本發(fā)明涉及一種工廠電力負荷信息采集系統(tǒng)，由多臺電量監(jiān)測儀表和一個主控器構(gòu)成。每條配電線路設(shè)置一臺電量監(jiān)測儀表，各電量監(jiān)測儀表在同步時間控制下，可實現(xiàn)某時間點各條配電線路其三相的電壓、電流同步采樣，并對采樣信號進行調(diào)理變換，各電量監(jiān)測儀表輸出其采集的電量數(shù)據(jù)傳送給主控器處理。

(二)

背景技術(shù)：
：

由電力網(wǎng)提供電源的控制系統(tǒng)，其各電子設(shè)備或模塊間都是通過專用線路通信，來糾正各電子設(shè)備或電子模塊的計時時間，達到同步運行目的。由于采用專用線路通信使布線復(fù)雜化并增加成本，如果計時時間不通過線路通信糾正，則由于傳統(tǒng)計時誤差，運行數(shù)小時后，其累積計時誤差會使系統(tǒng)控制動作不一致，可能造成系統(tǒng)崩潰，在一些經(jīng)常變更設(shè)計，布線工程量大的場合其產(chǎn)品應(yīng)用受到限制。

(三)

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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當工廠產(chǎn)品上線或添置設(shè)備，需要重新配置配電系統(tǒng)，就要測量各條配電線路的電量參數(shù)。本發(fā)明涉及工廠電力負荷信息采集系統(tǒng)，由多臺電量監(jiān)測儀表和一個主控器構(gòu)成，每條配電線路設(shè)置一臺電量監(jiān)測儀表，每臺電量監(jiān)測儀表包含一個或數(shù)個電壓互感器和電流互感器，電量監(jiān)測儀表監(jiān)測配電線路的運行實時參數(shù)，主要有：線路三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)，由電量監(jiān)測儀表的ADC進行同步采樣，各電量監(jiān)測儀表在同步時間控制下，可實現(xiàn)長久時間內(nèi)的某時間點各條配電線路其三相的電壓、電流同步采樣，并對采樣信號進行調(diào)理變換，各電量監(jiān)測儀表輸出其采集的電量數(shù)據(jù)傳送給主控器處理。各電量監(jiān)測儀表和主控器均接于同一電力網(wǎng)線上并僅設(shè)置總開關(guān)。各電量監(jiān)測儀表的面板裝有3至5只不同顏色LED，電量監(jiān)測儀表在離線單獨剛開機后的一段設(shè)定時間，依序顯示不同顏色LED組合(例如：紅、綠、藍、紅綠、藍藍綠、紅紅藍、紅綠藍...)，各組合均與編號的號碼對應(yīng)，選擇顯示不同顏色LED組合時，關(guān)機得到相對應(yīng)的編號并保存，再貼標識，它是在編號時段當檢測不到電網(wǎng)周波信號時，單片機依靠其電源電容的儲能將編號數(shù)據(jù)存入非易失存儲器中。

本發(fā)明利用電力網(wǎng)周波的正半周上升段，取三個甄別點實現(xiàn)對周波信號的識別判定，再利用周波時間建立同步時間，實現(xiàn)系統(tǒng)中主控器和各電量監(jiān)測儀表的長久同步運行。

主控器和各電量監(jiān)測儀表的周波識別電路如圖2所示，由三個采用滯回比較器的電壓比較器組成，每個電壓比較器中均包含濾波電路，其電壓比較器的基準電壓由穩(wěn)壓電路提供。系統(tǒng)設(shè)置時鐘計時器和同步計時器。如果檢測到相臨的兩個周波信號均為真，則取出該兩個相鄰的周波信號過零之間的時鐘計時器計時時間，按序存入周波時間存儲單元中，該周波時間存儲單元可存放100個周波時間，存滿時每存入一個周波時間，均先移除最先存入的一個周波時間，并計算存入的周波時間的平均值Tz并保存，利用Tz值鑒別待識別周波信號，以降低電力網(wǎng)頻率波動的影響，同時采用三個甄別點降低誤判可能性。

三個比較器分別用于三個甄別點，即甄別點0、甄別點1、甄別點2，如圖1所示。在周波正半周上升段的周波過零處，即甄別點0設(shè)置電壓過零比較器，其余二個比較器分別設(shè)置在周波正半周上升段，峰值電壓的35％至50％處的甄別點1和50％至70％處的甄別點2。

周波信號判定：單片機在設(shè)定時間開中斷后，時鐘計時器清零并開始計時，當周波電壓過零時，設(shè)置在甄別點0的電壓過零比較器V0的輸出電壓翻轉(zhuǎn)，在其電壓下降沿產(chǎn)生中斷，記錄其過零點中斷時間Th0并關(guān)中斷；此后，單片機掃描甄別點1處電壓比較器V1的輸出電壓，當周波電壓達到V1的閾值電壓時，輸出電壓從高到低翻轉(zhuǎn)，掃描記錄其翻轉(zhuǎn)時間Th1；同樣掃描記錄甄別點2處電壓比較器V2輸出電壓翻轉(zhuǎn)時間Th2，將Th0與電壓過零比較器V0的輸出電壓翻轉(zhuǎn)時間設(shè)定值Ts0作比較；Th1與電壓比較器V1的輸出電壓翻轉(zhuǎn)時間設(shè)定值Ts1以及Th2與電壓比較器V2的輸出電壓翻轉(zhuǎn)時間設(shè)定值Ts2分別作比較，如果在允許誤差范圍內(nèi)，則檢測到的該甄別信號為真，否則為假。上述判定甄別信號為真時，計算本次周波信號過零與相鄰前一次甄別信號為真時的周波信號過零間的時鐘計時器計時時間Tzu，將其與周波時間的平均值Tz作比較，如果不超過設(shè)定周波時間誤差Tzv則周波信號為真，這時保存Tzu并取20ms與同步計時器計時時間相加，將相加的值存入同步計時器中。

當時鐘計時器以周波電壓過零開始計時，則計時到16ms至18.5ms間的開中斷時間設(shè)定值Tk時開中斷，時鐘計時器計時到25ms至27ms間的關(guān)中斷時間設(shè)定值Tn時關(guān)中斷。

系統(tǒng)開機后，時鐘計時器開始計時，當檢測到第一個周波電壓過零時，設(shè)置在甄別點0的電壓過零比較器V0的輸出電壓翻轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生中斷，取出周波電壓過零點的時間T0保存，將時鐘計時器清零并開始計時，這時周波電壓過零時間Th0為0，同時單片機按上述方法掃描并判定甄別信號。由于檢測的是第一個周波，時鐘計時器是在周波電壓過零時開始計時，其Th0、Th1和Th2的值均須加上周波時間20ms減去開中斷時間設(shè)定值Tk的差值，如果三個甄別信號為真，下一次即第一次開中斷時間取Tk。否則為假時，此時時鐘計時器時間須加上T0，繼續(xù)檢測。

當檢測到第一個和相鄰的第二個周波電壓過零時，由于未保存檢測的周波時間，因此兩次周波信號過零間的時鐘計時器計時時間是與周波時間20ms作比較，判定周波信號為真時，則取出開中斷時的時鐘計時器累計時間T1＝T0+Tk作為初始時間存入同步計時器中，開中斷后時鐘計時器清零，否則判定周波信號為假時，此時時鐘計時器時間須加上T1，繼續(xù)按上述方法重新檢測第一個周波。當檢測第一個周波信號為真后，恢復(fù)以上所述的周波信號判定。

如圖1所示，如果檢測到周波信號為假，下一次開中斷時間均在本次開中斷時間后，經(jīng)延時周波時間的平均值Tz時開中斷，并在開中斷后延時Tns時關(guān)中斷，設(shè)置關(guān)中斷時間是當周波信號在甄別點0時沒有產(chǎn)生中斷，這時須在超過Ts0允許誤差范圍的設(shè)定時間點開始掃描，以及掃描甄別點1和甄別點2時，電壓比較器輸出電壓沒有產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，都在關(guān)中斷時間Tns關(guān)中斷和停止掃描，Tns為:

Tns＝Tn－Tk

如果檢測到周波信號為真，則下一周波開中斷時間Tks為:

Tks＝Tk+Th0

即從第一次開中斷時間取Tk之后，時鐘計時器均是計時到Tks開中斷，并清零后重新開始計時，計時到Tns時關(guān)中斷，從而使同步計時器時間受到周波電壓過零時間的糾正。

重復(fù)上述過程。如果所述檢測到的上一周波信號為真，本周波判定時，甄別信號為假，或檢測到的周波時間與周波時間的平均值Tz比較超過設(shè)定周波時間誤差Tzv，或時鐘計時器計時到關(guān)中斷時間設(shè)定值Tns時，電壓過零比較器V0輸出電壓未翻轉(zhuǎn)，沒有產(chǎn)生中斷，則在時鐘計時器計時到Tns時關(guān)中斷，這時記未計周波數(shù)N為1并存儲，下一次開中斷時間是在上次開中斷時間經(jīng)過Tz后開中斷，此后每次判定周波信號真?zhèn)?，如為假或本次檢測甄別信號雖為真但上次為假，則取N，將N+1后回存于存儲器，時鐘計時器在開中斷后不清零繼續(xù)計時，這時，設(shè)定的下一周波開中斷時間暫時改用開中斷時間臨時設(shè)定值Tkz：

Tkz＝(N+1)×Tz

同時，下一周波關(guān)中斷時間暫時改用關(guān)中斷時間臨時設(shè)定值Tnz：

Tnz＝Tkz+Tns

當時鐘計時器計時到Tkz后，掃描甄別點的時間可通過簡單計算獲得。如果這時檢測到周波信號為真，則取出存儲器中N保存，并將存儲器中N置零，使時鐘計時器計時值Ts為：(Ts－Tkz)→Ts，這時取(N+1)×20ms的值加于同步計時器中，并恢復(fù)使用設(shè)定值Tks與Tns，恢復(fù)時鐘計時器在開中斷后清零。

系統(tǒng)同步時間為同步計時器的時間，再加上當前正在計時的時鐘計時器的時間。

判定甄別點信號真?zhèn)螘r，Th0、Th1、Th2是通過與電壓比較器輸出電壓翻轉(zhuǎn)時間設(shè)定值Ts0、Ts1、Ts2作比較看是否超差，來判定甄別點信號真?zhèn)?，可以選擇：Th0、Th1、Th2均為真時該周波甄別信號為真，或者Th0為真，同時Th1、Th2之一為真時，或者Th1、Th2為真時，該周波甄別信號為真，視對判定周波信號真?zhèn)尾煌蠖ā?/p>

如果電力網(wǎng)故障，當N大于25至70間的一個設(shè)定值時，由于系統(tǒng)中主控器和各電量監(jiān)測儀表，其檢測的Tz值和N值可能不同，這時，電力網(wǎng)頻率累積誤差，可能造成同步計時器時間無法通過檢測到真實周波信號時得到糾正，當檢測到周波信號為真時，采用時鐘計時器在Tkz處的計時值直接加于同步計時器中，以減少系統(tǒng)的不同步時間，電力網(wǎng)正常運營情況下N遠小于25。

允許的周波時間誤差Tzv和電壓比較器輸出電壓的翻轉(zhuǎn)時間設(shè)定值，由試驗評估取其平均值獲得。

(四)附圖說明：

圖1是周波甄別數(shù)據(jù)關(guān)系示意圖；

圖2是周波甄別電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是工廠電力負荷信息采集系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)方框圖。

(五)具體實施方式：

圖3是工廠電力負荷信息采集系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)方框圖，包括:主控器﹙10﹚、周波甄別電路﹙11﹚、電量監(jiān)測儀表﹙12﹚、互感器模塊﹙13﹚，其中互感器模塊﹙13﹚包括電壓互感器和電流互感器，周波甄別電路﹙11﹚和圖2中單片機﹙U0﹚均分別包含在電量監(jiān)測儀表﹙12﹚與主控器﹙10﹚中。

圖2是周波甄別電路﹙11﹚結(jié)構(gòu)示意圖，由：輸入電路﹙S0﹚、電壓過零檢測模塊﹙V0﹚、電壓比較器﹙V1﹚和電壓比較器﹙V2﹚構(gòu)成。單片機﹙U0﹚是指電量監(jiān)測儀表﹙12﹚與主控器﹙10﹚中的單片機。輸入電路﹙S0﹚用于將電力網(wǎng)交流電壓通過電阻和二極管的分壓，轉(zhuǎn)換為電壓比較器合適的穩(wěn)定的輸入電壓。單片機﹙U0﹚采用89C55WD電壓過零檢測模塊﹙V0﹚、電壓比較器﹙V1﹚、電壓比較器﹙V2﹚均使用專用的電壓比較器LM339，其基準電壓是采用穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電路來穩(wěn)定電壓比較器的閾值電壓。

當電力網(wǎng)交流電壓周波信號過零時，電壓過零檢測模塊﹙V0﹚的輸出電壓跳變，單片機﹙U0﹚產(chǎn)生中斷，記錄中斷時間，同時單片機﹙U0﹚還用于掃描電壓比較器﹙V1﹚和電壓比較器﹙V2﹚的輸出電壓，當輸出電壓跳變時記錄跳變時間，用于判定電力網(wǎng)周波信號從而產(chǎn)生同步時間。