專利名稱：檢測多相電度表中篡改的裝置和方法
相關申請的交叉引用本申請要求Holdsclaw等1998年5月15日申請的標題為“檢測多相電度表中篡改的裝置和方法”的，美國臨時專利申請序列號為60/085,650的申請的權利。
應當知道，由于電度表中的電子元件的可靠性和大的操作環(huán)境溫度范圍，它們已經(jīng)得到了廣泛的應用。此外，現(xiàn)代的電子信號處理設備，例如，微處理器，具有比現(xiàn)有機械設備在計算電功率方面更大的精確性潛力。因此，提出了各種形式的實際上沒有任何運動部件的電子電度表。已經(jīng)提出了幾種包括微處理器的電度表。
許多新的固態(tài)電度表也包括液晶顯示器(LCD)，以把信息傳送到電度表外部的個人或設備。一般，LCD顯示器包括信號器，信號器接通指示存在不同的電壓相(例如，在多相電度表中的相A，相B，和相C)，其關閉指示缺少一相或多相。在一些情況下，信號器閃爍指示相的缺少。
供電商關心不正確的布線問題，和篡改電度表以逃避耗電的計量和用電費用的不道德個人。因此，電度表一直裝備有相電壓指示，以便對各相上的電壓的存在發(fā)出信號。這有助于檢測正常相電壓中斷，以及除去一相電壓而由于其它相的電壓使電度表看上去仍然在工作的篡改。但是，老式電度表僅簡單地查看電壓的存在，而不檢查電壓的實際幅度。這是出于假設，如果一相電壓被除去，那么將沒有電壓剩余；因而不需要檢查幅度。
但是，在用2單元多相電度表測量時，一般有三個連接的電壓點，三個電壓點中的一個是其它兩個的參考。兩種正常安裝是3線三角形連接，和3線星形連接。3線三角形相對于相B(第三連接)連接到相A和C。兩個電壓Va-b和Vc-b之間的角度是60度或300度。并且兩個電壓是服務的實際線間電壓。3線星形連接到相A和C，以及，但是相對于地線(第三連接)。兩個電壓Va-g和Vc-g之間的角度是120度或240度。并且兩個電壓是實際線與中性點(或地)電壓(它是線間電壓的57.7％)。
對于2單元電度表，一般有兩個相指示器，每個非參考相一個。在任何一種服務類型情況下，除去相A或C將產(chǎn)生失去一相電壓的指示，因為該相相對于參考相沒有電壓，并且將使相指示器之一發(fā)出失去一相的指示。但是，如果失去參考電壓，并且允許參考點浮動，那么參考電壓將浮動到兩個剩余電壓之間的中途?，F(xiàn)在，每個相-參考電壓將是相-相電壓的50％。這種電壓幅度的減小與各相電流的角度關系的改變一同將顯著減小電度表的配準。但是，由于跨越每個相-參考電壓仍然有一個非零電壓，因而相指示器仍然指示兩相上存在電壓。
因此，需要有一種電子儀表能夠自動檢測和指示由于錯誤布線或篡改造成的中性點以及其它相電壓的失去。本發(fā)明通過使用一種測量正常連接的相(例如，根據(jù)服務類型，相A和相C，相對于參考相，相B或地線)之間的相角差的新檢測技術解決了上述問題。
發(fā)明綜述在確定多相電子電度表中的篡改的方法和裝置中解決了上述問題，并取得了本發(fā)明的優(yōu)點。這種電度表包括一個用于從電壓和電流信號確定電功率和產(chǎn)生一個代表電能確定的能量信號的第一處理器，和一個用于接收能量信號和產(chǎn)生代表所述能量信號的指示信號的第二處理器。電度表最好也包括一個連接到第一和第二處理器的諸如電擦除可編程只讀存儲器之類的非易失性存儲器，用于存儲處理器使用的數(shù)據(jù)和存儲處理器產(chǎn)生的信息。該電度表測量一個網(wǎng)絡配置中的三線星形連接中的兩相之間的相位差，以決定篡改是否發(fā)生。
圖8示出了本發(fā)明的電子電度表的顯示器；和圖9是為確定電度表中是否發(fā)生篡改而執(zhí)行的處理過程的流程圖。
附圖的詳細描述

圖1示出了一個用于確定電子電度表中參考電壓失去(指示可能的篡改)的新的電度表，并概括地標為10。最初要注意適當?shù)貥?gòu)造這個電度表，使其能夠支持實現(xiàn)將來的更高級的測量功能。在這里詳細地說明這種將來實現(xiàn)特征。
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的示例電度表的功能組件以及接口的方框圖。如圖1中所示，用于測量三相或單相電能的電度表最好包括一個數(shù)字LCD型顯示器30，一個最好包括A/D轉(zhuǎn)換器和一個可編程DSP的電度表集成電路(IC)14，和一個微控制器16。
分壓器12A,12B,12C和電流變換器或分路器18A,18B,18C分別感測通過電服務提供商的發(fā)電機與電能使用者之間的電能傳輸線路傳送的模擬電壓和電流信號。電阻分壓器12A-12C和電流變換器18A-18C的輸出，或感測的電壓和電流信號，作為對電度表集成電路14的輸入。電度表集成電路14中的A/D轉(zhuǎn)換器把感測的電壓和電流信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓和電流信號的數(shù)字代表。在一個優(yōu)選實施例中，A/D轉(zhuǎn)換處理的執(zhí)行正如轉(zhuǎn)讓給ABB電力T&D公司的，1996年8月6日申請的，標題為“使用多路復用模數(shù)轉(zhuǎn)換器的可編程電度表”的，第5,544,089號美國專利中所述。然后，把數(shù)字電壓和電流信號輸入到電度表集成電路14中的可編程DSP，以產(chǎn)生代表各種功率測量值的脈沖信號42,44,46,48，例如，每個脈沖信號代表與瓦特、伏安(VA)或無功伏安(VAR)相關的Ke值。這些脈沖信號可以由微控制器16處理，以執(zhí)行用于記賬目的的收入計量功能。
根據(jù)本發(fā)明，示例微控制器16執(zhí)行大量的收入計量功能，以及儀表功能。與收入功能相反，儀表功能是要協(xié)助技術人員根據(jù)近瞬時條件對電度表評價服務。儀表測量值可以包括諸如頻率，瓦特，無功伏安和伏安等系統(tǒng)參數(shù)，和電壓，電流，相角，功率因數(shù)，電流與電壓角度，千瓦，千無功伏安，千伏安之類的每相信息，和有關這些參數(shù)的諧波失真。
電度表集成電路14和微控制器16中的每個最好通過一個IIC總線36與一個或多個存儲器件連接。提供了一個EEPROM 35，以存儲收入數(shù)據(jù)，以及各種程序和程序數(shù)據(jù)。在安裝后通電時，可以把電源故障，或數(shù)據(jù)變更通信，例如存儲在EEPROM 35中的選定程序和程序數(shù)據(jù)，下載到與電度表集成電路14相連的程序RAM和數(shù)據(jù)RAM，如圖1中所示。在微控制器16的控制下，DSP根據(jù)存儲在各程序和數(shù)據(jù)RAM中的下載的程序和數(shù)據(jù)處理數(shù)字電壓和電流信號。
為了執(zhí)行儀表功能，微控制器16可以利用來自DSP的電壓和電流，帶有超前/滯后指示的真實和視在能量頻率，和相對電壓或電流相角信息。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，電度表集成電路14監(jiān)視兩個線循環(huán)上的數(shù)字相電壓信號和相電流信號(在大約50或60Hz，兩個線循環(huán)測量值在這里定義為RMS測量值，盡管它們是“近瞬時的”)，然后計算RMS電壓和電流值，帶有超前/滯后指示的真實和視在能量平均頻率，或相對電壓或電流相角信息。應當理解，線循環(huán)數(shù)量最好是可編程的，并且可以把一個不同的線循環(huán)數(shù)，例如一次線循環(huán)，用于指定測量。一次計算一相的RMS參數(shù)，并存儲在IC 14的數(shù)據(jù)RAM中。微控制器16為了請求的儀表測量經(jīng)過IIC總線36輪詢這些寄存器中的數(shù)據(jù)。由于儀表測量值是近瞬時的，所以除了當前請求的值以外不存儲任何值。
電度表集成電路14中的DSP也驅(qū)動電位指示器線路41,43和45。微控制器16把線路狀態(tài)反映到電位指示器27,29和31，電位指示器最好在LCD 30的指定部分。只要對應相電位存在，每相的電位指示器保持發(fā)光。相A,B，和C電位信號從電度表集成電路14輸出到微控制器16，微控制器16又驅(qū)動電位指示器27,29和31，從而當對應的電位信號是高電平時，電位指示器保持發(fā)光。
本發(fā)明最好利用LCD 30的三種顯示模式，即，正常，交替和測試模式。在安裝后通電時，在預定的時間，或在數(shù)據(jù)變更通信之后，優(yōu)選地執(zhí)行可編程指定的測試。測試之后，在正常顯示模式，在一個優(yōu)選實施例中，電度表相繼并且連續(xù)地滾動顯示為正常顯示模式選定的顯示項目。顯示項目可以包括收入數(shù)據(jù)和儀表參數(shù)。
可以給本發(fā)明編程，以用于指定的服務，或它可以利用服務測試確定服務?？梢允謩踊蜃詣渔i定服務，即，把服務信息存儲在EEPROM35中。
在事先已經(jīng)知道服務類型并鎖定時，服務測試最好進行檢查，以保證每個單元正在接收相電位，且相角在用于已知服務的標稱相角的預定百分比內(nèi)。也測量每相電壓，并與標稱服務電壓比較，以確定它們是否在標稱相電壓的預定容差范圍內(nèi)。如果電壓和相角度在指定的范圍內(nèi)，那么把相位旋轉(zhuǎn)，服務電壓和服務類型顯示在電度表的顯示器上。如果任何一個有效服務沒有被發(fā)現(xiàn)，或一個指定服務的服務測試失敗，那么在顯示器上顯示并鎖定指示失效服務的系統(tǒng)錯誤代碼，以保證故障引起注意并對其進行評價以改正錯誤。
根據(jù)本發(fā)明的示例電度表也提供了通過光學端口40和/或可選連接器38的遠程電度表讀出，遠程電源質(zhì)量監(jiān)視，和再編程。盡管可以與光學端口40連接使用光通信，但可選連接器38可以適用于，例如，經(jīng)過調(diào)制解調(diào)器的RF通信或電子通信。
當電度表10檢測到異常情況時，警報可以帶有時間和日期戳記并記錄到一個事件記錄中，并且事件的數(shù)量和情況的累加時間可以獨立地登錄在一個偶發(fā)事件記錄中。記錄最好存儲在圖1所示的EEPROM35中。可以通過軟件存取存儲在這些記錄中的信息，以在電度表本身的外部進一步診斷處理和評價。
簡單地參考圖5，每個電阻分壓器分別由兩個1Meg,1/2瓦特電阻50/52,54/56和58/60組成，它們用于與各自的一個第三電阻62,64和66組合以可接受的瓦特損失降低線電壓，第三電阻用作傳感電阻。電阻62-66是具有最大溫度系數(shù)25ppm/℃的金屬膜電阻。與其它電壓傳感技術相比，這種組合十分便宜。電阻50-60每個具有300Vrm的工作電壓額定值。這些電阻已經(jīng)用6 kV IEEE 587脈沖波形獨立地測試過，以保證電阻值穩(wěn)定，和設備不被破壞。電阻62-66按比例把輸入電壓降低到用于處理器14的低于1伏的峰-峰值。注意，電阻62-66可以在從大約100歐姆到大約1千歐姆的范圍，以便保證這個最大的峰-峰電壓，并且仍然保持最大的信號。
在接地時，三線三角形連接系統(tǒng)，工作在邏輯電壓電平的電子組件的這些元件(包括電池連接器)可以在一個提高的電壓下工作。在這種情況下，兩個1Meg電阻組合(50/52,54/56,58/60)提供了對邏輯電平電子器件的電流限制。具有單相激活的3線星形連接電度表更壞情況的電流在480V的測試期間發(fā)生。
應當知道，能量單位和功率消耗主要是從電壓和電流的乘積計算的。表1中列出了在本優(yōu)選實施例中使用的特定公式。應當注意，本實施例提供了一個較寬的電壓操作范圍。這個特別優(yōu)選的實施例允許四線三角形應用可以利用執(zhí)行表1中的四線星形連接公式的四線星形連接電度表測量。但是，為了圖2的目的，在處理器14中執(zhí)行這種公式。
現(xiàn)在參考圖2，處理器14包括一個模擬轉(zhuǎn)換器70和一個可編程DSP 72。轉(zhuǎn)換器70包括三個三通道，過抽樣，二階，∑-ΔA/D轉(zhuǎn)換器，在圖中示為一個9信道∑Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器74。12.28608MHz時鐘信號被6除，因而每個A/D以2.04768MHz頻率對其輸入進行抽樣。每個A/D對每個輸入進行96∶1的縮小或平均化，這導致了對每個A/D三個輸入的每一個為2.4kHz的有效抽樣速率。這些抽樣的解析等價于21位，正號。要注意，這樣一種∑Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換方案導致了每個A/D的每個轉(zhuǎn)換的抽樣的正確會聚。已經(jīng)知道這種轉(zhuǎn)換方案的帶寬比較小，但是，被轉(zhuǎn)換的電壓和電流的頻率也比較小。
在本優(yōu)選實施例中，三個電壓輸入VA,VB和VC由一個A/D抽樣，三個電流輸入IA,IB和IC由第二個A/D抽樣。第三個A/D用于抽樣B相的電壓或電流輸入。這樣地抽樣B相的電壓或電流輸入是由于所謂的2單元電度表需要B相電流與其它相電流中的一個或兩個的組合。此外，所謂的二單元電度表需要B相電壓與其它相電壓組合，以產(chǎn)生線間電壓。具有第三A/D使得這些項目可以被同時抽樣，因而改善了測量精度。這也改善了處理器14中的信噪比。
DSP 72是一個從轉(zhuǎn)換的電壓和電流抽樣計算希望的能量數(shù)量的精簡指令系統(tǒng)處理器(RISC)。示出的DSP 72包括一個具有256字節(jié)數(shù)據(jù)容量的隨機存取存儲器(RAM)76。存儲器76用于存儲計算和子例程堆棧。也示了一個只讀存儲器(ROM)78，并且具有2304字節(jié)數(shù)據(jù)的容量。存儲器78用于存儲那些所有能量計算共用的測量子例程。還示出了另一個RAM存儲器80，具有256字節(jié)數(shù)據(jù)容量。存儲器80用于存儲主線程序和DSP 72的專用子例程。
示出的DSP 72也包括乘法器82和一個累加器84，用于處理電壓和電流數(shù)字信號，從而產(chǎn)生電能信息。也包括有插在乘法器82和累加器84之間的算術減法單元86。
從上述說明中，應當知道程序ROM，即，存儲器76是在氧化階段定義的。由于這個定義步驟發(fā)生在處理器14制造過程的較后階段，因而可以用最小的努力來改變這種編程。
每一相的校準常數(shù)和特定電位線性化常數(shù)存儲在存儲器80中。在電度表10加電時，微控制器16從EEPROM 35串行地下載到存儲器76和80。這個實施例具有能夠經(jīng)濟地提供各種電度表形式，無需硬件改變而校準的優(yōu)點，且允許將來根據(jù)每相Vrms和Irms增加VAR或VA測量。用于這種操作的公式包括在表1中。此外，僅對處理器14再編程就可以獲得將來的尚未定義的復合測量量的計算。
處理器14也包含一個晶體振蕩器(未示出)，串行接口88，電源故障檢測電路90，和電位存在輸出B和C。晶體振蕩器一個外部12.28608MHz晶體振蕩器34。處理器14利用這種頻率直接地驅(qū)動DSP，和間接地用于A/D抽樣。這個頻率也被時鐘發(fā)生器92操作，時鐘發(fā)生器92的作用是把振蕩器34的輸出(在XIN和XOUT輸入到處理器14)除以4，緩沖存儲劃分的時鐘信號，和把劃分的時鐘信號在CK輸出到處理器16，作為它的時鐘。將這個時鐘輸出指定在一個2.0VDC電源電壓下工作。
串行接口88是Signetics IIC總線的一種派生。把一個串行地址分配給處理器14。這個地址訪問四個DSP控制寄存器中的一個。在寫入DSP地址寄存器之后，所有信息必須通過DSP數(shù)據(jù)寄存器94。存儲器14的所有存儲器，寄存器和輸出可以串行地讀出。增加了一個芯片選擇線CS，以禁止通信緩沖。輸入CS連接到處理器16，并由處理器16控制。
電源故障檢測電路90是一個比較器，它把電源的分壓表示與一個精度參考電壓比較。比較器的輸出在A同時地提供一個電源故障信號和一個相A(VA)電壓存在的指示。一旦電源發(fā)生故障，最好是重新設置處理器14。在這種情況下，輸出引線Whr,Whd等被強制到一個邏輯低電壓電平。此外，處理器14進入一個低功耗模式，以減小從電源20抽取的電流。在這種低功耗模式，比較器和振蕩器操作不受影響，但是DSP 72停止操作。
電源故障電壓PF是通過分割電源22的輸出產(chǎn)生一個稍大于2.5V的電壓而產(chǎn)生的。在本優(yōu)選實施例中，一個電阻分壓器提供PF。由于PF是相對于相A電壓產(chǎn)生的(圖1)，因此，它的存在是相A也存在的指示。
為了理解參考電壓是如何產(chǎn)生的，參考圖7。圖7更詳細地示出了包含在線性電源22中的組件。電源22的5V輸出提供在圖5中的96。電阻98和二極管100組合產(chǎn)生一個精確的2.5V參考電壓。在這點要注意，把VA,VB,VC,IA,IB和IC中的每一個提供到處理器14，相關于VREF。
再考慮圖2中所示處理器14。相B(VB)和C(VC)電位指示器輸出是在DSP 72控制下。B正常地輸出一個邏輯電平輸出。C輸出也提供電力線時基功能(注意，相C存在于所有應用中)。為了使在電力線基頻的噪聲最小，這個時基兩倍于電力線基頻。
再參考圖1,M38208微控制器16是一個帶有用于位測試和控制的擴展指令集的6502(一種傳統(tǒng)8位微處理器)的派生型。這個微控制器包括基本功能，基本功能包括內(nèi)置LCD驅(qū)動器(128個四路多工的片段)，32k字節(jié)的ROM,1k字節(jié)的RAM，一個全雙工硬件UART，5個定時器，雙時鐘輸出(32.768kHz和高達8MHz)，和一個低功耗操作模式。
在正常操作期間，處理器16如上所述接收來自處理器14的6.14304 MHz的時鐘。一旦電源出現(xiàn)故障，處理器16轉(zhuǎn)移到32.768 kHz晶體振蕩器32。這允許具有16.384 kHz循環(huán)時間的低功耗操作。在電源故障期間，處理器16通過計算秒數(shù)和使時間脈動向前保持對時間的跟蹤。一旦處理器使時間向前脈動，執(zhí)行一個WIT指令，WIT指令將該單元置于一種僅有32.768 kHz振蕩器和定時器在操作的模式。在這種模式中，建立了一個定時器，每32,768循環(huán)計算一秒“喚醒”處理器16。
現(xiàn)在結(jié)合圖3A-3E和圖4考慮處理器16的主操作。在步驟1000，向微控制器16提供一個復位信號。如將要結(jié)合圖5的討論說明的，每當電壓電平Vdd升高通過大約2.8伏時，發(fā)生一個復位循環(huán)。這樣的條件在電度表第一次加電時發(fā)生。
在步驟1002，微控制器16執(zhí)行一個初始化操作，其中初始化堆棧指針，初始化內(nèi)置RAM，把液晶顯示器類型輸入到微控制器16的顯示器驅(qū)動部分，和初始化需要在加電時初始化的定時器。應當注意，步驟1002的操作不需要在每次電源故障發(fā)生時進行。在電源故障之后，在步驟1004，微控制器16在電源恢復時指示的點返回到主程序。
一旦初次加電或在電源故障后電源恢復，微控制器16執(zhí)行一個恢復功能。在步驟1006，微控制器16禁止處理器14發(fā)送的脈沖。通過提供適當?shù)男盘柣謴捅忍亟惯@些脈沖。這個比特的存在指示恢復操作正在進行，和在此期間產(chǎn)生的脈沖應當忽略。設置了信號恢復比特后，微控制器16在步驟1008確定是否存在電源故障信號。如果存在電源故障信號，那么微控制器16跳躍到步驟1010的電源故障例程。在電源故障例程中，微控制器16的輸出端口被寫為低電平，除非恢復比特不再設置。如果恢復比特不再設定，那么微控制器16中的數(shù)據(jù)被寫入存儲器。
如果電源故障信號不存在，那么在步驟1012微控制器16顯示片段。此時，顯示器的片段發(fā)光。在步驟1014，初始化UART端口和其它端口，在步驟1016，電源故障中斷被允許，從而如果從處理器14的輸出A感測到一個下降邊緣，那么一個中斷將開始指示電源故障。應當記得，處理器14將參考電壓VREF與電源20產(chǎn)生的分壓的電壓比較。每當電源電壓下降到低于參考電壓時，發(fā)生了一個電源故障情況。
在步驟1018，執(zhí)行測量集成電路的下載。這種下載操作結(jié)合圖4更詳細地說明。在步驟1020，定時器中斷被允許。應當知道，微控制器16執(zhí)行的某些任務是依賴時間的。當執(zhí)行這些任務的時間到達時，這些任務將需要一個定時器中斷。
在步驟1022，執(zhí)行自檢子例程。盡管為了實現(xiàn)本發(fā)明不需要特殊的自檢子例程，但這些子例程可以包括一個確定是否存在正確的顯示數(shù)據(jù)的檢查。要注意，數(shù)據(jù)是相關類指定存儲的，并且將一個值分配給每個類，因而使類值的和等于一個特定數(shù)。如果任何顯示數(shù)據(jù)丟失，存在的數(shù)據(jù)的類值的條件將不等于特定的和，并且將顯示一個錯誤消息。同樣，微控制器16，將處理器14產(chǎn)生的時鐘信號與鐘表晶體32產(chǎn)生的時鐘信號比較，以便確定適當?shù)年P系是否存在。
在完成了自檢子例程后，在步驟1024重初始化RAM。在這個重新初始化中，從存儲器清除某些裝載常數(shù)。在步驟1026，排定各項目。例如，排定顯示器更新，使得恢復例程一完成，就進行數(shù)據(jù)檢索和更新顯示器。同樣，排定光通信，其中微控制器16確定光學端口40是否存在任何設備，哪個設備希望通信。最后，在步驟1028，給出一個指示恢復例程已經(jīng)完成的信號。這個信號可以包括禁止信號恢復比特。一旦發(fā)生這種情況，以前禁止的脈沖現(xiàn)在被認為有效。微控制器16現(xiàn)在移動到主例程。
在步驟1030，微控制器16調(diào)用日歷處理例程。在這個例程中，微控制器16查看其內(nèi)部的一個第二比特，并確定是否需要改變時鐘。例如，在夏時制的開始和結(jié)束，分別把時鐘向前和向后移動一小時。此外，日歷處理例程設置分變化標記和日期變化標記。如以后將看到的，周期性地檢查這種標記，并且如果這種標記存在，發(fā)生處理過程。
應當注意，在微控制器16中有兩個圖3中沒有示出的排定的實時中斷，即，滾動分中斷和日中斷。在每分鐘的開始，發(fā)生某些分鐘任務。同樣，在每日的開始，發(fā)生某些日任務。由于這些任務對于本發(fā)明的實現(xiàn)是不必要的，因而不需進一步詳細說明。
在步驟1032，微控制器16確定是否排定自重編程例程。如果排定了自重編程例程，那么在步驟1034調(diào)用這個例程。自重編程一般以事先存儲的新使用率編程。由于結(jié)合了新的速率，所以也必須重新開始顯示。在自重編程例程的操作之后，微控制器16返回到主程序。如果在步驟1032確定沒有排定自重編程例程，那么微控制器16在步驟1036確定是否排定任何日邊界任務。這個確定是通過確定時間和日期并且進行搜索以確定是否為該日期排定了任何日任務而確定的。如果排定了日任務，在步驟1038調(diào)用這些任務。如果沒有排定日任務，那么微控制器16接下來在步驟1040確定是否排定了任何分邊界任務。應當懂得，由于使用時間切換點發(fā)生在分邊界，例如，從一個使用周期切換到另一個，所以需要在這個點改變數(shù)據(jù)存儲位置。如果排定了分任務，那么在步驟1042調(diào)用這些任務。如果沒有排定分邊界任務，那么微控制器16在步驟1044確定是否排定了任何自檢。自檢一般被排定發(fā)生在日邊界。如前面指出的，這種自檢可以包括檢查累加的顯示數(shù)據(jù)類值，以確定累加和是否等于預定值。如果排定了自檢，那么在步驟1046調(diào)用這些檢測。如果沒有排定自檢，那么微控制器16在步驟1048確定是否排定了任何季節(jié)變化記賬數(shù)據(jù)拷貝。應當知道，隨季節(jié)改變，記賬數(shù)據(jù)也改變。接下來，微控制器16需要存儲對一個季節(jié)測量的能量，并開始累計下一個季節(jié)測量的能量。如果排定了季節(jié)變化記賬數(shù)據(jù)拷貝，在步驟1050調(diào)用這種例程。如果沒有排定季節(jié)變化例程，那么微控制器16在步驟1052確定是否排定了自重需求復位。如果排定了自重需求復位，那么在步驟1054調(diào)用這種例程。這個例程需要微處理器16實際上讀出本身，并把讀出值存儲在存儲器中。然后重設需求復位。如果沒有排定自需求復位，那么微控制器16在步驟1056確定是否排定了季節(jié)變化需求復位。如果排定了季節(jié)變化需求復位，那么在步驟1058調(diào)用一個例程。在這個例程中，微控制器16讀出其本身，并復位需求。
在步驟1060，微控制器16確定是否排定了按鈕抽樣。要抽樣的按鈕位于電度表10的表面。每8毫秒發(fā)生按鈕抽樣。接下來，如果已經(jīng)過去一個8毫秒周期，那么微控制器16將確定排定了按鈕抽樣，并在步驟1062調(diào)用按鈕抽樣例程。
如果沒有排定按鈕抽樣，那么微控制器在步驟1064確定是否排定了顯示更新。這個例程引起在LCD 30上顯示新量。如被上述軟開關設定確定的，顯示更新一般排定在每3至6秒發(fā)生。如果更頻繁地更新顯示，則可以能不能準確地讀取顯示。如果已經(jīng)排定了顯示更新，那么在步驟1066調(diào)用顯示更新例程。
如果沒有排定顯示更新，那么微控制器16在步驟1068確定是否排定信號器閃爍。應當記得，顯示器上的信號器被設計為閃爍。這種閃爍一般每半秒發(fā)生。如果排定了信號器閃爍，那么在步驟1070調(diào)用這個例程。如果沒有排定信號器閃爍，那么微控制器16在步驟1072確定是否排定了光通信。應當記得，每半秒微控制器16確定是否在光學端口產(chǎn)生任何信號。如果產(chǎn)生了指示希望光通信的信號，那么將排定光通信例程。如果排定了光通信例程，那么在步驟1074調(diào)用這個例程。這個例程使微控制器16抽樣光學端口40，進行通信活動。
如果沒有排定光通信例程，微控制器16在步驟1076確定是否處理器14發(fā)出錯誤信號。如果處理器14發(fā)出了錯誤信號，那么微控制器16在步驟1078禁止脈沖檢測，調(diào)用下載例程，并在該例程執(zhí)行后，重新允許脈沖檢測。如果處理器14沒有發(fā)出錯誤信號，那么微控制器16在步驟1080確定是否排定了下載程序。如果排定了下載程序，那么主例程返回到步驟1078，并在其后返回到主程序。
如果沒有排定下載程序，或脈沖檢測已經(jīng)重新允許之后，微控制器16在步驟1082確定是否熱啟動正在進行。如果正在進行熱啟動，在步驟1084禁止電源故障中斷。調(diào)用脈沖計算例程，在其后重新允許電源故障中斷。應當注意，在熱啟動時中將數(shù)據(jù)清零，以便為電度表提供刷新開始。接下來，脈沖計算例程對以前測量的能量進行需要的計算，并把計算結(jié)果存儲到存儲器中適當?shù)狞c。如果沒有進行熱啟動，微控制器16在步驟1084更新遠程中繼。遠程中繼一般包括在一個不是電子組件板的板上。
現(xiàn)在參考圖4，說明用于下載處理器14的程序。在步驟1100，微控制器16進入程序。在步驟1102，清除指示應當開始測量下載的排定。在步驟1104，微控制器16初始化通信總線，在本優(yōu)選實施例中，通信總線是SCS。在步驟1106，微控制器16通過在處理器14上的中斷方式復位和暫停處理器。但是，如果在微控制器16和處理器14之間存在通信錯誤，那么微控制器在步驟1108設置一個報警，和排定處理器14的下載。在步驟1108之后，終止下載程序，微控制器16返回到主例程。
在步驟1110，微控制器讀出和存儲脈沖線狀態(tài)。應當記得，當處理器14進行能量確定時，每個能量單位由輸出42-48上的邏輯過渡代表(圖1)。在步驟1110，存儲每個輸出42-48的狀態(tài)。在步驟1112，微控制器初始化A/D轉(zhuǎn)換器74，如果發(fā)生通信錯誤，微控制器前進到步驟1108。在步驟1114，初始化數(shù)字信號處理寄存器94。在步驟1116，把程序存儲器78下載到存儲器。在步驟1118，把數(shù)據(jù)存儲器80下載到存儲器。在步驟1120，啟動處理器14。如果在步驟1114-1120任何一個中發(fā)生通信錯誤，那么微控制器16再返回到步驟1108。在步驟1122，清除以前在步驟1108設置的任何報警消息。在步驟1124，微控制器返回到它的主程序。
把認為對電度表10是非易失的所有數(shù)據(jù)存儲到32k字節(jié)EEPROM35中。這包括配置數(shù)據(jù)(包括用于存儲器76和存儲器80的數(shù)據(jù))，總kWh，最大和累加需求(TOU中A率需求)，歷史TOU數(shù)據(jù)，需求復位置的累加數(shù)，停電的累加數(shù)，和數(shù)據(jù)變更通信的累加數(shù)。把當前的記賬周期TOU數(shù)據(jù)存儲在包含在處理器16中的RAM中。只要微控制器16具有適當?shù)碾娏?，RAM內(nèi)容和實時將被維持，并且微控制器16將不被復位(甚至在需求寄存器中)。
如上所述，操作常數(shù)存儲在EEPROM數(shù)據(jù)中。微控制器16通過給各數(shù)據(jù)增加類標示，并把和與一個參考數(shù)比較，進行這些存儲區(qū)的檢查。例如，把數(shù)據(jù)類用于定義程序存儲器的256字節(jié)塊。在這個數(shù)據(jù)類中附加于程序的265字節(jié)的是DSP代碼識別號，版本號，和分配給這個數(shù)據(jù)類的檢查和。操作常數(shù)包括校正常數(shù)和數(shù)據(jù)RAM初始值，電度表的二次Ke和Kh，以及微控制器必須用于處理電度表數(shù)據(jù)的信息。
LCD 30(也見圖8)允許觀看賬單和其它測量的數(shù)據(jù)和狀態(tài)。在電子器件中提供了對于LCD 30的溫度補償。即使帶有這種補償，電度表的操作溫度范圍和LCD的5伏流度把LCD 30限制為是三倍的。因此，這個設計中所支持的最大片段數(shù)是96。顯示響應時間也將在低于-30°攝氏度時顯著減慢。
參考圖6A和6B，當所有電線都正確地連接在三線星形網(wǎng)配置中時，VA,VB和VC的實際(和測量的)電壓如下VA=sinθ(1)VB=sin(θ+2π3)------(2)]]>VC=sin(θ+4π3)------(3)]]>
在圖6B中分別用波形110,112,和114圖示VA,VB和VC，并且θ是每相的角度。
上面的方程(1),(2)和(3)，每個代表相對于中性線的電壓。三線星形網(wǎng)配置的2單元電度表中，相A(VA)和C(VC)和中性線連接到電度表，但是相B(VB)沒有連接。因此，如果除去攜帶VA或VC的線，可以通過測量該相對中性點的電壓幅度容易地檢測到這種除去。但是，由于中性線在正常情況下是地電位(零伏)，因而當除去該線時沒有電壓下降。
在三線星形網(wǎng)配置中，當從電度表除去中性線時，在中性線應當連接的點的電位浮動到相A與相C之間電壓的一半。電度表10又利用這個浮動電壓作為確定相A和相C電壓的“共同參考接地電位”。這個浮動中性電壓(VN)可以如下數(shù)學地表達VN=12(VA+VC)------(4)]]>圖7B中的線118圖示出了方程(4)的波形代表。利用方程(1)和(2)解方程(4)，產(chǎn)生如下結(jié)果VN=12(sinθ+sin(θ+4π3))]]>VN=12(sinθ+sinθcos4π3+cosθsin4π3)]]>VN=12(sinθ(1+cos4π3)+cosθsin4π3)]]>VN=12(sinθ(1-12)-32cosθ)]]>VN=12(12sinθ-32cosθ)]]>VN=14sinθ-34cosθ------(5)]]>
因而方程(5)代表了電度表10解釋為中性電壓VN的參考電壓。如上所述，電度表根據(jù)從圖7B中可以看出與接地電壓不同的VN確定VA和VC。因此，VA和VC的測量值與這些電壓的實際值不同。
相A的視在(測量)電壓(VAM)如下確定，并在圖7B中用線116表示VAM=VA-VNVAM=sinθ-14sinθ+34cosθ]]>VAM=sinθ(1-14)+34cosθ]]>VAM=34sinθ+34cosθ------(6)]]>同樣地，相C的視在(測量)電壓如下確定，并在圖7B中用線120表示VCM=VC-VNVCM=sin(θ+4π3)-14sinθ+34cosθ]]>VCM=(sinθcos4π3+cosθsin4π3)-14sinθ+34cosθ]]>VCM=(-12sinθ-32cosθ)-14sinθ+34cosθ]]>VCM=-34sinθ-34cosθ------(7)]]>因此，通過方程(6)和(7)可以看出，VAM和VCM的幅度相同，但電壓相位彼此相差180°。致于實際相A電壓，測量的相A電壓的幅度大約是實際幅度的87％，并且滯后30°。下面方程(8)示出了這種關系。VAM=34sinθ+34cosθ------(6)]]>VAM=32(32sinθ+12cosθ)]]>VAM=32(sinθcosπ6+sinπ6cosθ)]]>VAM=32sin(θ+π6)------(8)]]>因此VCM=-32sin(θ+π6)------(9)]]>本發(fā)明的篡改檢測技術利用了電壓的這種相位/幅度關系確定網(wǎng)絡配置中的三線星形連接的電度表是否受到篡改，或是否接錯線。通過適當?shù)卣{(diào)節(jié)上述的相位/幅度關系，本發(fā)明可以用于確定三線三角形配置中的接錯線和/或篡改。
轉(zhuǎn)到如圖3D中所示的電度表10內(nèi)的上述關系的實現(xiàn)，微控制器16在步驟1070執(zhí)行信號器閃爍處理過程。最好在步驟1070中在這個處理期間執(zhí)行本發(fā)明的篡改檢測確定，從而可以由顯示器30提供適當?shù)闹甘?。具體地講，參考圖9，在步驟1200控制從步驟1070(圖3D)通過并到達篡改檢測處理。在步驟1202確定電度表10是否配置為一個2單元電度表。這可以通過檢查EEPROM 35中的配置信息或其它適當方法進行?？梢栽陔姸缺?0的制造期間給配置信息編程。如果電度表10沒有配置成2單元電度表，進程在步驟1028返回。否則，在步驟1204，確定V1(VA)是否存在。為了確定V1是否存在，ADC/DSP14測量相A電壓，并與一個預定閾值(例如，40伏)比較。如果電壓達到或超過這個預定閾值，那么認為V1存在。如果電壓降落到這個預定閾值以下，那么認為它不存在。如果V1不存在，那么處理過程在步驟1208返回。如果V1存在，那么在步驟1206，確定V3(VC)是否存在。這個確定以有關V1的相同方式進行。如果V3不存在，那么在步驟1208返回。
如果V3存在，那么在步驟1210，然后在步驟1212，確定V1與V3之間的相位差。如果相位差是180°，那么在步驟1214，電度表10將指示有關V2(相B或VB)的問題(即，篡改)。這種指示可以通過例如閃爍V2信號器(例如，圖8中LCD 30上所示的2)，或通過在LCD 30的數(shù)量顯示中指示一個預定的字母數(shù)字值(例如，100FF)進行這種指示。如果差不是180°，那么在步驟1216開啟LCD 30上的V1和V3的信號器(例如，圖8中LCD 30上所示的指示器1和3。要注意，在步驟1212的確定中，如果相位差是180°，那么最好在進行確定之前把V1-V3的結(jié)果旋轉(zhuǎn)到最近的30°(例如0,±30°,±60°,±90°,±120°,±150°或±180°)進行確定。然后在步驟1218處理過程返回，以繼續(xù)通過圖3的主循環(huán)。
除了上述步驟之外，在步驟1214，可以啟動微控制器16中的一個定時器，以跟蹤相B(VB)問題存在的時間周期。也可以存儲一個日期/時間標記?？梢园褧r間和日期信息用于客戶的用電記賬，和/或起訴/法律實施目的。
盡管上述篡改檢測技術是參照相B說明的，但也可以用于相A和C，或各相的組合。此外，其概念也可以在其中兩相電壓不是正常的180°間隔的其它配置中應用(例如，3線三角形，4線三角形，和4線星形服務)?？梢耘渲秒姸缺?0識別任何一相或兩相除去的時候，并遞增每相的定時器。當再連接該相時，定時器將被停止，并把該值保存在存儲器中。如果要再次檢測有關該相的篡改，定時器將從存儲在存儲器中的該相的時間再開始。因此，電度表可以提供停電時間的累加記錄?？梢员４嬉粋€電壓停止的記錄，該記錄保存部分電壓停止日期，部分電壓停止時間，相A累加停止時間，相B累加停止時間，和相C累加停止時間。
在記賬讀出完成，或通過清除電壓停止記錄和存儲值的清除命令時，清除存儲器中的存儲值和電壓停止記錄。表1測量公式Watt(瓦特)公式-3:Watts=KG(KAVA0IA0+KBVB1IB1+KCVC2IC2)]]>-2:Watts=KG((KAVA0-KBVB0)IA0+(KCVC2-KDVB2)IC2)]]>-8:Watts=KG(KAVA0IA0-(KBVA0IB0+KDVC2IB2)+KCVC3IC2)]]>-7:Watts=KG(KAVA0IA0-KBVA0IB0+KCVC2IC2)]]>注意下標表示輸入的相。下下標表示其中進行抽樣的A/D循環(huán)。對-7應用的Va實際上是線與中性線電壓。VA(伏安)公式-3:VA=KG(KAVA0rmsIA0rms+KBVB1rmsIB1rms+KCVC2rmsIC2rms)]]>-2:VA=KG((KAVA0-KBVB0)rmsIA0rms+(KCVC3-KDVB2)rmsIC2rms)]]>-8:VA=KG(KAVA0rmsIA0rms+(KBVA0rms+KDVC2rms)2IB0rms+KCVC2rmsIC2rms)]]>-7:VA=KG(KAVA0rmsIA0rms+KBVA0rmsIB0rms+KCVC2rmsIC2rms)]]>RMS測量是在一個線周期上作出的，并且最好在每個電壓的過零點開始。VAR(無功伏安)公式VAR=VAA2-WattA2+VAB2-WattB2+VAC2-WattC2]]>其中下標與Watt和VA的Ⅰ項相關，并且如下所示，計算在每一周期進行-3:VAR=KG(KA(VA0rmsIA0rms)2-(ΣzerocycleVA0IA0)2+]]>KB(VB1rmsIB1rms)2-(ΣzerocycleVB1IB1)2+KC(VC2rmsIC2rms)2-(Σzerocyc;eVC2IC2)2)]]>-2:VAR=KG(((KAVA0-KBVB0)rmsIA0rms)2-(Σzerocycle(KAVA0-KBVB0)IA0)2+]]>((KCVC2-KDVB2)rmsIC2rms)2-(Σzerocycle(KCVC2-KDVB2)IC2)2)]]>-8:VAR=KG(KA(VA0rmsIA0rms)2-(ΣzerocycleVA0IA0)2+]]>(12(KBVA0rms+KDVC2rms)IB0rms)2-(Σzerocycle(KBVA0IB0+KDVC2IB2))2+]]>KC(VC2rmsIC2rms)2-(ΣzerocycleVC2IC2)2)]]>-7:VAR=KG(KA(VA0rmsIA0rms)2-(ΣzerocycleVA0IA0)2+]]>KB(VA0rmsIB0rms)2-(ΣzerocycleVA0IB0)2+KC(VC2rmsIC2rms)2-(ΣzerocycleVC2IC2)2)]]>為上述公式，使用以下定義-2代表3線三角形應用中的2單元；-3代表4線星形應用中的3單元；-8代表4線星形應用中的2單元；-5代表3線三角形應用中的2單元；-7代表4線三角形應用中的2單元。
要注意，提供上述示例僅是為了說明的目的，不應將其認為是對本發(fā)明的限制。盡管本發(fā)明是參考優(yōu)選實施例說明的，但應當理解這里使用的字詞是說明和解釋的字詞，而不是限制。此外，盡管在這里本發(fā)明是參考特定的裝置、材料和實施例說明的，但本發(fā)明并不限于這里公開的特定裝置、材料和實施例；而是，本發(fā)明包括附屬權利要求范圍內(nèi)的所有功能等價的結(jié)構(gòu)、方法和應用。熟悉本領域的人員在閱讀了本說明之后，可以對本發(fā)明作出多種修改和改變，而在其各方面不脫離本發(fā)明的范圍和精神。
權利要求
1．一種用于確定多相電子測量設備中缺少共同參考電壓的裝置，所述電能測量設備接收具有多相的電能，所述裝置包括接收所述電能的多個電壓相和所述共同參考電壓的電壓輸入電路，所述電壓輸入電路輸出指示每個所述電壓相和所述共同參考電壓的多個電壓信號；和接收所述電壓信號并確定有關所述多個電壓相的相信息的處理系統(tǒng)，其中所述處理系統(tǒng)根據(jù)至少所述相信息確定缺少所述共同參考電壓。
2．根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述電壓信號每個都具有與所述電能的所述電壓相的對應相實際相同的相角。
3．根據(jù)權利要求2所述的裝置，其中從所述相信息確定兩個預定電壓相之間的差。
4．根據(jù)權利要求3所述的裝置，其中所述多個電壓相包括“A”相，“B”相和“C”相，其中所述差是在所述“A”相與所述“C”相之間測量的。
5．根據(jù)權利要求4所述的裝置，其中所述共同參考電壓是所述“B”相或中性點，并且所述差是180°。
6．根據(jù)權利要求4所述的裝置，其中所述電子測量設備是配置用于測量在3線三角形連接，4線星形連接，4線三角形連接和網(wǎng)絡配置中的電能用量。
7．根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述電壓輸入電路包括多個分壓器電路，每個用于接收所述多個電壓相的一個對應相。
8．根據(jù)權利要求7所述的裝置，其中所述處理器包括第一處理器和第二處理器，所述第一處理器包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)字信號處理器，和所述第二處理器包括微控制器。
9．根據(jù)權利要求8所述的裝置，其中所述第二處理器執(zhí)行預定的一系列操作，和其中所述預定的一系列操作中的一個包括確定所述多個電壓相的兩個預定相之間的差，以確定所述共同參考電壓的缺少。
10．根據(jù)權利要求9所述的裝置，其中如果所述差是180°，那么所述第二處理器確定所述共同參考電壓缺少。
11．根據(jù)權利要求1所述的裝置，進一步包括操作地連接于所述處理器的顯示器，其中所述顯示器根據(jù)所述處理器輸出的信號指示是否缺少所述共同參考電壓。
12．根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述裝置確定所述共同參考電壓在所述電能測量設備中缺少的時間長度。
13．根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述電能電度表包括2單元電度表。
14．一種用于在多相電能測量設備中確定共同參考電壓缺少的裝置，所述多相電能測量設備接收具有多相的電能，所述裝置包括多個分壓器電路，用于接收所述電能的多個電壓相和所述共同參考電壓，所述分壓器電路輸出指示所述多個電壓相和所述共同參考電壓的電壓信號；包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器/數(shù)字信號處理器的第一處理器，所述第一處理器接收所述電壓信號并根據(jù)所述電壓信號輸出電位指示器信號和相信息；包括接收所述電位指示器信號和所述相信息并根據(jù)所述電位指示器信號和所述相信息確定是否缺少所述共同參考電壓的微控制器的第二處理器；和連接到所述第二處理器，根據(jù)所述第二處理器的輸出信號指示所述共同參考電壓缺少的顯示器。
15．根據(jù)權利要求14所述的裝置，其中所述多個電壓信號的每個具有與所述電能的對應電壓相實際相同的相角。
16．根據(jù)權利要求15所述的裝置，其中所述特征是所述電壓信號的兩個預定相之間的差。
17．根據(jù)權利要求16所述的裝置，其中所述多個電壓相包括“A”相，“B”相，和“C”相，其中所述差是在所述“A”相與所述“C”相之間測量的。
18．根據(jù)權利要求17所述的裝置，其中所述共同參考電壓是所述“B”相或中性點電壓，并且所述差是180°。
19．根據(jù)權利要求18所述的裝置，其中所述多相電能測量設備包括2單元電度表，并且所述電能測量設備配置為測量3線三角形連接，4線星形連接，4線三角形連接和網(wǎng)絡配置中的一個中的電能用量。
20．一種確定2單元電度表中共同參考電壓缺少的方法，所述2單元電度表包括顯示器，所述方法包括通過測量每個相的電位確定電壓相的存在；計算所述電壓的兩個選定相之間的差；確定所述差是否是預定量；和如果所述差等于所述預定量，在所述顯示器上指示在所述2單元電度表中缺少所述共同參考電壓。
21．根據(jù)權利要求20所述的方法，其中所述通過測量每相的電位確定電壓相的存在包括將每相與預定閾值比較；和如果每相的電壓至少是所述預定閾值，那么認為該相存在。
22．根據(jù)權利要求20所述的方法，其中所述預定量是180°。
23．根據(jù)權利要求20所述的方法，進一步包括確定在所述電能測量設備中所述共同參考電壓缺少的時間長度。
全文摘要
一種用于確定一個2單元電子電度表(14)中參考電壓缺少(指示可能的篡改)的裝置,包括一個用于從電壓和電流信號確定電功率的處理器(16),和一個用于指示電度表(14)操作狀態(tài)的顯示器。為了確定在一個3線三角形連接或網(wǎng)絡安裝中的電度表(14)的參考電壓是否失去,測量兩個相之間的相角差值。如果相位差等于一個預定值,那么電度表在顯示器(30)上指示參考電壓的失去,和可能發(fā)生了篡改。裝置可以進一步適用于確定一個時間長度,該時間長度是表示已經(jīng)達到可以通知適當?shù)姆珊陀涃~機構(gòu)的條件。
文檔編號G01R22/00GK1300369SQ99806135
公開日2001年6月20日 申請日期1999年5月14日 優(yōu)先權日1998年5月15日
發(fā)明者斯科特·T·赫爾茲克勞, 愛德華·拜羅塞特 申請人:Abb動力T&D股份有限公司