智能一體式多功能電能表對負(fù)載的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能一體式多功能電能表對負(fù)載的控制方法，包括一個(gè)電能表本體，所述電能表本體上設(shè)有輸入接口、負(fù)載監(jiān)測端，輸入接口和負(fù)載監(jiān)測端分別被限定于電能表本體的兩個(gè)不同表面上，電網(wǎng)零線和火線接入輸入接口，若干個(gè)用戶負(fù)載接入所述負(fù)載監(jiān)測端，所述電能表本體上還設(shè)有設(shè)于輸入接口與負(fù)載監(jiān)測端之間的若干個(gè)傳輸連接配置、計(jì)量模塊、斷路模塊、傳輸端口、顯示器以及控制面板。通過本發(fā)明智能一體式多功能電能表對負(fù)載的控制方法能夠在實(shí)現(xiàn)計(jì)量計(jì)費(fèi)功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對用戶負(fù)載的控制，具有多個(gè)輸出端口，數(shù)據(jù)傳輸方式靈活，可以使用戶或維護(hù)人員方便獲取這些數(shù)據(jù)信息，并能及時(shí)排除問題。
【專利說明】智能一體式多功能電能表對負(fù)載的控制方法
[0001] 本申請是基于2012年2月27日提交的申請?zhí)枮?01210045132. 7,名稱為"智能 一體式多功能電能表及其對負(fù)載的控制方法"的分案申請。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及電能計(jì)量領(lǐng)域，更特定言之，本發(fā)明涉及一種一體式多功能智能電能 表，用于對電網(wǎng)用戶進(jìn)行用電量計(jì)量和負(fù)載控制。

【背景技術(shù)】
[0003] 通常意義上，電能表是一種連接于電網(wǎng)輸電線與電網(wǎng)用戶負(fù)載之間的電測量設(shè) 備。例如，三相電能表是用于測量三相交流電路中電網(wǎng)電源輸出或負(fù)載消耗的電能。它的 工作原理與單相電能表相同，只是在結(jié)構(gòu)上采用多組驅(qū)動(dòng)部件和固定在轉(zhuǎn)軸上的多個(gè)鋁盤 的方式，以實(shí)現(xiàn)對三相電能的測量。它由三個(gè)驅(qū)動(dòng)元件和裝在同一轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)鋁盤所組 成，它的讀數(shù)直接反映了三相電網(wǎng)所消耗的電能。也有些三相電能表采用三組驅(qū)動(dòng)部件作 用于同一鋁盤的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有體積小，重量輕，減小了摩擦力矩等優(yōu)點(diǎn)，有利于提高 靈敏度和延長使用壽命等。但由于多組電磁元件作用于同一個(gè)圓盤，其磁通和渦流的相互 干擾不可避免地加大了。為此，必須采取補(bǔ)償措施，盡可能加大每組電磁元件之間的距離， 因此，轉(zhuǎn)盤的直徑相應(yīng)的要大一些。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，電能表已經(jīng)從原先的這種機(jī)械計(jì) 度器測量方式轉(zhuǎn)變?yōu)楫?dāng)前的電子式計(jì)量方式，更出現(xiàn)了多種智能式的電子電能表。
[0004] 但是，當(dāng)前技術(shù)通過不斷的努力來解決智能電能表的測量精確度和實(shí)時(shí)性，以及 通訊功能方面的缺陷，卻沒有一種電能表能夠?qū)τ脩糌?fù)載進(jìn)行合理監(jiān)控及有效控制，即電 能表本身的功能性僅僅是在電測量功能范圍內(nèi)不斷改進(jìn)，這嚴(yán)格限制了電能表的功能擴(kuò) 展，如果需要電測量儀表一即電能表與負(fù)載之間有效的連接，勢必需要其他設(shè)備來實(shí)現(xiàn) 對負(fù)載的監(jiān)控，特別是對于當(dāng)前用戶負(fù)載類型的不斷豐富以及電網(wǎng)的不斷復(fù)雜化，電能表 的改進(jìn)不能及時(shí)有效，功能性因此受到限制。
[0005] 另一方面，電網(wǎng)用戶，尤其是民用電網(wǎng)用戶，其負(fù)載中的直流電計(jì)量仍沒有有效裝 置及方法。因?yàn)橹绷麟姴煌诙嘞嘟涣麟?，不產(chǎn)生電磁交變量，因此無法利用常規(guī)電能表的 感應(yīng)裝置進(jìn)行測量，更無法實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。尤其是對于大直流電，現(xiàn)有技術(shù)常采用分流方式進(jìn)行 計(jì)量，但效果并不理想，且存在安全隱患。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種智能一體式多功能電能表，它能 夠?qū)﹄娋W(wǎng)用戶進(jìn)行用電量計(jì)量和負(fù)載控制。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種智能一體式多功能電能 表，其技術(shù)特征在于：它包括一個(gè)電能表本體，所述電能表本體上設(shè)有輸入接口、負(fù)載監(jiān)測 端，輸入接口和負(fù)載監(jiān)測端分別被限定于電能表本體的兩個(gè)不同表面上，電網(wǎng)零線和火線 接入輸入接口，若干個(gè)用戶負(fù)載接入所述負(fù)載監(jiān)測端，所述電能表本體上還設(shè)有：
[0008] 1)設(shè)于輸入接口與負(fù)載監(jiān)測端之間的若干個(gè)傳輸連接配置；
[0009] 2)計(jì)量模塊，它包括取樣轉(zhuǎn)換電路、計(jì)量芯片、測試信息輸出單元、至少一個(gè)互感 器、微處理機(jī)和存儲(chǔ)單元。其中互感器的副繞組連接至取樣轉(zhuǎn)換電路，計(jì)量芯片與取樣轉(zhuǎn)換 電路耦合連接且通過測試信息輸出單元連接至微處理機(jī)，微處理機(jī)分別通信連接至顯示器 和控制面板；
[0010] 3)斷路模塊，它包括開關(guān)、開關(guān)控制單元、控制閘和電流信息配置單元，開關(guān)控制 單元與微處理機(jī)通信連接；
[0011] 4)傳輸端口，它與微處理機(jī)通信連接以傳輸微處理機(jī)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息；
[0012] 5)顯示器，它與微處理機(jī)通信連接以顯示所述數(shù)據(jù)信息；以及
[0013] 6)控制面板，它與微處理機(jī)通信連接，用以輸入功能控制信息。
[0014] 作為優(yōu)選，電流信息配置單元包括電流傳感器、電流比較裝置和數(shù)據(jù)處理器，電網(wǎng) 電力線分別接入電流傳感器和電流比較裝置。電流傳感器、電流比較裝置與數(shù)據(jù)處理器依 次連接，且所述數(shù)據(jù)處理器連接至微處理機(jī)。
[0015] 作為優(yōu)選，傳輸端口包括紅外通信端口、RS485通信端口、ZIGBEE通信端口和GPRS 通信端口。
[0016] 作為優(yōu)選，所述若干個(gè)傳輸連接配置包括開關(guān)，互感器主繞組通過開關(guān)連接至輸 入接口。
[0017] 作為優(yōu)選，若干個(gè)傳輸連接配置包括電流信息配置單元，所述第一接觸端、第二接 觸端與第三接觸端之間耦合連接。
[0018] 作為優(yōu)選，若干個(gè)傳輸連接配置包括開關(guān)，所述開關(guān)控制單元與控制閘之間耦合 連接。
[0019] 作為優(yōu)選，本發(fā)明一體式多功能智能電能表對負(fù)載的控制方法包括步驟：
[0020] 1)閉合控制閘以接通電網(wǎng)與負(fù)載；
[0021 ] 2)所述取樣轉(zhuǎn)換電路通過互感器及第一接觸端采集電流信號(hào)和電壓信號(hào)，所述電 流信息配置單元通過第三接線端獲取電流信號(hào)。所述互感器對電網(wǎng)電力線的電流信號(hào)和電 壓信號(hào)加以取樣，所得取樣信息隨后被傳輸給取樣轉(zhuǎn)換電路和計(jì)量芯片。同時(shí)電流信息配 置單元通過第三接線端獲取電流信號(hào)；
[0022] 3)所述取樣轉(zhuǎn)換電路對采集到的電流信號(hào)和電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并傳輸給計(jì) 量芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)量芯片對得出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)并將其傳輸至測試信息輸出單 元，取樣轉(zhuǎn)換電路將取樣所得電流和電壓模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息量，然后傳輸給計(jì)量芯片 進(jìn)行計(jì)量數(shù)據(jù)計(jì)算和處理。所述計(jì)量芯片對所得數(shù)字信息量進(jìn)行計(jì)算得出電能值及相角。 所述計(jì)量芯片對得出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)并將其傳輸至測試信息輸出單元，所述測試信息 輸出單元提取數(shù)據(jù)信息中的電流采集信息并將其傳輸至微處理機(jī)；
[0023] 4)所述電流信息配置單元將所獲得的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換處理為電流配置信息并傳輸 至微處理機(jī)；
[0024] 5)所述微處理機(jī)根據(jù)電流配置信息和電流采集信息來測定輸出阻抗值和功率損 耗值；
[0025] 6)所述微處理機(jī)將輸出阻抗值與一個(gè)預(yù)設(shè)阻抗閾值進(jìn)行比較，若所述輸出阻抗 值超出預(yù)設(shè)阻抗閾值，則所述微處理機(jī)通過開關(guān)控制單元斷開斷路模塊，若所述輸出阻抗 值未超出預(yù)設(shè)阻抗閾值，則所述微處理機(jī)進(jìn)一步判定功率損耗值是否超出一個(gè)預(yù)設(shè)功率閾 值；
[0026] 7)若所述功率損耗值超出預(yù)設(shè)功率閾值，則所述微處理機(jī)判定負(fù)載類型并予以警 示。這是通過微處理機(jī)和負(fù)載監(jiān)測端來實(shí)現(xiàn)的。所述監(jiān)測端包括多個(gè)負(fù)載傳感器和分線開 關(guān)，這些負(fù)載傳感器能夠根據(jù)所述輸出阻抗值來判定哪條線路存在超負(fù)荷連接或非正常接 通信息。所述分線開關(guān)斷開以將線路負(fù)載切斷電源，同時(shí)傳感器將信息反饋給微處理機(jī)，則 所述微處理機(jī)將此信息記錄存儲(chǔ)于自身耦合的一個(gè)存儲(chǔ)單元中并通過傳輸端傳輸給遠(yuǎn)端 主站服務(wù)器，同時(shí)在所述顯示器上顯示這些警示信息。若所述功率損耗值未超出預(yù)設(shè)功率 閾值，則所述微處理機(jī)控制計(jì)量模塊進(jìn)行電能計(jì)量。
[0027] 作為優(yōu)選，在步驟5)中，所述輸出阻抗值是根據(jù)公式AR = UAI。一 Is)得出，其 中U為計(jì)量模塊得出的電網(wǎng)電壓計(jì)量值，Ic為電流配置信息，I s為電流采集信息。
[0028] 作為優(yōu)選，在步驟5)中，所述功率損耗值是根據(jù)公式Σ ΛΡ = Ux · I。一 Ux · Is得 出。其中Ux為計(jì)量模塊得出的電網(wǎng)電壓計(jì)量值，Ic為電流配置信息，I s為電流采集信息。
[0029] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在步驟6)中，當(dāng)輸出阻抗值大于預(yù)設(shè)阻抗閾值時(shí)，所 述顯示器將顯示出一個(gè)反映第二狀態(tài)的可視化信息。
[0030] 更進(jìn)一步言之，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在步驟6)中，當(dāng)輸出阻抗值不大于預(yù) 設(shè)阻抗閾值時(shí)，所述顯示器將顯示出一個(gè)反映第三狀態(tài)的可視化信息，如前述實(shí)施例所述， 斷路模塊未完全斷開。
[0031] 更進(jìn)一步言之，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在步驟7)中，當(dāng)功率損耗值不大于預(yù) 設(shè)功率閾值時(shí)，所述顯示器將顯示出一個(gè)反映第一狀態(tài)的可視化信息。
[0032] 本發(fā)明的有益效果是顯而易見的：
[0033] 1、提出一種新穎結(jié)構(gòu)的電能計(jì)量裝置，此裝置能夠在實(shí)現(xiàn)計(jì)量計(jì)費(fèi)功能的同時(shí)實(shí) 現(xiàn)對用戶負(fù)載的控制；
[0034] 2、具有多個(gè)輸出端口，數(shù)據(jù)傳輸方式靈活；
[0035] 3、通過對電網(wǎng)用戶用電狀態(tài)的記錄和提示，可以使用戶或維護(hù)人員方便獲取這些 數(shù)據(jù)信息，并能及時(shí)排除問題；
[0036] 4、使用安全，通過對開關(guān)的智能控制來降低使用風(fēng)險(xiǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037] 以下將參照附圖來詳盡描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例及【具體實(shí)施方式】，為了方便描 述，僅繪示出主要組成所必需的模塊或器件，圖中的相同或相似標(biāo)記代表相同模塊或組件， 其中：
[0038] 圖1為本發(fā)明一體式多功能單相電能表的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039] 圖2為本發(fā)明一體式多功能單相電能表的原理組成示意圖；
[0040] 圖3為作為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的輸入接口與負(fù)載監(jiān)測端之間的一個(gè)傳輸連接配 置的原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041] 圖4為作為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電流信息配置單元主要功能模塊的組成示意圖； 圖5為進(jìn)一步詳細(xì)繪示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電流信息配置單元的電流比較裝置的電路原 理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0042] 參照圖1，其中繪示出了基于本發(fā)明技術(shù)方案的一種單相電能表本體100的立體 結(jié)構(gòu)示意圖，圖中可以體現(xiàn)出電能表的部分內(nèi)部限定結(jié)構(gòu)，為了表述方便，僅體現(xiàn)出電能表 本體1〇〇的輸入接口 80、負(fù)載監(jiān)測端90以及斷路模塊10的限定結(jié)構(gòu)。在圖1中進(jìn)一步體 現(xiàn)出斷路模塊10的一個(gè)控制閘12。電能表本體100的構(gòu)造、組成或形狀可以是多樣化的， 例如圓柱形或矩形，電能表本體100用于保護(hù)電能表內(nèi)部組件免受外界干擾，從而使得電 能表可在戶外、工業(yè)現(xiàn)場等條件下使用。
[0043] 從圖1中可以看出，作為本發(fā)明單相電能表本體100的第一優(yōu)選實(shí)施例，輸入接口 80設(shè)定于相斷路模塊10的下部，即電能表本體100下表面，而負(fù)載監(jiān)測端90設(shè)定于電能表 本體100的上表面。電網(wǎng)零線N和火線L的進(jìn)線N in、Lin和出線N^、通過輸入接口 80 電連接，而出線端通過負(fù)載監(jiān)測端90連接不同的用戶負(fù)載。
[0044] 當(dāng)然，作為第二優(yōu)選實(shí)施例，進(jìn)一步參照圖1，本發(fā)明電能表本體100也可以是一 種三相電能表，即可將電能表本體100的輸入接口 80全部設(shè)定為進(jìn)線端，而負(fù)載監(jiān)測端90 全部設(shè)定為出線端以連接用戶負(fù)載。所述第一優(yōu)選實(shí)施例僅僅是在一般情形下方便計(jì)量目 的，而第二優(yōu)選實(shí)施例則可以用于三相三線電能表或三相四線電能表。應(yīng)當(dāng)了解的是，若將 輸入接口 80和負(fù)載監(jiān)測端90分別限定于左側(cè)面和右側(cè)面上是同樣適用的。作為優(yōu)選，考 慮到內(nèi)部線路設(shè)置和空間實(shí)用性意圖，優(yōu)選地將輸入接口 80和負(fù)載監(jiān)測端90設(shè)定于本體 100的兩個(gè)不同表面上。
[0045] 進(jìn)一步地，控制閘12可以是一個(gè)大電流拉閘開關(guān)，用于在用戶負(fù)載超負(fù)荷時(shí)切斷 電網(wǎng)電力線，所述切斷方式將以本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例加以詳盡描述，它與斷路模塊10內(nèi)設(shè)定 的開關(guān)l〇a、10b、10c之間的機(jī)械配合方式可以是現(xiàn)有技術(shù)中通用的開關(guān)配置，本文中不予 贅述。
[0046] 現(xiàn)參照圖2,本發(fā)明一體式多功能三相電能表本體100進(jìn)一步限定了以下技術(shù)特 征：
[0047] 1)輸入接口 80與負(fù)載監(jiān)測端90之間的若干個(gè)傳輸連接配置；
[0048] 2)計(jì)量模塊20,它包括取樣轉(zhuǎn)換電路21、計(jì)量芯片22、測試信息輸出單元23、互感 器27 &、2713、27〇、微處理機(jī)30和存儲(chǔ)單元40。其中互感器27&、2713、27(3的副繞組連接至取 樣轉(zhuǎn)換電路21，計(jì)量芯片22與取樣轉(zhuǎn)換電路21耦合連接且通過測試信息輸出單元23連接 至微處理機(jī)30,微處理機(jī)30分別通信連接至顯示器50和控制面板70 ;
[0049] 3)斷路模塊10,它包括開關(guān)10a、10b、10c、開關(guān)控制單元11和電流信息配置單元 24。其中開關(guān)控制單元11與微處理機(jī)30通信連接；
[0050] 4)傳輸端口 60,它與微處理機(jī)30通信連接以傳輸微處理機(jī)30產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息；
[0051] 5)顯示器50,它與微處理機(jī)30通信連接以顯示這些數(shù)據(jù)信息；以及
[0052] 6)控制面板70,它與微處理機(jī)30通信連接，用以輸入功能控制信息。
[0053] 作為優(yōu)選，傳輸端口 60包括紅外通信端口、RS485通信端口、ZIGBEE通信端口和 GPRS通信端口中的至少一者或它們的組合。
[0054] 作為優(yōu)選，技術(shù)特征1)的所述若干個(gè)傳輸連接配置包括開關(guān)10a，10b，10c，互感 器27a，27b，27c主繞組通過開關(guān)10a，10b，10c連接至輸入接口 80。即三相電力線INa、INb 和IN。接入輸入接口 80并直接從負(fù)載監(jiān)測端90接出，這種實(shí)施方式最為節(jié)省電能表本體 100的內(nèi)部構(gòu)造和布線，可作為首選。當(dāng)然，基于本發(fā)明限定技術(shù)方案的其他實(shí)施例同樣適 用。
[0055] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，技術(shù)特征1)的若干個(gè)傳輸連接配置包括電流信息配 置單元24,所述第一接觸端25a、25b、25c與第二接觸端26a、26b、26c之間耦合連接。圖3 繪示出了這種傳輸連接配置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖視圖。如圖所示，以一個(gè)電力線為例，此 傳輸連接配置主要由第一接觸端25a、第二接觸端26a和第三接觸端28a組成。其中，第一 接觸端25a連接至斷路模塊10,第三接觸端28a連接至電流信息配置單元24,第一接觸端 25a與第三接觸端28a并接，并延伸至第二接觸端26a中。為了達(dá)到有效電氣隔離，優(yōu)選在 兩者之間嵌入一個(gè)電氣隔離層29。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，第二接觸端26a連接電網(wǎng)電力 線IN a，第一接觸端25a與之連接，以通過斷路模塊10連接至計(jì)量模塊20,用以得到電流采 集信息Is，而第三接觸端28a與第二接觸端26a連接，用以使電流信息配置單元24采集到 電流配置信息1。。
[0056] 當(dāng)控制閘12閉合時(shí)，計(jì)量模塊20得出的電流采集信息Is和電流信息配置單元24 得出的電流配置信息I c用于產(chǎn)生一個(gè)阻抗△!?值，其符合公式（1):
[0057] AR = U/(IC - Is) (1)
[0058] 其中U為計(jì)量模塊20,尤其是DSP22得出的電網(wǎng)電路的電壓計(jì)量值。隨后，微處理 機(jī)30將該阻抗值R與一個(gè)預(yù)設(shè)閾值R THED進(jìn)行比較。若所得R值是大于此閾值RTHED，則微處 理機(jī)30將此作為一個(gè)事件加以識(shí)別。
[0059] 斷路模塊10的功率損耗可利用以下公式計(jì)算得出：
[0060] Σ Δ P = Ux · Ic - Ux · Is (2)
[0061] 其中X = {A，B，C，A，B，···}
[0062] 得出的ΛΡ值將與一個(gè)預(yù)設(shè)閾值PTHED進(jìn)行比較，以得出是否負(fù)載線路存在功率損 耗。
[0063] 現(xiàn)參照圖4,電流信息配置單元24包括電流傳感器（CT) 241、電流比較裝置242和 數(shù)據(jù)處理器243 (優(yōu)選為一個(gè)DSP)，電網(wǎng)電力線分別接入電流傳感器241和電流比較裝置 242,所述電流傳感器241、電流比較裝置242與數(shù)據(jù)處理器243依次連接，且所述數(shù)據(jù)處理 器243連接至微處理機(jī)30。如圖所示，以單相電能表為例，電網(wǎng)電流I A分別流入電流傳感 器241和電流比較裝置242,電流比較裝置242將CT241獲取的電流IA和直接流入的電流 I進(jìn)行比較，并輸出一個(gè)數(shù)字電平信號(hào)V QUT給DSP243。圖5中繪示出了本發(fā)明電流比較裝 置242的優(yōu)選實(shí)施例，如圖所示，此電流比較裝置242設(shè)計(jì)為一個(gè)電流比較電路，為了簡便 繪示，僅顯示主要電路而略去其他電路，其中M0S管M1、M2、M3、M4和一個(gè)運(yùn)算放大器A1組 成電流比較器。
[0064] 從圖中得知，電流信號(hào)IA經(jīng)Ml和M2轉(zhuǎn)換為一個(gè)電壓信號(hào)VA，電流信號(hào)I經(jīng)M3和 M4轉(zhuǎn)換為一個(gè)電壓信號(hào)V，然后運(yùn)算放大器A1對前級(jí)電流輸入級(jí)電路的V A和V信號(hào)進(jìn)行 比較，VA和V信號(hào)可互相作為參考信號(hào)。此前級(jí)電流輸入級(jí)電路被設(shè)計(jì)為一個(gè)電流鏡電路， 再參照圖3,其中電流是I A是經(jīng)過第三接觸端28a獲得，CT241的作用在于獲取一個(gè)預(yù)定電 流有效值I，且需要將這個(gè)I值與原IA值比較后得出一個(gè)電平信號(hào)，以使得DSP243根據(jù)這 個(gè)信號(hào)來決定是否輸出一個(gè)電流配置信號(hào)I。。
[0065] 再次參照圖5,當(dāng)運(yùn)算放大器A1得出信號(hào)VTOT后，隨后連接一個(gè)鎖存器A2,并輸入 一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)CLK以進(jìn)行鎖存和同步，并輸出給DSP243。DSP243根據(jù)此信號(hào)VQUT來進(jìn)行電 網(wǎng)電流狀態(tài)的判定和數(shù)據(jù)處理，例如VQUT為高電平時(shí)輸出I。信號(hào)，低電平時(shí)則DSP243向微 處理機(jī)30報(bào)錯(cuò)，則微處理機(jī)30會(huì)記錄此錯(cuò)誤信息并在顯示器50上提示出例如"連接錯(cuò)誤" 的狀態(tài)提示，以進(jìn)行重新電路連接。
[0066] 再參照圖5,若IA = I，則電路接通的情況下，正常工作時(shí)前級(jí)電流輸入級(jí)的M0S 管將處于飽和狀態(tài)，復(fù)位階段的M2和M4流入電流相等，即VA = V。則輸出的VTOT為復(fù)位信 號(hào)。若IA>I，則輸出的VTOT為高電平，若I A<I，則輸出的￥_為低電平。即僅在IA>I， VOTT為高電平時(shí)，電流信號(hào)配置電路24輸出的為正確的I。信號(hào)。
[0067] DSP243中對應(yīng)于VQUT信號(hào)給出一個(gè)對應(yīng)的電壓值Vc，則
[0068] Ic = Vc/Rc (3)
[0069] 其中 Rc = (RA+R) / [ 1+ (Gb+GJ RA+ (GM3+GM4) R] (4)
[0070] 公式（4)中的RA和R分別為前級(jí)電流輸入級(jí)兩端的等效電阻，GM1、G M2、GM3和GM4分 別為M0S管的跨導(dǎo)，在電路正常的情形下，應(yīng)當(dāng)滿足
[0071] Ra = R ~ 1/ (G^GJ ~ 1/ (GM3+GM4) (5)
[0072] 作為優(yōu)選，技術(shù)特征1)的若干個(gè)傳輸連接配置包括開關(guān)10a、10b、10c，所述開關(guān) 控制單元11與控制閘12之間的耦合連接。
[0073] 斷路模塊10具有至少一種狀態(tài)，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，其具有第一狀態(tài)、第 二狀態(tài)和第三狀態(tài)。這三種狀態(tài)是通過微處理機(jī)30對開關(guān)控制單元11的信號(hào)控制來決定 的，即開關(guān)控制單元11根據(jù)微處理機(jī)30給出的狀態(tài)邏輯信號(hào)對開關(guān)10a、10b、10c進(jìn)行通 斷控制。
[0074] 更特定言之，在第一狀態(tài)下，開關(guān)10a、10b、10c閉合，從而接通用戶負(fù)載以提供電 力。而在第二狀態(tài)下，開關(guān)10a、10b、10c斷開，從而停止對負(fù)載提供電力。第三狀態(tài)是一種 較為特殊的狀態(tài)，其介于所述第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間，即開關(guān)處于"保護(hù)"狀態(tài)。例如，在 用戶負(fù)載電路壓降較大或電能損耗較大時(shí)，對于某些負(fù)載而言，不能直接斷開電源，這樣可 能對某些負(fù)載、尤其是例如帶有數(shù)據(jù)記憶功能的電器，需要電力緩沖時(shí)間，在此情形下，仍 需要在一定時(shí)間內(nèi)保證正常通電。又例如，在負(fù)載超負(fù)荷時(shí)，在斷電時(shí)需要提供照明或指示 信息用電時(shí)，不能直接斷開開關(guān)l〇a、10b、10c，因此需要一個(gè)中間狀態(tài)加以支持。開關(guān)控制 單元11包括若干個(gè)電子指示器，這若干個(gè)指示器可包括多個(gè)門電路，將微處理機(jī)30的控制 信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換以控制開關(guān)10a、10b、10c的通斷。例如，單元11對"第一狀態(tài)"、"第二狀態(tài)" 和"第三狀態(tài)"信號(hào)加以識(shí)別，從而進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。
[0075] 顯示器50可以是一個(gè)液晶顯示器，它與微處理機(jī)30通信連接并為用戶提供一種 計(jì)量信息和狀態(tài)信息的可視化顯示。例如，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，顯示器50對電 網(wǎng)用戶的用電計(jì)量信息進(jìn)行可視化顯示。在一個(gè)三相智能電能表正常工作的情形下，再參 照圖2和圖3,開關(guān)10a、10b、10c閉合，則第一接觸端25a、25b、25c直接連接至互感器27a、 27b、27c主繞組，互感器27a、27b、27c對電網(wǎng)電力線中的電流信號(hào)和電壓信號(hào)加以取樣，信 息隨后傳輸給相互耦合的取樣轉(zhuǎn)換電路21和計(jì)量芯片22,取樣轉(zhuǎn)換電路21可包括多個(gè)A/ D轉(zhuǎn)換芯片，將取樣所得電流和電壓模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息量I x和Ux，然后傳輸給計(jì)量芯片 22進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理。計(jì)量芯片22可以是一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP)，例如ADE7755 等芯片，它對數(shù)字信息量Ix和ux進(jìn)行計(jì)算以得出電能值及例如三相電流和三相電壓相角 φχ值（以三相四線電能表為例）：
[0076] P = UA · IA+UB · IB+UC · Ic (6)
[0077] 隨后，DSP22將此信息傳輸給微處理機(jī)30。微處理機(jī)30對公式（6)得出的P值進(jìn) 行處理，并根據(jù)三相電流電壓相角Φ Α、ΦΒ、得出例如有功功率、視在功率、增益系數(shù)等參 數(shù)，對于某些智能多相電能表，還可以按照儀表預(yù)設(shè)功能實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì)量計(jì)費(fèi)、費(fèi)率控制等數(shù) 據(jù)，以通過傳輸端60傳輸給終端主站服務(wù)器，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)傳輸給顯示器50加以顯示。 應(yīng)當(dāng)注意的是，在電能表正常工作時(shí)，測試信號(hào)輸出單元23保持連接，但不實(shí)現(xiàn)其功能，僅 在需要對用戶負(fù)載進(jìn)行控制時(shí)才能對數(shù)字信息量Ι χ進(jìn)行提取。
[0078] 同時(shí)，微處理機(jī)30將三種電路狀態(tài)傳輸給顯示器50加以顯示。例如，第一狀態(tài)顯 示為"正常"，第二狀態(tài)顯示為"停電"，而第三狀態(tài)顯示為"負(fù)載保護(hù)"，
[0079] 本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的智能一體式多功能電能表，對負(fù)載的控制方法包括步驟：
[0080] 1)閉合控制閘12以接通電網(wǎng)與負(fù)載。
[0081] 一般情形下，電網(wǎng)用戶可通過手動(dòng)開啟控制閘12來接通回路。例如向上推動(dòng)控制 閘12即可控制開關(guān)10a、10b、10c接通電路，以實(shí)現(xiàn)對用戶負(fù)載的供電。應(yīng)當(dāng)了解的是，這 僅僅是本發(fā)明實(shí)施例的一種技術(shù)手段，作為優(yōu)選，可省略控制閘12或設(shè)定于本體100內(nèi)部， 因?yàn)樾枰紤]到可能出現(xiàn)的若干問題，例如控制閘12元件本身的材料組成是否易于推動(dòng)， 又例如在電網(wǎng)壓降較低的情形下是否會(huì)出現(xiàn)控制閘無法正常閉合，即無法卡合的情況。因 此這種控制閘12實(shí)施例對本領(lǐng)域技術(shù)人員的實(shí)施作業(yè)要求較高，即需要的拉合閘元件材 料需要合乎要求，但此實(shí)施例卻可作為一種新穎的技術(shù)方法。
[0082] 2)取樣轉(zhuǎn)換電路21通過互感器27a、27b、27c及第一接觸端25a、25b、25c采集電 流信號(hào)和電壓信號(hào)，如圖2所示，互感器27a、27b、27c對電網(wǎng)電力線的電流信號(hào)和電壓信號(hào) 加以取樣，取樣信息隨后傳輸給相互稱合的取樣轉(zhuǎn)換電路21和計(jì)量芯片22。同時(shí)電流信息 配置單元24通過第三接線端28a、28b、28c獲取電流信號(hào)。
[0083] 3)取樣轉(zhuǎn)換電路21對采集到的電流信號(hào)和電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并傳輸給計(jì)量 芯片22進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，DSP22對得出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)并將其傳輸至測試信息輸出單元 23，如圖2所示，取樣轉(zhuǎn)換電路21可包括多個(gè)A/D轉(zhuǎn)換芯片，將取樣所得電流和電壓模擬量 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息量I x和Ux，然后傳輸給DSP22進(jìn)行計(jì)量數(shù)據(jù)計(jì)算和處理。DSP22對數(shù)字信 息量Ix和U x進(jìn)行計(jì)算得出電能值P = Σ Ux · Ix{X = A，B，C，…}及相角Φχ值。測試信息 輸出單元23提取數(shù)據(jù)信息中的電流采集信息Is并將其傳輸至微處理機(jī)30。
[0084] 4)電流信息配置單元24將所獲得的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換處理為電流配置信息I。并傳輸 至微處理機(jī)30。
[0085] 5)微處理機(jī)30根據(jù)電流配置信息I。和電流采集信息Is來按照公式AR = U/ (Ic - Is)得出輸出阻抗值A(chǔ)R，且根據(jù)Σ ΛΡ = υχ· Ic -υχ· 13得出功率損耗值ΛΡ。
[0086] 6)所述微處理機(jī)30將輸出阻抗值Λ R與一個(gè)預(yù)設(shè)阻抗閾值&_進(jìn)行比較，若輸 出阻抗值△ R大于預(yù)設(shè)阻抗閾值RTHED，則微處理機(jī)30通過開關(guān)控制單元11斷開斷路模塊 10,若輸出阻抗值Λ R不大于預(yù)設(shè)阻抗閾值RTHED，則微處理機(jī)30進(jìn)一步判定功率損耗值Λ P 是否超出一個(gè)預(yù)設(shè)功率閾值PTHED。
[0087] 7)若功率損耗值Λ P超出預(yù)設(shè)功率閾值PTHED，則微處理機(jī)30判定負(fù)載類型，并將 數(shù)據(jù)信息通過顯示器50加以顯示，即顯示用戶電器類別名稱并予以警示。這主要是通過微 處理機(jī)30和負(fù)載監(jiān)測端90來實(shí)現(xiàn)的，監(jiān)測端90包括多個(gè)負(fù)載傳感器和分線開關(guān)（圖2中 未繪示），這些負(fù)載傳感器能夠根據(jù)前文所述的輸出阻抗值△ R來判定哪條線路存在例如 "超負(fù)荷連接"或"非正常接通"等信息，分線開關(guān)斷開以將線路負(fù)載切斷電源，同時(shí)傳感器 將信息反饋給微處理機(jī)30,則微處理機(jī)30將此信息記錄存儲(chǔ)于自身耦合的一個(gè)存儲(chǔ)單元， (例如FLASH或EEPROM)中并通過傳輸端60傳輸給遠(yuǎn)端主站服務(wù)器，同時(shí)在顯示器50上 顯示這些警示信息，例如"空調(diào)--超負(fù)荷連接"等。用戶在得知這些警示信息時(shí)將進(jìn)行相 應(yīng)處理。若所述功率損耗值△ P未超出預(yù)設(shè)功率閾值PTHED，則微處理機(jī)30控制計(jì)量模塊20 進(jìn)行電能計(jì)量。
[0088] 更進(jìn)一步言之，按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，在步驟6)中，當(dāng)輸出阻抗值A(chǔ)R大于預(yù)設(shè) 阻抗閾值R THED時(shí)，顯示器50將顯示出一個(gè)反映第二狀態(tài)的可視化信息"停電"。
[0089] 更進(jìn)一步言之，按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，在步驟6)中，當(dāng)輸出阻抗值A(chǔ)R不大于預(yù) 設(shè)阻抗閾值R THED時(shí)，顯示器50將顯示出一個(gè)反映第三狀態(tài)的可視化信息"負(fù)載保護(hù)"，如前 述實(shí)施例，此時(shí)為分線斷路狀態(tài)，因此斷路模塊未完全斷開。
[0090] 更進(jìn)一步言之，按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，在步驟7)中，當(dāng)功率損耗值ΛΡ不大于預(yù) 設(shè)功率閾值P THED時(shí)，顯示器50將顯示出一個(gè)反映第一狀態(tài)的可視化信息"正常"。
[0091] 另外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，控制面板70優(yōu)選為一個(gè)鍵盤控制板或觸控板， 通過控制板70可進(jìn)行歷史非正常用電記錄信息瀏覽，或在用戶負(fù)載被切斷電源時(shí)重新合 閘開關(guān)。同時(shí)，對于多功能智能電能表而言，可通過控制面板70來獲取例如多費(fèi)率、分時(shí)段 用電計(jì)量信息。
[〇〇92] 以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非是對本發(fā)明技術(shù)方案的限制。前述實(shí)施例中 的"一個(gè)"、"一種"等數(shù)量詞并非是將功能模塊或元件限定為單個(gè)，其僅為一種整體性描述。 而前述優(yōu)選方法并非限定為所述步驟。應(yīng)當(dāng)理解，一切基于本發(fā)明所作出的修改、變化或替 代,均應(yīng)涵蓋于本發(fā)明所主張的技術(shù)范疇內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 智能一體式多功能電能表對負(fù)載的控制方法，其特征在于：所述智能一體式多功能 電能表包括一個(gè)電能表本體（100)，所述電能表本體（100)上設(shè)有輸入接口（80)、負(fù)載監(jiān) 測端（90)，所述輸入接口（80)和負(fù)載監(jiān)測端（90)分別被限定于電能表本體（100)的兩 個(gè)不同表面上，電網(wǎng)零線和火線接入輸入接口（80)，若干個(gè)用戶負(fù)載接入所述負(fù)載監(jiān)測端 (90)，所述電能表本體（100)上還設(shè)有： 設(shè)于輸入接口（80)與負(fù)載監(jiān)測端（90)之間的若干個(gè)傳輸連接配置； 計(jì)量模塊（20)，它包括取樣轉(zhuǎn)換電路（21)、計(jì)量芯片（22)、測試信息輸出單元（23)、互 感器（27a，27b，27c)、微處理機(jī)（30)和存儲(chǔ)單元（40)，所述互感器（27a，27b，27c)副繞組 連接至取樣轉(zhuǎn)換電路（21)，所述計(jì)量芯片（22)與取樣轉(zhuǎn)換電路（21)耦合連接且通過測試 信息輸出單元（23)連接至微處理機(jī)（30)，所述微處理機(jī)（30)分別通信連接至顯示器（50) 和控制面板（70);斷路模塊（10)，它包括開關(guān)（10a，10b，10c)、開關(guān)控制單元（11)、控制閘 (12)和電流信息配置單元（24)，所述開關(guān)控制單元（11)與微處理機(jī)（30)通信連接； 傳輸端口（60)，它與微處理機(jī)（30)通信連接以傳輸微處理機(jī)（30)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息； 顯示器（50)，它與微處理機(jī)（30)通信連接以顯示所述數(shù)據(jù)信息；以及控制面板（70)， 它與微處理機(jī)（30)通信連接，用以輸入功能控制信息； 所述若干個(gè)傳輸連接配置包括電流信息配置單元（24)、第一接觸端（25a，25b，25c)、 第二接觸端（26a，26b，26c)與第三接觸端（28a，28b，28c)，所述第一接觸端（25a，25b， 25c)、第二接觸端（26a，26b，26c)與第三接觸端（28a，28b，28c)之間耦合連接； 智能一體式多功能電能表對負(fù)載的控制方法包括步驟： 1) 閉合控制閘（12)以接通電網(wǎng)與負(fù)載； 2) 所述取樣轉(zhuǎn)換電路（21)通過互感器（27a，27b，27c)及第一接觸端（25a，25b，25c) 采集電流信號(hào)和電壓信號(hào)，所述電流信息配置單元（24)通過第三接觸端（28a，28b，28c)獲 取電流號(hào)； 3) 所述取樣轉(zhuǎn)換電路（21)對采集到的電流信號(hào)和電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并傳輸給計(jì) 量芯片（22)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，所述計(jì)量芯片（22)對得出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)并將其傳輸至 測試信息輸出單元（23)，所述測試信息輸出單元（23)提取數(shù)據(jù)信息中的電流采集信息并 將其傳輸至微處理機(jī)（30); 4) 所述電流信息配置單元（24)將所獲得的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換處理為電流配置信息并傳輸 至微處理機(jī)（30); 5) 所述微處理機(jī)（30)根據(jù)電流配置信息和電流采集信息來測定輸出阻抗值和功率損 耗值； 6) 所述微處理機(jī)（30)將輸出阻抗值與一個(gè)預(yù)設(shè)阻抗閾值進(jìn)行比較，若所述輸出阻抗 值超出預(yù)設(shè)阻抗閾值，則所述微處理機(jī)（30)通過開關(guān)控制單元（11)斷開斷路模塊（10)，若 所述輸出阻抗值未超出預(yù)設(shè)阻抗閾值，則所述微處理機(jī)（30)進(jìn)一步判定功率損耗值是否 超出一個(gè)預(yù)設(shè)功率閾值； 7) 若所述功率損耗值超出預(yù)設(shè)功率閾值，則所述微處理機(jī)（30)判定負(fù)載類型，若所述 功率損耗值未超出預(yù)設(shè)功率閾值，則所述微處理機(jī)（30)控制計(jì)量模塊（20)進(jìn)行電能計(jì)量。
2. 如權(quán)利要求1所述的智能一體式多功能電能表，其特征在于：在步驟5)中，所述輸 出阻抗值是根據(jù)公式AR = UAIC-IS)得出，其中U為所述計(jì)量芯片（22)得出的電網(wǎng)電壓 計(jì)量值，It：為電流配置信息，Is為電流采集信息。
3.如權(quán)利要求1所述的智能一體式多功能電能表，其特征在于：在步驟5)中，所述功 率損耗值是根據(jù)公式Σ ΛΡ = Ux · Ie_Ux · Is得出，其中Ux為所述計(jì)量芯片（22)得出的電 網(wǎng)電壓計(jì)量值，It：為電流配置信息，I s為電流采集信息。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK104049141SQ201410235483
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月27日
【發(fā)明者】宋錫強(qiáng), 郭峻峰, 江大川, 王治超, 曾仕途, 于峰, 王洪劍, 徐鶴還, 李志
申請人:華立儀表集團(tuán)股份有限公司, 國網(wǎng)山東海陽市供電公司