漏計(jì)電能的準(zhǔn)確度，且將記錄失壓漏計(jì)電量與電能表合為一體。
文檔編號(hào)G01R11/54GK101487855SQ200910037439
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月22日
發(fā)明者陳勁游 申請(qǐng)人:陳勁游