[發明專利]具有基波計量功能的智能電表及其測量方法

有效

• 申請號: 201410135043.0
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103852637A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 高宏;馬華;李銀龍;王子洋
• 申請（專利權）人: 唐山紫光智能電子有限公司
• 主分類號: G01R22/10
• 分類號: G01R22/10;G01R11/17
• 代理公司: 唐山永和專利商標事務所 13103
• 代理人: 張云和

技術領域

本發明涉及智能電表及其測量方法，具體是一種具有基波計量功能的智能電表及其測量方法。

背景技術

智能電表是一種以計算機技術和通訊技術為基礎，對電能信息進行數據采集、處理和管理的計量裝置。由于智能電表具有電能計量、信息存儲、網絡通訊、實時監測、自動控制和信息交互等功能，可實現電網與用戶之間的“電力流、信息流、業務流”雙向互動，從而提高用電效率，是構建智能電網的基礎設備之一。

現有智能電表的原理框圖如圖1所示，由計量芯片、微控制器、通訊芯片和LCD顯示屏等四部分組成。其中的計量芯片原理框圖如圖2所示，由電壓變換器、電流變換器、乘法器和電壓/頻率變換器四部分組成。計量芯片中的電壓變換器和電流變換器分別將被測電壓u和被測電流i轉換成相應的低電壓和小電流送到乘法器中，乘法器完成電壓和電流的瞬時值相乘，輸出一個與一段時間內的平均功率成正比的直流電壓，然后再通過電壓/頻率變換器，將乘法器輸出的直流電壓轉換成相應的脈沖頻率信號。微控制器對計量芯片輸出的脈沖頻率信號計數，并通過LCD顯示屏顯示相應的電能。通訊芯片用來與其它設備進行數據交換、抄表、設置表計參數等。

現有的智能電表在實際應用中存在下述的缺點：

（1）沒有濾除電網中有害的諧波。直接對被測電壓和被測電流的瞬時值直接相乘，得到的是基波電能和諧波電能之和，使非諧波用戶的電能計量數據增加，諧波用戶的電能計量數據反而減少。

（2）電能計量的準確度難以提高。計量芯片中的乘法器和電壓/頻率變換器的運算、轉換的準確度和穩定性直接影響智能電表電能計量的準確度。

（3）計量芯片增加了智能電表系統的復雜性和硬件成本。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提出一種結構簡單、測量精準的智能電表，及其測量方法，具體的技術方案是：

一種具有基波計量功能的智能電表，包括，

電壓變換器，用于將220V交流電壓分壓成適合DSP數字信號處理器中的A/D模數轉換器所需的輸入電壓；

電流變換器，用于將相線交流電流轉換為適合DSP數字信號處理器中的A/D模數轉換器所需的輸入電壓；

DSP數字信號處理器，用于將電壓變換器和電流變換器輸出的模擬電壓信號轉換為離散數字信號；并對離散數字信號進行低通濾波處理，提取基波電壓值和基波電流值；最后對基波電壓值和基波電流值相乘再求和，得到功率測量值；

LCD顯示屏，用于顯示DSP數字信號處理器輸出的功率、電壓、電流、時間、剩余金額各類數值；

通訊芯片，用于DSP數字信號處理器與其它設備通訊。

其中，DSP（Digital?Singnal?Processor）數字信號處理器片內集成的A/D模數轉換器首先將被測模擬電壓和被測模擬電流轉換為數字電壓信號和數字電流信號，DSP數字信號處理器中的CPU對數字電壓信號和數字電流信號分別進行低通濾波，提取被測電壓信號和被測電流信號中的基波信號，然后再對被測電壓基波信號和被測電流基波信號進行乘法運算處理，從而實現功率的準確測量。

本發明提出的具有基波計量功能的智能電表測量方法，包括以下步驟：

（1）對被測模擬電壓u和被測模擬電流i進行采樣，得到離散的數字電壓信號U（t）和數字電流信號I（t），t為采樣時刻，t=1、2、3…；

（2）對離散數字電壓信號U（t）和離散數字電流信號I（t）分別進行低通濾波處理，按下述計算公式分別計算離散數字電壓信號U（t）和離散數字電流信號I（t）的算數移動平均值U_ma（t）和I_ma（t）：

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