專利名稱：無變送器的電力測(cè)量方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力網(wǎng)測(cè)量自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。
目前國內(nèi)外的電力遠(yuǎn)程終端裝置的遙測(cè)功能均依賴安裝在遠(yuǎn)程終端前的電力變送器來實(shí)現(xiàn)的，由電力變送器將待測(cè)電網(wǎng)強(qiáng)交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成弱直流模擬量或數(shù)字量，然后再送入遠(yuǎn)程終端裝置處理、計(jì)算和遠(yuǎn)傳有關(guān)電參數(shù)。
在當(dāng)前的現(xiàn)有技術(shù)中，有下述二種電力變送器(1)將交流模擬量轉(zhuǎn)換成直流模擬量的常規(guī)變送器目前這種常規(guī)電力變送器可分為電壓變送器、電流變送器以及三相有功、無功組合變送器三類。其電力變換能力可將0～100伏特的電壓或0～5安培的電流轉(zhuǎn)換出0～5伏特的電壓或0～10毫安培的電流。國內(nèi)外生產(chǎn)變送器的單位基本上是采用這種常規(guī)變送器技術(shù)。
(2)將交流模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的微機(jī)變送器這種電力變送器采用微處理器作為核心處理部件，對(duì)電力線上的電壓、電流進(jìn)行瞬時(shí)采樣并轉(zhuǎn)換成數(shù)字，然后送至遠(yuǎn)程終端裝置處理、計(jì)算和遠(yuǎn)傳有關(guān)電參數(shù)。
上述第一種常規(guī)電力變送器的缺點(diǎn)是其硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組成元件多，運(yùn)行穩(wěn)定性差，并且使得遠(yuǎn)程終端裝量的遙測(cè)精度受到變送器前置誤差和不穩(wěn)定因素的嚴(yán)重影響。另外，由于每一個(gè)被測(cè)的電氣量都需要一個(gè)常規(guī)變送器，所以一個(gè)遠(yuǎn)程終端裝置所需變送器多達(dá)100～200個(gè)，不僅耗資巨大，并且要占用一定面積的場(chǎng)地，對(duì)數(shù)目眾多的變送器的校驗(yàn)、維修也是一件頗為費(fèi)時(shí)費(fèi)力的事情。
上述第二種微機(jī)變送器雖然可以克服常規(guī)變送器技術(shù)所具有的精度不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，但仍局限于電力變送器與遠(yuǎn)程終端裝置分別設(shè)置、各司其職的形式，沒有實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程終端裝置與電力變送器的一體化，因而不能有效地降低整個(gè)電力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的成本。
本發(fā)明的目的在于為電力遙測(cè)提供一種無變送器的自動(dòng)測(cè)量方法和不需要電力變送器的電力參數(shù)自動(dòng)測(cè)量裝置。
本發(fā)明所采用的測(cè)量方法如下由設(shè)置在電力遠(yuǎn)程終端裝置內(nèi)的小型電壓互感器和小型電流互感器從電網(wǎng)的強(qiáng)交流電信號(hào)中獲取0～1伏的弱交流電壓信號(hào)，經(jīng)多路開關(guān)選擇，加至測(cè)量電路。
在測(cè)量時(shí)，先把從強(qiáng)交流電壓中獲取的弱交流電壓信號(hào)通過整形電路，變成方波信號(hào)，用微機(jī)測(cè)出它的周期T。然后分時(shí)選擇各路電壓信號(hào)，經(jīng)放大電路放大，再由全波整流電路整流，變成脈動(dòng)直流信號(hào)，加至雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)電路。微機(jī)在軟件的配合下，啟動(dòng)雙積分電路對(duì)該脈動(dòng)直流信號(hào)進(jìn)行一個(gè)周期(T)的積分并進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入微型計(jì)算機(jī)，由微機(jī)測(cè)算出被測(cè)電壓的平均值Vp，并按電工原理換算成交流電壓的有效值V。
在測(cè)量完各路交流電壓后，分時(shí)選擇由小型電流互感器從電網(wǎng)的強(qiáng)交流電流信號(hào)中獲取的弱電流信號(hào)，同上法測(cè)算出交流電流的平均值Ip，并按電工原理換算成交流電流的有效值I。在測(cè)量每路交流電流的同時(shí)，選擇與各路交流電流相對(duì)應(yīng)的交流電壓，把交流電壓和交流電流的弱電壓信號(hào)分別通過整形電路變成方波信號(hào)，用微機(jī)測(cè)算出它們兩者的相位差角φ。
最后由微機(jī)按照式(1)、(2)分別計(jì)算出被測(cè)交流電的單相有功功率P、單相無功功率Q，P＝V·I·cosφ (1)Q＝V·I·sinφ (2)再將三個(gè)單相有功功率求代數(shù)和作為三相有功功率P3，將三個(gè)單相無功功率求代數(shù)和作為三相無功功率Q3。三相電的功率因素PF3按照(3)式求得PE3=P3P32+Q32(3)]]>為了克服整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的溫度影響，在測(cè)量交流電壓和交流電流的平均值時(shí)，還使用了數(shù)字調(diào)零技術(shù)，即先測(cè)出被測(cè)的電壓量Vc1或電流量Ic1，然后在計(jì)算機(jī)的控制下，把測(cè)量電路的輸入端接地，測(cè)出這時(shí)的零點(diǎn)漂移值V0或I0，則消除了溫度影響后的電壓平均值Vp和電流平均值Ic分別按式(4)、(5)算出Vp＝Vc1-V0 (4)Ic＝Ic1-V0 (5)由于小型電流互感器的輸出信號(hào)存在著非線性，因此在上述測(cè)量過程中，還利用軟件按照式(6)、(7)分別對(duì)用小型電流互感器測(cè)得的交流電流平均值和相位差角進(jìn)行了非線性補(bǔ)償，Ip＝a4(Ic)4+a3(Ic)3+a2(Ic)2+a1(Ic)+a0 (6)φ＝b3(Ic)3+b2(Ic)2+b1(Ic)+b0+φc (7)式中a0～a4，b0～b3為固定常數(shù)，由實(shí)際使用的小型電流互感器的特性所決定，Ic為消除了溫度影響后的交流電流平均值，φc為實(shí)測(cè)的相位差角，Ip為補(bǔ)償后的交流電流平均值，φ為補(bǔ)償后的相位差角。
實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置框圖如附

圖1所示，包括微型計(jì)算機(jī)101，小型電壓互感器102，小型電流互感器103，電壓多路開關(guān)104，電流多路開關(guān)105，信號(hào)選擇電路106，放大電路107，全波整流電路108，雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路109，電壓信號(hào)整形電路110以及電流信號(hào)整形電路111，其特征是來自電力網(wǎng)的強(qiáng)交流電壓和強(qiáng)交流電流分別與小型電壓互感器102和小型電流互感器103的兩個(gè)輸入回路相接，小型電壓互感器102和小型電流互感器103的輸出分別連至電壓多路開關(guān)104和電流多路開關(guān)105的輸入端，這兩個(gè)多路開關(guān)的輸出端與信號(hào)選擇電路106的兩個(gè)輸入端相連，信號(hào)選擇電路106的輸出端連至放大電路107的輸入端，放大電路107的輸出端接至全波整流電路108的輸入端，全波整流電路108的輸出端與雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路109的輸入端相接，雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路109的輸出接至微型計(jì)算機(jī)101的數(shù)據(jù)輸入口。電壓多路開關(guān)104和電流多路開關(guān)105的輸出端還分別與電壓信號(hào)整形電路110和電流信號(hào)整形電路111的輸入端相接，這兩個(gè)整形電路的輸出端分別與微型計(jì)算機(jī)的兩個(gè)脈沖測(cè)量輸入端相連。微型計(jì)算機(jī)101的二個(gè)控制信號(hào)輸出口分別連至電壓多路開關(guān)104和電流多路開關(guān)105的控制端口，信號(hào)選擇電路106的控制端與微型計(jì)算機(jī)101的一個(gè)控制信號(hào)輸出端相連，雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路109的控制端口與微型計(jì)算機(jī)101的一個(gè)控制端口連接。
圖1中的101為測(cè)量裝置內(nèi)的微型計(jì)算機(jī)及其輸入輸出(I/O)口，它通過I/O口與其他電路連接。
來自電力網(wǎng)的強(qiáng)交流電壓0～100伏特通過小型電壓互感器102變?yōu)?～1伏特的弱交流電壓信號(hào)，來自電力網(wǎng)的強(qiáng)交流電流0～5安培通過小型電流互感器103變?yōu)?～1伏特的弱交流電壓信號(hào)，這兩個(gè)弱交流電壓信號(hào)分別輸出至電壓多路開關(guān)104和電流多路開關(guān)105進(jìn)行多路待測(cè)目標(biāo)的切換，多路開關(guān)104和105的輸出送至信號(hào)選擇電路106進(jìn)行電壓/電流選擇，被選擇的信號(hào)輸出至放大電路107進(jìn)行放大，繼而送至全波整流電路108，整流輸出的脈動(dòng)直流信號(hào)被送至雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路109，信號(hào)經(jīng)積分后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并輸出至微型計(jì)算機(jī)101的數(shù)據(jù)輸入口，從而進(jìn)行電壓、電流有關(guān)數(shù)值的測(cè)量。
多路開關(guān)104和105的輸出信號(hào)還被分別接至電壓信號(hào)整形電路110和電流信號(hào)整形電路111，通過整形把交流正弦波變成方波信號(hào)，然后分別輸出至計(jì)算機(jī)101脈沖測(cè)量輸入端，進(jìn)行信號(hào)周期和相位差角等參數(shù)的測(cè)量。
多路開關(guān)104和105的控制端分別與微型計(jì)算機(jī)101的一個(gè)控制信號(hào)輸出口相連接，用來完成多路交流電壓和多路交流電流的選擇工作。
信號(hào)選擇電路106的控制端接于微型計(jì)算機(jī)101的另一個(gè)控制信號(hào)輸出端，用以實(shí)現(xiàn)測(cè)量時(shí)的電壓、電流和地信號(hào)(用于數(shù)字調(diào)零)的切換選擇工作。
雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路109的工作由微型計(jì)算機(jī)101的一個(gè)輸出端口所控制，該端口的輸出信號(hào)連至雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的控制端口，用以完成積分定時(shí)、啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換、測(cè)量讀入數(shù)據(jù)、停止轉(zhuǎn)換等操作。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，取消了遠(yuǎn)程終端裝置之前的電力變送器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程終端與前置電力變送器的一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定，減少了占地面積、維護(hù)簡(jiǎn)單、投資少，從而大大提高了電力參數(shù)實(shí)時(shí)遙測(cè)系統(tǒng)的性能價(jià)格比。
本發(fā)明適用于對(duì)交流電力網(wǎng)各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)力參數(shù)自動(dòng)測(cè)量的方法，其特征是用小型電壓互感器從電網(wǎng)的強(qiáng)交流電壓信號(hào)中獲取弱電壓信號(hào)，該信號(hào)通過整形成為方波，由微機(jī)測(cè)出其周期；然后分時(shí)選擇各路電壓信號(hào)，經(jīng)放大和整流，成為脈動(dòng)直流信號(hào)，經(jīng)過積分電路進(jìn)行一個(gè)周期的積分，再通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)，從而測(cè)出被測(cè)交流電壓的平均值，并換算成交流電壓的有效值；在測(cè)量完各路交流電壓后，分時(shí)選擇各路由小型電流互感器從電網(wǎng)的強(qiáng)交流電流信號(hào)中獲取的弱電壓信號(hào)，用上述同樣的方法測(cè)出被測(cè)交流電流的平均值，并換算成交流電流的有效值；在測(cè)量每路交流電流的同時(shí)，選擇與各路交流電流相對(duì)應(yīng)的交流電壓，把交流電壓和交流電流的弱電壓信號(hào)分別通過整形后變成方波，用計(jì)機(jī)測(cè)出它們兩者的相位差角。最后，由計(jì)算機(jī)根據(jù)上述所測(cè)得的物理量計(jì)算出單相、三相有功功率和無功功率，以及三相電的功率因素等電力參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的電力參數(shù)自動(dòng)測(cè)量方法，其中上述交流電壓平均值和交流電流平均值的測(cè)量過程，其特征是采用數(shù)字調(diào)零技術(shù)克服測(cè)量系統(tǒng)的溫度影響，即先測(cè)出被測(cè)的電壓量Vc1或電流量Ic1，然后在計(jì)算機(jī)的控制下把測(cè)量電路的輸入端接地，測(cè)出這時(shí)的零點(diǎn)漂移值V0或I0，則由式(1)、(2)，計(jì)算出消除了溫度影響后的電壓平均值Vp和電流平均值Ic。Vp＝Vc1-V0 (1)Ic＝Ic1-I0 (2)
3.如權(quán)利要求1所述的電力參數(shù)自動(dòng)測(cè)量方法，其中上述用小型電流互感器測(cè)得的交流電流的平均值和電壓電流之間的相位差角，其特征是采用軟件對(duì)于因小型電流互感器輸出信號(hào)的非線性引起的失真進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償公式如式(3)、(4)Ip＝a4(Ic)4+a3(Ic)3+a2(Ic)2+a1(Ic)+a0 (3)φ＝b3(Ic)3+b2(Ic)2+b1(Ic)+b0+φc (4)式中a0～a4，b0～b3為固定常數(shù)，由小型電流互感器的特性所決定，Ic為消除了溫度影響后的交流電流平均值，φc為實(shí)測(cè)的相位差角，Ip為補(bǔ)償后的交流電流平均值，φ為補(bǔ)償后的相位差角。
4.一種實(shí)現(xiàn)電力參數(shù)自動(dòng)測(cè)量的裝置，其特征是來自電力網(wǎng)的強(qiáng)交流電壓和交流電流分別與小型電壓互感器和小型電流互感器的輸入回路相接，小型電壓互感器和小型電流互感器的輸出端被分別連至電壓多路開關(guān)和電流多路開關(guān)的輸入端，這兩個(gè)多路開關(guān)的輸出端與信號(hào)選擇電路的兩個(gè)輸入端相連，選擇電路的輸出端連至放大電路的輸入端，放大電路的輸出端接至全波整流電路的輸入端，全波整流電路的輸出端與雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端相接，雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出接至微型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)輸入口。電壓多路開關(guān)和電流多路開關(guān)的輸出端還分別與電壓信號(hào)整形電路和電流信號(hào)整形電路的輸入端相接，這兩個(gè)整形電路的輸出端分別與微型計(jì)算機(jī)的兩個(gè)脈沖測(cè)量輸入端相連。微型計(jì)算機(jī)的二個(gè)控制信號(hào)輸出口分別連至電壓多路開關(guān)和電流多路開關(guān)和電流多路開關(guān)的控制端口，信號(hào)選擇電路的控制端與微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)控制信號(hào)輸出端相連，雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的控制端口與微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)控制端口連接。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力網(wǎng)測(cè)量自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明用小型電壓互感器和電流互感器從強(qiáng)交流電回路獲取弱電壓信號(hào)，經(jīng)分別整形后由計(jì)算機(jī)測(cè)出其周期及電壓電流之間的相位差。弱電壓信號(hào)經(jīng)放大后整流成脈動(dòng)直流信號(hào)，并在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)其進(jìn)行雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)，獲得被測(cè)交流電壓和電流的有效值，然后由計(jì)算機(jī)根據(jù)上述所測(cè)得的物理量算出單相、三相有功功率和無功功率，以及三相電的功率因數(shù)等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力參數(shù)的無變送器遙測(cè)。
文檔編號(hào)G01R21/06GK1052952SQ9110731
公開日1991年7月10日 申請(qǐng)日期1991年1月30日 優(yōu)先權(quán)日1991年1月30日
發(fā)明者江從銓, 涂時(shí)亮, 周貴祥, 王敖生 申請(qǐng)人:上海市電力工業(yè)局, 復(fù)旦大學(xué)科學(xué)技術(shù)開發(fā)總公司