本實用新型涉及一種寬量程電能計量裝置。

背景技術(shù)：

2009年以來隨著我國的智能電網(wǎng)建設(shè)工作大面積開展，在低壓側(cè)的電能表需求在逐步加大，而一般電能表規(guī)格是根據(jù)標(biāo)定電流的6～12倍來決定，由此產(chǎn)生多種電流規(guī)格的電能表，如有1.5(6)A、1(10)A、5(60)A、10(100)A等多種規(guī)格。由于電流規(guī)格較多，無可避免的給電力用戶在檢表、配送、安裝維護帶了較大的多余的工作量，同時也給惡意偷竊電帶來了便利。同時生產(chǎn)廠家為了匹配設(shè)計生產(chǎn)多種電流規(guī)格的電能表加大了采購、庫存、供貨周期等難度，對產(chǎn)品質(zhì)量也會造成一定的影響。

并且現(xiàn)在由于用電情況復(fù)雜，設(shè)備多樣，在不同負(fù)載時有很大的不同，如果使用現(xiàn)在單一電流規(guī)格的電能表時，選用的電能表額定電流大，當(dāng)用電很小時，低于電能表額定電流的5％計量準(zhǔn)確精度不夠高；如果選用電能表額定電流小，一旦用電量很大時，電能表就可能因過負(fù)荷造成計量失準(zhǔn)甚至于燒毀。因此研究一種寬量程電能計量裝置對產(chǎn)品質(zhì)量提高、防止竊電、提高計量準(zhǔn)確度、減少計量故障有著十分重要的意義。

現(xiàn)有提高計量量程的方法主要有如下三種方案：

1、采用分段采樣電流的高精度電能表，其原理是：將輸入的電流分別通過電流分流器得到電壓信號，電壓信號通過信號處理器分成二路或多路且分別送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后、送到微控制器對數(shù)據(jù)進行處理。這種方法是通過將被測量信號用多路方式送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以換取更高的量程。由于要實現(xiàn)100倍的寬量程，各路信號大小必須拉開距離，這種電路復(fù)雜而且昂貴。

2、采用外部放大電路，放大電路的放大系數(shù)可以有微控制器控制，從而實現(xiàn)寬量程，該方案電路同樣也是非常復(fù)雜而且成本很高。

3、采用計量芯片實現(xiàn)寬量程電能計量。這個方案是基于現(xiàn)有的電能計量芯片實現(xiàn)的，受限于計量芯片的功能和性能，無法實現(xiàn)100倍的超寬量程和滿足用戶一些定制性的要求。

4、采用混合信號處理器，內(nèi)含微控制器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通過采樣電流信號，并根據(jù)電流信號的大小自動切換量程，經(jīng)過一系列的電能計算算法實現(xiàn)寬量程電能計量，其核心在于自動量程切換，該算法在切換量程過程中必然產(chǎn)生電能計算的跳躍式波動，同時需要在多個量程下進行數(shù)字校準(zhǔn)，同樣存在實現(xiàn)復(fù)雜和成本高的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種寬量程電能計量裝置，其在原有的計量基礎(chǔ)上，在精度不降低的前提下，只需增加少量的硬件資源就實現(xiàn)了計量的寬量程功能，方便易行。

本實用新型為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：一種寬量程電能計量裝置，包括：

電流通道，所述電流通道包括依次電連接的第一∑△ADC轉(zhuǎn)換器、第一SINC濾波器、電流量程轉(zhuǎn)換器和電流高通濾波器；和

電壓通道，所述電壓通道包括依次電連接的第二∑△ADC轉(zhuǎn)換器、第二SINC濾波器、電壓量程轉(zhuǎn)換器和電壓高通濾波器；還包括：

功能實現(xiàn)模塊，其第一輸入端分別與所述電流量程轉(zhuǎn)換器和電流高通濾波器連接，其第二輸入端分別與所述電壓量程轉(zhuǎn)換器和電壓高通濾波器連接。

本實用新型的有益效果：本實用新型寬量程電能計量裝置通過對SINC濾波器輸出的信號進行量程轉(zhuǎn)換，將超過基本量程范圍內(nèi)的大信號轉(zhuǎn)換到基本量程范圍內(nèi)，并將折算系數(shù)疊加到最終結(jié)果上，從而用非常簡便的方法實現(xiàn)了大信號的測量，所以本實用新型在基本量程范圍內(nèi)精度不改變的前提下，只增加了少量的硬件資源就實現(xiàn)了計量的寬量程功能，可擴展性好，操作性強。

附圖說明

圖1本實用新型的功能原理示意圖。

具體實施方式

本實施例給出了一種電流規(guī)格為1(100)A的寬量程電能表，能實現(xiàn)100倍量程，基本可以滿足各種場合的需求，具體參數(shù)如下：

額定電壓：Un＝220V，額定頻率:Fb＝50Hz，基本電流：Ib＝1A，最大電流：Imax＝100A,準(zhǔn)確計量范圍：1％Ib～1.2Imax,即：10mA～120A,啟動電流：0.2％Ib即2mA，ADC位數(shù)至少22bit，這里采用24bit∑△ADC。

本實施例的1(100)A電流規(guī)格寬量程電能表是基于5(30)A電流規(guī)格的電能表實現(xiàn)的。

圖1中，本實用新型的寬量程電能計量裝置，具體包括如下：

電流通道，所述電流通道包括依次電連接的第一∑△ADC轉(zhuǎn)換器1、第一SINC濾波器2、電流量程轉(zhuǎn)換器3和電流高通濾波器4；電壓通道，所述電壓通道包括依次電連接的第二∑△ADC轉(zhuǎn)換器5、第二SINC濾波器6、電壓量程轉(zhuǎn)換器7和電壓高通濾波器8；還包括：

功能實現(xiàn)模塊9，其第一輸入端分別與所述電流量程轉(zhuǎn)換器3和電流高通濾波器4連接，其第二輸入端分別與所述電壓量程轉(zhuǎn)換器7和電壓高通濾波器8連接。

本實用新型公開的一種寬量程電能計量方法，具體包括如下步驟：

第一步，電流通道的處理步驟：首先，第一∑△ADC轉(zhuǎn)換器1將接收到的模擬電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電流PDM數(shù)據(jù)流，并傳輸至第一SINC濾波器2；其次，第一SINC濾波器2將輸入的數(shù)字電流PDM數(shù)據(jù)流降采樣成低速電流波形預(yù)處理信號，并傳輸至所述電流量程轉(zhuǎn)換器3；然后，電流量程轉(zhuǎn)換器3把超過基本量程的電流信號轉(zhuǎn)換到基本量程范圍內(nèi)，并將轉(zhuǎn)換后的電流波形傳輸至電流高通濾波器4，同時將轉(zhuǎn)換后的電流轉(zhuǎn)換系數(shù)輸出至功能實現(xiàn)模塊9；最后，由電流高通濾波器4濾除電流波形中的直流成分，并輸出不含直流分量的電流波形給所述功能實現(xiàn)模塊9。

第二步，電壓通道的處理步驟：首先，第二∑△ADC轉(zhuǎn)換器5將接收到的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓PDM數(shù)據(jù)流，并傳輸至第二SINC濾波器6；其次，第二SINC濾波器6將輸入的數(shù)字電壓PDM數(shù)據(jù)流降采樣成低速電壓波形預(yù)處理信號，并傳輸至所述電壓量程轉(zhuǎn)換器7；然后，電壓量程轉(zhuǎn)換器7把超過基本量程的電壓信號轉(zhuǎn)換到基本量程范圍內(nèi)，并將轉(zhuǎn)換后的電流波形傳輸至所述電流高通濾波器8，同時將轉(zhuǎn)換后的電流轉(zhuǎn)換系數(shù)輸出至功能實現(xiàn)模塊9；最后，由電流高通濾波器8濾除電壓波形中的直流成分，并輸出不含直流分量的電壓波形給所述功能實現(xiàn)模塊9。

第三步，寬量程的計算步驟：功能實現(xiàn)模塊9根據(jù)所接收到的電流波形、電流轉(zhuǎn)換系數(shù)、電壓波形和電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)以及系統(tǒng)所要求的功能，完成基波/全波電流有效值、基波/全波電壓有效值、全波有功功率、基波有功功率、基波/全波無功功率、全波有功能量脈沖、基波有功能量脈沖、基波/全波無功能量脈沖以及電能質(zhì)量等相關(guān)的計算。

在上述第一步中，所述電流量程轉(zhuǎn)換器3把超過基本量程的電流信號轉(zhuǎn)換到基本量程范圍內(nèi)的具體步驟如下：

輸入電流信號的峰值與基本信號的上限值比較，若大于上限值，右移位輸入電流信號，直到輸入電流信號的峰值不大于基本信號的上限值，移位后的電流信號保持與基本信號相同的位寬輸出給所述電流高通濾波器，并將右移位的位數(shù)作為電流轉(zhuǎn)換系數(shù)輸出給功能實現(xiàn)模塊，待功能實現(xiàn)模塊在進行計算時，將計算結(jié)果左移位相應(yīng)的位數(shù)；

若輸入電流信號的峰值不大于基本信號的上限值，電流信號保持與基本信號相同的位寬直接輸出給電流高通濾波器，并將電流轉(zhuǎn)換系數(shù)輸出為0給功能實現(xiàn)模塊，待功能實現(xiàn)模塊在進行計算時，最終結(jié)果不再移位，直接輸出；

在上述第一步中，所述電壓量程轉(zhuǎn)換器7把超過基本量程的電壓信號轉(zhuǎn)換到基本量程范圍內(nèi)的具體步驟如下：

輸入電壓信號的峰值與基本信號的上限值比較，若大于上限值，右移位輸入電壓信號，直到輸入電壓信號的峰值不大于基本信號的上限值，移位后的電壓信號保持與基本信號相同的位寬輸出給電壓高通濾波器，并將右移位的位數(shù)作為電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)輸出給功能實現(xiàn)模塊，待功能實現(xiàn)模塊在進行計算時，將計算結(jié)果左移位相應(yīng)的位數(shù)；

若輸入電壓信號的峰值不大于基本信號的上限值，電壓信號保持與基本信號相同的位寬直接輸出給所述電壓高通濾波器，并將電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)輸出為0給功能實現(xiàn)模塊，待功能實現(xiàn)模塊在進行計算時，最終結(jié)果不再移位，直接輸出。

在本實施例中，第一SINC濾波器2的輸出是24bit的波形信號，電流高通濾波器4是18bit的波形信號，電流量程轉(zhuǎn)換器3需要將超過基本量程[-2^17，2^17-1]的信號轉(zhuǎn)換到基本量程內(nèi)，即若第一SINC濾波器2輸出的數(shù)據(jù)第23位和第22位為符號位，其他為有效數(shù)據(jù)，則需要將數(shù)據(jù)左移位5bit，輸出低18bit給電流高通濾波器4，并輸出轉(zhuǎn)換系數(shù)5給功能實現(xiàn)模塊9，功能實現(xiàn)模塊9在進行相關(guān)功能計算時，需要對最終的計算結(jié)果右移5bit輸出。

傳統(tǒng)的寬量程實現(xiàn)方法要么在∑△ADC轉(zhuǎn)換器前端模擬信號上進行處理，進行多路輸入的方式，從輸入信號的源頭把大信號和小信號分開，這種電路復(fù)雜而且昂貴，同時由于模擬采樣器件增多，降低了裝置的可靠性。要么就是在外部增加放大電路，根據(jù)信號輸入的大小進行信號的放大、這種方式同樣電路復(fù)雜而且昂貴，并且由于采用這種方式必須要把輸入的模擬信號按照量程要求進行縮小，在小信號測量上存在不準(zhǔn)確的問題。

或者也有在∑△ADC轉(zhuǎn)換器上進行處理，讓輸入的最大的模擬信號不超過∑△ADC轉(zhuǎn)換器量程，在∑△ADC轉(zhuǎn)換器上根據(jù)電流信號的大小進行自動量程切換，此種方法存在的問題就是在切換量過程中必然產(chǎn)生電能計算的跳躍式波動，從而導(dǎo)致計量存在不準(zhǔn)確性。

和傳統(tǒng)的寬量程電能計量實現(xiàn)方法相比較，本實用新型通過擴展了相應(yīng)的SINC濾波器的位數(shù)和增加了量程轉(zhuǎn)換模塊，通過移位把超過基本量程的信號壓縮，把信號和系數(shù)一起傳遞給了后續(xù)模塊，實現(xiàn)了寬量程算法，這種方法的優(yōu)點在于增加硬件資源很少，并且也不存在由于計量算法的漏洞導(dǎo)致電能計量不準(zhǔn)確，也能在全量程范圍內(nèi)的計量準(zhǔn)確度都能保證。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。