專利名稱：用于在電子能儀表中相位補(bǔ)償?shù)姆椒ê蛢x器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子儀表，更特別的是，涉及一種用于在電子能儀表中相位補(bǔ)償?shù)姆椒ê蛢x器。電子能儀表可以被配置成測(cè)量多相電力線。對(duì)于能量計(jì)中不同的電流互感器(current transformer)來說相位誤差可能會(huì)有所不同，而且它可以是被測(cè)量電力線中的電流的函數(shù)。
背景技術(shù)：
已經(jīng)研制了很多種用于測(cè)量電力線上電能消耗的電子能儀表。一種結(jié)構(gòu)使用了用于根據(jù)測(cè)量的電壓值和電流值來計(jì)算各種電參數(shù)數(shù)字信號(hào)處理器，以及使用了用于控制由數(shù)字信號(hào)處理器計(jì)算出的電參數(shù)的存儲(chǔ)、顯示和通信的微控制器。
在這種結(jié)構(gòu)中，使用分壓器將相電壓降低成較低的電壓，線電流被供應(yīng)到電流互感器的初級(jí)線圈。電流互感器的次級(jí)線圈提供與電流互感器次級(jí)線圈和初級(jí)線圈之間的匝比成比例的電流輸出。具有非常低溫度系數(shù)的、與電流互感器的次級(jí)線圈相連接的電阻提供與電流值和電流互感器次級(jí)線圈中電流成比例的電位。這些以電壓和電流信號(hào)為條件的信號(hào)被供應(yīng)到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，并以一定的周期間隔進(jìn)行數(shù)字化。經(jīng)過數(shù)字化的信號(hào)被供應(yīng)到數(shù)字信號(hào)處理器，以計(jì)算瞬時(shí)功率，并被匯集成有限數(shù)量的電力線周期，以計(jì)算能量。
作為檢測(cè)元件，電流互感器展示出在初級(jí)和次級(jí)線圈之間的相位滯后。由于個(gè)別電流互感器之間的差異，相位滯后對(duì)不同電力線相位會(huì)有所差異，它可以是線電流的非線性函數(shù)。由于由電子能儀表進(jìn)行的某些測(cè)量是電流和電壓之間相位差的函數(shù)，因而會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。因此由于相位滯后所造成的誤差會(huì)非常不利的影響電子能儀表的精確度。
功率表制造商典型地對(duì)電力線三相中的每一相使用可變電阻和/或可變電容來實(shí)現(xiàn)常規(guī)的移相器。這種方案增加了材料和生產(chǎn)成本?，F(xiàn)在已經(jīng)研制出了使用兩個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，并將其中一個(gè)轉(zhuǎn)換器的抽樣時(shí)間相對(duì)于另一個(gè)進(jìn)行移動(dòng)的技術(shù)。這種方案要求額外的電路，并增加了硬件成本。這些技術(shù)都不能補(bǔ)償作為由電流互感器展示的電流函數(shù)的非線性相移?，F(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開了很多相位補(bǔ)償技術(shù)，例如在1991年5月21日為Germer等人頒布的美國專利No.5,017,860和在1993年7月27日為Voisine等人頒布的美國專利No.5,231,347。
因此，就需要能夠用于電子能儀表中相位補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)的方法和儀器。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種電子儀表。該電子儀表包括用于檢測(cè)波形的電壓和電流值的檢測(cè)電路，用于將檢測(cè)到的電壓和電流值轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓和電流值的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于延遲數(shù)字電壓和電流值之中的一個(gè)或兩者來補(bǔ)償檢測(cè)電路中相移誤差的數(shù)字濾波器，和響應(yīng)于相位補(bǔ)償?shù)碾妷汉碗娏髦祦碛?jì)算至少一個(gè)波形參數(shù)的計(jì)算電路。
數(shù)字濾波器和計(jì)算電路可以在數(shù)字信號(hào)處理器中實(shí)現(xiàn)。檢測(cè)電路包括用于檢測(cè)多相電力線中每一相電壓和電流值的電路。電子儀表可以包括數(shù)字濾波器，其用于延遲每一相的數(shù)字電壓值，以補(bǔ)償與多相電力線中每一相相關(guān)聯(lián)的相移誤差。電子儀表還可以進(jìn)一步包括裝置，其響應(yīng)于波形的電流值來選擇對(duì)應(yīng)于電流值的數(shù)字濾波器系數(shù)組，并且將所選擇的數(shù)字濾波器系數(shù)組施加到數(shù)字濾波器。該數(shù)字濾波器可以包括分?jǐn)?shù)延遲濾波器，其用于以作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器抽樣間隔的分?jǐn)?shù)的遞增來延遲數(shù)字電壓值。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種用于校準(zhǔn)電子儀表的方法。該方法包括步驟(a)將具有在電壓和電流之間已知相移的測(cè)試波形施加到電子儀表的輸入，(b)使用電子儀表來測(cè)量在測(cè)試波形的電壓和電流之間的相移，(c)根據(jù)在已知相移和所測(cè)量相移之間的差值來確定相移誤差，(d)確定數(shù)字濾波器系數(shù)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)該相移誤差的數(shù)字濾波器延遲，和(e)保存數(shù)字濾波器系數(shù)，以補(bǔ)償在正常計(jì)量操作期間的相移誤差。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟(a)包括將多相電力線的波形施加到電子儀表的輸入，以及對(duì)于多相電力線中每一相重復(fù)步驟(b)，(c)，(d)和(e)。對(duì)于預(yù)定的電流范圍重復(fù)步驟(a)，(b)，(c)，(d)和(e)，以提供用于每個(gè)預(yù)定電流范圍的數(shù)字濾波器系數(shù)組。
數(shù)字濾波器系數(shù)可以在電子儀表外部的計(jì)算設(shè)備中確定，而且也可以從外部計(jì)算設(shè)備下載到電子儀表中。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，電子儀表包括數(shù)字信號(hào)處理器，且數(shù)字濾波器系數(shù)被下載到該數(shù)字信號(hào)處理器中。步驟(b)可以包括使用電子儀表來測(cè)量測(cè)試波形的功率因數(shù)，將測(cè)定的功率因數(shù)發(fā)送到外部計(jì)算設(shè)備，并依據(jù)在外部計(jì)算設(shè)備中所測(cè)量的功率因數(shù)來在外部計(jì)算設(shè)備中確定所測(cè)量的相移。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種用于操作電子儀表的方法。該方法包括以下步驟使用檢測(cè)電路來檢測(cè)波形的電壓和電流值，將檢測(cè)到的電壓和電流值轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓和電流值，使用數(shù)字濾波器來延遲數(shù)字電壓和電流值之中的一個(gè)或兩者，以補(bǔ)償由檢測(cè)電路所引起的相移誤差，并響應(yīng)于經(jīng)相位補(bǔ)償?shù)碾妷汉碗娏髦祦碛?jì)算至少一個(gè)波形參數(shù)。


為了更好的理解本發(fā)明，參考了附圖，這些附圖合并在這里作為參考，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子能儀表的方框圖；圖2是作為時(shí)間函數(shù)的電壓和電流信號(hào)圖，示出了同相的條件；圖3是作為時(shí)間函數(shù)的電壓和電流信號(hào)圖，示出了由經(jīng)過電流互感器的相位滯后所引起的相對(duì)于電壓信號(hào)的延遲電流信號(hào)；圖4是作為電流函數(shù)的經(jīng)過電流互感器的相位滯后圖；圖5是數(shù)字信號(hào)處理器配置的實(shí)例的方框圖，其利用數(shù)字濾波器來在進(jìn)行有效功率和RMS電壓和電流值計(jì)算之前延遲電壓和電流的抽樣數(shù)據(jù)；圖6是延遲數(shù)字濾波器的實(shí)例的方框圖；圖7是示出了通過在外部計(jì)算設(shè)備中對(duì)數(shù)字濾波器系數(shù)進(jìn)行計(jì)算來校準(zhǔn)電子能儀表的流程圖；圖8是示出計(jì)算圖7流程中的數(shù)字濾波器系數(shù)的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種電子儀表的實(shí)例。三相電子瓦時(shí)儀表包括檢測(cè)電路10，數(shù)字信號(hào)處理器12，微控制器14和存儲(chǔ)器16。該電子儀表還可以進(jìn)一步包括連接到微控制器14的顯示器20和存儲(chǔ)器22。微控制器14可以通過光頻隔離器24連接到外部終端26或其它的外部設(shè)備。其它的外部設(shè)備可以包括諸如打印機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備和/或到遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備的通信鏈路。
在圖1的實(shí)施例中，檢測(cè)電路10檢測(cè)三相電力線的電流值和電壓值，數(shù)字化所檢測(cè)到的電流值和電壓值，并將數(shù)字化的電流和電壓值供應(yīng)到數(shù)字信號(hào)處理器12。三相電力線的線電流30，32和34分別被供應(yīng)到電流互感器40，42和44的初級(jí)線圈上。電流互感器40，42和44的次級(jí)線圈50，52和54分別連接到終端電阻60，62和64，以提供電壓信號(hào)70，72和74，這些電壓信號(hào)與各自的線電流成比例，且在下文中將它們稱作線電流信號(hào)70，72和74。線電流信號(hào)70，72和74都提供給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器80。相電壓90，92和94分別供應(yīng)到分壓器100，102和104，以提供低電平電壓信號(hào)110，112和114，這些信號(hào)與各自的相電壓成比例，且在下文中將它們稱作相電壓信號(hào)110，112和114。相電壓信號(hào)110，112和114都輸入到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器80。這樣，在圖1的實(shí)施例中檢測(cè)電路10具有三個(gè)電流檢測(cè)通路和三個(gè)電壓檢測(cè)通路。
模/數(shù)轉(zhuǎn)換器80(其可以是多通路的同時(shí)或順序抽樣轉(zhuǎn)換器)數(shù)字化線電流和相電壓信號(hào)，并將數(shù)字化信號(hào)發(fā)送給數(shù)字信號(hào)處理器12的串行端口。在優(yōu)選的實(shí)施例中，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器80按照每通路15千赫的抽樣速率對(duì)信號(hào)進(jìn)行抽樣。每個(gè)數(shù)字信號(hào)包括代表相電壓值或線電流值的一系列數(shù)據(jù)抽樣。
數(shù)字信號(hào)處理器12接收來自模/數(shù)轉(zhuǎn)換器80的串行數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在它的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。由數(shù)字信號(hào)處理器12來使用這個(gè)代表線電流和相電壓的原始數(shù)據(jù)，以執(zhí)行在整數(shù)線周期上的各種計(jì)算。這些計(jì)算可以包括每個(gè)相電壓的均方根、每個(gè)線電流的均方根和有效功率的瞬時(shí)值，這將在下文中敘述。電流和電壓的均方根的乘積提供了視在功率(apparent power)。這些功率的積分提供了各自的能量。視在功率對(duì)有效功率的比率提供了功率因數(shù)。作為在下文中進(jìn)一步的敘述，數(shù)字信號(hào)處理器12對(duì)由檢測(cè)電路10所引入的相移誤差執(zhí)行相位補(bǔ)償。
數(shù)字信號(hào)處理器12和微控制器14通過數(shù)據(jù)總線130和地址總線132連接到存儲(chǔ)器16。在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)器16是具有512K比特的靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(SRAM)，且數(shù)據(jù)總線130為8比特的總線。存儲(chǔ)器16可以用作數(shù)字信號(hào)處理器12和微控制器14之間的高速暫存區(qū)(scratch pad)，以便于讀取和寫入數(shù)據(jù)而不會(huì)不利地影響任何一個(gè)處理器的操作。在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字信號(hào)處理器12執(zhí)行對(duì)從檢測(cè)電路10供應(yīng)的數(shù)字化電流和電壓信號(hào)的計(jì)算，以確定三相電力線的參數(shù)值，并將所計(jì)算的參數(shù)值寫入存儲(chǔ)器16中。微處理器14從存儲(chǔ)器16中讀出這些參數(shù)值，并將該參數(shù)值供應(yīng)到用于存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器22中，以及供應(yīng)給顯示器20和/或外部終端26。
如上所述，三相電力線的線電流30，32和34被分別供應(yīng)給電流互感器40，42和44。電流互感器40，42和44展示出在輸入和輸出電流之間的相位滯后。在由數(shù)字信號(hào)處理器12進(jìn)行測(cè)量之前，電流互感器40，42和44的相位滯后引入了在線電流信號(hào)70，72和74與各自的相電壓信號(hào)110，112和114之間的相移。由數(shù)字信號(hào)處理器12進(jìn)行的某些測(cè)量是在各自的線電流和相電壓信號(hào)之間相位差的函數(shù)。由于檢測(cè)電路10改變了在線電流信號(hào)和各自相電壓信號(hào)之間的相位差，因此，這些信號(hào)就不能精確代表在電子儀表輸入處的線電流和各自相電壓之間的相位差，這就需要相位補(bǔ)償來避免不精確的測(cè)量。
圖2中顯示了相電壓200和線電流202的實(shí)例。在圖2的實(shí)例中，相電壓200和線電流202是同相的。相電壓200和線電流202可以分別對(duì)應(yīng)諸如圖1中的相電壓90和線電流30。圖3中顯示了相電壓210和線電流212的實(shí)例。相電壓信號(hào)210和線電流信號(hào)212可以分別對(duì)應(yīng)圖1中的相電壓信號(hào)110和線電流信號(hào)70。由于電流互感器40的相位滯后，使得線電流信號(hào)212相對(duì)于相電壓信號(hào)210被延遲。因此，供應(yīng)給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器80和數(shù)字信號(hào)處理器12的相電壓信號(hào)210和線電流信號(hào)212并不能精確代表相電壓200和線電流202。
電流互感器40，42和44引入了相位滯后，該相位滯后是條件數(shù)的函數(shù)。即使電流互感器40，42和44可能具有標(biāo)稱相同的結(jié)構(gòu)，它們也會(huì)由于組件公差(component tolerances)而具有相位滯后的變化。此外，由電流互感器40，42和44引入的相位滯后是線電流30，32和34的電流電平的函數(shù)。參照?qǐng)D4，曲線220將電流互感器的相位滯后表示為線電流的函數(shù)。如圖所示，相位滯后隨著線電流的減少而增大。因此，由檢測(cè)電路10引入的相位滯后針對(duì)不同的電流互感器而會(huì)有所變化，并隨著在三相電力線每一相中的線電流的函數(shù)而變化。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，通過一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)在數(shù)字信號(hào)處理器12中的數(shù)字濾波器來執(zhí)行相位補(bǔ)償。數(shù)字濾波器被編程，以延遲與數(shù)字化電流值相關(guān)的數(shù)字化電壓值，從而補(bǔ)償由檢測(cè)電路所引入的相位滯后。因此，延遲后的電壓和電流值就代表了在電子儀表輸入處的相電壓和線電流之間的真實(shí)相位差。通過給數(shù)字濾波器供應(yīng)在電子儀表校準(zhǔn)期間所確定的數(shù)字濾波器系數(shù)，來編程數(shù)字濾波器，以提供所需的延遲，其中電子儀表的校準(zhǔn)將在下文中來敘述。該數(shù)字濾波器系數(shù)特定于儀表通路和線電流電平。
圖5中顯示了由數(shù)字信號(hào)處理器12來實(shí)現(xiàn)相位補(bǔ)償?shù)墓δ苄苑娇驁D。用于一個(gè)輸入通路的數(shù)字化線電流信號(hào)被供應(yīng)到第N個(gè)次序的延遲數(shù)字濾波器250，且用于相同輸入通路的數(shù)字化電壓信號(hào)被供應(yīng)到第N個(gè)次序的延遲+分?jǐn)?shù)(fractional)延遲數(shù)字濾波器252。在優(yōu)選實(shí)施例中，數(shù)字濾波器250和252是第9個(gè)次序的濾波器。數(shù)字濾波器250給線電流信號(hào)施加延遲，該延遲是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器80的抽樣頻率的整數(shù)周期。數(shù)字濾波器252給相電壓信號(hào)施加延遲，該延遲等于數(shù)字濾波器250的延遲加上分?jǐn)?shù)延遲的和，其中該分?jǐn)?shù)延遲是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器80抽樣頻率的分?jǐn)?shù)。由數(shù)字濾波器250和252施加的延遲是由下文敘述的數(shù)字濾波器系數(shù)來控制。數(shù)字濾波器250和252的輸出分別是經(jīng)相位補(bǔ)償?shù)臄?shù)字電流和電壓值，它們代表用于該通路的輸入線電流和相電壓。數(shù)字濾波器250和252對(duì)于電子儀表的每個(gè)通路都是重復(fù)的。
由數(shù)字濾波器252輸出的延遲電壓抽樣被供應(yīng)給計(jì)算單元260和乘法器262的第一輸入。計(jì)算單元260通過對(duì)電壓抽樣求平方，在X個(gè)抽樣基礎(chǔ)上對(duì)平方后的電壓抽樣求和，并除以X的方法來確定均方根電壓，其中X是由在市電電壓(mains voltage)的32個(gè)周期中獲取的抽樣數(shù)。由數(shù)字濾波器250輸出的延遲電流抽樣被供應(yīng)給計(jì)算單元264和乘法器262的第二輸入。計(jì)算單元264通過對(duì)電流抽樣求平方，在X個(gè)抽樣基礎(chǔ)上對(duì)平方后的電流抽樣求和，并除以X的方法來確定均方根電流。乘法器262的輸出表示每個(gè)電壓和電流抽樣對(duì)的乘積。乘法器262的輸出被供應(yīng)給計(jì)算單元266。計(jì)算單元266通過對(duì)電流和電壓抽樣的乘積在X個(gè)抽樣基礎(chǔ)上求和，并除以X的方法來確定有效功率。
圖6顯示了延遲數(shù)字濾波器的方框圖。輸入數(shù)據(jù)的抽樣被提供給串行連接的延遲元件300，302，304和306。延遲元件300，302，304和306的輸入抽樣和輸出分別與乘法器310-318中的數(shù)字濾波器系數(shù)h1-h5相乘。乘法器310-318的輸出由求和單元320來求和，以提供輸出數(shù)據(jù)的抽樣。如上所述，數(shù)字濾波器系數(shù)h1-h5可以被編程來提供希望的延遲。在1997年10月舉行的1997 IEEE ASS討論中，在音頻和聲學(xué)信號(hào)處理的應(yīng)用“Design of Fractional Delay Filters UsingConvex Optimization”中存在有相關(guān)分?jǐn)?shù)延遲濾波器的敘述，在此結(jié)合作為參考。
如上所述，執(zhí)行相位補(bǔ)償?shù)臄?shù)字濾波器系數(shù)是在校準(zhǔn)過程中被確定。對(duì)于圖1中所示檢測(cè)電路10的三個(gè)電流通路中的每一個(gè)和三個(gè)電壓通路中的每一個(gè)都確定了數(shù)字濾波器系數(shù)組。優(yōu)選的，對(duì)若干不同的線電流范圍來確定在每個(gè)通路上的數(shù)字濾波器系數(shù)組，以提供在儀表測(cè)量范圍內(nèi)的精確相位補(bǔ)償。線流電流范圍的大小可以相同或不同。例如，第一數(shù)字濾波器系數(shù)組可以在0-1安培的第一線電流范圍內(nèi)使用，第二數(shù)字濾波器系數(shù)組可以在1-5安培的第二線電流范圍內(nèi)使用，等等。可以使用任何數(shù)目的線電流范圍。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1和7來敘述優(yōu)選的校準(zhǔn)程序。圖7是校準(zhǔn)程序的流程圖。在優(yōu)選的校準(zhǔn)程序中，由外部終端26來計(jì)算用于每個(gè)通路的每個(gè)電流范圍的數(shù)字濾波器系數(shù)。參照?qǐng)D7，在步驟350中電路通路被設(shè)置為通路1，在步驟352中將所選擇通路中的線電流值設(shè)定為具有標(biāo)志1的測(cè)試電流值。通路指的是處理線電流30，32和34和相電壓90，92和94的檢測(cè)電路通路。假定通路1對(duì)應(yīng)于用于處理線電流30的通路。這樣，具有標(biāo)志1的測(cè)試電流值就可以對(duì)應(yīng)諸如1安培的線電流30。
在步驟354中，對(duì)所選擇的通路施加測(cè)試波形。該測(cè)試波形具有測(cè)試電流值、已知電壓和已知的功率因數(shù)。功率因數(shù)與在線電流和相電壓之間的已知相位差相對(duì)應(yīng)。優(yōu)選的，測(cè)試波形具有0.5的功率因數(shù)，它與60度的相位差相對(duì)應(yīng)。在步驟356中，數(shù)字信號(hào)處理器12計(jì)算輸入到電子儀表選擇通路中的測(cè)試波形的功率因數(shù)。由于在檢測(cè)電路10中的電流互感器會(huì)產(chǎn)生相位滯后，因此，由數(shù)字信號(hào)處理器12計(jì)算的功率因數(shù)就不同于測(cè)試波形的已知功率因數(shù)。在步驟358，數(shù)字信號(hào)處理器12將計(jì)算過的功率因數(shù)發(fā)送到外部終端26。
在步驟360，外部終端26確定從數(shù)字信號(hào)處理器12中接收的功率因數(shù)是否與測(cè)試波形的已知功率因數(shù)相等。在步驟362，當(dāng)從數(shù)字信號(hào)處理器12中接收的功率因數(shù)與測(cè)試波形的已知功率因數(shù)不相等時(shí)，外部終端26就計(jì)算數(shù)字濾波器系數(shù)。數(shù)字濾波器系數(shù)的計(jì)算將在下文結(jié)合圖8來敘述。
在步驟362中進(jìn)行數(shù)字濾波器系數(shù)的計(jì)算之后，或在步驟360中確定計(jì)算過的功率因數(shù)與測(cè)試波形的已知功率因數(shù)相等之后，在步驟364中對(duì)測(cè)試電流值進(jìn)行遞增。在步驟366中，進(jìn)行測(cè)試電流值的標(biāo)志是否大于3的確定。如果電流值的標(biāo)志不大于3，則過程就返回到步驟354，并對(duì)選擇的通路施加具有遞增的測(cè)試電流值和已知功率因數(shù)的測(cè)試波形。對(duì)遞增的測(cè)試電流值重復(fù)進(jìn)行如上所述的確定數(shù)字濾波器系數(shù)的過程。這樣，就確定了用于所選擇輸入通路上一系列不同測(cè)試電流值的數(shù)字濾波器系數(shù)組。該過程提供了用于三個(gè)線電流范圍的三個(gè)數(shù)字濾波器系數(shù)組。可以認(rèn)識(shí)到可以對(duì)任何數(shù)目的線電流范圍確定數(shù)字濾波器系數(shù)。
當(dāng)步驟366中進(jìn)行測(cè)試電流值的標(biāo)志大于3的確定時(shí)，在步驟368中使通路遞增。這樣，例如將正在校準(zhǔn)的通路從連接線電流30的通路遞增為連接線電流32的通路。在步驟370，進(jìn)行電流通路是否大于3的確定。當(dāng)電流通路不大于3時(shí)，過程返回到步驟354，并對(duì)新選擇的通路施加具有已知功率因數(shù)的測(cè)試波形。確定對(duì)用于新選擇通路的一系列測(cè)試電流值的數(shù)字濾波因數(shù)組。對(duì)電子儀表中的每個(gè)通路重復(fù)執(zhí)行該過程。從外部終端26中將具有對(duì)應(yīng)通路和電流范圍信息的數(shù)字濾波器系數(shù)下載到數(shù)字信號(hào)處理器12，以用于在正常計(jì)量操作期間的使用。
圖8中顯示了用于確定數(shù)字濾波器系數(shù)過程的實(shí)例的流程圖。與圖7和圖8中類似的元件使用相同的參考數(shù)字。如上所示，在步驟354中將測(cè)試波形的功率因數(shù)設(shè)置在0.5，以及在步驟356由電子儀表來測(cè)量測(cè)試波形的功率因數(shù)。在步驟380中，外部終端26根據(jù)由數(shù)字信號(hào)處理器12確定的功率因數(shù)來確定測(cè)量的相位。特別的，功率因數(shù)是在電壓和電流之間相移角度的余弦。在步驟382中，相位誤差被確定為在已知測(cè)試波形的相位角度和測(cè)量相位之間的差值。在測(cè)試波形具有0.5的功率因數(shù)的情況中，相位誤差等于60度減去所測(cè)量的相位。在步驟384中，對(duì)應(yīng)于相位誤差的延遲被計(jì)算為抽樣間隔的分?jǐn)?shù)。如上所述，抽樣頻率優(yōu)選是每通路15千赫。在步驟386中，使用對(duì)應(yīng)于相位誤差的延遲來計(jì)算數(shù)字濾波器系數(shù)。該數(shù)字濾波器系數(shù)可以從描述分?jǐn)?shù)延遲濾波器的上述提出的章節(jié)所敘述的延遲中進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算過的數(shù)字濾波器系數(shù)被下載到數(shù)字信號(hào)處理器12，以用于在正常計(jì)量操作期間的使用。
為每個(gè)電子儀表通路所確定的數(shù)字濾波器系數(shù)是與各自的用于每個(gè)通路的數(shù)字濾波器相聯(lián)系。響應(yīng)于在正常計(jì)量操作期間的輸入電流值來選擇數(shù)字濾波器系數(shù)組。每一數(shù)字濾波器系數(shù)組都可以在線電流值范圍內(nèi)使用。例如，在1.0安培電流值處計(jì)算的數(shù)字濾波器系數(shù)可以用于在0.5到1.5安培范圍內(nèi)的線電流?？梢哉J(rèn)識(shí)到在不同的儀表中數(shù)字濾波器系數(shù)的組數(shù)和電流值中的遞增都可以不同，這取決于所要求的精度和希望的電流范圍。
可以理解的是在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可以對(duì)申請(qǐng)文件中所描述的、在附圖中顯示的實(shí)施例進(jìn)行各種改變和修改。因此，這意味著包含在上面敘述和在相應(yīng)附圖中顯示的所有內(nèi)容都是起說明性作用而非限制性的意義。本發(fā)明被限定為在后附權(quán)利要求中所確定的內(nèi)容及其等同的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種用于校準(zhǔn)電子儀表的方法，包括以下步驟(a)將具有在電壓和電流之間已知相移的測(cè)試波形施加到電子儀表的輸入；(b)使用該電子儀表來測(cè)量在測(cè)試波形電壓和電流之間的相移；(c)根據(jù)在已知相移和所測(cè)量相移之間的差值來確定相移誤差；(d)確定數(shù)字濾波器系數(shù)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于相移誤差的數(shù)字濾波器延遲；以及(e)保存數(shù)字濾波器系數(shù)，以補(bǔ)償在正常計(jì)量操作期間的相移誤差。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)包括將多相電力線的波形施加到電子儀表的輸入，以及其中對(duì)多相電力線中的每一相重復(fù)步驟(b)，(c)，(d)和(e)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)于預(yù)定的電流范圍重復(fù)步驟(a)，(b)，(c)，(d)和(e)，以提供用于每個(gè)預(yù)定電流范圍的數(shù)字濾波器系數(shù)組。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定數(shù)字濾波器系數(shù)的步驟是在位于電子儀表外部的計(jì)算設(shè)備中執(zhí)行，以及其中數(shù)字濾波器系數(shù)是從外部計(jì)算設(shè)備下載到電子儀表中。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中電子儀表包括數(shù)字信號(hào)處理器，以及其中數(shù)字濾波器系數(shù)是被下載到數(shù)字信號(hào)處理器中。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中步驟(b)包括使用電子儀表來測(cè)量測(cè)試波形的功率因數(shù)，將所測(cè)量的功率因數(shù)發(fā)送到外部計(jì)算設(shè)備中，并依據(jù)在外部計(jì)算設(shè)備中測(cè)量的功率因數(shù)來確定相移。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)包括將測(cè)試波形施加到電子瓦時(shí)儀表的輸入。
8.一種電子儀表，包括檢測(cè)電路，其用于檢測(cè)波形的電壓和電流值；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其用于將檢測(cè)到的電壓和電流值轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓和電流值；數(shù)字濾波器，其用于延遲數(shù)字電壓和電流值之中的一個(gè)或兩者，以補(bǔ)償在檢測(cè)電路中的相移誤差；以及計(jì)算電路，其用于響應(yīng)于經(jīng)相位補(bǔ)償?shù)碾妷汉碗娏髦祦碛?jì)算至少一個(gè)波形參數(shù)。
9.如權(quán)利要求8所述的電子儀表，其中所述數(shù)字濾波器和所述計(jì)算電路是在數(shù)字信號(hào)處理器中實(shí)現(xiàn)。
10.如權(quán)利要求8所述的電子儀表，其中所述檢測(cè)電路包括用于檢測(cè)多相電力線中每一相的相電壓和線電流值的電路，以及其中所述的電子儀表包括數(shù)字濾波器，其用于延遲每一相的數(shù)字電壓值，以補(bǔ)償與多相電力線中每一相相聯(lián)系的相移誤差。
11.如權(quán)利要求8所述的電子儀表，其中所述電子儀表進(jìn)一步包括裝置，其響應(yīng)于波形的電流值來選擇對(duì)應(yīng)于電流值的數(shù)字濾波器系數(shù)組，并且將所選擇的數(shù)字濾波器系數(shù)組施加到數(shù)字濾波器。
12.如權(quán)利要求8所述的電子儀表，其中所述數(shù)字濾波器包括分?jǐn)?shù)延遲數(shù)字濾波器，其用于以作為所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器抽樣間隔的分?jǐn)?shù)的遞增來延遲數(shù)字電壓值。
13.如權(quán)利要求12所述的電子儀表，進(jìn)一步包括用于延遲數(shù)字電流值的延遲數(shù)字濾波器。
14.如權(quán)利要求8所述的電子儀表，它被配置成電子瓦時(shí)儀表。
15.一種用于操作電子儀表的方法，包括以下步驟(a)在檢測(cè)電路中檢測(cè)波形的電壓和電流值；(b)以一抽樣速率將檢測(cè)到的電壓和電流值轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓和電流值；(c)在數(shù)字濾波器中延遲數(shù)字電壓和電流值之中的一個(gè)或兩者，以補(bǔ)償在檢測(cè)電路中的相移誤差；以及(d)響應(yīng)于經(jīng)相移補(bǔ)償?shù)碾妷汉碗娏髦祦碛?jì)算至少一個(gè)波形參數(shù)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中在數(shù)字信號(hào)處理器中執(zhí)行步驟(c)和(d)。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中步驟(a)包括檢測(cè)在多相電力線中每一相的電壓和電流值，以及其中步驟(c)包括延遲每一相的數(shù)字電壓值，以補(bǔ)償與多相電力線中每一相相聯(lián)系的相移誤差。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟響應(yīng)于波形的電流值來選擇對(duì)應(yīng)于該電流值的數(shù)字濾波器系數(shù)組，并將所選擇的數(shù)字濾波器系數(shù)組施加到數(shù)字濾波器。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中步驟(c)包括以作為抽樣間隔的分?jǐn)?shù)的遞增來延遲數(shù)字電壓值。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中步驟(c)進(jìn)一步包括延遲數(shù)字電流值。
全文摘要
一種電子儀表包括檢測(cè)電路，其用于檢測(cè)波形的電壓和電流值；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其用于將檢測(cè)到的電壓和電流值轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓和電流值；數(shù)字濾波器，其用于延遲數(shù)字電壓和電流值之中的一個(gè)或兩者，以補(bǔ)償在檢測(cè)電路中相移誤差；以及計(jì)算電路，其用于響應(yīng)于經(jīng)相位補(bǔ)償?shù)碾妷汉碗娏髦祦碛?jì)算一個(gè)或多個(gè)波形參數(shù)。該電子儀表可以通過下面方法來進(jìn)行校準(zhǔn)將具有已知相移的測(cè)試波形應(yīng)到該儀表，使用該電子儀表來測(cè)量相移，根據(jù)在已知相移和所測(cè)量相移之間的差值來確定相移誤差，并確定數(shù)字濾波器系數(shù)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于相移誤差的數(shù)字濾波延遲。
文檔編號(hào)G01R35/00GK1751241SQ02818954
公開日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2002年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月28日
發(fā)明者古利吉特·S·甘迪 申請(qǐng)人:模擬設(shè)備公司