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电能表以及功率监视系统

阅读:811发布:2021-06-10

专利汇可以提供电能表以及功率监视系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种 电子 仪表技术领域的 电能 表以及功率监视系统,所述的 电能表 具有两个模 块 : 传感器 模块和通讯模块,两个模块由一个 微处理器 进行控制。传感器模块完成对电参数的 采样 和计算,通讯模块完成与传感器模块数据交换并通过TCP/IP协议栈进行网络通讯处理。所述的功率监视系统包括:具有传感器模块和通讯模块的电能表以及用户监视装置,用户监视装置有电能表管理模块,用于显示并储存通过网络从所述通讯模块接收到的数据,并对电能表进行管理。该电能表能够同时对多个独立的电器设备进行监视和控制。该电能表具有Web 服务器 和功率监视系统,能够通过因特网传送采集到的电参数,能够长时间收集电参数并保存到用户监视装置上。,下面是电能表以及功率监视系统专利的具体信息内容。

1.一种电能表,其特征在于包括:
传感器,用于对电气设备的电压电流信号进行采样处理、并利用所采样的  测定值进行电流值、电压值、功率值的运算处理;
通讯模块,用于与所述传感器模块进行数据交换并通过TCP/IP协议栈进行网 络通讯处理;其中,
在所述传感器模块所进行的电压、电流的采样和运算处理以及在所述通讯模块 所进行的与所述传感器模块的数据交换和网络通讯处理是由一个微处理器进行控 制,
所述微处理器根据电源周期调节对电压电流信号进行采样处理的时间间隔,并 且所述微处理器根据电源周期以及采样处理间隔,对电流值、电压值、功率值进 行修正;所述微处理器根据所采样的电流或电压的最终测定值,对电流值、电压 值、功率值进行修正。
2.如权利要求1所述的电能表,其特征在于:所述微处理器,当执行对所述 电压和电流进行采样处理进程P1时,所述运算处理进程P2以及所述通讯模块与 传感器模块的数据交换和网络通讯处理进程P3处于就绪状态;当执行所述运算处 理进程P2时,对所述电压和电流进行采样处理进程P1以及所述通讯模块与传感 器模块的数据交换和网络通讯处理进程P3处于就绪状态;当执行所述通讯模块与 传感器模块的数据交换和网络通讯处理进程P3时,对所述电压和电流进行采样处 理进程P1以及所述运算处理进程P2处于就绪状态。
3.如权利要求2所述的电能表,其特征在于:所述传感器模块能对相互独立的 多个电气设备的电压电流信号进行采样处理;
所述微处理器按时间差进行分时采样处理P1、P1’、P1”,所述的传感器模 块中包括切换模块,用于切换需要进行电压电流信号采样处理的电气设备;所述 微处理器在进行所述运算处理进程P2或所述通讯模块与传感器模块的数据交换和 网络通讯处理进程P3之前切换需要进行电压电流信号采样处理的电气设备。
4.如权利要求1或2或3所述的电能表,其特征在于:所述微处理器的电路板 包括电源电路、模拟电路和数字电路,所述电源电路和模拟电路以及数字电路具 有共同的连接点;所述模拟电路,其包含的放大器电路为差动放大器电路。
5.如权利要求1所述的电能表,其特征在于:所述通讯模块还具有Web服务器, 在所述Web服务器网页上能更新测量的功率参数。
6.一种包含权利要求1所述的电能表的功率监视系统,其特征在于包括:具有 传感器模块和通讯模块的电能表以及用户监视装置,其中,
所述用户监视装置具有电能表管理模块,用于显示并储存通过网络从所述通讯 模块接收到的数据,并对电能表进行管理。
7.如权利要求6所述的功率监视系统,其特征在于:所述电能表管理模块,能 长时间在所述用户监视装置上执行,并收集从所述电能表通讯模块的Web服务器 传送的数据,所述用户监视装置中具有记忆模块,并能存储所述测定值以及测定 当前时刻在记忆模块上。
8.如权利要求7所述的功率监视系统,其特征在于:所述的记忆模块,记录电 能表的长期运行情况和从电能表传送到电能表管理模块的电参数,同时通过表格 和图形的方式展示记忆的内容;所述电能表管理模块,能在所述用户监视装置上 设定收集数据开始时间、收集数据停止时间以及收集数据时间间隔。

说明书全文

技术领域

发明涉及电子仪表技术领域,具体是一种电能表以及功率监视系统,即能 够进行电测量处理、计算处理、网络通信处理的电能表以及具备该电能表的功 率监视系统。

背景技术

为了降低电能的使用量,有必要正确并低成本地测量出每一个电器设备或者 对建筑物的每一个特定范围的电能消费量。目前,作为测量用电设备功率的电能 表有一种配有微处理器的数字式功率表。如日本专利文献5-172859所示,拾取输 入电压波形和输入电流波形进行A/D转换,根据转换后的电压和电流数据求出瞬态 功率值,然后计算采集信号期间的平均功率值,平均功率值和时间的乘积即为电 能值。数字式功率表能够进行数值采样处理以及电能运算处理,其特征为能够简单 地实现多制式,且比机械式感应功率表精度高。
但是,上述数字式功率表没有远程控制功能,所以必须去现场读取电器设备的 电能使用情况。此外,对输入电压波形和输入电流波形不是连续采样,而是每隔 一定间隔进行采样,所以所采样的数据上有可能会出现误差。

发明内容

本发明的目的是在于针对现有技术中的不足,提供一种电能表以及功率监视 系统,使其能够通过因特网监视和控制电器设备的电力使用量,具有高精度低成 本的特点。
本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明的第1个方面所提出的电能表具有传感器和通讯模块。传感器模 块,用于对电气设备的电压电流信号进行采样处理、并利用所采样的测定值进行 电流值、电压值、功率值的运算处理。通讯模块,用于与所述传感器模块进行数 据交换并通过TCP/IP协议栈进行网络通讯处理。在所述传感器模块所进行的电压、 电流的采样和运算处理以及在所述通讯模块所进行的与所述传感器模块的数据交 换和网络通讯处理是由一个微处理器进行控制。
通常,电能表的传感器模块是由一个微处理器进行电压电流信号采样处理、 并利用所采样的测定值进行电流值、电压值、功率值的运算处理。通讯模块是由 另一个微处理器进行控制,完成与传感器模块数据交换并通过TCP/IP协议栈进行 网络通讯处理。
但是,本发明第1个方面所提出的电能表中传感器模块和通讯模块共用一个 微处理器,即由一个微处理器进行传感器模块的电压电流信号采样处理、并利用 所采样的测定值进行电流值、电压值、功率值的运算处理以及通讯模块的与所述 传感器模块进行数据交换和网络通讯处理。因此大大降低了电能表的价格。
本发明的第2个方面所提出的电能表中,当所述微处理器执行对所述电压和 电流进行采样处理进程(P1)时,所述运算处理进程(P2)以及所述通讯模块与传感 器模块的数据交换和网络通讯处理进程(P3)处于就绪状态,当执行所述运算处理 进程(P2)时,对所述电压和电流进行采样处理进程(P1)以及所述通讯模块与传感 器模块的数据交换和网络通讯处理进程(P3)处于就绪状态,当执行所述通讯模块 与传感器模块的数据交换和网络通讯处理进程(P3)时,对所述电压和电流进行采 样处理进程(P1)以及所述运算处理进程(P2)处于就绪状态。
所述微处理器具有Flash存储器和RAM。由直接读取存储器(DMA)的采样模 式进行电压和电流的采样处理进程。在此,电压和电流采样处理进程(P1),运算 处理进程(P2)以及通讯模块与传感器模块的数据交换和网络通讯处理进程(P3)分 别通过中断程序而启动,从而实现了由一个微处理器实现P1,P2,P3的进程。
本发明的第3个方面所提出的电能表,传感器模块能对相互独立的多个电气 设备的电压电流信号进行采样处理;所述微处理器对多个电气设备按时间差进行 采样处理(P1,P1’,P1”)。在这里不只对一个电器设备的电能数据进行测量, 还能对相互独立的多个电气设备的电压电流信号进行采样处理。所以可以提高电 能表的使用效率。
本发明的第4个方面所提出的电能表,传感器模块还包括切换部,用于切换 需要进行电压电流信号采样处理的电气设备;所述微处理器在进行运算处理进程 (P2)或网络通讯处理进程(P3)之前切换需要进行电压电流信号采样处理的电气设 备。在这里从多个电器设备中对指定的电器设备执行电压和电流采样处理进程(P1) 时,先由切换部进行电器设备的切换以指定将要进行运算处理进程(P2)或网络通 讯处理进程(P3)的电器设备。
本发明的第5个方面所提出的电能表,所述微处理器根据电源周期调节对电 压电流信号进行采样处理的时间间隔。
在本发明中用一个微处理器进行传感器模块的电压电流信号采样处理和运算 处理以及通讯模块的与所述传感器模块进行数据交换和网络通讯处理。所以对输 入电压波形和输入电流波形的采样不是连续采样,而是对它们按一定间隔进行采 样,所以在采样的数据上有可能会出现误差。在此,根据电源周期调节对电压电 流信号进行采样处理的时间间隔,求得最适合的采样间隔。按照这个采样间隔去 采样,可以最低限度地抑制因间隔采样所带来的数据误差。
本发明的第6个方面所提出的电能表,所述微处理器根据电源周期以及采样 处理间隔,对电流值、电压值、功率值进行修正。
在这里为了抑制因间隔采样所带来的数据误差,对电流值、电压值、功率值 进行修正。这时根据电源周期和采样间隔对电流值、电压值、功率值进行修正, 可以最低限度地抑制了因间隔采样所带来的数据误差,从而提高了电能表的精度。
本发明的第7个方面所提出的电能表,所述微处理器根据所采样的电流或电 压的最终测定值,对电流值、电压值、功率值进行修正。在这里为了抑制因间隔 采样所带来的数据误差,所述微处理器控制成根据所采样的电流或电压的最终测 定值,对电流值、电压值、功率值进行修正。从而能得出最恰当的修正值,因而 提高了电能表的精度。
本发明的第8个方面所提出的电能表,微处理器的电路板包括电源电路、模 拟电路和数字电路,其中,电源电路和模拟电路以及数字电路的地线具有共同的 连接点。
在这里,例如电源电路的接地点和模拟电路的接地点以及数字电路的接地点 作为共同的连接点连到接地点上。假如各个接地点连接在不同的接地点,容易产 生因接地点不同而发生的误差。微处理器的电路板的电源电路和模拟电路以及数 字电路具有共同的连接点。从而抑制了连接点间发生的误差,也提高了电能表的 精度。
本发明的第9个方面所提出的电能表,所述模拟电路,其包含的放大器电路 为差动放大器电路。
本发明的第10个方面所提出的电能表,通讯模块还具有Web服务器,在Web 服务器网页上可更新测量的功率参数。
在这里因电能表的通讯模块具有Web服务器,可以通过因特网传送电能表测 量的功率参数。
本发明的第11个方面所提出的功率监视系统,包括:具有传感器模块和通讯 模块的电能表以及用户监视装置,其中用户监视装置还具有电能表管理模块,用 于显示并储存通过网络从所述通讯模块接收到的数据,并对电能表进行管理。
本发明的第12个方面所提出的功率监视系统,电能表管理模块可在用户监视 装置上执行,且由电能表通讯模块的Web服务器通过网络传送到用户监视装置上 执行。
本发明的第13个方面所提出的功率监视系统,用户监视装置还包括记忆模块, 记忆模块记录电能表的长期运行情况和从电能表传送到电能表管理模块的电参 数,同时可以通过表格和图形的方式展示记忆的内容。且电能表管理模块可长时 间在用户监视装置上执行,并收集从电能表通讯模块的Web服务器传送的数据并 保存。
本发明的第14个方面所提出的功率监视系统,电能表管理模块可在用户监视 装置上设定收集数据开始时间、收集数据停止时间以及收集数据时间间隔。
本发明的第15个方面所提出的功率监视系统,电能表管理模块可将测定值以 及测定当前时刻储存在所述用户监视装置的记忆模块上。
本发明的第11个方面至第15个方面所提出的功率监视系统,包括:具有传感 器模块和通讯模块的电能表以及用户监视装置。其中,用户监视装置还具有电能 表管理模块,可显示通过网络从通讯模块所收到的数据,且可保存和运算上述数 据。从而通过网络实现本发明的第1个方面至第10个方面所提出的记载的任何一 种电能表的管理。
附图说明
图1中,(a)为电能表的外观图,(b)传感器连接部放大图。
图2为多功能电能表的原理示意图。
图3为多功能电能表的电器电路模块关系图。
图4中,(a)为电压信号和电流信号的波形图,(b)为电压脉冲信号图。
图5为电压信号和电流信号的采样过程图。
图6为电压信号的信号周期图。
图7中,(a)为电压脉冲信号图,(b)为电压信号和电流信号的采样误差图, (c)为(b)虚线部分放大图。
图8为功率监视系统示意图。
图9为功率监视系统通迅模式图。
图10为从多功能电能表Web服务器下载的画面。
图11为电器电路的种类及PT/CT率的显示画面。
图12为累计有效功率/累计无效功率复位时的界面。
图13为收集数据时的界面。
图14为配置IP地址界面。
图15为Web服务器上载界面。
上述图中,1电能表主体外壳,2通道1电流互感器CT,3通道1变压器PT, 4通道2变压器PT,5RJ-45接口,6通道2电流互感器CT,7通道2电流互感 器CT,8网络连接线,9单相两线电力线,10三相三线电力线,11PT和CT连 接部,12传感器模块,13通讯模块,14微处理机模块电路,15存储器模块电 路,16开关电源模块电路,17网络接口模块电路,18信号处理模块电路,18a电 路1的信号处理电路,18b电路2的信号处理电路,18c电路1和电路2的切换 电路,19电压信号,20电流信号,21电压脉冲信号,22读取电路类型和PT/CT 率的图标,23设置电路类型和PT/CT率的图标,24复位有用功/无用功的图标, 25图标显示区,26显示当前通道电路类型的图标,27通道选择图标,28当前时 间,29当前值,30累计值,31多功能电能表的个数选择图标,32多功能电能 表的IP地址输入区,33时间设置区,34保存文件的路径设置区,35启动和停 止按钮,36状态条,60微处理机,80用户监视装置,100电能表,200功率监 视系统。

具体实施方式

下面,结合附图以及实施例来说明有关本发明的电能表和功率监视系统。
图1为,能够同时测量单相两线电路和三相三线电路的电能表100的外观图。 电能表主体外壳1上设有多个连接点11。在这里单相两线的电器回路的电流传感 器2和变压器3以及单相三线的电器回路的电流传感器6,7和变压器4分别通过 电线连接到连接部11上。
图1(a)所示,单相两线和单相三线是互相独立的通道。用户监视装置可根据 需要设定电器设备的电路类型,比如说单相两线和单相三线以及三相三线。当电 力线电压9,10小于240V时,图1(a)中的变压器3,4可以省略。电流互感器2, 6,7为如图1(b)所示的钳形互感器,用户不需要断开电力线的绝缘层,只需把钳 形互感器夹到电力线上即可。
此外,该电能表可以单独测定任意的通道。这时不必输入不需测定的通道的 信号。再者,该电能表不需要额外的电源,通道1或通道2的电压输入同时可作 为电能表电源模块的输入。
如图2为电能表100的系统方框图。如图2所示,电能表100主要由两部分 组成:传感器模块STIM 12和通讯模块NCAP 13。
传感器模块STIM 12包括:电流变流器CT2,6,7、变压器PT 3,4、电子 数据库TEDS 12a、数据交换寄存器12b、电参数计算器12c、模拟信号调理器12d, 并负责对用电设备的电参数拾取、采样和计算,同时负责对电能表的管理。用电 设备的电信号(电流和电压)由传感器通过电流变流器CT 2,6,7及内藏变压器得 到交流弱信号。
所输入的交流弱信号通过模拟信号调理器12d转化成0~5V的直流信号。电 参数计算器12c对0~5V的直流信号进行采样,并根据采样的电压瞬时值和电流 瞬时值计算电压有效值、电流有效值、功率因数、频率、有用功率、无用功率、 有用功和无用功。传感器电子数据库TEDS 12a完成对电能表工作状况的管理,如 配置电能表IP地址,设置电能表当前所测量用电设备的电路类型、使用变压器和 电流互感器的比率,用电设备用电量的管理等。
通讯模块NCAP 13具有数据交换寄存器13a,TCP/IP协议处理器13b,网页服 务器13c,TCP/IP协议栈13d,网络控制器13e,并负责电能表与客户端的数据交 换,以及进行网络通信。
网络控制器13e实现电能表与Ethernet(以太网)的物理接口,接收和发送 网络数据。TCP/IP协议栈13d是实现地址解析协议ARP、网际协议IP、用户数据 报协议UDP、网络控制消息协议ICMP、传输控制协议TCP和超文本传输协议HTTP, 解析和打包网络数据。
当接收数据时,TCP/IP协议处理器13b从网络控制器13e的接收缓冲区读出 数据包,经过链接层、网络层、传输层和应用层对数据包进行解析;当发送数据 时,TCP/IP协议处理器13b对待发送的数据经过相反的过程进行添加报头,把字 符和数据打包成发送的数据包,送到网络控制器13e的发送缓冲区,启动发送命 令完成发送。网页服务器13c负责网页的管理和把网页需要的文本保存到保存装 置上,保存装置是指FLASH存储器等。
在这里传感器模块12和通讯模块13共用一个微处理器60。微处理器60进行 数据的演算处理(p2)以及通讯模块和传感器模块之间的数据交换处理以及网络 通讯处理(p3)。
图3为电能表100的传感器模块的硬件电路。如图3所示,电能表100的传 感器模块主要有以下几部分组成:开关电源模块电路16、存储器模块电路15、CPU 模块电路14、网络接口模块电路17和信号采样处理模块电路18。
在这里开关电源模块电路16和CPU模块电路14以及信号采样处理模块电路 18利用共有的连接点来接地的。还有信号采样处理模块电路18的放大器电路为 差动放大器电路。
此外,开关电源模块电路16和CPU模块电路14以及信号采样处理模块电路 18使用了互相不影响的模拟电路用的电源和地以及数字电路用的电源和地。模拟 电略用的电源和数字电路用的电源使用了共有的连接点来连接。而且模拟电路用 的地和数字电路用的地也使用了共有的连接点来连接。换句话说,使用了一个地 连接点。从而增强了模拟电路和数字电路的独立性,也可以减少不必要的乱码进 入到其他部分的电器电路上,实现了信号处理电路的稳定性
此外,设在信号采样处理部输入端,用于放大输入信号的电路为差动放大器 电路。
如图2所示的外部电流传感器2,6,7里取得的0~30mA的交流电流信号和以 及由内藏变压器所取得的交流弱电压信号,经过模拟信号调理12d后转换成0V~5V 的弱电信号。切换电路18c按照微处理器60的命令,将CPU模块电路14的I/O 口控制在电路118a或者电路218b之间进行切换,
微处理器60设定对通道1和通道2进行采样处理以及A/D变换处理的时间间 隔,并对采样后的数据进行演算处理,并计算得到电参数值。CPU模块电路14实 现电参数的采样、计算和TCP/IP协议栈。存储器模块电路15由512K的FLASH存 储器和32K的RAM存储器组成,FLASH和RAM存储器分别用来存储英文、中文两 种语言的网页和临时数据。网络接口模块电路17完成电能表与Internet的物理 接口,实现电能表100和外界的信息交换。开关电源模块以通道1的电压为输入, 通过整形、滤波等电路产生5V的恒流电作为电能表的电源。
图4(a)所示的是,由电流变流器CT 2,6,7所得到的电流信号的波形和 由变压器PT3,4所得到的电压信号的波形。图中,19表示电压信号,20表示电 流信号。图4(b)所示的是,把电压信号通过演算放大电路,脉冲整形之后生成 的脉冲信号21。该脉冲信号传送到微处理器的外部中断引脚,在信号电平的下降 沿微处理器产生中断,在中断程序中激活采样处理进程(P1)。中断复位初始化之 后,通过微处理器60进行数据的演算处理(P2)以及通讯模块和传感器模块进行 数据交换以及进行网络通讯处理(P3)。
图4中,由电压信号19产生的同步脉冲信号21作为微处理器60计数器的信 号源。在复位初始化后,IP电能表的3个进程P1,P2,P3都处于待机就绪状态。 等到电压信号的第一个周波到来,也就是t0时刻,微处理器外部中断引脚发生电 平跳变而产生中断。在中断程序中,置采样标志为1,激活电压电流信号采样进 程(P1)。在电压信号19的第一个周波,微处理器60对通道118a的电压信号19 和电流信号20进行采样,把采样的数值保存到RAM存储器中。在采样进程(P1) 处于执行状态时,进程P2和P3处于就绪状态。在t1时刻,微处理器60外部中断 引脚的电平再次发生跳变产生中断,在中断程序中采样标志变为0,同时设置电 参数计算标志为1,进程P2处于执行状态,进程P1、P3处于就绪状态。微处理 器60根据采样的电压信号、电流信号瞬时值计算电压有效值、电流有效值等八个 电参数值。电参数计算结束后,保存有用功率、无用功率的累积值到微处理器的 内部数据Flash存储器内。
在t2时刻,电参数计算标志设置为0时,在随后的N-2电压周期内,电压电 流信号采样进程(P1)和电参数计算并保存进程(P2)都处于就绪状态,网络通讯进 程(P3)处于执行状态,微处理器60响应来自客户端的请求进行通讯处理。时刻t2 是个不确定的值,根据电压信号频率和计算量的大小,电参数计算的时间在1个 或2个周波之内。N-2个周波的网络通讯结束后,微处理器60切换到另外一个通 道做同样的处理。这样周而复始的循环,采用一个微处理器按时间分割的方法实 现了电压电流信号的采样(P1)、电参数的计算和保存(P2)、网络通讯(P3)三个进 程。
图5表示电压电流信号采样(P1)进程。在此,19’为电压信号,20’为电流 信号。在外部中断程序中置采样标志为1后,启动微处理器的定时器,定时时间 为ΔT,模式为连续装载模式。定时时间到达时产生定时器中断,在定时器中断程 序中启动微处理器的DMA采样,对电压信号和电流信号进行连续采样。采样结束 后保存采样结果到指定的存储器空间。然后等待下一个定时器中断,等到下一个 定时器中断发生时启动下一次DMA来采样,直到采样标志被清除为止。在此,以 电流信号采样泄漏的修正来说明电压信号以及电流信号的采样泄漏的修正方法。
下面以电压为例,说明补偿电压信号以及电流信号的采样误差的修正方法。
通常,连续的电压信号的实际值u是根据下面的计算式(1)计算:
U = 1 T 0 T u 2 dt - - - ( 1 )
离散化后,电压的有效值(2π周期内的采样数为N)是根据下面的计算式(2) 计算:
U = Σ i = 1 N u i 2 N - - - ( 2 )
在式(2)中,电压信号u的信号周期设定为如图6所示均匀分成N个采样周 期。但是实际的使用环境中,输入信号不一定是很均匀,会产生偏差,还有信号 处理电路不稳定造成信号周期有微小的变化,所以很难保证信号周期T均分为N 个采样周期。因而用计算式(2)来计算的话,容易发生误差。也就是图7所示的 采样误差。图7(a)表示电压信号的脉冲信号。图7(b)里19a表示电压信号, 19b表示电流信号。图7(c)中斜线部分为把图7(b)的虚线部分放大的图。在 图7(b)中电压和电流的信号周期并未被采样周期TS均分。也就是说,因t1和t2 的间隔比采样周期TS短,会发生采样误差。图7(c)的斜线部分A和B是各表示 电压信号的采样泄漏和电流信号的采样误差。
在此,通过计算式(3)来计算电流信号的实效值,可以修正电流信号的采样 误差,以此保证采样的精度。
U = 1 T 0 T i 2 dt
= 1 T [ Ts 2 ( i o 2 + i 1 2 ) + Ts 2 ( i 1 2 + i 2 2 ) + . . . + Ts 2 ( i N - 2 2 + i N - 1 2 ) + t 2 - t 1 2 ( i N - 1 2 + i N 2 ) ]
= 1 T [ Ts ( Σ i = 1 N - 2 i i 2 ) + Ts 2 i N - 1 2 + Ts 2 i 0 2 + t 2 - t 1 2 ( i N - 1 2 + i N 2 ) ] - - - ( 3 )
还有,从图7可知,i0=iN。当t2和t1间的间隔微小时,可以假定 从而从计算式(3)得到下面的计算式(4)。
U = 1 T [ Ts ( Σ i = 1 N - 1 i i 2 ) + ( t 2 - t 1 ) i N - 1 2 ]
= 1 Ts * ( N - 1 ) + ( t 2 - t 1 ) [ Ts ( Σ i = 1 N - 1 i i 2 ) + ( t 2 - t 1 ) i N - 1 2 ] - - - ( 4 )
在式(4)中,(t2-t1)为未知数,该未知数可利用T、Ts以及N计算。作为 另一种方法,为了计算t2和t1之间的间隔,可在外部中断发生时(t2)读取2进 制计数器的计算值。根据2进制计数器的计算值的增加,计算出t2和t1之间的 时间间隔。理论上说,根据上述的修正可以得到电流信号比较正确的值。
下面说明功率监视系统。图8所示的功率监视系统200包括电能表100和用 户监视装置80。电能表100具有图2里的传感器模块12和通讯模块13用户监视 装置80具有电能表管理模块,用于显示并储存通过网络从通讯模块13接收到的 数据,并对电能表进行管理。
图9表示的是用户的用户监视装置80和电能表100的网页服务器13c之间 的数据的交换过程。首先从用户监视装置80向电能表100的网页服务器13c发出 通信开始的请求,网页服务器13c得到通信开始的请求之后,上给用户监视装 置80回答。之后从用户监视装置80再一次发出数据传送的请求,网页服务器13c 得到数据传送的请求之后,马上给用户监视装置80传送数据并下载。之后用户监 视装置80里出现如图10的界面。
在网页的最上面是关于电能表配置的三个标签:读取电路类型和PT/CT率22、读 取电路类型和PT/CT率23、复位有用功/无用功24。
用户在用户监视装置80界面点击“读取电路类型和PT/CT率”22标签时,在 标签显示区25显示电能表两个通道的电路类型和PT/CT率。点击“设置电路类型 和PT/CT率”23标签在图11中标签显示区25显示如图10所示的界面,可以分 别设置电能表两个通道的电路类型和PT/CT率,通过下拉菜单对电路类型可以在 单相两线、单相三线和三相三线之间选择。点击“累计有用功/累计无用功的复位” 24标签在图12中标签显示区25显示如图10所示的界面,通过不同的组合对于两 个通道的累计值可以进行清零。通道选择27在电能表的两个通道之间进行选择, 当选定某个通道时,当前值29、累计值30显示为该通道的电参数值。为了提高电 能表的性能,以上客户端和电能表之间的数据交换都是通过UDP协议。客户端每 一秒钟通过UDP协议向电能表100请求一次数据传送的要求来更新网页上显示的 数据。
电能表管理模块可以采用“数据收集软件”(如图13)和“IP配置及网页上 载软件”(如图14和图15)。
“数据收集软件”用于长时间收集局域网上的电能表采集数据。该软件可以 在设置的时间段内收集用电设备的用电情况,并将数据存为CSV(电子表格)格式 的文件,便于用户对设备的维护。如图13所示的界面,该软件可以同时收集局域 网上的8个电能表的数据,在IP地址输入区32输入电能表的IP地址。在时间设 置区33可以设置收集的起始时间、终止时间和每收集一个数据的时间间隔。可以 随意选择保存文件的目录,每个电能表的数据保存为一个文件,文件名为起始时 间和电能表的IP地址的组合。每要收集一个数据,客户端发送一个UDP包到电能 表请求数据,电能表通过UDP协议把最新的电参数值发送到客户端。
如图14所示,“IP配置及网页上载软件”用来配置局域网上的任何指定电能 表100的IP地址。客户端通过设定电能表100的IP地址,利用IP地址与电能表 100进行通信。
作为通信端的电能表100得到基于IEEE1451标准的传感器模块12的电子数 据库TEDS(传感器电子数据库)的数据,以TEDS格式保存下来。电能表100所接 收的TEDS格式数据,用户通过网络通讯可在用户监视装置80上阅览。
例如,在电能表100的网页服务器13c内,,从TEDS格式的数据生成HTML格 式的数据,并通过HTTP通信,可以在用户监视装置80上阅览。这时,每发生TEDS 格式的数据的更新,电能表100也更新生成新的HTML格式的数据,并存储在存储 器模块15上。通过用户监视装置80对电能表100的网页服务器13c发出阅览请 求,以更新用户监视装置80内的数据。
此外,还可以通过JAVATM界面,用于实时表示电能表100的网页服务器 13c的TEDS格式的数据。用户监视装置80把所述的界面下载下来并执行,以此可 实时地通过用户监视装置80从电能表100的网页服务器13c上取得数据并可进行 阅览。
本发明与现有技术相比,具有以下效果:
本发明的第1方面所提出的电能表,可通过一个微处理器进行传感器模块中 电压、电流的采样和运算处理以及在通讯模块中与传感器模块的数据交换和网络 通讯处理。因此,可降低多功能电能表整体成本。
本发明的第2方面所提出的电能表,可通过一个微处理器实现P1、P2、P3的 处理:其中电压及电流值的采样处理P1、数据的运算处理P2、通讯模块与传感器 模块的数据交换和网络通讯处理P3,是通过各自的中断程序所激活。
本发明的第3方面所提出的电能表,不仅对一个电器设备的功率值进行测量, 同时可对各自独立的多个电器设备的电压及电流执行采样,可提高电能表的使用 效率。
本发明的第4方面所提出的电能表,是在多个电器设备中,对指定的电器设 备执行电压及电流值的采样处理P1时,首先通过切换模块进行电器设备的切换, 采样结束后执行运算处理P2或网络通讯处理P3的电器设备。
本发明的第5方面所提出的电能表,根据电源周期调整采样处理的时间间隔, 计算出最佳时间间隔,并根据该间隔执行采样处理,可将采样的误差降低到最低 限度。
本发明的第6方面所提出的电能表为,根据电源周期及采样间隔,对电流值、 电压值或功率值进行修正,可将采样值的误差降低到最低限度,并可提高多功能 电能表的精确度。
本发明的第7方面所提出的电能表为,根据所采样的电流或电压的最终测定 值,对电流值、电压值或功率值进行修正。因此,可获取最佳修正值,并可提高 多功能电能表的精确度。
本发明的第8方面所提出的电能表,使电源电路、模拟电路和数字电路具有 共同的连接点,可抑制连接点之间误差的发生,以此可提高多功能电能表的精确 度。
本发明的第9方面所提出的电能表为,模拟电路的放大器电路为差动放大器 电路。
本发明的第10方面所提出的电能表为,在多功能电能表上进一步配置Web服 务器,可通过网络传送由该电能表测量的功率参数。
本发明的第11至第15方面所提出的功率监视系统,包括具有传感器模块和 通讯模块的电能表以及用户监视装置,其中,用户监视装置还具有电能表管理模 块,用于显示并储存通过网络从所述通讯模块接收到的数据,并对电能表进行管 理。因此,可通过网络,对本发明的第1至第10方面所提出的任意一个功能进行 管理。
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