專利名稱：組合式電力負荷精確計量裝置電路結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種組合式電力負荷精確計量裝置電路結構，具體地說
是用于10kV 35kV電網(wǎng)的戶外組合式用電負荷量計量設備。
背景技術：
目前，用戶市場上戶外計量裝置都是采用單變比、油浸式、大體積互感 器直接驅動普通或分段顯示電度表的計量方式。但是，即便是所謂的分段計 量，也僅僅是按時間分段，并未實現(xiàn)本質上的用電負荷量峰、谷分段計量， 即在檢測端就產(chǎn)生了誤差，因而使得分段及各段計量不準確，達不到高精度 要求；同時，其整體性能差，維護難，防竊電功能低下。因此，用戶迫切需 求一種能夠按照實際的峰、谷負荷量實時分段，進行精確計量的戶外裝置來 代替。
發(fā)明內容
本實用新型的目的在于克服上述不足之處，從而提供一種組合式電力負 荷精確計量裝置電路結構，其既能實現(xiàn)供電的安全、可靠、精確計量，又能 防竊電、免維護。
本實用新型的主要解決方案是這樣實現(xiàn)的
本實用新型組合式電力負荷精確計量裝置電路主要采用戶外式電壓互感 器PT的二次端連接電壓回路衰減濾波阻容網(wǎng)絡Nv,輸入端，電壓回路衰減濾 波阻容網(wǎng)絡Nv^的輸出端連接用電負荷計量芯片LMP的電壓信號輸入端；戶 外式雙變比電流互感器CT的二次端分別連接高變比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡 N,.輸入端及低變比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡N目..輸入端，高變比電流衰減濾 波阻容網(wǎng)絡仏，的輸出端分別與三組二擲模擬開關35的信號輸入端及用電負 荷計量芯片LMP的電流信號輸入端連接，低變比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡N， 的輸出端與三組二擲模擬開關SS的信號輸入端及用電負荷計量芯片LMP的電 流信號輸入端連接；三組二擲模擬開關SS的信號輸出端與用電負荷計量芯片 LMP的電流信號輸入端連接；單片機芯片MCU分別與三組二擲模擬開關SS的
控制輸入端及用電負荷計量芯片LMP的電流信號輸入端連接；微型單鈕雙位
輕觸按鍵K,、 K2、 K:,分別與單片機芯片MCU的Pl.l、 PI. 2、 P1.3端連接；單 片機芯片MCU的P2. 5、 P2. 6、 P2. 7端與譯碼器芯片ECD的A、 B、 C端連接； 譯碼器芯片ECD的Y。輸出端與用電負荷計量芯片LMP的CS端連接；譯碼器 芯片ECD的Y2、 Y3輸出端分別與可擦去程序只讀存儲芯片EEPROM的CE端、 數(shù)據(jù)緩存芯片R雄連接的CE1端連接；譯碼器芯片ECD的三個控制端A、 B、 C分別接于單片機芯片MCU的端口 P2.5、 P2.6、 P2.7連接；單片機芯片MCU 的數(shù)據(jù)端子同時連接數(shù)據(jù)鎖存器芯片F(xiàn)LL的數(shù)據(jù)端子、可擦去程序只讀存儲 芯片EEPROM的輸入/輸出數(shù)據(jù)端子、數(shù)據(jù)緩存芯片RAM的輸入/輸出數(shù)據(jù)端子、 液晶顯示器LCD的數(shù)據(jù)端子連接。
所述的戶外式雙變比電流互感器CT以雙電流變比檢測用電負荷電流，以 不同比例將實際用電負荷電流量轉換為小電壓信號。
所述的戶外式電壓互感器PT檢測用電負荷電壓，將實際用電負荷電壓量 轉換為小電壓信號。
所述的電壓回路衰減濾波阻容網(wǎng)絡NVA&,.、高變比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡 N，及低變比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡N2皿將輸入信號進行衰減處理和低通濾 波處理，以適應后續(xù)芯片的電平要求和干擾抑制。
所述的三組二擲模擬開關SS經(jīng)控制電平選通，將多路輸入信號的一路信 號送出。
所述的用電負荷計量芯片LMP將送入的各相電流、電壓負荷信號經(jīng)信號 放大器放大和模數(shù)轉換器轉換，成為電流數(shù)字信號和電壓數(shù)字信號。
所述的單片機芯片MCU用于對用電負荷計量芯片LMP的有功負荷計量輸 出數(shù)據(jù)進行處理，得到相應于瞬時有功功率信號的數(shù)字量。
所述的可擦去程序只讀存儲芯片EEPROM用于擴展存儲各應用程序及固 定數(shù)據(jù)。
所述的數(shù)據(jù)緩存芯片RAM用于存儲峰、谷用電負荷量數(shù)據(jù)。 所述的譯碼器芯片ECD用于產(chǎn)生外接芯片的片選信號。 所述的數(shù)據(jù)鎖存器芯片F(xiàn)LL用于構成地址鎖存單元，用來鎖存低八位地
址信息，產(chǎn)生低八位地址鎖存輸出。
所述的液晶顯示器LCD用于顯示峰、谷用電負荷量數(shù)據(jù)。 所述的微型單鈕雙位輕觸按鍵K,配合單片機芯片MCU控制顯示轉換，選
通瞬時數(shù)據(jù)。
所述的微型單鈕雙位輕觸按鍵K2配合單片機芯片MCU控制中斷，存儲數(shù)據(jù)。
所述的微型單鈕雙位輕觸按鍵K3配合單片機芯片MCU控制中斷，選通并 顯示數(shù)據(jù)。
本實用新型與已有技術相比具有以下優(yōu)點-
本實用新型能適應當前電網(wǎng)運行的情況，滿足用戶的要求，實現(xiàn)了供電 的安全、可靠、電能實時分段計量的精確、無誤；無油化、免維護、真正防 竊電，減少了故障檢修時間，可以通過有線或無線傳送方式實現(xiàn)運行情況的 電腦監(jiān)控；采用的雙變比電流互感器能使電能計量始終運行在其最佳運行區(qū) 間，從而降低了由于其超負荷或低負荷運行時造成的計量誤差及計量線損， 在0.2%額定電流時，也能保證0.2S級計量精度，最大限度降低了低負荷時 造成的計量誤差；同時，相對類似產(chǎn)品，具有結構簡單、易于標準化和批量 生產(chǎn)的特點。


圖1為本實用新型電路方框原理圖。
圖2為本實用新型電路接線圖。
具體實施方式
下面本實用新型將結合附圖中的實施例作進一步描述
如圖1、圖2所示本實用新型主要由組合互感器和計量組件組成。其 中組合互感器采用戶外式電壓互感器PT、戶外式雙變比電流互感器CT;計量
組件采用ADE7758型電負荷計量芯片LMP、 AT89S52型單片機芯片MCU、電壓 回路衰減濾波阻容網(wǎng)絡NVA&I、高變比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡N,、低變比電 流衰減濾波阻容網(wǎng)絡N2A&P、微型單鈕雙位輕觸按鍵K、K2、 K3、 76LS138型3 一8譯碼器芯片ECD、 26864A型可擦去程序只讀存儲芯片EEPR0M、 74LS373 型數(shù)據(jù)鎖存器芯片F(xiàn)LL及HC16202型液晶顯示器LCD等一系列軟、硬件組合 而成的數(shù)據(jù)采集、比較、切換、處理、分析、計算和保存、顯示、執(zhí)行系統(tǒng)。 本實用新型電路結構組成及其連接關系如下
戶外式電壓互感器PT檢測用電負荷電壓，將實際用電負荷電壓量轉換為
小電壓信號；戶外式雙變比電流互感器CT以雙電流變比檢測用電負荷電流， 以不同比例將實際用電負荷電流量轉換為小電壓信號。戶外式電壓互感器PT 的二次端連接電壓回路衰減濾波阻容網(wǎng)絡N，.輸入端，電壓回路衰減濾波阻 容網(wǎng)絡Nw^的輸出端連接用電負荷計量芯片LMP的電壓信號輸入端VAP—VN (VBP—VN、 VCP—VN);戶外式雙變比電流互感器CT的二次端分別連接高變 比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡N,:輸入端及低變比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡N，:輸 入端，高變比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡Nu^的輸出端分別與三組二擲模擬開關 SS的信號輸入端ax (bx、 cx)及用電負荷計量芯片LMP的電流信號輸入端 IAN (IBIN、 ICN)連接，低變比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡N2膨的輸出端與三組 二擲模擬開關SS的信號輸入端ay (by、 cy)及用電負荷計量芯片LMP的電 流信號輸入端IAN (IBN、 ICN)連接；電壓回路衰減濾波阻容網(wǎng)絡N,、高 變比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡N^及低變比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡N目:將輸入 信號進行衰減處理和低通濾波處理，以適應后續(xù)芯片的電平要求和干擾抑制。 用電負荷計量芯片LMP將送入的各相電流、電壓負荷信號經(jīng)信號放大器放大 和模數(shù)轉換器轉換，成為電流數(shù)字信號和電壓數(shù)字信號；然后，電流信號經(jīng) 電流通道的高通濾波器濾除直流分量并數(shù)字積分后，與經(jīng)相位校正的電壓 信號相乘，產(chǎn)生瞬時功率信號；該信號經(jīng)低通濾波器濾波后，產(chǎn)生瞬時有功 功率信號；最后，各相功率相加得到總的三相瞬時有功功率，再經(jīng)數(shù)字積分 后得到當前有功用電負荷量，最后通過引腳輸出。當前無功用電負荷量與此 類似。三組二擲模擬開關SS的信號輸出端a (b、 c)與用電負荷計量芯片L MP的電流信號輸入端IAP (IBP、 ICP)連接；所述的三組二擲模擬開關SS 經(jīng)控制電平選通，將多路輸入信號的一路信號送出；單片機芯片MCU的Pl.O 端與三組二擲模擬開關SS的控制輸入端A、 B、 C連接；其PL4、 P3.4/T0、 P3. 5/T1端分別與用電負荷計量芯片LMP的SCLK、 DIN、 D0UT端連接；微型 單鈕雙位輕觸按鍵K,、 K2、 K3分別與單片機芯片MCU的P1.1、 P1.2、 P1.3端 連接；單片機芯片MCU的P2. 5、 P2.6、 P2. 7端與譯碼器芯片ECD的A、 B、 C 端連接；所述的譯碼器芯片ECD用于產(chǎn)生外接芯片的片選信號，其三個控制 端A、 B、 C分別接于單片機端口 P2.5、 P2.6、 P2.7;譯碼器芯片ECD的Y(, 端與用電負荷計量芯片LMP的CS端連接；譯碼器芯片ECD的Y2、 Y:;端分別與 可擦去程序只讀存儲芯片EEPR0M的CE端、數(shù)據(jù)緩存芯片RAM連接的CE1端
連接；單片機芯片MCU的P0. 0 P0. 7端同時連接數(shù)據(jù)鎖存器芯片F(xiàn)LL的DO D7端、可擦去程序只讀存儲芯片EEPROM的1/00 1/07端、數(shù)據(jù)緩存芯片 RAM的1/00 1/07端、液晶顯示器LCD的DB0 DB7端；單片機芯片MCU的 P2. 0 P2. 4端同時連接可擦去程序只讀存儲芯片EEPROM的A8 A12端、隨 機程序、數(shù)據(jù)緩存芯片RAM的A8 A12端；數(shù)據(jù)鎖存器芯片F(xiàn)LL的Q0 Q7 端同時與可擦去程序只讀存儲芯片EEPROM的A0 A7端、隨機程序、數(shù)據(jù)緩 存芯片RAM的A0 A7端連接。
所述的用電負荷計量芯片LMP將送入的各相電流、電壓負荷信號經(jīng)號信 放大器放大和模數(shù)轉換器轉換，成為電流數(shù)字信號和電壓數(shù)字信號；然后， 電流信號經(jīng)電流通道的高通濾波器濾除直流分量并數(shù)字積分后，與經(jīng)相位校 正的電壓信號相乘，產(chǎn)生瞬時功率信號；該信號經(jīng)低通濾波器濾波后，產(chǎn)生 瞬時有功功率信號；最后，各相功率相加得到總的三相瞬時有功功率，再經(jīng) 數(shù)字引腳輸出。視在功率和復功率與此類似。
所述的單片機芯片MCU用于對用電負荷計量芯片LMP的有功負荷計量輸出 數(shù)據(jù)進行處理，得到相應于瞬時有功功率信號的數(shù)字量；該數(shù)字量再經(jīng)功率 比較處理，與相應于額定功率20%的給定量進行比較，送出切換控制信號， 通過P1.0端子送入模擬開關SS的A、 B、 C控制端。當瞬時有功負荷功率不 低于額定有功功率的20%時，P1.0輸出為低電平；當負荷功率低于額定功 率的20%時，P1.0輸出高控制電平。同時，執(zhí)行相應的選通、控制、讀、寫、 計算等操作，以按峰、谷兩段，將用電負荷計量芯片LMP數(shù)字引腳輸出的三 相有、無功負荷計量數(shù)據(jù)，準確地送入隨機程序、數(shù)據(jù)緩存芯片RAM的相應 地址和液晶顯示器LCD計算瞬時有、無功功率、功率因數(shù)，隨機程序、數(shù)據(jù) 緩存芯片RAM以兩區(qū)分別保存峰、谷兩段有、無功用電負荷量；通過接于Pl. 1 端的按鍵K"控制顯示轉換，隨意選通瞬時數(shù)據(jù)，用兩秒鐘顯示任意時刻有、 無功功率、功率因數(shù)及其時間；通過接于P1.2端的按鍵K2，控制中斷，存 儲當前(本月)數(shù)據(jù)；通過接于P1.3端的按鍵K3，控制轉換、選通并顯示 上次(上月)數(shù)據(jù)。
所述的可擦去程序只讀存儲芯片EEPR0M用于擴展存儲各應用程序及固 定數(shù)據(jù)。所述的數(shù)據(jù)鎖存器芯片F(xiàn)LL用于構成地址鎖存單元，用來鎖存低八 位地址信息，產(chǎn)生低八位地址鎖存輸出。
單片機芯片MCU與3—8譯碼器芯片ECD、數(shù)據(jù)鎖存器芯片F(xiàn)LL —起構成
外展的三總線結構。
所述的微型單鈕雙位輕觸按鍵K'配合單片機芯片MCU控制顯示轉換，隨
意選通瞬時數(shù)據(jù)，用兩秒鐘顯示任意時刻有、無功功率、功率因數(shù)及其時間； 所述的微型單鈕雙位輕觸按鍵K2配合單片機芯片MCU控制中斷，存儲當前(本 月)數(shù)據(jù)；所述的微型單鈕雙位輕觸按鍵K3配合單片機芯片MCU控制中斷， 選通并顯示上次(上月)數(shù)據(jù)。
本實用新型的工作原理及工作過程-
三相電用電負荷量經(jīng)戶外式電壓互感器PT和戶外式雙變比電流互感器 CT檢測、轉換，以相應的電壓信號模擬量從其二次端引入計量組件的相應 端子。其中，相應于額定電流和20%額定電流檢測，戶外式雙變比電流互感 器CT的二次繞組制成低變比繞組和高變比繞組，分別通過兩組接線端子引 出。低變比接線端子用來輸出高峰段負荷電流計量信號，高變比端子用來輸 出低谷段負荷電流信號。
相應于電流的低變比模擬量和高變比模擬量，低變比電流計量信號和高 變比變比電流計量信號分別送入峰段信號衰減處理通道和谷段信號衰減處理 通道；然后，經(jīng)受控模擬開關切換，選通其一路送入專用用電負荷計量芯片 LMP的電流輸入端。相應于電壓的模擬量通過電壓計量信號衰減處理通道， 直接送入用電負荷計量芯片LMP的電壓輸入端。這些信號通過用電負荷計量 芯片LMP，經(jīng)高分辨率模數(shù)轉換、計算與濾波和數(shù)字信號處理DSP，將送入的 相應模擬量轉換成為峰、谷用電負荷計量數(shù)字信號，分別通過單片機芯片MCU 等模塊處理，輸出到峰、谷用電負荷量顯示、存儲模塊、報警器、計算機等 數(shù)字終端執(zhí)行器件。
利用單片機芯片MCU對用電負荷計量芯片LMP的有功負荷計量輸出數(shù)據(jù) 的處理，得到相應于瞬時有功功率信號的數(shù)字量，該數(shù)字量再經(jīng)單片機芯片 MCU的功率比較處理，與相應于額定功率20%的給定量進行比較，送出切換控 制信號，通過單片機芯片MCU送入模擬開關的控制端。當瞬時有功負荷功率 不低于額定有功功率的20%時，單片機芯片MCU控制模擬開關使低變比電流 信號通道為接通，高變比電流信號通道為阻斷，電路將低變比電流信號送入 用電負荷計量芯片LMP的電流輸入端；當負荷功率低于額定功率的20%時，
控制電平使模擬開關轉換，低變比電流信號通道阻斷，高變比電流信號通道
接通，將高變比電流信號送入用電負荷計量芯片LMP的電流輸入端。同時， 比較輸出的切換控制電平使單片機芯片MCU執(zhí)行相應的選通、控制、讀、寫、 計算等操作，以按峰、谷兩段，將用電負荷計量芯片LMP數(shù)字引腳輸出的三 相有、無功負荷計量數(shù)據(jù)，準確地送入的相應地址和液晶顯示器，計算瞬時 有、無功功率、功率因數(shù)，控制隨機存儲器以兩區(qū)分別保存峰、谷兩段有、 無功用電負荷量，控制液晶顯示器以三秒為周期交替顯示峰、谷兩段有、無 功用電負荷量，控制485總線將數(shù)據(jù)上傳數(shù)據(jù)中心。通過不同按鍵及其配合， 控制顯示轉換，隨意選通瞬時數(shù)據(jù)，用兩秒鐘顯示任意時刻有、無功功率、 功率因數(shù)及其時間；控制中斷，存儲當前(本月)數(shù)據(jù)；控制轉換、選通并 顯示上次(上月)數(shù)據(jù)。
權利要求1、一種組合式電力負荷精確計量裝置電路結構，其特征是采用戶外式電壓互感器(PT)的二次端連接電壓回路衰減濾波阻容網(wǎng)絡(NVA&F)輸入端，電壓回路衰減濾波阻容網(wǎng)絡(NVA&F)的輸出端連接用電負荷計量芯片(LMP)的電壓信號輸入端；戶外式雙變比電流互感器(CT)的二次端分別連接高變比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡(N1A&F)輸入端及低變比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡(N2A&F)輸入端，高變比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡(N1A&F)的輸出端分別與三組二擲模擬開關(SS)的信號輸入端及用電負荷計量芯片(LMP)的電流信號輸入端連接，低變比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡(N2A&F)的輸出端與三組二擲模擬開關(SS)的信號輸入端及用電負荷計量芯片(LMP)的電流信號輸入端連接；三組二擲模擬開關(SS)的信號輸出端與用電負荷計量芯片(LMP)的電流信號輸入端連接；單片機芯片(MCU)分別與三組二擲模擬開關(SS)的控制輸入端及用電負荷計量芯片(LMP)的電流信號輸入端連接；微型單鈕雙位輕觸按鍵(K1、K2、K3)分別與單片機芯片(MCU)的(P1.1、P1.2、P1.3)端連接；單片機芯片(MCU)的(P2.5、P2.6、P2.7)端與譯碼器芯片(ECD)的(A、B、C)端連接；譯碼器芯片(ECD)的(Y0)輸出端與用電負荷計量芯片(LMP)的(CS)端連接；譯碼器芯片(ECD)的(Y2、Y3)輸出端分別與可擦去程序只讀存儲芯片(EEPROM)的(CE)端、數(shù)據(jù)緩存芯片(RAM)連接的(CE1)端連接；譯碼器芯片(ECD)的三個控制端(A、B、C)分別接于單片機芯片(MCU)的端口(P2.5、P2.6、P2.7)連接；單片機芯片(MCU)的數(shù)據(jù)端子同時連接數(shù)據(jù)鎖存器芯片(FLL)的數(shù)據(jù)端子、可擦去程序只讀存儲芯片(EEPROM)的輸入/輸出數(shù)據(jù)端子、數(shù)據(jù)緩存芯片(RAM)的輸入/輸出數(shù)據(jù)端子、液晶顯示器(LCD)的數(shù)據(jù)端子連接；所述的戶外式雙變比電流互感器(CT)以雙電流變比檢測用電負荷電流，以不同比例將實際用電負荷電流量轉換為小電壓信號；所述的戶外式電壓互感器(PT)檢測用電負荷電壓，將實際用電負荷電壓量轉換為小電壓信號；所述的電壓回路衰減濾波阻容網(wǎng)絡(NVA&F)、高變比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡(N1A&F)及低變比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡(N2A&F)將輸入信號進行衰減處理和低通濾波處理，以適應后續(xù)芯片的電平要求和干擾抑制；所述的三組二擲模擬開關(SS)經(jīng)控制電平選通，將多路輸入信號的一路信號送出；所述的用電負荷計量芯片(LMP)將送入的各相電流、電壓負荷信號經(jīng)信號放大器放大和模數(shù)轉換器轉換，成為電流數(shù)字信號和電壓數(shù)字信號；所述的單片機芯片(MCU)用于對用電負荷計量芯片(LMP)的有功負荷計量輸出數(shù)據(jù)進行處理，得到相應于瞬時有功功率信號的數(shù)字量；所述的可擦去程序只讀存儲芯片(EEPROM)用于擴展存儲各應用程序及固定數(shù)據(jù)；所述的數(shù)據(jù)緩存芯片(RAM)用于存儲峰、谷用電負荷量數(shù)據(jù)；所述的譯碼器芯片(ECD)用于產(chǎn)生外接芯片的片選信號；所述的數(shù)據(jù)鎖存器芯片(FLL)用于構成地址鎖存單元，用來鎖存低八位地址信息，產(chǎn)生低八位地址鎖存輸出；所述的液晶顯示器(LCD)用于顯示峰、谷用電負荷量數(shù)據(jù)；所述的微型單鈕雙位輕觸按鍵(K1)配合單片機芯片(MCU)控制顯示轉換，選通瞬時數(shù)據(jù)；所述的微型單鈕雙位輕觸按鍵(K2)配合單片機芯片(MCU)控制中斷，存儲數(shù)據(jù)；所述的微型單鈕雙位輕觸按鍵(K3)配合單片機芯片(MCU)控制中斷，選通并顯示數(shù)據(jù)。
專利摘要本實用新型涉及一種組合式電力負荷精確計量裝置電路結構，其互感器采用戶外式電壓互感器、戶外式雙變比電流互感器；計量組件采用電負荷計量芯片、單片機芯片、電壓回路衰減濾波阻容網(wǎng)絡、高、低變比電流衰減濾波阻容網(wǎng)絡、微型單鈕雙位輕觸按鍵、譯碼器芯片、可擦去程序只讀存儲芯片、數(shù)據(jù)鎖存器芯片及液晶顯示器等組合而成的數(shù)據(jù)采集、比較、切換、處理、分析、計算和保存、顯示、執(zhí)行系統(tǒng)。本實用新型能適應當前電網(wǎng)運行的情況，滿足用戶的要求，實現(xiàn)了供電的安全、可靠、電能實時分段計量的精確、無誤；無油化、免維護、真正防竊電，減少了故障檢修時間，可以通過有線或無線傳送方式實現(xiàn)運行情況的電腦監(jiān)控。
文檔編號G01R22/06GK201060236SQ200720040709
公開日2008年5月14日 申請日期2007年7月12日 優(yōu)先權日2007年7月12日
發(fā)明者屈百達 申請人:江南大學