一种低压一次电力系统参数获取系统的制作方法

本发明涉及电力系统参数检测，特别是一种低压一次电力系统参数获取系统。

技术背景

目前，随着电力自动化技术的迅速发展，电气参数（电流、电压）的测量基本淘汰了传统指针式仪表测量，改为电子式仪表来进行测量。在传统的电力系统中电流、电压参数的提取是通过一次仪表变换到二次仪表的需要的参数进行传送。一次电流变换是通过电流互感器把0～100a以上交变电流先变成0～5a以下等级。一次高电压变换是通过高压变压器把110kv以上高压等级先变为10kv以下等级（如0.38kv、0.22kv等）。当通过多个一次设备将电参数变成0～5a或0～1a的二次电流及380v等级的二次电压后才能接到二次仪表测量。

在低压（0.38kv等级）电力系统的实际应用中，电流的采集是先将一次电流通过电流变换器，转换成0～5a以下二次电流，再通过外部多个接线方式将二次电流连接到仪表，通过仪表内部小型电流互感器，将二次电流转换成采样回路需要的毫安级电流，最后通过ｉ／ｖ转化电路提供给电流采集回路，实现电力参数电流的测量。电压的采集是通过电压互感器把高压（0.38kv）变换成mv级提供给电压采集回路,实现电压参数的测量。

在以上传统（低压）的电力参数提取方案中，明显存在三个缺陷。

1、需要两级电流电压变换，两级变换间需要多个外部连线，物料和人工成本高。

2、一次到二次变换引线多、引线长，相互受电磁干扰大。

3、二次测量仪表进行精度校准时，需要在仪表电流输入端、施加电流互感器所需的二次电流额定值进行校准，因无法消除一次到二次的引线的相互干扰、多个电流互感器一致性等问题，往往使电流测量的误差（多个影响环节的叠加）很大。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种低压一次电力系统参数获取系统，具体说是在低压电力系统参数测量中，采用一次融合（变换）将所需的电力参数通过专用互感器和专用电路板变成通用的数字信号输出，这种方案不仅解决了多个设备互联问题，保证系统有较高的可靠性，还进一步解决了电力系统复杂的数据处理与传送距离问题。对于目前大量的低压柜接线带来了更简洁实用方法。

本发明的目的是这样实现的，一种低压一次电力系统参数获取系统，其特征是：至少包括：传感检测单元和信号处理单元；传感检测单元和信号处理单元电连接；

所述的传感检测单元用于通过电流互感器获取三相电压的电流信号，用于通过电压互感器获取三相电压的电压信号；

用于将获取的三相电压的电流信号进行滤波传送给信号处理单元的电流处理接口；

用于将获取的三相电压的电流信号进行高压隔离传送给信号处理单元的电压处理接口；

所述的信号处理单元用于将获得的abc三相全波电压和abc三相全波电流进行处理，获取abc三相全波电压和abc三相全波电流的有效值、abc三相全波电压有效值、合相有功功率、合相无功功率、视在功率、合相rems功率因数；

所述的信号处理单元用于将获得的abc三相全波电压和abc三相全波电流进行处理，获取abc三相全波电压和abc三相全波电流的电压频率、有功正电度、有功反电度、无功正电度、无功反电度、电流总谐波含量、电压总谐波含量、1次到50次电压谐波分量等电力参数。

所述的传感检测单元包括：第一一次电流穿心互感器、第二一次电流穿心互感器、第三一次电流穿心互感器,第一一次电流穿心互感器、第二一次电流穿心互感器、第三一次电流穿心互感器是一次电流穿心互感器，分别套接在a\b\c三相电源线路回路上，获取三相回路的电流信息，同时实现电流传感到电流信号处理的电气隔离。

所述的第一一次电流穿心互感器、第二一次电流穿心互感器、第三一次电流穿心互感器变比达在10000:1之间，用于将0～100a以上的大电流变换成ma级小电流输出；第一一次电流穿心互感器、第二一次电流穿心互感器、第三一次电流穿心互感器分别与三相电源电流取样滤波电路电连接；三相电源电流取样滤波电路用于将第一一次电流穿心互感器、第二一次电流穿心互感器、第三一次电流穿心互感器经电流取样、电流滤波ｉ／ｖ电路转换成电压信号连接至后续处理电路。

所述的信号处理单元获取三相电压a、b、c中的电流、电压信号，信号处理单元将获取的三相电压a、b、c中的电流信号和电压信号分别与送入到电流差分a/d输入电路和电压差分a/d输入电路进行差分处理；经电流差分a/d输入电路和电压差分a/d输入电路进行差分处理后的信号通过模拟接口电路送到arm处理器，由arm处理器进行处理，获取abc三相全波电压和abc三相全波电流的有效值、abc三相全波电压有效值、合相有功功率、合相无功功率、视在功率、合相rems功率因数；abc三相全波电流的电压频率、有功正电度、有功反电度、无功正电度、无功反电度、电流总谐波含量、电压总谐波含量、1次到50次电压谐波分量等电力参数信息；arm处理器再将处理后的信息分两路，一路存入ram存贮器，另一路通过数字隔离接口电路后送到接口电路；接口电路或是485接口，或是can接口、或是spi接口、或是uart接口，或/和是它们的集合或分合。

所述的信号处理单元获取三相电压a、b、c中的电流、电压信号，信号处理单元将获取的三相电压a、b、c中的电流信号和电压信号分别与送入到集成处理电路处理；经集成处理电路处理后的信号通过模拟接口电路送到arm处理器，由arm处理器进行处理，获取abc三相全波电压和abc三相全波电流的有效值、abc三相全波电压有效值、合相有功功率、合相无功功率、视在功率、合相rems功率因数；abc三相全波电流的电压频率、有功正电度、有功反电度、无功正电度、无功反电度、电流总谐波含量、电压总谐波含量、1次到50次电压谐波分量等电力参数信息。

所述的信号处理单元包括：arm处理器、ram存贮器、数字隔离接口电路、接口电路、电流差分a/d输入电路和电压差分a/d输入电路；电流差分a/d输入电路和电压差分a/d输入电路分别与arm处理器电连接，arm处理器通过总线接口电连接ram存贮器；arm处理器通过数字隔离接口电路与接口电路电连接。

所述的信号处理单元包括：arm处理器、ram存贮器、数字隔离接口电路、接口电路、集成处理电路；集成处理电路输入端与分别与第一一次电流穿心互感器、第二一次电流穿心互感器、第三一次电流穿心互感器电连接，集成处理电路输出端与arm处理器电连接，arm处理器通过总线接口电连接ram存贮器；arm处理器通过数字隔离接口电路与接口电路电连接。

所述的arm处理器获取abc三相全波电压和abc三相全波电流信息，首先分别对a相电压、a相电流，b相电压、b相电流,c相电压、c相电流进行数字滤波，得到滤波后的a相电压、a相电流，b相电压、b相电流,c相电压、c相电流数字信号；

通过a相电压和a相电流得到的信息计算a相电压电流的有效值；

通过b相电压和b相电流得到的信息计算b相电压电流的有效值；

通过c相电压和c相电流得到的信息计算c相电压电流的有效值；

通过a相电压电流的有效值计算a相的有功功率、无功功率；

通过b相电压电流的有效值计算b相的有功功率、无功功率；

通过c相电压电流的有效值计算c相的有功功率、无功功率；

通过上述参数计算合相有功功率、合相无功功率、视在功率、合相rems功率因数；abc三相全波电流的电压频率、有功正电度、有功反电度、无功正电度、无功反电度、电流总谐波含量、电压总谐波含量、1次到50次电压谐波分量信息；

存贮上述信息到ram存贮器；

依据命令发送上述信息到接口电路。

所述的集成处理电路是ade7758系列、att7022系列、rn7302系列，经集成处理电路内部同步采集滤波等处理后，arm处理器通过spi接口与计量芯片交换数据；arm处理器通过对3路电压、3路电流进行实时fft运算，得到电压电流的50次以上的谐波分量。

本发明的优点是：

1、采用低压一次变换，取消了原低压柜所配电流电压互感器，节省柜内空间，减少物料成本。

2、采用数字总线（485、can）接口，低压所有电力参数可传送至低压柜的集中显示单元和通讯管理单元。

3、减少了引线数量和引线的线径，降低了人工安装成本。

4、提高了仪表的校准精度。

5、方便维修。

本发明采用一次电力变换技术，既解决了传统电力系统二次变换的成本问题、接线问题、长距离传输问题及可靠性问题，也对智能仪表数字化的今天，更能通过数字接口实现多路数据共享的优势。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例电流和电压信号采集电路原理图；

图2是本发明实施例1电路原理图；

图3是本发明实施例2电路原理图；

图4是本发明实施例处理电路处理流程图。

图中，1、传感检测单元；2、信号处理单元；3、三相电源电流取样滤波电路；4、三相电压一次提取电路；5、集成处理电路；6、数字隔离接口电路；7、接口电路；8、ram存贮器；9-1、电流差分a/d输入电路；9-2、电压差分a/d输入电路；10、arm处理器。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，一种低压一次电力系统参数获取系统，至少包括：传感检测单元1和信号处理单元2；

所述的传感检测单元1用于通过电流互感器获取三相电压的电流信号，用于通过电压互感器获取三相电压的电压信号；

用于将获取的三相电压的电流信号进行滤波传送给信号处理单元2的电流处理接口；

用于将获取的三相电压的电流信号进行高压隔离传送给信号处理单元2的电压处理接口；

所述的信号处理单元2用于将获得的abc三相全波电压和abc三相全波电流进行处理，获取abc三相全波电压和abc三相全波电流的有效值、abc三相全波电压有效值、合相有功功率、合相无功功率、视在功率、合相rems功率因数；

所述的信号处理单元2用于将获得的abc三相全波电压和abc三相全波电流进行处理，获取abc三相全波电压和abc三相全波电流的电压频率、有功正电度、有功反电度、无功正电度、无功反电度、电流总谐波含量、电压总谐波含量、1次到50次电压谐波分量等电力参数。

图1中第一一次电流穿心互感器1.1、第二一次电流穿心互感器1.2、第三一次电流穿心互感器1.3是一次电流穿心互感器，分别套接在a\b\c三相电源线路回路上，获取三相回路的电流信息，同时实现电流传感到电流信号处理的电气隔离。第一一次电流穿心互感器1.1、第二一次电流穿心互感器1.2、第三一次电流穿心互感器1.3分别与三相电源电流取样滤波电路3电连接。

图1中第一一次电流穿心互感器1.1、第二一次电流穿心互感器1.2、第三一次电流穿心互感器1.3变比达在10000:1之间，用于将0～100a以上的大电流变换成ma级小电流输出。

图1中的三相电压一次提取电路4通过电压互感器用于将abc三相电压中的一次电压直接转成ma级电流，并通过高压隔离变换得到mv级的电压输出,连接至后续处理电路。

图1中的三相电源电流取样滤波电路3用于将第一一次电流穿心互感器1.1、第二一次电流穿心互感器1.2、第三一次电流穿心互感器1.3经电流取样、电流滤波ｉ／ｖ电路转换成电压信号连接至后续处理电路。

电压互感器和电流互感器均采用高强度高变比的线圈绕制，通过高绝缘耐高温环氧材料灌封制成。

电压互感器和电流互感器采用交变电磁感应原理，只有磁信号的传输通路，而没有物理上的直接通路,绝缘电阻达500兆欧以上,避免了高压部分与信号处理专用电路板之间的电击破坏问题。

如图2所示，所述的信号处理单元2包括：arm处理器10、ram存贮器8、数字隔离接口电路6、接口电路7、电流差分a/d输入电路9-1和电压差分a/d输入电路9-2；电流差分a/d输入电路9-1和电压差分a/d输入电路9-2分别与arm处理器10电连接，arm处理器10通过总线接口电连接ram存贮器8；arm处理器10通过数字隔离接口电路6与接口电路7电连接。

传感检测单元1获取的三相电压a、b、c中的电流、电压信号，传感检测单元1将获取的三相电压a、b、c中的电流信号和电压信号分别与送入到电流差分a/d输入电路9-1和电压差分a/d输入电路9-2进行差分处理；经电流差分a/d输入电路9-1和电压差分a/d输入电路9-2进行差分处理后的信号通过模拟接口电路送到arm处理器10，由arm处理器10进行处理，获取abc三相全波电压和abc三相全波电流的有效值、abc三相全波电压有效值、合相有功功率、合相无功功率、视在功率、合相rems功率因数；abc三相全波电流的电压频率、有功正电度、有功反电度、无功正电度、无功反电度、电流总谐波含量、电压总谐波含量、1次到50次电压谐波分量等电力参数信息。

arm处理器10再将处理后的信息分两路，一路存入ram存贮器8，另一路通过数字隔离接口电路6后送到接口电路7。

接口电路7或是485接口，或是can接口、或是spi接口、或是uart接口，或/和是它们的集合或分合。

如图4所示，arm处理器10获取abc三相全波电压和abc三相全波电流信息，首先分别对a相电压、a相电流，b相电压、b相电流,c相电压、c相电流进行数字滤波，得到滤波后的a相电压、a相电流，b相电压、b相电流,c相电压、c相电流数字信号；

通过a相电压和a相电流得到的信息计算a相电压电流的有效值；

通过b相电压和b相电流得到的信息计算b相电压电流的有效值；

通过c相电压和c相电流得到的信息计算c相电压电流的有效值；

通过a相电压电流的有效值计算a相的有功功率、无功功率；

通过b相电压电流的有效值计算b相的有功功率、无功功率；

通过c相电压电流的有效值计算c相的有功功率、无功功率；

通过上述参数计算合相有功功率、合相无功功率、视在功率、合相rems功率因数；abc三相全波电流的电压频率、有功正电度、有功反电度、无功正电度、无功反电度、电流总谐波含量、电压总谐波含量、1次到50次电压谐波分量信息；

存贮上述信息到ram存贮器8；

依据命令发送上述信息到接口电路7。

实施例2

如图1和图3所示，一种低压一次电力系统参数获取系统，至少包括：传感检测单元1和信号处理单元2；

所述的传感检测单元1用于通过电流互感器获取三相电压的电流信号，用于通过电压互感器获取三相电压的电压信号；

用于将获取的三相电压的电流信号进行滤波传送给信号处理单元2的电流处理接口；

用于将获取的三相电压的电流信号进行高压隔离传送给信号处理单元2的电压处理接口；

所述的信号处理单元2用于将获得的abc三相全波电压和abc三相全波电流进行处理，获取abc三相全波电压和abc三相全波电流的有效值、abc三相全波电压有效值、合相有功功率、合相无功功率、视在功率、合相rems功率因数；

所述的信号处理单元2用于将获得的abc三相全波电压和abc三相全波电流进行处理，获取abc三相全波电压和abc三相全波电流的电压频率、有功正电度、有功反电度、无功正电度、无功反电度、电流总谐波含量、电压总谐波含量、1次到50次电压谐波分量等电力参数。

传感检测单元1包括：第一一次电流穿心互感器1.1、第二一次电流穿心互感器1.2、第三一次电流穿心互感器1.3；：第一一次电流穿心互感器1.1、第二一次电流穿心互感器1.2、第三一次电流穿心互感器1.3是一次电流穿心互感器，分别套接在a\b\c三相电源线路回路上，获取三相回路的电流信息，同时实现电流传感到电流信号处理的电气隔离。第一一次电流穿心互感器1.1、第二一次电流穿心互感器1.2、第三一次电流穿心互感器1.3分别与三相电源电流取样滤波电路3电连接；

图1中第一一次电流穿心互感器1.1、第二一次电流穿心互感器1.2、第三一次电流穿心互感器1.3变比达在10000:1之间，用于将0～100a以上的大电流变换成ma级小电流输出。

图1中的三相电压一次提取电路4通过电压互感器用于将abc三相电压中的一次电压直接转成ma级电流，并通过高压隔离变换得到mv级的电压输出,连接至后续处理电路。

图1中的三相电源电流取样滤波电路3用于将第一一次电流穿心互感器1.1、第二一次电流穿心互感器1.2、第三一次电流穿心互感器1.3经电流取样、电流滤波ｉ／ｖ电路转换成电压信号连接至后续处理电路。

电压互感器和电流互感器均采用高强度高变比的线圈绕制，通过高绝缘耐高温环氧材料灌封制成。

电压互感器和电流互感器采用交变电磁感应原理，只有磁信号的传输通路，而没有物理上的直接通路,绝缘电阻达500兆欧以上,避免了高压部分与信号处理专用电路板之间的电击破坏问题。

如图3所示，传感检测单元1获取的三相电压a、b、c中的电流、电压信号，传感检测单元1将获取的三相电压a、b、c中的电流信号和电压信号分别与送入到集成处理电路5处理；经集成处理电路5处理后的信号通过模拟接口电路送到arm处理器10，由arm处理器10进行处理，获取abc三相全波电压和abc三相全波电流的有效值、abc三相全波电压有效值、合相有功功率、合相无功功率、视在功率、合相rems功率因数；abc三相全波电流的电压频率、有功正电度、有功反电度、无功正电度、无功反电度、电流总谐波含量、电压总谐波含量、1次到50次电压谐波分量等电力参数信息。

arm处理器10再将处理后的信息分两路，一路存入ram存贮器8，另一路通过数字隔离接口电路6后送到接口电路7。

接口电路7或是485接口，或是can接口、或是spi接口、或是uart接口，或/和是它们的集合或分合。

如图4所示，所述的信号处理单元2包括：arm处理器10、ram存贮器8、数字隔离接口电路6、接口电路7、集成处理电路5；集成处理电路5输入端与分别与第一一次电流穿心互感器1.1、第二一次电流穿心互感器1.2、第三一次电流穿心互感器1.3电连接，集成处理电路5输出端与arm处理器10电连接，arm处理器10通过总线接口电连接ram存贮器8；arm处理器10通过数字隔离接口电路6与接口电路7电连接。

arm处理器10获取abc三相全波电压和abc三相全波电流信息，首先分别对a相电压、a相电流，b相电压、b相电流,c相电压、c相电流进行数字滤波，得到滤波后的a相电压、a相电流，b相电压、b相电流,c相电压、c相电流数字信号；

通过a相电压和a相电流得到的信息计算a相电压电流的有效值；

通过b相电压和b相电流得到的信息计算b相电压电流的有效值；

通过c相电压和c相电流得到的信息计算c相电压电流的有效值；

通过a相电压电流的有效值计算a相的有功功率、无功功率；

通过b相电压电流的有效值计算b相的有功功率、无功功率；

通过c相电压电流的有效值计算c相的有功功率、无功功率；

通过上述参数计算合相有功功率、合相无功功率、视在功率、合相rems功率因数；abc三相全波电流的电压频率、有功正电度、有功反电度、无功正电度、无功反电度、电流总谐波含量、电压总谐波含量、1次到50次电压谐波分量信息；

存贮上述信息到ram存贮器8；

依据命令发送上述信息到接口电路7。

在图3中，集成处理电路5，如ade7758系列、att7022系列、rn7302系列等)，经集成处理电路5内部同步采集滤波等处理后，arm处理器10通过spi接口与计量芯片交换数据。arm处理器10通过对6路信号（3路电压、3路电流）进行实时fft运算，得到电压电流的50次以上的谐波分量。

图2和图3中的数字隔离接口电路6后送到接口电路7，实现了通用485、can、spi、uart数字接口，根据不同需要远程实时传送测量结果。

本发明中，经过arm处理器10处理可以获得低压电力系统常用的abc三相全波电压有效值、abc三相全波电流有效值、abc三相线电压有效、合相有功功率、合相无功功率、视在功率、合相rems功率因数、电压频率、有功正电度、有功反电度、无功正电度、无功反电度、电流总谐波含量、电压总谐波含量、1次到50次电压谐波分量等电力参数。

本发明在低压电力系统参数测量中，采用一次融合（变换）将所需的电力参数通过专用互感器和专用电路板变成通用的数字信号输出，这种方案不仅解决了多个设备互联问题，保证系统有较高的可靠性，还进一步解决了电力系统复杂的数据处理与传送距离问题。对于目前大量的低压柜接线带来了更简洁实用方法。有以下优点。

1、采用低压一次变换，取消了原低压柜所配电流电压互感器，节省柜内空间，减少物料成本；

2、采用数字总线（485、can）接口，低压所有电力参数可传送至低压柜的集中显示单元和通讯管理单元；

3、减少了引线数量和引线的线径，降低了人工安装成本；

4、提高了仪表的校准精度；

5、方便维修。

本发明的技术关键点在于：

1、本发明将电流电压取样和采集处理装置一次变换完成；

2、在实际使用时，可根据需要，可简单的通过接插件连接为一体，为了维修方便也可将这两部分可拆开安装；

3、电流电压变换部分可根据不同的需求、模具大小孔径可各不相同（采集部分是通用的），做到数字接口的统一；

4、采集数据的性能和参数可根据不同需求选择合适的ｃｐｕ和计量芯片；

5、一次仪表在工厂校准时，可施加一次穿心电流，进行精度校准完成。

其效果是采用一次电力变换技术，既解决了传统电力系统二次变换的成本问题、接线问题、长距离传输问题及可靠性问题，也对智能仪表数字化的今天，更能通过数字接口实现多路数据共享的优势。目前国内外同行业，尚未见到此同类产品。