要应用于关口点或网口点。 目前三相多功能电能表主 2. 1 精选计量电路
要用于变电站、电厂及用作大用户的关口表, 作为电能
多功能电能表主要应用于变电站、电厂、大工业用
贸易结算与推动电力系统自动化的关键设备之一。 因 户等场合, 微小的计量误差会对电能计费、结算产生较
此, 三相多功能电能表有着广阔的市场前景。各种形式 的多功能电能表, 其核心是电能计量及微处理单元。项
大影响。 方案基于数字信号处理技术 (D SP ) , 实现高 速、高稳定性电能计量。计量芯片选用珠海矩力公司推
目旨在设计一种基于D SP 方案的具有高准确性、高灵 出的大规模集成电路A T T 7023, 该芯片内部由计量电
敏性、高稳定性与高可靠性的多功能电能表, 其主规约 定全满足DL T 645—1997 标准, 并可按用户需求方便
分, 然后进行平均得到的, 所以也称为平均功率, 计算
∫ 公式为P =
1 T
T
u ( t) i( t) dt。 显然有功功率的谐波处理
0
能力直接取决于电压、电流的采样速率。
3. 2 无功电能的谐波处理 按照无功电能测量原理来区分, 无功电能表基本
上可分为两类: 一类是传统的人为无功电能表, 另一类 是新型的自然无功电能表。
第 8 期增刊
电子式三相多功能电能表设计
289
控制下, 它是交互式进行的) 各种数据。 三相多功能电 能表工作原理框图如图 1 所示。
5 电表功能
5. 1 整体参数和功能
项目研制的电能表可精确地测量三相正向和反向
的有功、无功功率, 电压、电流和频率等电参数, 并依据
相应费率和需要量等要求进行数据处理。 该表可进行
第 26 卷第 8 期增刊 仪 器 仪 表 学 报 2005 年 8 月
电子式三相多功能电能表设计
廉小亲1 白莉萍2 金 亮1
1 (北京工商大学信息工程学院 北京 100037) 2 (北京富根智能电表有限公司 北京 102300)
摘要 详细阐述了基于D SP 技术的三相多功能电能表的设计方案。首先, 简要介绍了主要芯片的选型、电路选择。其次, 详细 探讨了电表设计中的关键技术, 最后介绍了电能表的工作原理以及其具有的功能。 关费率、4 个时区、10 个日段等设置, 并具有 R S485
通信接口和远动脉冲输出功能。其性能指标符合DL
T 614—1997《多功能电能表》和DL T 645—1997《多功
能电能表通信规约》电力行业标准对多功能电能表的
各种技术要求。 电表的基本参数见表 1。
表 1 电表主要参数
准确度等级 电能表类别
的移相方式的不同, 测量出来的无功功率与真无功功 率存在必然的误差, 特别是在谐波情况下。
基于 H ilbert 数字滤波器的无功功率测量方法, 不 仅能测量正弦电路中的无功功率, 而且能够在给定的 定义下, 也适合于测量含有谐波的非正弦电路中的无 功功率。 在含有谐波的情况下, 采用 H ilbert 滤波器法 测量的无功功率完全满足正弦式无功功率定义。
路、CPU 、存储器、L CD 显示驱动电路、外围逻辑电路 等 几 部 分 组 成。CPU 为 8051, 存 储 器 包 括: 2k +
地进行规约转换, 可形成不同地区、不同用户、不同需 256byte 可以由 CPU 直接寻址的 SRAM 、32kbyte 的
求的多功能电能表。
2 技术路线
多功能电能表的应用十分广泛, 各地区因使用场
4 工作原理
3 关键技术
3. 1 有功电能的谐波处理 对于电能计量, 当电压输入和负载电流均出现谐
波时, 就会产生谐波功率。 所以有功功率 P 通常可以 用基波有功功率 P1 和谐波有功功率 PH 之和表示:
P= P1+ PH 其中: P 1= U 1· I1·co s (Υ1)
Ph= U h· Ih·sin (Υh) PH = P2+ P3+ P4+ P5+ …… 通常有功功率是采用对电压、电流的乘积进行积
程序存储区 O T P M em o ry (直接地址访问) 等; 外围逻 辑电路包括 CPU 的接口模块 U A R T、SP I 接口、R TC 模块、W A TCHDO G 模块。 其中计量电路含有三路二 阶 2 - ∃ADC、基准电压源和有功功率与有功电能, 无 功功率, 电压有效值, 电流有效值及频率所需要的全部
D es ign of Three-pha se M ulti-functiona l Power M eter
L ian X iaoqin1 B a i L ip ing2 J in L iang1
1 ( Inf orm a tion E ng ineering C olleg e, B eij ing T echnology and B usiness U n iv ersity , B eij ing 100037, C h ina) 2 (B eij ing F ug en In tellig en t E nergy M eter L im ited C om p any , B eij ing 102300, C h ina)
新型自然无功电能表直接从无功的定义出发进行
测量, 又成正弦式无功电能表(或真无功电能表) , 主要
图 1 三相多功能电能表工作原理框图
电子式多功能电能表电源部分采用了线性调整及 调 频调宽混合降压技术 (PW FM ) , 在单相、三相供电 情况下都可工作; 电能表工作时, 电压、电流经互感器 采样电路分别采样后, 电压、电流模拟信号送至专用 D SP 计量芯片 (A T T 7023) 处理, D SP 与M CU 之间进 行电能量与电参数的交换, 同时, M CU 完成数据处 理、存储、控制及通讯等功能。 用户可随时通过各种操 作从电能表的外部接口得到(所有过程均在M CU 的
1 引 言
制的高准确性、稳定性及可靠性, 并力求各功能的模块
化设计及通信规约的兼容性设计。
电能表的发展已超过百年历程, 由于对电能计量
根据多功能电能表所应满足的国际标准、国家标
的高准确性、高灵敏性以及管理多样性与灵活性的要 准及用户需求状况, 在广泛进行市场调研、论证、分析
求, 人们研制、开发了多功能电能表。 多功能电能表主 的基础上, 确立如下技术路线。
有功 无功
额定电压 (V )
标定电流 Ib (A )
三相四线
0. 5S 1. 0
2. 0 3×220 380 3×1. 5 (6)
5. 2 计量功能 分时计量正、反向有功电能, 正、反向及四象限无
功电能。分别计量总计及四个费率的正、反向有功最大 需量以及最大需量出现时间, 并可根据编程所设置的 清需量日把最大需量及最大需量出现时间结算为本月 数据及上月数据; 最大需量计量为滑差步进式, 积分时 间为 1～ 60m in 可设置, 滑差时间可在 1～ 60m in 之间 任意设置。 5. 3 实时数据采集
Abstract T he design of th ree2p hase m u lt i2funct ional pow er m eter is p resen ted. F irst, the select ion of the key
ch ip set s and circu it s is in t roduced. T hen the key techno logies u sed in the pow er m eter design are discu ssed. L ast2
能够记录: 各相电压; 电流及频率; 各相有功、无功
方向; 各相及总有无功瞬时功率; 功率因数; 电能总量; 正反向有功总; 正、反相无功总; 四象限无功总量; 当前 有功需量。 当某一费率段的用电负荷超过该费率段规 定的功率限额 (可通过编程设置) 时, 电能表也会根据 设置的用户级别自动发出报警及跳闸信号, 当用电负 荷降下来以后, 电能表会自动解除报警跳闸信号; 另外 还可通过电能表的 R S485 通信接口远程人工发出报 警、跳闸信号及解除报警、跳闸信号。 5. 6 事件记录功能
总计及分相记录总失压时间, 失压起始时刻及失 压恢复时刻等与失压有关的数据。 并能记录事件发生 的次数及最近十次发生的时刻。 5. 7 停电抄表功能
在停电的情况下, 可通过红外照射或摁住按键, 实 现停电抄表。在停电抄表工作方式下, 可以通过按键切 换显示, 红外通讯正常工作, R S485 通讯方式禁用! 5. 8 全失压记时功能
合、负荷特性、管理模式等不同而各异。 但其核心是主 数字信号处理功能的电路。可以防止窃电。A T T 7023
288
仪 器 仪 表 学 报 第 2 6 卷
支 持 IEC687 1036 标 准 的 精 度 要 求, 在 动 态 范 围 1000: 1 内 误 差 小 于 011%。A T T 7023 系 统 时 钟 为 31579545M H z, 满足计量电路的时钟要求, 同时, 利用 分频, 最小可到 873k, 通过内部 PLL 倍频, 最大可到 2816M , 可以完全满足多功能电能表的各种不同需要。 A T T 7023 内建有L CD 显示驱动电路, 另外支持 8 位 8 段 L ED 的动态扫描输出, 同时能产生脉冲输出, 支持 两相两拍或者两相四拍计度器, 并且支持直接驱动两 路计度器, 达到最大限度地满足不同需要。 2. 2 确立微处理芯片
ly, the w o rk ing m echan ism and funct ion s of the pow er m eter are illu st rated.
Key words Pow er m eter D SP H arm on ic p rocessing
控芯片及计量电路, 重点解决电能计量、费率与时段控