用于测量电量的参数的计量器设备制造技术

提出了一种用于确定第一导线(L)和第二导线(N)中的AC电信号的参数的计量器设备(100)，该AC电信号包括AC电流(IAC)和AC电压(VAC)。计量器设备(100)包括：测量部分(115)，被配置为提供第一测量信号(VVS1)和第二测量信号(VVS2)，第一测量信号(VVS1)和第二测量信号(VVS2)每个指示基于与第一导线(L)的第一电容耦合(C1)和与第二导线(N)的第二电容耦合(C2)的AC电压(VAC)，第一测量信号(VVS1)和第二测量信号(VVS2)取决于第一电容耦合(C1)和第二电容耦合(C2)的电容值；以及控制单元(120)，被配置为：根据第一测量信号(VVS1)和第二测量信号(VVS2)来确定第一电容耦合(C1)和第二电容耦合(C2)的所述电容值。

Meter Equipment for Measuring Electricity Parameters

A metering device (100) for determining the parameters of AC signals in the first (L) and second (N) conductors is proposed. The AC signals include AC current (IAC) and AC voltage (VAC). The metering device (100) comprises a measurement section (115) configured to provide a first measurement signal (VVS1) and a second measurement signal (VVS2), a first measurement signal (VVS1) and a second measurement signal (VVS2), each indicating an AC voltage (VAC) based on the first capacitive coupling (C1) with the first conductor (L) and a second capacitive coupling (C2) with the second conductor (N), a first measurement signal (VS1) and a second measurement signal (VVS2). Depending on the capacitance values of the first capacitive coupling (C1) and the second capacitive coupling (C2), and the control unit (120), the capacitance values of the first capacitive coupling (C1) and the second capacitive coupling (C2) are determined according to the first measurement signal (VVS1) and the second measurement signal (VVS2).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量电量的参数的计量器设备本专利技术的背景
本专利技术总体上涉及用于测量电量(例如，电压和/或电流)的参数(例如，幅度和/或相移)的计量器设备。具体地说，本专利技术涉及一种用于在不使用电池的情况下以非侵入性的方式有效地测量操作中的任何导线的电量的参数的计量器设备。
技术介绍
在现代社会中，电功率对于日常生活是关键的。因此，操作中的导线中的(诸如线路和/或中性导线中的)电量(诸如电压和/或电流)的参数(诸如幅度和/或相移)的测量对于实现对于住宅家庭和建筑物中的电负载的用电量的高效控制是至关重要的。例如，确定配电系统中的线路和中性导线中的电压和电流的幅度使得可以确定该配电系统中的谐波失真。谐波失真通常影响由“开关式电源供应”(SMPS)模块供电的电负载(诸如个人计算机、激光打印机、电池充电器和其它小型电器)，并且可能引起尤其是三相配电系统的中性导线中的大的负载电流(这可能引起潜在的火灾危险，因为只有线路导线通常受到断路器的保护)、过热(这可以使电子装置的寿命缩短)、电负载的不良功率因数(例如，低于0.9的功率因数，该功率因数可能导致每月公用设施罚款)、谐振(其生成过流浪涌)、断路器的错误跳闸以及电负载故障。为了测量(和监测)电负载消耗，已经开发了信息传感器和相应的计量器设备。计量器设备的大部分现有解决方案基本上是基于两种方法，即，单传感器方法和多传感器方法。基于单传感器方法的计量器设备允许监测包含独立地接通和切断的多个电负载的电路，并且使用电流和电压波形的现场分析来估计电负载的数量、每个电负载的本性、每个电负载的能量消耗以及其它相关统计(诸如当天时间变化)。尽管基于单传感器方法的计量器设备更易于部署，但是它们却依赖于昂贵的定制硬件，并且需要关于电负载和它们的电特性的先验知识或涉及用户的复杂的训练阶段(在设备获悉电负载的特定电特性的情况下)。在快速改变的小型电器的现代背景下，先验知识是难以获得和保持更新的，并且训练过程使用户气馁。基于多传感器方法的计量器设备包括与每个负载(诸如市售的智能电源插座)一致安装的电流传感器和中央网关，电流传感器用于测量放置电负载的点或测量点处的功率消耗，中央网关用于采集(并且可能显示)从每个电负载测得的功率消耗。2011年4月22-24日的Proc.ofInternationalconferenceonEmergingTrendinNetworksandComputerCommunications2011(ETNCC2011)第200-204页中的S.Ahmad的“Smartmeteringandhomeautomationsolutionsforthenextdecade”公开了使用智能计量和家庭自动化技术来高效地利用能量，从而为后代铺设更清洁且更绿色的环境的道路。该论文呈现了关于用于基于短距离射频(RF)技术(比如ZigBee、Z-Wave、低功率无线电和配电线载波(DLC))的智能计量和家庭自动化的信息和通信技术(ICT)的概述。2012年1月15-18日的Proc.oftheIEEERadioandWirelessSymposium(RWS2012)第395-398页中的F.Cai、E.Farantatos、R.Huang、A.P.SakisMeliopoulos、J.Papapolymerou的“Self-poweredsmartmeterwithsynchronizeddata”公开了具有实时数据检测能力、高可靠性、自供电并且制造成本低、意图用于智能电网应用的计量器设备。与旧的当地电网相比，实时地知道系统状态是作为可靠地控制智能电网的第一步实现的。所提出的框架提供了关于能量收集传感器网络来监测智能电网的配电的洞悉。这提供了在整个电网系统的效率和可靠性之间做出折衷所需的信息。该文档中示出的计量器设备设计自动地操作，并且被认为具有安装困难性和环境影响(诸如由于天气、电场和磁场相互作用等而导致的位置移位)。每个计量器设备聚集电流、电压和相关联的相位角，并且继续执行双向通信以形成RF商业通信模块使用的传感器网。US6825649公开了用于在不接触导体的情况下使用检测探针和振荡器来测量施加于该导体的AC电压的测量方法，所述检测探针设有检测电极和屏蔽电极，该检测电极能够覆盖用于使导体绝缘的绝缘表面的一部分，该屏蔽电极用于覆盖检测电极，所述振荡器用于输出具有某个频率的信号，其中，芯线和屏蔽缆线的护套线中的每个的一端连接到检测电极和屏蔽电极，并且通过在另一端中的每个之间建立假想短路状态来基本上使浮置电容效应为零。所述测量方法包括以下步骤：通过经由屏蔽缆线将来自振荡器的信号施加于检测电极来测量检测电极和导体之间的阻抗，测量由于施加于导体的电压而从检测电极释放的电流，并且基于测得的阻抗和电流来获得施加的电压。
技术实现思路
本申请人已经认识到引用的现有技术的解决方案没有一个是令人满意的。本申请人已经发现，目前的基于多传感器方法的计量器设备实现消耗分解，但是在住宅环境中需要大量传感器。这导致高成本，并且阻碍它们的使用。根据本申请人，在“Self-poweredsmartmeterwithsynchronizeddata”论文中，每个计量器设备被布置为以侵入性的方式聚集电流、电压和相关联的相位角，这使得测量不是完全可靠的。而且，本申请人已经理解，该论文没有面对影响真实的测量的任何问题，诸如导线几何结构(其在不同测量点之间也可能显著不同)和导线空间几何结构或布置(实际上，如果例如测量点处的导线是弯曲的，则它不能被近似为直线导体)。本申请人已经注意到，US6825649仅公开了电压监测，而没有考虑与相移相关的参数(诸如功率因数)。而且，本申请人已经理解，US6825649类似于“Self-poweredsmartmeterwithsynchronizeddata”论文，没有面对影响真实的测量的任何问题，诸如导线几何结构和导线空间几何结构或布置。鉴于上述内容，本申请人已经面对了以非侵入性的方式并且独立于导线几何结构或测量点处的导线空间几何结构或布置地确定AC信号的电压和/或电流波形(或其相关参数)的问题，并且为了实现此，已经设计了解决该问题的低成本的且有效的计量器设备(和方法)。本专利技术的一个或多个方面在独立权利要求中阐述，相同专利技术的有利的特征在从属权利要求中指示，其措辞通过引用逐字地包含在本文中(任何有利的特征是参考本专利技术的特定方面提供的，加以必要的修正适用于任何其它方面)。更具体地说，本专利技术的一方面涉及一种用于确定第一导线和第二导线中的AC电信号的参数的计量器设备，所述AC电信号包括AC电流和AC电压。计量器设备包括：测量部分，其被配置为提供第一测量信号和第二测量信号，所述第一测量信号和第二测量信号每个指示基于与第一导线的第一电容耦合和与第二导线的第二电容耦合的AC电压，所述第一测量信号和第二测量信号取决于第一电容耦合和第二电容耦合的电容值。计量器设备还包括控制单元，该控制单元被配置为：根据第一测量信号和第二测量信号来确定第一电容耦合和第二电容耦合的所述电容值；并且根据第一测量信号或第二测量信号以及第一电容耦合和第二电容耦合的电容值来确定AC电压的幅度。根据本专利技术的实施例，计量器设备进一步包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计量器设备(100)，用于确定第一导线(L)和第二导线(N)中的AC电信号的参数，AC电信号包括AC电流(IAC)和AC电压(VAC)，其中，计量器设备(100)包括：测量部分(115)，该测量部分(115)被配置为提供第一测量信号(VVS1)和第二测量信号(VVS2)，第一测量信号(VVS1)和第二测量信号(VVS2)每个指示基于与第一导线(L)的第一电容耦合(C1)和与第二导线(N)的第二电容耦合(C2)的AC电压(VAC)，第一测量信号(VVS1)和第二测量信号(VVS2)取决于第一电容耦合(C1)和第二电容耦合(C2)的电容值；以及控制单元(120)，该控制单元(120)被配置为：根据第一测量信号(VVS1)和第二测量信号(VVS2)来确定第一电容耦合(C1)和第二电容耦合(C2)的所述电容值；并且根据第一测量信号(VVS1)或第二测量信号(VVS2)以及第一电容耦合(C1)和第二电容耦合(C2)的电容值来确定AC电压(VAC)的幅度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种计量器设备(100)，用于确定第一导线(L)和第二导线(N)中的AC电信号的参数，AC电信号包括AC电流(IAC)和AC电压(VAC)，其中，计量器设备(100)包括：测量部分(115)，该测量部分(115)被配置为提供第一测量信号(VVS1)和第二测量信号(VVS2)，第一测量信号(VVS1)和第二测量信号(VVS2)每个指示基于与第一导线(L)的第一电容耦合(C1)和与第二导线(N)的第二电容耦合(C2)的AC电压(VAC)，第一测量信号(VVS1)和第二测量信号(VVS2)取决于第一电容耦合(C1)和第二电容耦合(C2)的电容值；以及控制单元(120)，该控制单元(120)被配置为：根据第一测量信号(VVS1)和第二测量信号(VVS2)来确定第一电容耦合(C1)和第二电容耦合(C2)的所述电容值；并且根据第一测量信号(VVS1)或第二测量信号(VVS2)以及第一电容耦合(C1)和第二电容耦合(C2)的电容值来确定AC电压(VAC)的幅度。2.根据权利要求1所述的计量器设备(100)，进一步包括进一步的测量部分(110)，该进一步的测量部分(110)被配置为提供第三测量信号(VIS)，该第三测量信号(VIS)指示基于与第一导线(L)或第二导线(N)的电感耦合的AC电流(IAC)，该控制单元(120)被进一步配置为：根据第一测量信号(VVS1)和第三测量信号(VIS)之间的相移来确定AC电压(VAC)和AC电流(IAC)之间的相移。3.根据权利要求1或2所述的计量器设备(100)，进一步包括用于执行所述第一电容耦合和第二电容耦合的第一电容元件(C1)和第二电容元件(C2)，其中，所述第一电容元件(C1)和第二电容元件(C2)包括所述第一导线(L)和第二导线(N)的至少一部分。4.根据权利要求3所述的计量器设备(100)，其中，所述测量部分(115)进一步包括分别能够与第一电容元件(C1)和第二电容元件(C2)电耦合的第一输入电容元件(C3)和第二输入电容元件(C4)，第一电容元件(C1)和第二电容元件(C2)以及分别地第一输入电容元件(C3)和第二输入电容元件(C4)在彼此耦合时限定用于从所述AC电压(VAC)提供所述第一测量信号(VVS1)的阻抗分压器(C1、C3；C2、C4)，所述第一测量信号(VVS1)相对于所述AC电压(VAC)是同相的。5.根据权利要求3或4所述的计量器设备(100)，其中，所述测量部分(115)包括分别能够与第一电容元件(C1)和第二电容元件(C2)电耦合的进一步的第一电容元件(C5)和进一步的第二电容元件(C6)，第一电容元件(C1)和第二电容元件(C2)以及分别地进一步的第一电容元件(C5)和进一步的第二电容元件(C6)在彼此耦合时限定用于从所述AC电压(VAC)提供所述第二测量信号(VVS2)的阻抗分压器(C1、C5；C2、C6)，第一测量信号(VVS1)和第二测量信号(VVS2)相对于彼此是同相的。6.根据权利要求3或4所述的计量器设备(100)，其中，所述测量部分(115)包括分别能够与第一电容元件(C1)和第二电容元件(C2)电耦合的第一电路布置(R13、OA7)和第二电路布置(R14、OA8)，第一电容元件(C1)和第二电容元件(C2)以及分别地第一电路布置(R13、OA7)和第二电路布置(R14、OA8)在彼此耦合时限定从所述AC电压(VAC)提供所述第二测量信号(VVS2)的微分器布置。7.根据权利要求5或6所述的计量器设备(100)，其中，所述控制单元(120)被布置为：根据第一测量信号(VVS1)和第二测量信号(VVS2)的幅度来确定第一电容耦合(C1)和第二电容耦合(C2)的所述电容值，并且根据第一测量信号(VVS1)或第二测量信号(VVS2)的幅度以及第一电容耦合(C1)和第二电容耦合(C2...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·巴尔萨莫，V·贝拉，F·L·百利菲梅内，L·贝尼尼，D·布朗尼利，C·维拉尼，
申请(专利权)人：意大利电信股份公司，博洛尼亚大学，
类型：发明
国别省市：意大利,IT