專利名稱：多用戶電能計量管理的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力系統中一種電能計量管理的裝置，尤其適用于集中配電的場合，如配電盤柜、居民住宅樓單元等，可取代多個單一功能的電能計量表。
目前，電力系統中對電能的計量與管理，主要是用瓦特小時計電度表，俗稱“火表”。這種以機械旋轉方式記數的裝置，精度低、能耗高，一戶一表，且表計本身沒有管理功能，遠不能滿足電力系統運行管理的需要。因此，最近有人研制出如分時計量、數字顯示、防竊電等各種功能的電度表，這些改進、僅僅在功能的增加方面取得一些進展。但仍然沒有擺脫電磁旋轉計數方式，這在精度的提高上受到限制，制造成本也大大提高，仍是一戶一表的配置方式很不經濟，更談不上對用戶電能狀況進行實時管理。尤其是在電力管理人員不能常去的地方，對超負荷用電、違章用電現象束手無策。
本實用新型的目的是要提供一種能夠克服上述問題的裝置，并能同時對多個用戶回路的電能狀況進行計量和監控管理。
為實現上述目的，本實用新型采用了微電腦和巡迥檢測原理，設計了一種有下列特點的裝置，如有一個由多個電流/電壓轉換電路1與一個由單片微型計算機CPU(8031)控制的模擬開關KK1(150)構成的輸入選擇電路2相聯接；一個由量程轉換電路3、精密整流電路4、放大整形電路5、電壓測量電路6構成的模擬電路，并通過模數轉換器AD(0801)和上述單片微型計算機CPU相接；一個以上述單片機CPU和存貯器電路8為核心，并配置有選顯電路9、輸出選擇電路10、輸出信號電路11和地址分配器YM1(138)與非門AN×6構成的數據處理實時監控系統；還有一個雙回路直流穩壓電源電路7。
由于本實用新型在硬件配置中采用了先進的單片微型計算機和可插存貯器芯片，可以使數據資料長期保存、不怕失電；在軟件設計中采用了數字濾波技術、自適應量轉換以及非線性誤差修正等功能，使該實用新型具有很高的可靠性和抗干擾能力；它還具有精度高、量程寬、能耗低等優點，也是一種性能價格比極高的監控儀器，是取代已有電度表的最佳產品。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。


圖1是本實用新型的電路框圖。
圖2是模擬部分電路原理圖。
圖3是數字部分電路示意圖。
由圖1可知，本實用新型是一個以單片微型計算機CPU為核心的實時監控系統。其前向通道配置有電流/電壓轉換電路1，輸入選擇電路2，量程轉換電路3，精密整流電路4，放大整形電路5，電壓測量電路6，電源電路7以及模/數轉換器AD；后向通道配置有存貯器電路8，選顯電路9，輸出選擇電路10，輸出信號電路11。這些電路均在單片微型計算機CPU的控制下運行。
本實用新型在計量電能方面提出了如下數學模型
N＝KTIVCOSΦ式中K-比例系數，依單相、三相回路或時間而定；T-時間，由單片微型計算機CPU內部時鐘電路產生；I-電流量；V-電壓量；COSΦ-功率因數。
以下將說明電流量、電壓量、功率因數的測量。
在圖2中，電流/電壓轉換電路1是由多個電流互感器CT1-CTn、多個電阻R101-R10n、R201-R20n、多個限壓二極管D11-D1n組成。電流互感器CT可按每一用戶回路，單相配置一個CT；三相配置兩個CT，任選兩相配置均可。
電流量的測量是按每一用戶回路的編號進行巡迥檢測的。本實用新型電流互感器CT的設置與用戶回路相對應。當單相用戶回路中有電流通過時，則在電流/電壓轉換電路1的電流互感器CT1的付繞組中便產生一個經過電阻R101、R201和整流二極管D11的電流，并轉換成電壓量，即在電阻R201上得到一個正半周的電壓信號。該信號聯到模擬開關KK1(150)的輸入端供巡迥檢測。
當模擬開關KK1中的任一開關被選通，如K11被選通，則對第1回路用戶進行測量，電壓信號通過模擬開關KK1加到由運算放大器IC1(TL082)、程控開關KK2(153)、電阻R3、R4、R5、電容C2組成的量程轉換電路3的運算放大器IC1的正相輸入端，此時程控開關KK2的K21閉合，即運算放大器IC1的放大倍數為1，信號沒有被放大，量程為大范圍。信號經整流電路4，正半周的電流通路為IC2(TL082)-C5-D3-R8-R9-R10-地；負半周的電流通路為地-R10-R9-D2-C5-IC2，因此，在電阻R8上得到正半周信號。電路中C3是補償電容，C4、C5是隔直電容，電阻R6、R7，二極管D1組成小信號補償電路，保證小信號通過后波形不畸變。
在圖3中，模/數轉換器AD將R8上的電壓模擬信號轉換成八位二進制數字量送到微機CPU處理。微機CPU首先將數字量進行比較判斷，如果該數字在量程范圍內，則認可并送下道程序。否則，立即轉換量程，將程控開關KK2中的K21斷開，使K22閉合，并使IC1的放大倍數達到量程要求，此時IC1的放大倍數為(R3＋R4＋R5)/(R4＋R5)。即裝置可對小信號進行測量，以實現量程轉換。測量結果是第1用戶的電流量，并送往微機CPU內部寄存器暫時存放。
電網電壓量的測量，是在每一巡測周期開始時，由微機CPU控制程控開關KK2中的K23閉合后，由變壓器T的付邊繞組和電阻R11、R12、R13及電容C10組成的電壓測量電路6測得的，其值的變化范圍不大，不需要轉換量程，可直接通過整流電路4和模/數轉換器AD后，送微機CPU暫存。
功率因數COSΦ的測量是將電流I、電壓V的波形通過放大整形，變成方波信號。放大整形電路5是由運算放大器IC3(TL082)、IC4(TL082)組成，均接成開環放大器形式，將輸出的方波分別送到微機CPU的P3.1、P3.2端口，由微機CPU通過比較電流、電壓的波形而得到功率因數的數字量，同樣暫存寄存器中。當功率因數值不等于1時，這兩個方波不是同時過零，微機CPU很容易計算出它們的時間差，再通過查表，求取功率因數值。
微機CPU將各寄存器的上述電流量1電壓量V、功率因數值COSΦ取出相乘，乘以比例系數K，并將其乘積按一定的時間規律進行累加，送往存貯器電路8中的存貯器ROM1(2864)長期保存。該存貯器中的內容就是第1用戶的電能計量結果。抄表時，在選顯電路9的鍵盤JB鍵入顯示指令，并鍵入需要顯示的用戶編號，微機CPU便將上述存貯器中的數據讀出，經過緩沖器H1(373)、H2(373)后在顯示器XS上顯示出來。顯示后不影響存貯器ROM1中的內容。
微機CPU檢測出用戶的電能狀況后，立即輸出相應信號。由于微機CPU執行指令時間是以微秒計算，再因輸入選擇電路2的模擬開關KK1與輸出選擇電路10的輸出選擇分配器YM2(154)的選控端A、B、C、D并聯在一起，由微機CPU同時選通，因此，該裝置的檢測和輸出信號是針對同一用戶的。
本實用新型可以通過輸入指令來設置不同的計量內容，如有功計量、無功計量、峰谷分時計量等；還可對用戶實施各種供電方式，如限額供電、限荷供電、限時供電等，使用戶的電能使用情況完全在本裝置的監控之下。
本實用新型設置的信號輸出電路11由輸出選擇分配器YM2、鎖存器SH1-SHn(375)、信號指示燈XD3xn組成，其輸入端接到微機CPU的端口P1。在本裝置的面板上，針對每一用戶回路設置由發光二極管組成的信號指示燈XD3xn，有綠、黃、紅三色。當用電達到或略有超負荷時，黃燈亮；嚴重超負荷時，紅燈亮，并經過一定延時后，發出跳閘斷電指令；當正常用電時，綠燈亮，完全在微機CPU的控制下實現了對用電狀況的管理。
本實用新型模擬部分用直流12伏供電，數字部分用直流5伏供電。圖3中的數據總線用流向線方式標出，元器件的電源接線和接地線均是常規聯接，圖中未標出。
本實用新型是裝在市網供電線路和用戶回路的負荷之間，裝置的形式有“配電式”和“安裝式”兩種。配電式結構是一配電箱，掛于墻上或嵌入墻內，具備配電功能。安裝式結構主要用于與配電盤柜配套使用。該型式是將電網一次回路中電流互感器CT的付繞組引線直接聯到本裝置上，由于此時的電流互感器CT不是與裝置原配，測量精度完全取決于電流互感器精度。
權利要求1.一種多用戶電能計量管理的裝置，主要由單片微型計算機、集成塊、電子元器件相配合的電子電路組成，其特征在于A.有一個多個電流/電壓轉換電路(1)與一個由單片微型計算機CPU(8031)控制的模擬開關KK1(150)構成的輸入選擇電路(2)相聯接；B.一個由量程轉換電路(3)、精密整流電路(4)、放大整形電路(5)、電壓測量電路(6)構成的模擬電路，并通過模/數轉換器AD(0801)和上述單片機CPU相接；C.一個以上述單片微型計算機CPU和存貯器電路(8)為核心，并配置有選顯電路(9)、輸出選擇電路(和存貯器電路(8)為核心，并配置有選顯電路(9)、輸出選擇電路(10)、輸出信號電路(11)和地址分配器YM1(138)與非門AN×6構成的數據處理實時監控系統；D.還有一個雙回路直流穩壓電源電路(7)。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于所述多個電流/電壓轉換電路(1)是由多個電流互感器CT1-CTn、多個電阻R101-R10n、R201-R20n、多個整流限墳二極管D11-D1n組成，并分別與模擬開關KK1的輸入端聯接。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于所述量程轉換電路(3)由運算放大器IC1(TL082)、程控開關KK2、電阻R3、R4、R5、電容C2組成，該電路輸入端通過一電阻R1與電容C1并聯的一端接到輸入選擇電路(2)的輸出端。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于放大整形電路(5)由運算放大器IC3(TL082)、IC4(TL082)接成開環放大器形式，其輸出端與單片微型計算機CPU聯接。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于所述電壓測量電路(6)由電源變壓器T的一個付邊繞組與電阻R11、R12、R13、電容C10組成，并與程控開關KK2(153)聯接。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于輸入選擇電路(2)中的模擬開關KK1和輸出選擇電路(10)中的輸出選擇分配器YM2(154)的選控信號端A、B、C、D并聯在一起，且聯接到數據緩沖器H4(373)，使輸入和輸出選擇保持一致。
7.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于輸出信號電路(11)由輸出選擇電路(10)、鎖存器SH1--SHn(375)、信號指示燈XD3xn組成，該電路的信號輸入端接到單片微型計算機CPU的端口P1。
專利摘要本實用新型公開了一種多用戶電能計量管理的裝置，該裝置有一個由多個電流/電壓轉換電路(1)與一個由微機控制的模擬開關構成的輸入選擇(2)相接；一個由量程轉換(3)、整流(4)、放大整形(5)、電壓測量(6)構成的模擬電路，并通過模數轉換器和上述微機相接；一個以上述微機和存貯器(8)為核心，配置選顯(9)、輸出選擇(10)、輸出信號(11)等構成的數據處理實時監控系統；還有一個雙路直流穩壓電源(7)。該裝置可用于同時對多用戶回路電能的計量和監控管理。
文檔編號G01R22/00GK2246808SQ9423112
公開日1997年2月5日 申請日期1994年12月29日 優先權日1994年12月29日
發明者丁鐘毅 申請人:丁鐘毅