專利名稱：電力負荷控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種控制電力負荷的儀器。
為了合理使用電能、節(jié)約電能、緩解電能緊缺的矛盾，改變用電高峰、低谷期電能不合理的使用狀況，需要對用電設備加以定時、定量控制。為此，市場上相繼出現(xiàn)了不少的以節(jié)電為目的控制電力負荷的產(chǎn)品。
如山東牟平電度表廠生產(chǎn)的三相三線SDSK系列電力定量器，分時區(qū)控制功率和電量，由五個型號的產(chǎn)品分別完成一定值電力定量，三定值三區(qū)域電力定量，功率、電量雙控定量，三定值六區(qū)域定量以及超定值電量掉閘和超定值電量計數(shù)等功能。
這些電力定量控制裝置均是由具有某一特定具體功能的基本電路單元組合而成的控制裝置，功能的擴展依賴于硬件電路單元的增加和硬件電路單元的重新組合。
中國專利87213701所述的選時控制定量供電裝置，也是一種由多個基本電路單元組合而成的電子選時控制定量供電裝置。該裝置采用鉗型檢測器作為電網(wǎng)監(jiān)測電路的取樣部件，從電力變壓器低壓側(cè)母線中檢測電流信號。在選定的跟蹤控制時間里，在時控電路控制下，供電控制電路接到電網(wǎng)監(jiān)測電路監(jiān)測到的超定量電流信號時，啟控聲光報警電路作聲光報警，同時通過延時控制解扣電路跳閘停止供電并停止聲光報警。
該裝置由時鐘電路、顯示電路、時控電路、電網(wǎng)監(jiān)測電路、供電控制電路、聲光報警電路、延時電路、解扣電路、電源電路組裝而成。不同型號的鉗型檢測器與控制裝置相匹配組裝為系列產(chǎn)品。
上述的產(chǎn)品、裝置的不足之處在于(一)只能在24小時之內(nèi)預選調(diào)整控制時區(qū)，每天是以相同方式控制。當相鄰兩日的控制方式不同或相鄰兩日中，有一日不需要控制時，就需要重新預選重新預置。由于電力變壓器、電力用戶數(shù)量極多、布局分散、用電性質(zhì)不盡相同且常隨時間、季節(jié)變化，需要采用的控制方式難以一成不變。當需要在24小時之外預選控制時區(qū)，上述的選時控制供電裝置及三線電力定量器就必須重新預選整定控制時區(qū)。這對于電力管理部門就很不方便，有時甚至是難以實現(xiàn)的。
(二)上述的產(chǎn)品以及中國專利87213701所述裝置，均是由具有某一特定功能的基本電路單元以積分方式組合而成的裝置。為了復蓋全系列各種功率的電力變壓器或為了達到以電流、功率、電能不同方式控制的目的，為了達到多時區(qū)、多電參量控制區(qū)域控制的目的，不得不繼續(xù)增加基本電路單元和重新組合基本電路單元。以多種型號、類別的產(chǎn)品、裝置適應功率、控制功能的變化。盡管各廠家的產(chǎn)品在電路上采用了大規(guī)模集成電路作基本電路單元，仍不能使整機保持較大的陣容。不利于提高可靠性，不利于性能價格比的提高。同時因種類繁多，不得不增大機器備品備件數(shù)量，增加了用戶的維護工作量。
此外，中國專利87213701及其產(chǎn)品的不足還在于其電網(wǎng)監(jiān)測電路的監(jiān)測取樣部件是專用的非標準件，缺乏通用性，難以適用于所有功率的電力變壓器，而且只能檢測6800安培以下低壓端的電流信號。(見該專利產(chǎn)品SKD8700系列選時控制定量供電裝置說明書)本實用新型的目的是提供一種裝置，不增加原電力系統(tǒng)的成本，由一種機型完成檢測、定量檢制和保護功能。做到一機多能，一機多用。同時可以按年、月、日、時、星期控制時區(qū)，預置24小時內(nèi)任意控制時區(qū)及控制電流數(shù)值，完成各種方式的定時定量控制。
本實用新型由輸入回路，電流、電壓變換傳感器，整流濾波電路，過壓保護電路，A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路，微計算機，輸入鍵盤，數(shù)碼管顯示器，輸出控制電路，工作狀態(tài)顯示報警電路，開關電源，蓄電池和機箱所組成。
本實用新型是一個以單片微計算機為核心，完成檢測、定量控制與保護控制的系統(tǒng)?？梢耘c任意電壓等級、任意功率的電力變壓器或用電負荷相連接。采用一種由用戶隨機任意確定測量量程、控制范圍的″隨機定標″的方法，完成電信號的采樣計算，完成系統(tǒng)檢測與控制。
隨機定標的方法就是用戶通過電流電壓互感器檢測電流、電壓時，用戶根據(jù)顯示器所顯示的提示符與單片微計算機實現(xiàn)人機對話。通過鍵盤輸入電流、電壓互感器的最大測量量程數(shù)值(即電流等級、電壓等級數(shù)值)，微機根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)所能表達的最大數(shù)值計算出模數(shù)轉(zhuǎn)換器在實現(xiàn)電流、電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換時的單位轉(zhuǎn)換數(shù)值。這些單位轉(zhuǎn)換數(shù)值是模數(shù)轉(zhuǎn)換器所能達到的電流或電壓的最小分辨率數(shù)值。該值為用戶鍵入的最大量程數(shù)值與模數(shù)轉(zhuǎn)換器所能表達最大數(shù)值的比值。電流、電壓的單位轉(zhuǎn)換數(shù)值作為轉(zhuǎn)換標準存儲于單片微機CPU內(nèi)RAM之中。
在程序控制之下，模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成模數(shù)轉(zhuǎn)換時，微計算機將換值查表修正誤差之后，與內(nèi)存RAM貯存的單位轉(zhuǎn)換數(shù)值相乘，即可求得待測電流或電壓的數(shù)值。
上述方法不受設備功率限制，測量、控制量程及單位由人隨意變換。
本實用新型可以與任意電壓等級、任意功率的電力變壓器或用電負荷相連接而實現(xiàn)檢測控制。電流信號由標準系列電流互感器檢測、由電流－電壓變換傳感器變換為低壓交流信號，電壓信號由標準系列電壓互感器檢測經(jīng)分壓器變?yōu)榈蛪航涣餍盘枺呔?jīng)整流濾波選擇電路和過壓保護電路處理，送模數(shù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，在需要處理三相電路的電流、電壓時，模數(shù)轉(zhuǎn)換器則相應地變?yōu)槎嗦纺?shù)轉(zhuǎn)換器。
眾所周知，電流、電壓互感器是在電力系統(tǒng)中廣泛使用的供測試及保護用的重要設備。電壓互感器將高壓系統(tǒng)中的高電壓變?yōu)闃藴实牡碗妷?100伏或100／53伏)，電流互感器將高壓系統(tǒng)中的小電流(5安或1安)。為利于儀表和繼電器的標準化，電力系統(tǒng)的各種設備都通過標準化的電壓、電流互感器將電壓和電流變換成統(tǒng)一的標準值。也就是說無論線路中的電流多大，電壓多高，反映在電流互感器二次側(cè)的滿量程電流是5安或1安，反映在電壓互感器二次側(cè)的滿量程電壓是100伏或100／53伏。本實用新型選用通用的標準化系列互感器，利用被控設備上已有的互感器完成負載線路的大電流或高電壓向標準量程的轉(zhuǎn)換。機內(nèi)電流－電壓變換器和分壓器，將化為標準量程電流信號、電壓信號變換為低壓交流信號，經(jīng)整流濾波選擇電路、過壓保護電路處理為適宜模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的直流電壓。
互感器是電力系統(tǒng)中種類繁多的大家族。電壓等級從0.5KV至330KV，電流等級從5安至25000安培，測量、保護不同需求，均采用不同類型產(chǎn)品。由于結(jié)構(gòu)、工藝、精度和測量量程等諸多因素的限制，很難以將鉗型電流檢測器應用于多種電壓等級和任意大功率負荷的場合。
本實用新型所具有的優(yōu)點1.利用單片機軟件實現(xiàn)功能擴展，做到用一種裝置完成各種功率電力變壓器或用電設備開關柜的控制，有利于用戶的使用與維護。
2.利用已有電力系統(tǒng)的互感器作電流、電壓信息量的檢測，與現(xiàn)有系統(tǒng)兼容性能好，便于現(xiàn)場使用與安裝。而且標準化程度高，成本低。
3.可按年、月、日、時、星期、電流范圍及其組合方式實現(xiàn)對電力用戶的控制，有利于電力管理部門的管理。
4.易于實現(xiàn)功能擴展，具有較優(yōu)良的性能價格比。因其軟件資源豐富，可以在不增加設備的前提下，實現(xiàn)系統(tǒng)的各電參數(shù)的測量和特性保護。


圖1本是實用新型用于三相電流、電壓采樣時的測量、控制原理框圖(兼作摘要附圖)。
圖2是用于一相電流、電壓采樣時的測量控制原理圖。
圖3是本實用新型傳感器與外系統(tǒng)互感器的連接圖。
圖4、圖5、圖6是本實用新型的幾種具體電路圖。
圖7是整機電源工作原理圖。
下面結(jié)合實施例和附圖具體說明本實用新型的解決方案首先按附圖(3)的方式，將本實用新型與系統(tǒng)外電力變壓器開關控制設備上的，通用標準化系列的，電流互感器和電壓互感器相連接。
然后用戶根據(jù)顯示器9(圖1)所顯示的提示符符號，與單片微計算機實現(xiàn)人機對話。通過鍵盤8鍵入外部系統(tǒng)連接的電流、電壓互感器電流、電壓等級數(shù)值，或滿測量量程數(shù)值。鍵入需要控制的時間控制方式、時間區(qū)域(月、日、時或星期)及該時區(qū)內(nèi)電力負荷，用電裝置允許使用的用電量或允許通過的電流數(shù)值，鍵入當前時間(月、日、時、分、秒)，鍵入電力設備欠壓、過壓、過流等保護閥值數(shù)值。
微計算機根據(jù)鍵入的互感器的滿度量程數(shù)值，求出其與模數(shù)轉(zhuǎn)換器所換的最大值的比值。該值為電流或電壓單位轉(zhuǎn)換標準數(shù)值，存貯于內(nèi)存RAM之中。以電流為例，其單位用戶可任意確定為KA、A、mA。單位轉(zhuǎn)換標準數(shù)值和顯示器所顯示數(shù)值的量值單位與用戶確定的單位相同。
在圖4中，MCS－51系列單片機U1，8D鎖存器U2和可擦除貯器U3，構(gòu)成最小計算機系統(tǒng)。
電流、電壓變換傳感器B2，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5，組成測量的輸入接口部分。U5按外部擴展數(shù)據(jù)存貯器對待，直接掛在單片機總線上。
當單片機U1對輸入采樣時，利用MOVX@DPTR，A，指令和WR信號啟動A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5，利用MOVX A，@DPTR指令及RD信號，把A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的二進制值讀入累加器A之內(nèi)。
在圖5中，單片機U1的串口工作于工作方式0(移位寄存器輸入輸出方式)，串行口與8位串入／并出移位寄存器U4 74LS164相連接組成鍵盤和顯示器字形輸出口。
鍵盤中鍵KEY以矩陣形式排列在行線與列線的交點上。行線接在U4并出的8位輸出線上，由CPU U1提供控制信號，列線接到P3口，CPU依次對P3口進行測試。
鍵值設定數(shù)字鍵＃00H－＃09H，命令鍵值自＃10H開始，其余根據(jù)功能需要數(shù)依次遞推。
由鍵盤鍵值處理程序識別數(shù)字鍵值和命令鍵值，數(shù)字依次自右向左送入顯示緩沖區(qū)，命令鍵值號轉(zhuǎn)入相應命令處理程序入口。
圖5中顯示器LED的字形口由U4與工作于串行方式0的TXD、RXD兼任，經(jīng)U7與U8和LED相連接。字位口由MCS－51單片機CPU的P1口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3擔任，軟件實現(xiàn)動態(tài)顯示。
本實用新型命令功能鍵KEY采用一鍵多功能輸入方式。輸入鍵功能由執(zhí)行多個功能程序段順序連接完成。每執(zhí)行某一功能時，在顯示緩沖區(qū)設置相應提示符。
在某一提示符下，正確輸入數(shù)字后，按輸入功能鍵即轉(zhuǎn)入下一提示符。如不輸入數(shù)字，直接輸入功能鍵，則不執(zhí)行本程序段而越入下一程序段，并且顯示下一功能程序段提示符。
顯示器LED用四個數(shù)碼管顯示4位BCD碼有效數(shù)字。顯示的電流強度量綱單位，由用戶自定，可以是10A、A、10mA、10mA、mA等單位。
本實用新型與電力系統(tǒng)互感器的連接如圖3所示，電流電壓變換傳感器B2與電流互感器相串連，電流互感器將高壓系統(tǒng)中的電流或低壓系統(tǒng)中的大電流變成低壓的標準小電流(5安或1安)。
此后經(jīng)D2～D5整流，C12，C13濾波及過壓保護D9，R24，分壓電路W1，R23，C11處理為滿量程為＋5v的直流電壓送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5，實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。
輸入直流電壓為對應滿量程的＋5v直流電壓時，對應模數(shù)轉(zhuǎn)換后二進制數(shù)字電壓FFH。
用戶使用本實用新型和任意功率的電力變壓器的開關設備，通過標準系列互感器相連接檢測電流強度時，用戶根據(jù)顯示器所顯示的提示符與單片微計算機實現(xiàn)人機對話，通過鍵盤輸入電流互感器的最大量程數(shù)值(即電流等級數(shù)值)。輸入需要控制電力負荷的時間(月、日、星期、日期、時間)和需要控制的電流量值。
微機根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5所能表達的最大數(shù)值FFH，計算模數(shù)轉(zhuǎn)換器在實現(xiàn)電流強度模數(shù)轉(zhuǎn)換時的單位轉(zhuǎn)換數(shù)值。這個單位轉(zhuǎn)換數(shù)值是模數(shù)轉(zhuǎn)換器所達到的最小電流強度分辨數(shù)值。該值為用戶鍵入的最大量程數(shù)值與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)值，作為轉(zhuǎn)換標準存貯于單片微機CPU的內(nèi)部RAM之中。
單片微機CPU(U1)周期地啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器。U5(ADC0804)將反映外系統(tǒng)電流強度的數(shù)字信號電壓讀入CPU累加器A之中，在程序的控制下CPU查詢模數(shù)轉(zhuǎn)換校正表格，修正電流電壓變換傳感器引起的誤差，使轉(zhuǎn)換后經(jīng)修正的數(shù)值與待測線路中電流真值間，誤差控制在可以容忍的范圍之內(nèi)。修正后電流數(shù)值的二進制數(shù)，與存貯于內(nèi)RAM中單位電流強度轉(zhuǎn)換值相乘，其乘積即為欲測線路中相對應的電流強度數(shù)值。上述計算在二進制數(shù)間進行，CPU把二進制數(shù)值變換為十進制BCD碼數(shù)值并送顯示緩沖區(qū)，在顯示器LED上可清楚地讀出流過電流互感器一次側(cè)原邊繞組電流強度數(shù)值。
軟件中有電腦時鐘程序，令全機工作在精確的時間管理之下。它可以根據(jù)是否為平潤年，自動調(diào)整二月份日數(shù)。
CPU將當前月份、日期、小時、分秒數(shù)值送到顯示緩沖區(qū)，顯示程序輪番顯示時間顯示緩沖區(qū)數(shù)值與電流顯示緩沖區(qū)數(shù)值。
CPU在求得外電流互感器一次側(cè)電流強度值之后，隨即將用戶存于內(nèi)存中的定量控制電量的時間(月、日、星期、小時等時區(qū))與當前時間進行比較確定當前時間是否在控制時區(qū)之內(nèi)。當前時間如果處于控制時區(qū)之內(nèi)，微機隨即將檢測計算所得的電流數(shù)值，與內(nèi)存中存貯的欲控制電流數(shù)值相比較。電流強度數(shù)值一旦超過定量數(shù)值，CPU即向圖3中D1發(fā)出信號。
超定量的時間如果持續(xù)到用戶(通常為用電管理部門)鍵入的允許延遲的時間之外，CPU即由輸出電路發(fā)出斷電控制信號。
每當出現(xiàn)超規(guī)定電流強度數(shù)量信號時，軟件都要考核其真?zhèn)?，核實在?guī)定的時間內(nèi)達到規(guī)定的采樣次數(shù)者方為真，否則為偽棄除。而且真正的超定量信號在允許延遲時間內(nèi)如有中斷，就是說有一次采樣比較后不超定量值，則取消超定量警告。這樣可確保控制器準確無誤地工作。
CPU對開關設備的控制分兩種形式，一為電平控制方式，當控制設備給予供電時，圖6中SSR輸出低電平信號令，SSR固體繼電器導通，當對控制設備給予停電控制時，輸出高電平信號令SSR固體繼電器截止。
圖7為整機電源工作原理圖。供電期間高效開關電源TWH8001(U1)向免維護蓄電池充電，并經(jīng)低壓差集成穩(wěn)壓電源U9向整機提供電源，外系統(tǒng)停電期間，免維護蓄電池通過U9給整機提供電源。
圖中1.電流電壓變換傳感器2.分壓器3.整流濾波4.限壓保護5.A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換器6.串行通訊接口7.單片微計算機CPU8.鍵盤9.顯示器10.SSR輸出口11.工作狀態(tài)、報警指示燈12.聲報警輸出13.電源14.標準系列電壓互感器15.標準系列電流互感器
權利要求1.一種電力負荷控制器，由輸入回路，電流、電壓變換傳感器，整流濾波電路，過壓保護電路，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，以及時鐘電路，顯時電路，時控電路，電網(wǎng)鑒測電路，輸入鍵盤，數(shù)碼管顯示器，輸出控制電路，報警電路，開關電源，蓄電池，連接導線和箱體組成，其特征在于所述的時鐘、顯時、時控、電網(wǎng)監(jiān)測等電路，由單片微計算機取代，系列單片機U1，鎖存器U2和存貯器U3構(gòu)成最小計算機系統(tǒng)，電流、電壓變換傳感器B2，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5組成測量的輸入接口，U5直接掛在單片機總線上，單片機U1的串行口與移位寄存器U4連接，組成鍵盤和顯示器輸出口，鍵盤中的鍵KEY以矩陣形式排在行線與列線交點上，行線接在U4并出的八位輸出線上，由U1提供控制信號，列線接到P3口，顯示器LED的字形口由U4與TXD，RXD兼任，經(jīng)U7，U8和LED相連接，字位口由單片機的P1口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3擔任，軟件實現(xiàn)動態(tài)顯示。
2.如權利要求1所述的電力負荷控制器，其特征在于所述的電流電壓變換傳感器B2與電流互感器相串連，后接D2～D5整流，C12，C13濾波，D9 R24過壓保護，W1，R23，C11分壓電路，接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5。
3.如權利要求1所述的電力負荷控制器，其特征在于所述的顯示器用四個數(shù)碼管。
專利摘要電力負荷控制器，是由單片微計算機取代時鐘、顯時、時控、電網(wǎng)監(jiān)測等電路的一種用電控制裝置。采用隨機測量方法，量程單位由用戶隨機確定，使用電流電壓變換傳感器完成5安到+5伏的變換，由軟件實現(xiàn)誤差校正，由軟件實現(xiàn)功能擴展。具有控制功能強、控制精度高、功耗低、抗干擾能力強、運行可靠、穩(wěn)定性能好等優(yōu)點。圖中標記為電流電壓變換傳感器1，分壓器2，整流濾波3，限壓保護4，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器5，串行通訊接口6，單片微計算機CPU7，鍵盤8，顯示器9，SSR輸出口10，指示燈11，聲報警輸出12，電源13。
文檔編號H02H3/08GK2063713SQ9020111
公開日1990年10月10日 申請日期1990年1月25日 優(yōu)先權日1990年1月25日
發(fā)明者劉海根 申請人:劉海根