CN106843020B - 通用型电力负荷管理终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了通用型电力负荷管理终端，包括计量芯片、交采板和交采接口端子排。其中，交采板和交采接口端子排均具有A、B、C和N相电压接线端子；交流采集模块包括A、B、C和N相连接线。B相和N相连接线的一端分别与交采接口端子排的B相和N相电压接线端子连接，B相连接线的另一端能与交采板的B相电压接线端子或N相电压接线端子可拆卸连接，N相连接线的另一端能与交采板的N相电压接线端子可拆卸连接。交采板的三个电压采样电路的取样电阻的阻值相等；计量芯片用于根据三个电压采样电路的输出分别计算三相母线电压值，并根据计算的任意一相母线电压值来判断被测量的三相母线的交流电类型。本发明适用于三种类型的三相交流电测量。

Description

通用型电力负荷管理终端
技术领域
本发明涉及电力负荷管理终端。
背景技术
电力负荷管理终端已广泛应用于电力自动化领域，其主要的功能之一是对现场的三相交流电进行测量。现场的三相交流电模式一般有220V三相四线、100V三相三线及57.7V三相四线三种类型。为了测量这三种不同类型的三相交流电，现有的电力负荷管理终端也分成了220V三相四线、100V三相三线及57.7V三相四线三种类型，并分别使用三种不同的方法进行测量。
图1示出了现有的三相四线220V类型的电力负荷管理终端的原理框图。如图所示，该电力负荷管理终端主要包括CPU91、接口模块92、显示模块93、通信模块94和交流采集模块95。其中，电力负荷管理终端主要通过交流采集模块95来实现对三相交流电的测量功能。交流采集模块95包括计量芯片951、交采板952和交采接口端子排953。三相交流电的电压电流线接入终端的交采接口端子排953，再通过交采接口端子排953与交采板952间的连接线进入交采板952。交采板952对电压电流处理，将其转换为能被测量的模拟量信号，模拟量信号被送至计量芯片951，同时，交采板952向计量芯片951提供自身所测量的交流电类型信息。交采板952包括分别测量A、B、C三相母线电压的三个电压采集电路9521、分别测量A、B、C三相母线电流的电流采集电路9522以及交流电类型判断电路9523。计量芯片951读取交采板发送的模拟量信号，根据芯片内的相应程序计算出三相交流电的各相电压、电流、有功功率、无功功率、电量及相位角等数据，计量芯片951会读取交采板952提供的三相交流电类型信息，选择相应的计算方式。
对于100V三相三线以及57.7V三相四线的电力负荷管理终端而言，其基本组成也与图1大致相同，但是所采用的交采接口端子排、交采板以及计量芯片的内部程序是有所不同的，其区别主要体现在以下几个方面：
1、交采板的电压线接线方式不同。对于测量57.7V三相四线以及220V三相四线的电力负荷管理终端而言，交采接口端子排的电压接线端子与交采板的电压接线端子之间是一一对应的连接关系，即交采接口端子排的A相电压接线端子、B相电压接线端子、C相电压接线端子和N相电压接线端子分别通过A相连接线、B相连接线、C相连接线和N相连接线一一对应地与交采板的A相电压接线端子、B相电压接线端子、C相电压接线端子和N相电压接线端子固定连接（通常是焊接连接）。而在测量100V三相三线的电力负荷管理终端中，交采端子接口排没有设置N相电压接线端子，交采接口端子排的B相电压接线端子通过B相连接线被固定连接（通常是焊接连接）到交采板的N相电压接线端子上。
2、交采板中的电压采集电路的取样电阻的阻值不同。交采板中设有用于分别测量A、B、C三相母线电压的三个电压采集电路，该三个电压采集电路的结构相同。对于三种不同类型的电力负荷管理终端而言，虽然它们之间的电压采集电路的结构也是相同的，但是电压采集电路中的取样电阻的阻值是不同的。图2示出了三种不同类型的电力负荷管理终端的电压采集电路的电路原理图。该电压采集电路包括电压互感器T1、取样电阻R以及保护电路955。取样电阻R的一端与交采板上相对应的电压接线端子连接，取样电阻R的另一端与电压互感器T1的一次绕组的一端连接。电压互感器T1的一次绕组的另一端与交采板上的N相（公共）电压接线端子连接。电压互感器T1的二次绕组与保护电路955的输入端相连。保护电路955由反相并联的两个二极管V1、V2组成，保护电路955的输出端连接到计量芯片。
常见的三相四线220V、三相三线100V及三相四线57.7V的交采板的取样电阻R的取值分别为220K、100K和57.7K。若现场220V、100V和57.7V三种类型的三相交流电电压均为100%量程，则电压值最大时经过取样电阻R后的电流值为：
Figure 648327DEST_PATH_IMAGE001
。在三种不同类型的电力负荷管理终端中，当计量芯片读取到1.414mA时，分别采取不同的计算公式，计算得出220V、100V和57.7V的瞬时电压值。
3、交采板上的交流电类型判断电路有所不同。如图3所示，在原先的三种类型的电力负荷管理终端中，测量100V三相三线的交采板上安装有电阻R102，没有安装R103，图3仅仅是为了简化起见而同时示出了电阻R102和电阻R103。测量57.7V三相四线的交采板上安装有电阻R103，没有安装电阻R102，测量220V三相四线的交采板上既没有安装电阻R103，也没有安装电阻R102。当装上电阻R102或R103时，对应信号接地，值为“0”；不装电阻R102或R103时，对应信号通过计量芯片***电路拉高，值为“1”。计量芯片通过读取到的“MODE0”和“MODE1”的值来判断交采板及其所测量的三相交流电的类型，将判断结果通知电力负荷管理终端的CPU。
由上述内容可以看出，现有的某一种类型的电力负荷管理终端只能测量相同类型的三相交流电，而无法测量其它类型的三相交流电。因此现有的电力负荷管理终端不具有通用性，无法满足现场日益复杂的需求。同时，在产品生产过程中，只有明确了电力公司的具体配置要求后才能确定电力负荷管理终端的类型，因此无法提前进行生产备货，延长了生产周期，无形中也增加了生产成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种通用性好的电力负荷管理终端，其能够适用于220V三相四线、100V三相三线、57.7V三相四线的三相交流电测量。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
通用型电力负荷管理终端，包括交流采集模块，该交流采集模块包括计量芯片、交采板和交采接口端子排；交采板包括分别测量三相母线电压的三个电压采集电路，各电压采集电路包括电压互感器和取样电阻，取样电阻的一端与交采板上相对应的电压接线端子连接，取样电阻的另一端与电压互感器的一次绕组的一端连接，电压互感器的一次绕组的另一端与交采板上的N相电压接线端子连接；其特点在于，交采板和交采接口端子排均具有A相电压接线端子、B相电压接线端子、C相电压接线端子和N相电压接线端子；交流采集模块包括A相连接线、B相连接线、C相连接线和N相连接线；A相连接线的两端分别与交采板和交采接口端子排的A相电压接线端子连接，C相连接线的两端分别与交采板和交采接口端子排的C相电压接线端子连接，B相连接线的一端与交采接口端子排的B相电压接线端子连接，B相连接线的另一端能够与交采板的B相电压接线端子或N相电压接线端子可拆卸地连接，N相连接线的一端与交采接口端子排的N相电压接线端子连接，N相连接线的另一端能够与交采板的N相电压接线端子可拆卸地连接；三个电压采样电路的取样电阻的阻值相等；计量芯片用于根据三个电压采样电路的输出分别计算三相母线电压值，并根据计算出的任意一相母线电压值来判断被测量的三相母线的交流电类型。
由于发明采用了以上的技术方案，其能够适用于220V三相四线、100V三相三线、57.7V三相四线这三种类型的三相交流电测量，从而方便了测量人员的操作，并能够降低生产的成本。
附图说明
图1是现有的测量220V三相四线交流电的电力负荷管理终端的原理框图。
图2示出了三种不同类型的电力负荷管理终端的电压采集电路的电路原理图。
图3示出了三种不同类型的电力负荷管理终端的交采板的交流电类型判断电路的示意图。
图4示出了根据本发明一实施例的电力负荷管理终端的原理框图。
图5示出了根据发明一实施例的交采板在测量57.7V三相四线以及220V三相四线交流电时的接线图。
图6示出了根据发明一实施例的交采板在测量100V三相三线交流电时的接线图。
图7示出了根据发明一实施例的电力负荷管理终端的电压采集电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
图4示出了根据发明一实施例的通用型电力负荷管理终端的原理框图。该通用型电力负荷管理终端包括CPU1、接口模块2、显示模块3、通信模块4和交流采集模块5。其中，交流采集模块5包括计量芯片51、交采板52和交采接口端子排53。三相交流电的电压电流线接入终端的交采接口端子排53，再通过交采接口端子排53与交采板52间的连接线进入交采板52。请结合图5所示。在本实施例中，交采板52和交采接口端子排53均具有A相电压接线端子、B相电压接线端子、C相电压接线端子和N相电压接线端子；交流采集模块包括A相连接线61、B相连接线62、C相连接线63和N相连接线64。A相连接线61的两端分别与交采板和交采接口端子排的A相电压接线端子连接， C相连接线63的两端分别与交采板和交采接口端子排的C相电压接线端子连接，B相连接线62的一端与交采接口端子排的B相电压接线端子连接，B相连接线的另一端能够与交采板的B相电压接线端子57或N相电压接线端子58可拆卸地连接，N相连接线64的一端与交采接口端子排的N相电压接线端子连接，N相连接线64的另一端能够与交采板的N相电压接线端子58可拆卸地连接。上述的可拆卸连接的方式包括但不限于螺栓接线等方式。在图5中示出的是发明的交采板在测量57.7V三相四线以及220V三相四线交流电时的接线图，其中，B相连接线62和N相连接线64的另一端分别与交采板的B相电压接线端子57和N相电压接线端子58相连。当该交采板在测量100V三相三线交流电时，只需将N相连接线64拿掉，将B相连接线62的另一端与交采板的N相电压接线端子58连接，如图6所示。
根据本发明一实施例的交采板52包括分别测量A、B、C三相母线电压的三个电压采集电路521和分别测量A、B、C三相电流的三个电流采集电路522（为简便起见，图中仅示出了一个电压采集电路521和一个电流采集电路522）。电压采集电路521的结构如图7所示，包括电压互感器T1和取样电阻R’，取样电阻R’的一端与交采板上相对应的电压接线端子连接，取样电阻R’的另一端与电压互感器T1的一次绕组的一端连接，电压互感器T1的一次绕组的另一端与交采板上的N相电压接线端子连接。电压互感器T1的二次绕组与保护电路55的输入端相连。保护电路55由反相并联的两个二极管V1、V2组成，保护电路55的输出端连接到计量芯片。
在本实施例中，为了实现产品的通用性，三个电压采样电路521的取样电阻R’的阻值相等，且大于等于220K。考虑到精度等因素，取样电阻R’的阻值优选为220K。计量芯片51用于根据三个电压采样电路的输出分别计算三相母线电压值。无论计算的是哪一类型的交流电电参数，计量芯片51均采用的是一致的电参数计算公式。上述的电参数包括相电压、相电流、相位角、有功功率、无功功率、电量等。
当将三个电压采样电路521的取样电阻R’的阻值均设为220K时，若设现场220V，100V和57.7V三种类型的三相交流电电压都为100%量程，电压值最大时经过取样电阻后的电流值分别为：
Figure 565467DEST_PATH_IMAGE002
可知该转化后的电流值与交流电电压的比值恒定，与现有的电力负荷终端中测量三相四线220V交流电时的比值一样，因此本实施例中的电参数计算公式即为现有的测量三相四线220V类型的电力负荷管理终端所采用的电参数计算公式。另一方面，在本实施例的电力负荷管理终端测量100V三相三线和57.7V三相四线的交流电时，峰值电压经过取样电阻后的电流值分别为0.643mA和0.371mA，电流值过小，不能充分利用计量芯片的量程，可能会带来测量误差。为降低电压采样时的误差，取样电阻R’优选采用0.1%精度、15ppm温漂的高精度电阻。
以型号为71M6513的计量芯片为例，当取样电阻R’的阻值为220K时，无论电力负荷管理终端测量的是哪一种类型的交流电，计量芯片所使用的相电压计算公式均为：
Ux=（VxSQSUM*LSB*3600*Fs/Nacc）1/2
其中VxSQSUM为计量芯片在上一个累计周期内各相电压采样的平方和，为计量芯片自动采集计算；Fs=2520.62Hz，是计量芯片的采样频率；Nacc为一个累计周期的采样点数，实际值由人为事先设定；LSB= 9.4045*10-13*VMAX2 （单位为：V2h ）。VMAX是当计量芯片采集到电压输入端的电压为250mVp-p时对应的外部三相交流电施加的电压有效值。上述公式也是现有测量220V三相四线交流电的电力负荷管理终端中的型号为71M6513的计量芯片的相电压计算公式。相应地，计量芯片51计算其它电参数的计算公式使用的也是现有测量220V三相四线交流电的电力负荷管理终端中的型号为71M6513的计量芯片的电参数计算公式。
此外，为了实现交采板的通用性，交采板52取消了之前的交流电类型判断电路，不再向计量芯片51提供所测三相交流电的类型信息，改由计量芯片51判断三相交流电类型信息。在一更详细的实施方式中，计量芯片51用于在前述计算出的任意一相母线电压值大于0V且小于等于75V时，判断被测量的三相母线的交流电类型为57.7V三相四线，在计算出的任意一相母线电压值大于75V且小于等于150V时，判断被测量的三相母线的交流电类型为100V三相三线，在计算出的任意一相母线电压值大于150V且小于等于300V时，判断被测量的三相母线的交流电类型为220V三相四线。
以上描述是结合具体实施方式和附图对本发明所做的进一步说明。但是，本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方法来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内容的情况下根据实际使用情况进行推广、演绎，因此，上述具体实施例的内容不应限制本发明确定的保护范围。

Claims (3)

1.通用型电力负荷管理终端，包括交流采集模块，所述的交流采集模块包括计量芯片、交采板和交采接口端子排；所述交采板包括分别测量三相母线电压的三个电压采集电路，各电压采集电路包括电压互感器和取样电阻，所述取样电阻的一端与交采板上相对应的电压接线端子连接，取样电阻的另一端与所述电压互感器的一次绕组的一端连接，所述电压互感器的一次绕组的另一端与交采板上的N相电压接线端子连接；其特征在于，所述的交采板和交采接口端子排均具有A相电压接线端子、B相电压接线端子、C相电压接线端子和N相电压接线端子；所述的交流采集模块包括A相连接线、B相连接线、C相连接线和N相连接线；
所述A相连接线的两端分别与交采板和交采接口端子排的A相电压接线端子连接，所述C相连接线的两端分别与交采板和交采接口端子排的C相电压接线端子连接，所述B相连接线的一端与所述交采接口端子排的B相电压接线端子连接，所述B相连接线的另一端能够与所述交采板的B相电压接线端子或N相电压接线端子可拆卸地连接，所述N相连接线的一端与交采接口端子排的N相电压接线端子连接，所述N相连接线的另一端能够与所述交采板的N相电压接线端子可拆卸地连接；
所述三个电压采集电路的取样电阻的阻值相等，且大于等于220K；所述计量芯片用于根据所述三个电压采集电路的输出分别计算三相母线电压值，并根据计算出的任意一相母线电压值来判断被测量的三相母线的交流电类型，在计算出的任意一相母线电压值大于0V且小于等于75V时，判断被测量的三相母线的交流电类型为57.7V三相四线，在计算出的任意一相母线电压值大于75V且小于等于150V时，判断被测量的三相母线的交流电类型为100V三相三线，在计算出的任意一相母线电压值大于150V且小于等于300V时，判断被测量的三相母线的交流电类型为220V三相四线。
2.根据权利要求1所述的通用型电力负荷管理终端，其特征在于，所述三个电压采集电路的取样电阻的阻值均为220K。
3.根据权利要求1所述的通用型电力负荷管理终端，其特征在于，所述的取样电阻为0.1%精度、15ppm温漂的高精度电阻。
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