專利名稱：多用戶集控智能電度表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種多用戶的集中控制型智能化電度表，屬于電工測(cè)量?jī)x表類。
目前使用的電度表多為單用戶的磁電感應(yīng)式電度表。
近年來(lái)在專利申請(qǐng)中出現(xiàn)了一些用單片機(jī)作處理器的單用戶智能化數(shù)字式電度表。如各種智能電度表、卡片智能電度表等。這些單用戶電度表大多由電壓和電流互感器、變送器、A／D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)處理系統(tǒng)(包括單片機(jī)及其晶振電路、地址譯碼器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等外圍電路)、顯示與鍵盤電路及其接口電路、串行通訊驅(qū)動(dòng)電路及其接口電路、打印機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及其接口電路等構(gòu)成。
在中國(guó)專利局90225208.9號(hào)“數(shù)字電度表”實(shí)用新型專利申請(qǐng)中，還提出了一種用邏輯電路或單片機(jī)(單板機(jī))方式直接對(duì)多用戶中各用戶的用電量進(jìn)累加，各用戶分時(shí)循環(huán)處理的數(shù)字電度表。
各種單用戶電度表存在下列不足1.單用戶電度表裝在各用戶家里，給供電部門的管理帶來(lái)不便，供電部門需配備較多的人手，采用戶訪方式工作，常常因用戶家里無(wú)人出現(xiàn)漏抄，有時(shí)甚至漏抄數(shù)月。
2.磁電感應(yīng)式單用戶電度表的計(jì)算精度不高；3.電度表分裝各用戶家里，電度表的裝機(jī)費(fèi)用高；4.單用戶電度表還存在一個(gè)很大的缺點(diǎn)，就是一些不法用戶能跨越電度表偷電。
上述多用戶電度表存在下列不足1.采用邏輯電路設(shè)計(jì)，電路復(fù)雜、故障率高；2.采用多用戶分時(shí)處理方式計(jì)算精度低、速度慢，用戶容量很有限。特別是采用邏輯電路方式時(shí)計(jì)算精度尤其不高，而用戶增多后同樣導(dǎo)致漏計(jì)、虛計(jì)(即對(duì)一個(gè)用戶的兩次采樣時(shí)間太長(zhǎng)，在兩次采樣間隔中用戶使用過(guò)大功率的電器或在兩次采樣間隔中用戶曾停機(jī)都無(wú)法有效的檢測(cè)到)從而降低精度。
此外，現(xiàn)有技術(shù)中大多沒(méi)有漏電和超載的精確測(cè)量及直接保護(hù)控制。
本實(shí)用新型的目的就是要克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，利用單片計(jì)算機(jī)構(gòu)成數(shù)字處理中心，設(shè)計(jì)一種多用戶的集中控制型智能化的電度表，對(duì)一棟大樓或一片居民區(qū)的數(shù)拾個(gè)用戶實(shí)行集中控制和管理，除精確的計(jì)算和累加各用戶的用電量和精確的檢查各用戶線路漏電和超載并給出直接保護(hù)控制外，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶用電功率、用量、高低峰用電計(jì)費(fèi)等的智能控制。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是，以一個(gè)單片機(jī)及其程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等外圍電路構(gòu)成單片計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，配以帶多級(jí)(如兩級(jí)或三級(jí)，每級(jí)之間加采樣保持電路)多路模擬開(kāi)關(guān)的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)多用戶電路電流及總供電電壓的采樣，設(shè)置漏電超載保護(hù)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成對(duì)各用戶電源的保護(hù)控制，設(shè)置打印機(jī)接口和串行通訊接口完成各用戶用電量的打印輸出和串行通訊輸出以及電度表運(yùn)行參數(shù)的串行通訊設(shè)置，配備豐富的軟件程序，實(shí)現(xiàn)多功能的智能管理。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案詳述如下本實(shí)用新型的多用戶集控智能電度表，由電壓互感器、電流互感器、變送器、模數(shù)轉(zhuǎn)換(A／D)電路、單片機(jī)處理系統(tǒng)、打印機(jī)接口、串行通訊接口和漏電超載保護(hù)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。
(1).電壓互感器裝在三相四線制總供電線路上，電流互感器裝在各用戶電路的輸入線路(火線)上和輸出線路(零線)上；(2).漏電超載保護(hù)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由單片機(jī)開(kāi)關(guān)量輸出電路、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，執(zhí)行驅(qū)動(dòng)電路由大功率功放集成電路構(gòu)成，執(zhí)行機(jī)構(gòu)由繼電器開(kāi)關(guān)構(gòu)成。單片機(jī)開(kāi)關(guān)量輸出直接使用單片機(jī)的地址譯碼器給出的片選信號(hào)即可。繼電器開(kāi)關(guān)可以直接控制各用戶的電源開(kāi)關(guān)，也可以通過(guò)中間繼電器回路控制各用戶的電源開(kāi)關(guān)(3).各用戶的用電量可以通過(guò)打印機(jī)接口送打印機(jī)打印輸出，也可以通過(guò)串行通訊口輸出；供電局可以用其管理專用計(jì)算機(jī)通過(guò)串行口通訊控制打印機(jī)打印輸出各用戶的用電量，也可以直接讀入其專用管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
(4).各用戶用電量計(jì)數(shù)器初始化、各用戶用電量輸出控制、各用戶用電功率標(biāo)稱值設(shè)定、各用戶用電量標(biāo)稱值設(shè)置、單位用電量電費(fèi)設(shè)置、高低峰單位用電量電費(fèi)設(shè)置等均通過(guò)串行通訊口以通訊方式完成。
在單片機(jī)系統(tǒng)中配備用戶用電量控制和電費(fèi)計(jì)算及電費(fèi)分高低峰計(jì)費(fèi)等程序，完成對(duì)各用戶用電的智能控制。如對(duì)用戶實(shí)行先預(yù)付電費(fèi)后設(shè)置當(dāng)用電量標(biāo)稱值的方法，由電度表自動(dòng)計(jì)數(shù)當(dāng)用戶用完預(yù)定的電量時(shí)即切斷其電源。
本實(shí)用新型中各種參數(shù)均由供電部門通過(guò)其管理專用計(jì)算機(jī)及其串行通訊管理程序現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程(在供電局辦公室)經(jīng)電度表串行通訊口設(shè)置，加強(qiáng)電度表的運(yùn)行安全。
(5).每次采樣在一個(gè)電壓正弦波周期內(nèi)采集12組，每組的采樣順序?yàn)锳相上的電壓、A相上各用戶輸入線路上的電流及輸出線路上的電流、B相上的電壓、B相上各用戶輸入線路上的電流及輸出線路上的電流、C相上的電壓、C相上各用戶輸入線路上的電流及輸出線路上的電流；(6).對(duì)每次采集到的每個(gè)用戶的12組數(shù)據(jù)用巴特沃思低通數(shù)字濾波器濾波，而后采用改進(jìn)的付氏算法計(jì)算各用戶的用電量；本實(shí)用新型采用改進(jìn)的付式算法計(jì)算各用戶的用電量，該算法的優(yōu)點(diǎn)在于可以濾去電壓和電流波形中的2、3、4次諧波，各計(jì)算公式如下。
電流和電壓基波分量的實(shí)部和虛部的計(jì)算公式Ss＝2／(3－
)＊((1－
)／2＊B＋P)Sc＝2／(3－
)＊((1－
)／2＊B－P)其中 B＝0.5＊N1－0.5＊N2＋N3－N4－N5－N6＋0.5＊N7－0.5＊N8P＝0.5＊N2－0.5＊N3＋N4－N5＋N6－N7＋0.5＊N8－0.5＊N9這里的Nn是經(jīng)數(shù)字濾波器濾波后第n個(gè)采樣值。
電壓最大值 Um＝
電壓有效值 U＝
／
電流最大值 Im＝
電流有效值 I＝
／
功率因子 COSf＝(Us＊Is＋Uc＊Ic)／(
＊
)
有功功率 P＝(Us＊Is＋Uc＊Ic)／2(7).對(duì)比各用戶輸入線路上的電流和輸出線路上的電流判定其是否漏電，對(duì)比各用戶使用功率與標(biāo)稱功率判定其是否超載，并產(chǎn)生漏電超載保護(hù)控制。
由于對(duì)漏電和超載的判定采用數(shù)字比較，具有很高的比較精確度。
附圖
是本實(shí)用新型的使用狀態(tài)示意圖。
圖中，A、B、C、N是三相四線制總供電線，其中N是零線；LH1、……LHn、……LHm是m個(gè)用戶的電流互感器；YHa、YHb、YHc三個(gè)電壓互感器；K1、……Kn、……Km是m個(gè)用戶的電源開(kāi)關(guān)；U01是各用戶；U02是變送器和數(shù)摸轉(zhuǎn)換電路；U03是單片計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)；U04是執(zhí)行驅(qū)動(dòng)電路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)；U05是打印機(jī)接口電路；U06是串行通訊口接口電路。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)1.實(shí)行多用戶集中管理，方便了供電部門的管理，堵塞了不法用戶偷電的漏洞；同時(shí)降低了電度表的總裝機(jī)費(fèi)用；2.采用單片機(jī)處理和高密度采樣及改進(jìn)的付氏算法計(jì)算各用戶的用電量及電費(fèi)，提高了電度表的精度；3.實(shí)現(xiàn)各用戶漏電超載的精確檢測(cè)和直接保護(hù)控制，提高了用電的安全性；4.去除了現(xiàn)有數(shù)字電度表的顯示和鍵盤等部分，不僅降低了生產(chǎn)成本，而且提高了用電管理的安全性，非供電部門在沒(méi)有特定管理計(jì)算機(jī)及相應(yīng)軟件的支持下無(wú)法操縱電度表；5.采用單片機(jī)和大規(guī)模集成電路技術(shù)簡(jiǎn)化了電路，降低了故障率；
權(quán)利要求1.多用戶集控智能電度表，由電壓互感器、電流互感器、變送器、模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)電路、單片機(jī)處理系統(tǒng)、打印機(jī)接口、串行通訊接口、漏電超載保護(hù)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其特征在于(1).電壓互感器裝在三相四線制總供電線路上，電流互感器裝在各用戶電路的輸入線路(火線)上和輸出線路(零線)上；(2).漏電超載保護(hù)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由單片機(jī)開(kāi)關(guān)量輸出電路、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)電路、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，執(zhí)行驅(qū)動(dòng)電路由大功率功放集成電路構(gòu)成，執(zhí)行機(jī)構(gòu)由繼電器開(kāi)關(guān)構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的多用戶集控智能電度表，其特征在于(1).各用戶的用電量可以通過(guò)打印機(jī)接口送打印機(jī)打印輸出，也可以通過(guò)串行通訊口輸出；(2).各用戶用電量計(jì)數(shù)器初始化、各用戶用電量輸出控制、各用戶用電功率標(biāo)稱值設(shè)定、各用戶用電量標(biāo)稱值設(shè)置、單位用電量電費(fèi)設(shè)置、高低峰單位用電量電費(fèi)設(shè)置等均通過(guò)串行通訊口以通訊方式完成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的多用戶集控智能電度表，其特征在于(1).每次采樣在一個(gè)電壓正弦波周期內(nèi)采集12組，每組的采樣順序?yàn)锳相上的電壓、A相上各用戶輸入線路上的電流及輸出線路上的電流、B相上的電壓、B相上各用戶輸入線路上的電流及輸出線路上的電流、C相上的電壓、C相上各用戶輸入線路上的電流及輸出線路上的電流；(2).對(duì)每次采集到的每個(gè)用戶的12組數(shù)據(jù)用巴特沃思低通數(shù)字濾波器濾波，而后采用改進(jìn)的付氏算法計(jì)算各用戶的用電量；(3).對(duì)比各用戶輸入線路上的電流和輸出線路上的電流判定其是否漏電，對(duì)比各用戶使用功率與標(biāo)稱功率判定其是否超載，并產(chǎn)生漏電超載保護(hù)控制。
專利摘要本實(shí)用新型由電壓互感器、電流互感器、變送器、A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)處理系統(tǒng)、漏電超載保護(hù)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)接口、串行通訊接口構(gòu)成。本實(shí)用新型分別采集各用戶電路輸入和輸出電流、總供電線的電壓，每電壓周期采集12組數(shù)據(jù)采用改進(jìn)的付氏算法計(jì)算用電量，通過(guò)串行通訊口完成運(yùn)行參數(shù)設(shè)置和運(yùn)行控制，通過(guò)打印口打印輸出。本實(shí)用新型可供一棟大樓或一片居民區(qū)的數(shù)拾個(gè)用戶共用，可由供電部門在辦公室通過(guò)遠(yuǎn)程通訊線路實(shí)現(xiàn)遙控。
文檔編號(hào)G01R22/00GK2130266SQ9222668
公開(kāi)日1993年4月21日 申請(qǐng)日期1992年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月8日
發(fā)明者吳耕揚(yáng), 雷世玉, 趙煦 申請(qǐng)人:江揚(yáng)船舶集團(tuán)公司