一种单相电能计量芯片制造技术

本发明专利技术提供一种单相电能计量芯片，包括：与所述采样及模数转换模块相连接的全波形模块，与所述全波形模块相连接的基波分离模块，与所述全波形模块以及所述基波分离模块相连接的有效值计算模块，与所述全波形模块以及所述基波分离模块相连接的有功功率计算模块，与所述全波形模块以及所述基波分离模块相连接的无功功率计算模块，与所述有效值计算模块相连接的视在功率计算模块，与所述视在功率计算模块和所述有功功率计算模块相连接的功率因子计算模块，N次谐波分离计算模块，还具备能量计算模块。可以灵活的选择计算全波、基波、各次谐波的有功功率、无功功率、视在功率、功率因子以及有功无功视在能量的电能计量。

Single phase electric energy metering chip

The invention provides a single-phase electric energy metering chip, including: full waveform module and the sampling and analog-to-digital conversion module is connected to the base and is connected with the full waveform module separation module, the effective value is connected with the full waveform module and the fundamental separation module calculation module, calculation module of active power the power is connected with the full waveform module and the fundamental separation module, which is connected with the full waveform module and the fundamental separation module of the reactive power calculation module, and the effective value calculation module in the power module is connected, and the visual computing module and the active the power module is connected with the calculation of the power factor in power calculation module, calculation module of N harmonic separation, also has the energy calculation module. It can be flexibly chosen to calculate the full wave, fundamental wave, the active power of each harmonic, reactive power, apparent power, power factor and active reactive energy measurement.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电能计量
，涉及一种单相电能计量芯片。
技术介绍
目前，电子式电能表的多功能要求在智能电网应用中的地位越来越重要，随着智能电网的发展，在电能计量芯片领域，相应地要求芯片具有灵活的设计方案和多功能计量要求，并能完成各种电能质量管理的控制，比如防窃电设计。电能计量主要是将采样的电流和电压信号通过各种信号处理，有选择的得到电流电压有效值、有功功率、无功功率、视在功率、功率因子以及有功无功视在能量等电能计量值。电子式电能表就是采用数字化的信号处理方式，精确地给出电能计量值和完成各种电能质量管理的控制，比如防窃电设计。并且电子式电能表可以方便的实现电能计量芯片的自动校准，保证高精度的计量，同时提供便捷的校表方案，给用户的生产使用带来极大的便捷。传统的电能计量芯片，其工作原理为把输入的电压和电流信号按照时间相乘，得到功率随着时间变化的信息，有功功率为电能表首要计量值。假设电流电压信号为余弦函数，并存在相位差φ，有功功率为：，如若电流电压信号非余弦函数，则可按傅立叶变换将信号展开为余弦函数的谐波，同样可按上述计算公式来计算有功功率。在多功能智能电表中要求可以灵活的选择计算全波、基波、各次谐波的电流电压有效值、有功功率、无功功率、视在功率、功率因子以及有功无功视在能量，并且可以由此给出所有多功能单相电能计量芯片设计要求的各种电能质量管理的控制，比如防窃电设计。用传统的电能计量芯片只能得到有功功率和有功能量，其他计量值又要经过复杂的处理，比如无功功率计算需要实现精确的90°移相，有效值计算需要复杂的平方根算法，视在功率可以由有功功率和无功功率相乘得到也可以由电流电压有效值相乘得到，同理功率因子也有两种方式得到。以上只是得到全波的计量值，如果需要基波的计量值需要将基波从全波中分离出来，如果需要各次谐波的计量值需要将各次谐波从全波中分离出来。如若是三相多功能智能电表，其计算复杂度又将增加许多。由上可见，一种可以灵活的选择计算全波、基波、各次谐波的电流电压有效值、有功功率、无功功率、视在功率、功率因子以及有功无功视在能量的电能计量实现结构是符合智能电网发展趋势的设计要求，这种实现结构还可以给出所有多功能电能计量芯片设计要求的各种电能质量管理的控制，比如防窃电设计。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种单相电能计量芯片，包括：采样及模数转换模块，用于对电流和电压进行分别采样和模数转换，获得电流采样数字值和电压采样数字值；与所述采样及模数转换模块相连接的全波形模块，用于将所述电流采样数字值和电压采样数字值进行滤波，分别获得电流采样值和电压采样值，并将所述电流采样值和所述电压采样值滤去直流分量，分别获得全波电流瞬态值和全波电压瞬态值；与所述全波形模块相连接的基波分离模块，用于将所述全波电流瞬态值和所述全波电压瞬态值分离，并分别获得基波电流瞬态值以及基波电压瞬态值；与所述全波形模块以及所述基波分离模块相连接的有效值计算模块，用于根据所述全波电流瞬态值计算获得全波电流有效值，根据所述全波电压瞬态值计算获得全波电压有效值，根据所述基波电流瞬态值计算获得基波电流有效值，根据所述基波电压瞬态值计算获得基波电压有效值；与所述全波形模块以及所述基波分离模块相连接的有功功率计算模块，用于计算全波有功功率以及基波有功功率；与所述全波形模块以及所述基波分离模块相连接的无功功率计算模块，用于计算全波无功功率以及基波无功功率；与所述有效值计算模块相连接的视在功率计算模块，用于计算全波视在功率和基波视在功率；与所述视在功率计算模块和所述有功功率计算模块相连接的功率因子计算模块，所述功率因子模块配置为除法算法模块，用于计算全波功率因子和基波功率因子；N次谐波分离计算模块，与所述全波形模块相连接，用于根据所述电流采样值和所述电压采样值分离出N次谐波，并计算N次谐波电流有效值、N次谐波电压有效值、N次谐波有功功率、以及N次谐波无功功率；还具备能量计算模块，所述能量计算模块配置为积分算法模块，所述能量计算模块与所述视在功率计算模块相连接，用于计算视在能量，与所述有功功率计算模块相连接，用于计算有功能量，与所述无功功率计算模块相连接，用于计算无功能量。具体的，所述采样及模数转换模块包括依次连接的可编程增益放大器和模数转换器；具体的，所述全波形模块具备顺次连接的相位校准模块和降采样滤波器，用于根据所述电流采样数字值和所述电压采样数字值获得所述电流采样值和所述电压采样值；还具备与所述降采样滤波器相连接的通道校准模块和高通滤波器。具体的，所述基波分离模块配置为低通滤波器。具体的，所述有效值计算模块包括顺次连接的平方算法模块、低通滤波器、平方根算法模块、有效值校准模块。具体的，所述有功功率计算模块包括顺次连接的乘法算法模块、低通滤波器、有功功率校准模块。具体的，所述无功功率计算模块包括顺次连接的低通滤波器、希尔伯特滤波器、乘法算法模块、低通滤波器以及无功功率校准模块。具体的，所述视在功率计算模块包括依次连接的乘法算法模块和视在功率校准模块。具体的，所述N次谐波分离计算模块包括：依次连接的低通滤波器和傅里叶变换模块，用于将所述电流采样值和所述电压采样值变换得到N次谐波电流值和N次谐波电压值，还包括与所述傅里叶变化模块相连接的四个计算通道，其中第一计算通道和第四计算通道均包括顺次连接的平方算法模块、加法算法模块和平方根算法模块以及N次谐波有效值校准模块，用于计算N次谐波电流有效值和N次谐波电压有效值；第二计算通道包括顺次连接的乘法算法模块、加法算法模块以及N次谐波有功功率校准模块，用于计算N次谐波有功功率；第三计算通道包括顺次连接的乘法算法模块和减法算法模块，以及N次谐波无功功率校准模块，用于计算N次谐波无功功率。本专利技术的单相电能计量芯片可以灵活的选择计算全波、基波、各次谐波的电流电压有效值、有功功率、无功功率、视在功率、功率因子以及有功无功视在能量的电能计量。同理可以扩展到三相电能计量芯片的实现结构，具备工业上的可能性。在多功能智能电表中要求可以灵活的选择计算全波、基波、各次谐波的电流电压有效值、有功功率、无功功率、视在功率、功率因子以及有功无功视在能量，并且可以由此给出所有多功能单相电能计量芯片设计要求的各种电能质量管理的控制，比如防窃电设计，给用户提供最大的设计灵活性。附图说明图1为本专利技术的单相电能计量芯片结构示意框图；图2为图1的具体结构示意图；图3为图2的局部结构示意以及信号流示意图；图4为图2的局部结构示意以及信号流示意图；图5为图2的局部结构示意以及信号流示意图；图6为图2的局部结构示意以及信号流示意图；图7为图2的局部结构示意以及信号流示意图；图8为图2的局部结构示意以及信号流示意图；图9为图2的局部结构示意以及信号流示意图；图10为图2的局部结构示意以及信号流示意图；图11为本专利技术的第二实施方式的结构和信号流示意图；图12为本专利技术的第三实施方式的结构和信号流示意图；图13为本专利技术的第四实施方式的结构和信号流示意图。具体实施方式下面，结合附图，对本专利技术的结构以及工作原理等作进一步的说明。实施方式1如图1和图2所示，本专利技术的单相电能计量芯片结构具备以下模块：图3为图2中采样及模数转换模块101的具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相电能计量芯片，其特征在于，包括：采样及模数转换模块，用于对电流和电压进行分别采样和模数转换，获得电流采样数字值和电压采样数字值；与所述采样及模数转换模块相连接的全波形模块，用于将所述电流采样数字值和电压采样数字值进行滤波，分别获得电流采样值和电压采样值，并将所述电流采样值和所述电压采样值滤去直流分量，分别获得全波电流瞬态值和全波电压瞬态值；与所述全波形模块相连接的基波分离模块，用于将所述全波电流瞬态值和所述全波电压瞬态值分离，并分别获得基波电流瞬态值以及基波电压瞬态值；与所述全波形模块以及所述基波分离模块相连接的有效值计算模块，用于根据所述全波电流瞬态值计算获得全波电流有效值，根据所述全波电压瞬态值计算获得全波电压有效值，根据所述基波电流瞬态值计算获得基波电流有效值，根据所述基波电压瞬态值计算获得基波电压有效值；与所述全波形模块以及所述基波分离模块相连接的有功功率计算模块，用于计算全波有功功率以及基波有功功率；与所述全波形模块以及所述基波分离模块相连接的无功功率计算模块，用于计算全波无功功率以及基波无功功率；与所述有效值计算模块相连接的视在功率计算模块，用于计算全波视在功率和基波视在功率；与所述视在功率计算模块和所述有功功率计算模块相连接的功率因子计算模块，所述功率因子模块配置为除法算法模块，用于计算全波功率因子和基波功率因子；N次谐波分离计算模块，与所述全波形模块相连接，用于根据所述电流采样值和所述电压采样值分离出N次谐波，并计算N次谐波电流有效值、N次谐波电压有效值、N次谐波有功功率、以及N次谐波无功功率；还具备能量计算模块，所述能量计算模块配置为积分算法模块，所述能量计算模块与所述视在功率计算模块相连接，用于计算视在能量，与所述有功功率计算模块相连接，用于计算有功能量，与所述无功功率计算模块相连接，用于计算无功能量。...

【技术特征摘要】
1.一种单相电能计量芯片，其特征在于，包括：采样及模数转换模块，用于对电流和电压进行分别采样和模数转换，获得电流采样数字值和电压采样数字值；与所述采样及模数转换模块相连接的全波形模块，用于将所述电流采样数字值和电压采样数字值进行滤波，分别获得电流采样值和电压采样值，并将所述电流采样值和所述电压采样值滤去直流分量，分别获得全波电流瞬态值和全波电压瞬态值；与所述全波形模块相连接的基波分离模块，用于将所述全波电流瞬态值和所述全波电压瞬态值分离，并分别获得基波电流瞬态值以及基波电压瞬态值；与所述全波形模块以及所述基波分离模块相连接的有效值计算模块，用于根据所述全波电流瞬态值计算获得全波电流有效值，根据所述全波电压瞬态值计算获得全波电压有效值，根据所述基波电流瞬态值计算获得基波电流有效值，根据所述基波电压瞬态值计算获得基波电压有效值；与所述全波形模块以及所述基波分离模块相连接的有功功率计算模块，用于计算全波有功功率以及基波有功功率；与所述全波形模块以及所述基波分离模块相连接的无功功率计算模块，用于计算全波无功功率以及基波无功功率；与所述有效值计算模块相连接的视在功率计算模块，用于计算全波视在功率和基波视在功率；与所述视在功率计算模块和所述有功功率计算模块相连接的功率因子计算模块，所述功率因子模块配置为除法算法模块，用于计算全波功率因子和基波功率因子；N次谐波分离计算模块，与所述全波形模块相连接，用于根据所述电流采样值和所述电压采样值分离出N次谐波，并计算N次谐波电流有效值、N次谐波电压有效值、N次谐波有功功率、以及N次谐波无功功率；还具备能量计算模块，所述能量计算模块配置为积分算法模块，所述能量计算模块与所述视在功率计算模块相连接，用于计算视在能量，与所述有功功率计算模块相连接，用于计算有功能量，与所述无功功率计算模块相连接，用于计算无功能量。2.如权利要求1所述的单相电能计量...

【专利技术属性】
技术研发人员：王祥莉，袁文师，
申请(专利权)人：上海贝岭股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31