本实用新型专利技术是一种波动负荷下的电能精确计量装置，主CPU单元连接数字信号处理芯片，数字信号处理芯片连接有电流通道AD采样芯片，电流通道AD采样芯片连接有零磁通电流互感器；主CPU单元还连接有显示单元；主CPU单元还连接两路RS485接口；主CPU单元还连接有用于参数保存的两片EEPROM芯片，主CPU单元还连接有用于储存非实时参数的外部FLASH单元。采用本实用新型专利技术，在负载电流幅值随时间快速波动的情况下，仍然能够保证精度的电能计量。
【技术实现步骤摘要】
本技术设及一种波动负荷下的电能计量装置。主要应用于电能表平台，在带 有动态、冲击负荷的电力现场实现电量精确计量。
技术介绍
随着工业的发展，大量的大功率电力电子设备在钢铁厂、矿场、港口、电气化铁路、 风电场等现场投运，使得多数工业现场电力负荷呈现快速变化和具有冲击性的特点，现场 负载电流幅值随时间快速波动。而实验室电流有效值恒定条件下检定的电能表，在该种波 动负荷下的计量精度将会受到影响，最主要的原因是缺乏针对该种动态负荷设计的电能计 量方法和专用装置。目前已公布的电能计量方法主要包括： 1、时分割乘法器方法。该是目前电能表普遍采用的计量方法。时分割乘法器按照 固定时间间隔对电压与电流进行乘法运算，得到瞬时功率，并通过单片机的频率计数得到 平均功率W及累计的电能。为达到较好的功率稳定性，一般选取较长的功率积分时间窗口 巧曰1~2s)。该种积分窗口在实验室稳态负荷下能达到很好的误差稳定性，但在负荷快速波 动的现场，电流幅值变化的临界点往往伴随着相位的变化，过长的积分窗口会将相位变化 期间引入的误差纳入到平均功率中。最典型的例子就是当电气化铁路牵引列车进站时，由 于机车制动的影响，会在短时间内引入反向电流，从电流波形上来看，就是在瞬间电流相位 发生了 180度改变，如果用过长的积分窗口，积分窗口内的正反向瞬时有功功率会相互抵 消，导致该段时间内的平均功率变小，造成电量少计。 2、采用高阶牛顿-柯特斯数值积分替代点积方式来计算瞬时功率，W及进行瞬时 功率的积分（【申请号】201010273234. 5,公开号；101915872A，公开日：2010-12-15,申请国； 中国）。该种方法采用阶数更高的积分方式，从而在电流崎变、波动W及不平衡等非线性负 荷下，比点积运算取得更高的精度。但是该种方法由于积分阶数高，完成一次瞬时功率计算 的时间要远高于点积运算，受限于电能表平台的计算能力，在快速波动的负荷下会容易出 现计量滞后。 3、通过综合相位误差校准的方法来提高计量巧片在非线性负载下的计量精度（申 请号：201510068151,公开号；104569906A，公开日：2015-4-29,申请国：中国）。该种方法并 没有改变时分割乘法器的原理，而是根据电压与电流回路相位误差区间，来综合校准计量 结果中的相位误差，从而提高非线性负荷下的计量精度。但该方法并没有根本性地解决快 速波动负荷下的积分时间窗问题，只要电能表仍然采用过长的功率积分时间窗，就依然会 存在波动电流相位变化造成的电能少计问题。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是，提供一种波动负荷下的电能精确计量装置， 在负载电流幅值随时间快速波动的情况下，仍然能够保证精度的电能计量。 为了解决上述技术问题，本技术采用了W下技术方案。 -种波动负荷下的电能精确计量装置，包括主CPU单元，其特征在于；主CPU单元 通过SPI总线连接DSP高速=十二位数字信号处理巧片，所述数字信号处理巧片连接有电 压通道AD采样巧片，所述电压通道AD采样巧片连接有电压取样电路；所述数字信号处理巧 片还直接连接有电流通道AD采样巧片，该电流通道AD采样巧片连接有零磁通电流互感器； 所述主CPU单元还通过I2C总线连接有显示单元；所述主CPU单元还通过串行总线连接两 路RS485接口；所述主CPU单元还通过I2C总线连接有用于参数保存的两片邸PROM巧片， 所述主CPU单元还通过SPI总线连接有用于储存非实时参数的外部FLA甜单元。 主CPU单元包含有200M监ARMCotex处理器。 所述显示单元包括分别与所述主CPU单元连接的点阵液晶屏和功能按键。 本技术的积极效果在于： 第一、通过将功率积分时间窗口缩短至一个工频周期，即每个工频周期可W累加 一次正反电能，而当前普通采用1~2s的时间累加一次正反向电能，因此本技术比传统 方式缩短了幅度达98~99%的时间窗口，降低了时间窗内因电流相位突变而造成正反向有 功电能抵消的事件概率，即使发生了抵消，也只影响一个工频周期的电量，对整体走字误差 影响很小。 第二、利用FIR滤波器线性相位的特点，实现电流互感器角差的实时补偿，瞬时功 率的实时计算与单周期功率的计算都在优先级最高的中断函数中完成，确保了计量的实时 性，降低了在负荷快速波动下因计量过程滞后而造成的精度误差。 第S、将信号采样率提高到16K监W上，使一个工频周期内的电压与电流信号具 有足够的分辨率，确保了稳态情况下单周期平均功率的精度与稳定性不受影响。同时，瞬时 功率在一个工频周期内进行平均处理，相当于一个低通滤波器环节，能够抑制稳态负荷情 况下的功率脉冲跳动，同时不再需要单独设计低通滤波器，避免了因负荷快速变化引起的 低通滤波器输出过冲现象。 第四、一个工频周期的积分时间窗，使平均功率具有足够的分辨率，从而电能脉冲 的输出能够及时反映负荷的变化，电能脉冲发送器具有正向电能累加器与反向电能累加 器，根据单周期平均功率的符号方向来分别累加，从而避免了当电流相位快速变化时，正反 电能相互抵消而造成的脉冲少发，或者不输出脉冲的现象。 第五、电能累计器将实时计算的单周期平均功率存于输出缓存区中，并将缓存区 写入地址输出，使得实时计算完成的单周期电能能够在非实时环节中完成累加及后续处 理，提高了实时环节的计算效率，同时保证了电能正确累加。 例如，当本技术应用于嵌入式CPU平台时，可W在CPU优先级最高的中断函数 中实现，W最大程度提升功率计量对负荷变化的响应速度，而CPU可W在非实时的主循环 函数中，根据电能累计器输出的单周期平均功率缓存数据W及缓存地址，提取单周期平均 功率数据，完成计算量较大的电能分类统计及扩展应用工作。【附图说明】 图1是本技术的实现方法流程图。 图2是本技术的单周期时间窗积分器工作流程图。 图3是本技术的脉冲发送器工作流程图。 图4是本技术的电能累计器工作流程图。 图5是本技术的结构示意图。 图6是本技术计量装置显示单元的示意图。【具体实施方式】下面结合附图和【具体实施方式】详细说明本技术。 参照图5和图6,本技术的实施例包括主CPU单元1，主CPU单元1包含一块 200MHZARMCotex处理器。主CPU单元1通过SPI总线连接DSP高速S十二位数字信号处 理巧片2,所述数字信号处理巧片2连接有电压通道AD采样巧片3。所述电压通道AD采样 巧片3连接有电压取样电路5。所述数字信号处理巧片2还直接连接有电流通道AD采样巧 片4,该电流通道AD采样巧片4连接有零磁通电流互感器6。 所述主CPU单元1还通过I2C总线连接有显示单元8。如图6所示，所述显示单元 8包括分别与所述主CPU单元1连接的点阵液晶屏8-1和两个功能按键8-2。 所述主CPU单元1还通过串行总线连接两路RS485接口 7。所述主CPU单元1还 通过I2C总线连接有用于重要参数保存的两片EEPROM巧片10,W及通过SPI总线连接有储 存非实时参数的外部FLA甜单元9。 本技术主要通过电压取样电路5进行电压取样，所述电压取样电路包含高精 度电压分压电阻，用于将输入电压转换为AD采样巧片支持的稳定小电压信号本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种波动负荷下的电能精确计量装置，包括主CPU单元（1），其特征在于：主CPU单元（1）通过SPI总线连接DSP高速三十二位数字信号处理芯片（2），所述数字信号处理芯片（2）连接有电压通道AD采样芯片（3），所述电压通道AD采样芯片（3）连接有电压取样电路（5）；所述数字信号处理芯片（2）还直接连接有电流通道AD采样芯片（4），该电流通道AD采样芯片（4）连接有零磁通电流互感器（6）；所述主CPU单元（1）还通过I2C总线连接有显示单元（8）；所述主CPU单元（1）还通过串行总线连接两路 RS485接口（7）；所述主CPU单元（1）还通过I2C总线连接有用于参数保存的两片EEPROM芯片（10），所述主CPU单元（1）还通过SPI总线连接有用于储存非实时参数的外部FLASH单元（9）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴章宪，刘笑菲，
申请(专利权)人：烟台东方威思顿电气股份有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37
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