CN102680779A

CN102680779A - 一种三相电能表的自适应控制方法和三相电能表

Info

Publication number: CN102680779A
Application number: CN2012101195224A
Authority: CN
Inventors: 蔡元甫; 仝晨华; 刘洋; 陈斌昆; 唐国亮; 陈思南
Original assignee: SHENZHEN HEXCELL ELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN HEXCELL ELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2032-04-23
Also published as: CN102680779B

Abstract

本发明公开了一种三相电能表的自适应控制方法和三相电能表。三相电能表的自适应控制方法通过判别接入的三相相间电压夹角和三相电压值的范围确定三相电能表的接入方式，根据三相电能表的接入方式调用对应的处理程序和计量模式，实现1块三相电能表自动适应三相四线3×57.7/100V、三相四线3×220/380V或三相三线3×100V的接入环境，减少了电能表的产品规格，大大地减少生产企业和用户的生产难度及管理难度。

Description

一种三相电能表的自适应控制方法和三相电能表

[技术领域]

本发明涉及三相电能表，尤其涉及一种三相电能表的自适应控制方法和三相电能表。

[背景技术]

三相电子式电能表被广泛地应用在国民经济的各个方面，每年全国招标及安装的数量上千万只，作为电能计量器具，根据用电及管理场合的不同，三相电能表的接入方式分为高压表(3×57.7/100V、3×100V)、低压表(3×220/380V)，从应用角度三相电能表的接入方式分为三相三线电子式电能表及三相四线电子式电能表。生产电能表的厂商家需要根也要跟据客户生产三种电压规格的电能表。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种实现1块三相电能表自动适应三相四线3×57.7/100V、三相四线3×220/380V或三相三线3×100V的接入环境的控制方法。

本发明另一个要解决的技术问题是提供一种能够自动适应三相四线3×57.7/100V、三相四线3×220/380V或三相三线3×100V的接入环境的三相电能表。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种三相电能表的自适应控制方法，通过判别接入的三相相间电压夹角和三相电压值的范围确定三相电能表的接入方式，根据三相电能表的接入方式调用对应的处理程序和计量模式，实现1块三相电能表自动适应三相四线3×57.7/100V、三相四线3×220/380V或三相三线3×100V的接入环境。

以上所述的三相电能表的自适应控制方法，如三相相间电压夹角中的1个在220°至260°之间，另外2个在100°至140°之间或三相相间电压夹角中的2个在220°至260°之间，另外1个在100°至140°之间，则判定为三相四线接入方式，再进行三相四线的电压判定；如果不能满足，则进行三相三线3×100V接入方式判定。

以上所述的三相电能表的自适应控制方法，在三相四线的电压判定过程中，如接入的三相电压中有任何一相大于130V，则判定为3×220/380V的接入方式；如接入的三相电压均小于70V，则判定为3×57.7/100V的接入方式；如都不能满足，则进入报警状态。

以上所述的三相电能表的自适应控制方法，在进行三相三线3×100V接入方式判定时，如接入的三相电压均小于70V，则判定为三相三线3×100V接入方式；否不满足，则进入报警状态。

以上所述的三相电能表的自适应控制方法，在确定三相电能表的接入方式后存储判定的结果，每次停电后上电时，判断停电时接线端盖是否打开过，如接线端盖没有打开过，则按已存储的三相电能表的接入方式调用原来的处理程序和计量模式；如接线端盖已打开过，则重新通过判别接入的三相相间电压夹角和三相电压值的范围确定三相电能表的接入方式，根据新判定的三相电能表接入方式调用对应的处理程序和计量模式。

一种实现上述自适应控制方法的三相电能表的技术方案，包括功率计量和数据处理单元、三相电压采样电路、三相电流采样电路、端盖开启检测电路和电源电路，所述的电源电路包括后备电源；三相电压采样电路和三相电流采样电路的信号输出端分别接功率计量和数据处理单元，端盖开启检测电路接功率计量和数据处理单元；所述的三相电压采样电路包括A相电压采样电路、B相电压采样电路和C相电压采样电路；所述的三相电流采样电路包括A相电流采样电路、B相电流采样电路和C相电流采样电路。

以上所述的三相电能表，电源侧A相火线接A相电压采样电路的输入端和A相电流采样电路的第一端，A相电流采样电路的第二端接负载侧A相火线；电源侧B相火线接B相电压采样电路的输入端和B相电流采样电路的第一端，B相电流采样电路的第二端接负载侧B相火线；电源侧C相火线接C相电压采样电路的输入端和C相电流采样电路的第一端，C相电流采样电路的第二端接负载侧C相火线；电源侧零线接电压采样电路基准端，负载侧零线接电压采样电路基准端。

以上所述的三相电能表，包括A相电流互感器，B相电流互感器和C相电流互感器，A相火线接A相电压采样电路的输入端，B相火线接B相电压采样电路的输入端，C相火线接C相电压采样电路的输入端，零线接电压采样电路基准端；A相电流互感器二次绕组第一端接A相电流采样电路的第一端，第二端接A相电流采样电路的第二端和地；B相电流互感器二次绕组第一端接B相电流采样电路的第一端，第二端接B相电流采样电路的第二端和地；C相电流互感器二次绕组第一端接C相电流采样电路的第一端，第二端接C相电流采样电路的第二端和地。

以上所述的三相电能表，包括A相电压互感器，B相电压互感器、C相电压互感器，A相电流互感器，B相电流互感器和C相电流互感器，A相电压互感器一次绕组的第一端接A相火线，第二端接地；A相电压互感器二次绕组的第一端接A相电压采样电路的输入端，第二端接地；B相电压互感器一次绕组的第一端接B相火线，第二端接地；B相电压互感器二次绕组的第一端接B相电压采样电路的输入端，第二端接地；C相电压互感器一次绕组的第一端接C相火线，第二端接地；C相电压互感器二次绕组的第一端接C相电压采样电路的输入端，第二端接地；零线接电压采样电路基准端；A相电流互感器二次绕组第一端接A相电流采样电路的第一端，第二端接A相电流采样电路的第二端和地；B相电流互感器二次绕组第一端接B相电流采样电路的第一端，第二端接B相电流采样电路的第二端和地；C相电流互感器二次绕组第一端接C相电流采样电路的第一端，第二端接C相电流采样电路的第二端和地。

以上所述的三相电能表，包括A相电压互感器，C相电压互感器，A相电流互感器和C相电流互感器，A相电压互感器一次绕组的第一端接A相火线，第二端接B相火线；A相电压互感器二次绕组的第一端接A相电压采样电路的输入端，第二端接地；B相电压采样电路的输入端接地；C相电压互感器一次绕组的第一端接C相火线，第二端接B相火线；C相电压互感器二次绕组的第一端接C相电压采样电路的输入端，第二端接地；电压采样电路基准端接地；A相电流互感器二次绕组第一端接A相电流采样电路的第一端，第二端接A相电流采样电路的第二端和地；C相电流互感器二次绕组第一端接C相电流采样电路的第一端，第二端接C相电流采样电路的第二端和地。

本发明将三种电压规格的三相电子式电能表合为一块表，通过宽电压供电设计、宽电流供电设计、软件、硬件自动判别三相三线/三相四线接线方式，自适应三种电压规格的用电环境。减少了电能表的产品规格，大大地减少生产企业和用户的生产难度及管理难度。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例三相电能表的自适应控制方法的流程图。

图2是本发明实施例三相电能表的自适应控制方法的判断子程序的流程图。

图3是本发明实施例1-4三相电能表原理框图。

图4是本发明实施例1三相电能表接线图。

图5是本发明实施例2三相电能表接线图。

图6是本发明实施例3三相电能表接线图。

图7是本发明实施例4三相电能表接线图。

[具体实施方式]

如图3所示的本发明实施例三相电子式自适应式电能表由电压采样电路、电流采样电路、功率计量和数据处理单元、供电管理电路、功能电路等组成，功率计量和数据处理单元包括电能计量管理电路CPU1和高速微处理器CPU2。三相电子式自适应式电能表除计量有功(无功)电能量外，还具有分时、测量需量等两种以上功能，是能显示、储存和输出数据的电能表。

三相电子式自适应式电能表现场安装后，三相交流电压UA\UB\UC\经接线端子接入电能表，

经电压采样电路采集3相电压取样信号输入电能计量管理电路CPU1。

三相电流，Ia1(A相电流进线)、Ia2(A相电流出线)、Ib1(b相电流进线)、Ib2(b相电流出线)、Ic1(c相电流进线)、Ic2(c相电流出线)经电流取样电路采集3相电流信号后，输入电能计量管理电路CPU1，同时进行运算，完成电压，电流，有功功率，无功功率、有功电能、无功电能、功率因数等数据的计算，高速微处理器CPU2定时同CPU1进行通讯，采集CPU1计算完成的数据。完成相应的电能的计量和相应的电压和电流，有功功率，无功功率等数据的进一步精确计算。

CPU2用于分时计费和处理各种输入输出数据，通过串并口将电能数据从A/D转换器中读出，并根据预先设定的时段完成分时有功电能计量.无功电能计量和最大需量计量功能，根据需要显示各项数据、通过红外或485接口进行通讯传输，并完成运行参数的监测，记录存储各种数据。

供电管理电路完成三相交流电转直流5V供电功能，供电能表各电路工作。并具有后备电池供电管理功能，当外部供电掉电的情况下，后备电池经此电路提供电能表工作，完成停电显示、抄表等功能。

本发明通过三部分实现三相三线同三相四线自适应及自判别设计，实现高压表(3×57.7/100V、3×100V)同低压表(3×220/380V)的自动判别。

三相四线的现场按常规电能表接线方式接线，三相三线现场特殊处理。

接线端子号	符号	说明	内接
				1	Ia1	A相电流进	A相电流采样电路第一端
2	UA	A相电压	A相电压采样电路
				3	Ia2	A相电流出	A相电流采样电路第二端
4	Ib1	B相电流进	B相电流采样电路第一端
				5	UB	B相电压	B相电压采样电路
6	Ib2	B相电流出	B相电流采样电路第二端
				7	Ic1	C相电流进	C相电流采样电路第一端
8	UC	C相电压	C相电压采样电路
				9	Ic2	C相电流出	C相电流采样电路第二端
10	UN	零线

本发明实施例三相电子式自适应式电能表实施例1三相四线经电压、电流互感器的接入方式如图4所示，A相电压互感器一次绕组的第一端接A相火线，第二端接地；A相电压互感器二次绕组的第一端接A相电压采样电路的输入端，第二端接地；B相电压互感器一次绕组的第一端接B相火线，第二端接地；B相电压互感器二次绕组的第一端接B相电压采样电路的输入端，第二端接地；C相电压互感器一次绕组的第一端接C相火线，第二端接地；C相电压互感器二次绕组的第一端接C相电压采样电路的输入端，第二端接地；零线接电压采样电路基准端；A相电流互感器二次绕组第一端接A相电流采样电路的第一端，第二端接A相电流采样电路的第二端和地；B相电流互感器二次绕组第一端接B相电流采样电路的第一端，第二端接B相电流采样电路的第二端和地；C相电流互感器二次绕组第一端接C相电流采样电路的第一端，第二端接C相电流采样电路的第二端和地。

本发明实施例三相电子式自适应式电能表实施例2三相四线经电流互感器的接入方式如图5所示，A相火线接A相电压采样电路的输入端，B相火线接B相电压采样电路的输入端，C相火线接C相电压采样电路的输入端，零线接电压采样电路基准端；A相电流互感器二次绕组第一端接A相电流采样电路的第一端，第二端接A相电流采样电路的第二端和地；B相电流互感器二次绕组第一端接B相电流采样电路的第一端，第二端接B相电流采样电路的第二端和地；C相电流互感器二次绕组第一端接C相电流采样电路的第一端，第二端接C相电流采样电路的第二端和地。

本发明实施例三相电子式自适应式电能表实施例3三相四线直接接入方式如图6所示，电源侧A相火线接A相电压采样电路的输入端和A相电流采样电路的第一端，A相电流采样电路的第二端接负载侧A相火线；电源侧B相火线接B相电压采样电路的输入端和B相电流采样电路的第一端，B相电流采样电路的第二端接负载侧B相火线；电源侧C相火线接C相电压采样电路的输入端和C相电流采样电路的第一端，C相电流采样电路的第二端接负载侧C相火线；电源侧零线接电压采样电路基准端，负载侧零线接电压采样电路基准端。

本发明实施例三相电子式自适应式电能表实施例4三相三线经电压、电流互感器的接入方式如图7所示，A相电压互感器一次绕组的第一端接A相火线，第二端接B相火线；A相电压互感器二次绕组的第一端接A相电压采样电路的输入端，第二端接地；B相电压采样电路的输入端接地；C相电压互感器一次绕组的第一端接C相火线，第二端接B相火线；C相电压互感器二次绕组的第一端接C相电压采样电路的输入端，第二端接地；电压采样电路基准端接地；A相电流互感器二次绕组第一端接A相电流采样电路的第一端，第二端接A相电流采样电路的第二端和地；C相电流互感器二次绕组第一端接C相电流采样电路的第一端，第二端接C相电流采样电路的第二端和地。

本发明实施例三相电能表的自适应控制方法如图1和图2所示，主要通过三相电压的夹角及三相电压值来进行判断。

三相电子式电能表经内部电能采样电路经三相电压A/D采样及运算，得到三相的电压值及三相的电压夹角。

从计量原理上：3×57.7/100V及3×220/380V均为三相四线接法，接线方式为星形方式，而3×100V为三相三线接线方式，为三角型方式。

所以，先判断三相电压夹角，后判断电压值。

1.电压夹角判断：

上电后电表默认为三相四线接线方式，并先判断电压夹角，主要是分辨三相四线和三相三线接线方式，判断条件及方法如下：

判断步骤	UAC(角度值)	UBC(角度值)	UAB(角度值)	判断结果
					第一步	220度～260度	100度～140度	100度～140度	三相四线接入式

如在三相电压不缺相的情况下，首先判断电压角度，如满足上表要求，则判定为三相四线，否则进入第二步判定。

判断步骤	UAC(角度值)	UBC(角度值)	UAB(角度值)	判断结果
					第二步	100度～140度	220度～260度	220度～260度	三相四线接入式

如第二步满足上表要求，则判定为三相四线。

2.电压值判断

根据第一步测试出的接线方式，进一步判断接入电压规格，如果第一步可正确判断出是三相四线接入式的，那么下一步就不再判断三相三线的接入方式：

3.报警提示

如果上面的条件都不符合，则认为没有判断出电源接入方式，电表声音报警，液晶上会有Err-FF提示。

4.判断记忆

本发明三相自适应电能表，采用大表尾结构，在结构及电路设计上具备表尾盖(即表端盖)监测开关，当端盖开启或闭合，电能表可通过此开关电路检测到相关的状态。

此端盖开关，不仅检测端盖开启并记录，并通过此开关结合上下电检测电路，实现以下步骤：

状况一：电能表外部供电从上电→停电→上电，当此开关电路检测到端盖一直开启，则电能表自动进入计量方式检测，并存储此次的检测记录(3×57.7/100V、3×100V、3×220/380V)。

状况二：电能表外部供电从上电→停电→上电，如果电能表停电状态时检测到端盖开启，上电时直接进入计量方式检测。

状况三：电能表停电→上电，当此开关电路检测到端盖在此阶段一直闭合，并在上电状态保持闭合，此情况下，电能表自动读取存储记忆值，按上次记忆值记录的计量方式继续计量。

也就是说，在确定三相电能表的接入方式后需要存储判定的结果，电能表每次停电后上电时，需要判断停电时接线端盖是否打开过，如接线端盖没有打开过，则按已存储的三相电能表的接入方式调用原来的处理程序和计量模式；如接线端盖已打开过，则需要重新通过判别接入的三相相间电压夹角和三相电压值的范围确定三相电能表的接入方式，根据新判定的三相电能表接入方式调用对应的处理程序和计量模式

本发明技术方案带来的有益效果：目前三相电子式电能表被广泛地应用在国民经济的各个方面，每年全国招标及安装的数量上千万只，作为计量器具，分为高压表(3×57.7/100V、3×100V)、低压表(3×220/380V)，从应用角度分为三相三线电子式电能表及三相四线电子式电能表，延伸出几十种产品规格。

供电公司作为用户，在招标及运营当中，在电压规格上就分为三种规格(3×57.7/100V、3×100V、3×220/380V)，在不同的现场情况下不能通用。而生产电能表的厂家也要跟据客户生产三种电压规格的电能表。期间在供货及用户端涉及到采购招标、生产调试、检验储运、安装维护等多个环节。

Claims

1.一种三相电能表的自适应控制方法，其特征在于，通过判别接入的三相相间电压夹角和三相电压值的范围确定三相电能表的接入方式，根据三相电能表的接入方式调用对应的处理程序和计量模式，实现1块三相电能表自动适应三相四线3×57.7/100V、三相四线3×220/380V或三相三线3×100V的接入环境。

2.根据权利要求1所述的三相电能表的自适应控制方法，其特征在于，如三相相间电压夹角中的1个在220°至260°之间，另外2个在100°至140°之间或三相相间电压夹角中的2个在220°至260°之间，另外1个在100°至140°之间，则判定为三相四线接入方式，再进行三相四线的电压判定；如果不能满足，则进行三相三线3×100V接入方式判定。

3.根据权利要求2所述的三相电能表的自适应控制方法，其特征在于，在三相四线的电压判定过程中，如接入的三相电压中有任何一相大于130V，则判定为3×220/380V的接入方式；如接入的三相电压均小于70V，则判定为3×57.7/100V的接入方式；如都不能满足，则进入报警状态。

4.根据权利要求2所述的三相电能表的自适应控制方法，其特征在于，在进行三相三线3×100V接入方式判定时，如接入的三相电压均小于70V，则判定为三相三线3×100V接入方式；否不满足，则进入报警状态。

5.根据权利要求1所述的三相电能表的自适应控制方法，其特征在于，在确定三相电能表的接入方式后存储判定的结果，每次停电后上电时，判断停电时接线端盖是否打开过，如接线端盖没有打开过，则按已存储的三相电能表的接入方式调用原来的处理程序和计量模式；如接线端盖已打开过，则重新通过判别接入的三相相间电压夹角和三相电压值的范围确定三相电能表的接入方式，根据新判定的三相电能表接入方式调用对应的处理程序和计量模式。

6.一种实现权利要求1所述自适应控制方法的三相电能表，其特征在于，包括功率计量和数据处理单元、三相电压采样电路、三相电流采样电路、端盖开启检测电路和电源电路，所述的电源电路包括后备电源；三相电压采样电路和三相电流采样电路的信号输出端分别接功率计量和数据处理单元，端盖开启检测电路接功率计量和数据处理单元；所述的三相电压采样电路包括A相电压采样电路、B相电压采样电路和C相电压采样电路；所述的三相电流采样电路包括A相电流采样电路、B相电流采样电路和C相电流采样电路。

7.根据权利要求6所述的三相电能表，其特征在于，电源侧A相火线接A相电压采样电路的输入端和A相电流采样电路的第一端，A相电流采样电路的第二端接负载侧A相火线；电源侧B相火线接B相电压采样电路的输入端和B相电流采样电路的第一端，B相电流采样电路的第二端接负载侧B相火线；电源侧C相火线接C相电压采样电路的输入端和C相电流采样电路的第一端，C相电流采样电路的第二端接负载侧C相火线；电源侧零线接电压采样电路基准端，负载侧零线接电压采样电路基准端。

8.根据权利要求6所述的三相电能表，其特征在于，包括A相电流互感器，B相电流互感器和C相电流互感器，A相火线接A相电压采样电路的输入端，B相火线接B相电压采样电路的输入端，C相火线接C相电压采样电路的输入端，零线接电压采样电路基准端；A相电流互感器二次绕组第一端接A相电流采样电路的第一端，第二端接A相电流采样电路的第二端和地；B相电流互感器二次绕组第一端接B相电流采样电路的第一端，第二端接B相电流采样电路的第二端和地；C相电流互感器二次绕组第一端接C相电流采样电路的第一端，第二端接C相电流采样电路的第二端和地。

9.根据权利要求6所述的三相电能表，其特征在于，包括A相电压互感器，B相电压互感器、C相电压互感器，A相电流互感器，B相电流互感器和C相电流互感器，A相电压互感器一次绕组的第一端接A相火线，第二端接地；A相电压互感器二次绕组的第一端接A相电压采样电路的输入端，第二端接地；B相电压互感器一次绕组的第一端接B相火线，第二端接地；B相电压互感器二次绕组的第一端接B相电压采样电路的输入端，第二端接地；C相电压互感器一次绕组的第一端接C相火线，第二端接地；C相电压互感器二次绕组的第一端接C相电压采样电路的输入端，第二端接地；零线接电压采样电路基准端；A相电流互感器二次绕组第一端接A相电流采样电路的第一端，第二端接A相电流采样电路的第二端和地；B相电流互感器二次绕组第一端接B相电流采样电路的第一端，第二端接B相电流采样电路的第二端和地；C相电流互感器二次绕组第一端接C相电流采样电路的第一端，第二端接C相电流采样电路的第二端和地。

10.根据权利要求6所述的三相电能表，其特征在于，包括A相电压互感器，C相电压互感器，A相电流互感器和C相电流互感器，A相电压互感器一次绕组的第一端接A相火线，第二端接B相火线；A相电压互感器二次绕组的第一端接A相电压采样电路的输入端，第二端接地；B相电压采样电路的输入端接地；C相电压互感器一次绕组的第一端接C相火线，第二端接B相火线；C相电压互感器二次绕组的第一端接C相电压采样电路的输入端，第二端接地；电压采样电路基准端接地；A相电流互感器二次绕组第一端接A相电流采样电路的第一端，第二端接A相电流采样电路的第二端和地；C相电流互感器二次绕组第一端接C相电流采样电路的第一端，第二端接C相电流采样电路的第二端和地。