[發明專利]電量變送器

有效

• 申請號: 201410043471.0
• 申請日: 2014-01-29
• 公開（公告）號: CN103837738A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 李志軍;周苗苗;馬軍
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01R22/10
• 分類號: G01R22/10
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 胡安朋

1.電量變送器，其特征在于：是一種基于FPGA現場可編程門陣列結合三模冗余技術的具備容錯功能的電量變送器，包括三相信號采集模塊、信號調理模塊、A/D采樣模塊、頻率測量模塊、FPGA控制器模塊、CAN總線通信模塊和電源模塊；其中，三相信號采集模塊包括三相電壓傳感器和三相電流傳感器，A/D采樣模塊包括采樣通道、ADC芯片和外圍電路，三相信號采集模塊中的三相電壓傳感器和三相電流傳感器的輸出端與信號調理模塊的輸入端相連接，信號調理模塊輸出端與A/D采樣模塊的輸入端及頻率測量模塊的輸入端相連接，A/D采樣模塊中的ADC芯片由FPGA控制器模塊中的A/D采樣控制模塊給予同步控制，指使A/D采樣模塊的采樣通道分別對三相電壓傳感器的電壓信號和三相電流傳感器的電流信號進行同時采樣，所得的采樣數據以并行方式送入FPGA控制模塊，頻率測量模塊的數據也輸入FPGA控制器模塊，FPGA控制器模塊中的CAN總線通信控制模塊對CAN總線通信模塊進行控制，電源模塊對信號調理模塊、A/D采樣模塊、FPGA控制器模塊和CAN總線通信模塊提供電力。?

2.根據權利要求1所述電量變送器，其特征在于：所述FPGA控制器模塊為FPGA現場可編程門陣列，包括鎖相環模塊、A/D采樣控制模塊、雙口RAM模塊、DFT變換模塊、數據存儲模塊、參數計算模塊、冗余容錯模塊和CAN總線輸出控制模塊。?

3.根據權利要求1所述電量變送器，其特征在于：所述三模冗余技術即三模冗余方法，是將三相電中每一相電視為一個冗余通道，在FPGA控制器模塊內部分別對每相電的電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、視在功率和功率因數參量進行并行運算，運算結果以“三取二”投票表決方式對三相參數計算結果進行相互對比，以判斷正誤，具體方法是：?

（1）電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率和功率因數容錯設計?

A、B、C三相電壓和電流有效值變送結果均以16位二進制數字量存儲，該電壓和電流允許測量最大值分別為U_max=120v、I_max=6A，標準值為U_s=100v、I_s=5A，三相允許互差值為10%U_s、10%I_s，則電壓有效值變送結果的低11位為允許互差位,因此，“三取二”容錯方法采取對三相電壓、電流計算結果截取高5位進行從高至低逐位三相互比，根據三取二表決方式完成對單相或兩相變送出錯的錯誤屏蔽，并對出錯相以輸出錯誤代碼形式給出提示，以U'_X、I'_X表示x相電壓、電流的高5位值，U_X、I_X表示x相電壓、電流有效值，P_X表示x相有功功率值，具體容錯判斷方法如下：?

(1.1)三相變送均無錯，即：?

U'_A＝U'_B＝U'_C，I'_A＝I'_B＝I'_C，則?

P＝P_A+P_B+P_C，?

S＝UI；

(1.2)單相變送出錯，以A相變送出錯為例，B、C同理，即?

U'_A≠U'_B＝U'_C或I'_A≠I'_B=I'_C，則?

S＝UI，并輸出錯誤代碼；?

(1.3)兩相變送出錯，以A、C相出錯為例，其它情況同理?

A相出錯：U'_A≠U'_B＝U'_C或I'_A≠I'_B=I'_C，?

且C相出錯：U'_A=U'_B≠U'_C或I'_A=I'_B≠I'_C，則?

U＝U_B，I＝I_B，P＝3P_B，S＝UI，并輸出錯誤代碼；?

上述式子中，U、I、P、S、Q、分別表示最終輸出的電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率和功率因數。?

（2）頻率容錯設計?

A、B、C三相頻率測量結果以16位數字量存儲，“三取二”容錯設計截取三相頻率測量結果的高3位進行三相互比，完成對測量出錯通道的屏蔽，并于出錯相以輸出錯誤代碼形式給出提示，以f表示最終輸出頻率，f_x'表示x相頻率值的高3位數值，f_X表示X相頻率的檢測值，容錯方法如下：?

(2.1)三相測量均無錯，即當三相檢測均無故障時，取三相運算結果的平均值作為最終輸出，?

f'_A＝f'_B＝f'_C，則

(2.2)當三相中某一相變送出錯時，以另外兩相的計算結果取平均值輸出，以A相測量出錯為例，B、C相同理，即：?

f'_A≠f'_B＝f'_C,則并輸出錯誤代碼。?