专利名称:智能化多功能电能计量仪的制作方法
本发明涉及一种由微处理机实现的多功能电能计量装置，特别是适用于电力系统中的电能分时计价收费。
现代电力系统迫切要求实现电能的科学管理，以改善电力系统的供电状况，挖掘设备的能力，对电力系统的发展做出科学的规划，因此合理地分配电力，取得最好的综合经济效益更是一个极需解决的问题。实行电能的分时计价收费，对电网负荷曲线进行合理调整，减少峰谷差值，提高负荷率、是通过经济手段合理分配电能的有效措施。
目前已有的感应式电度表，仅能单一记录累计电能，远不能适应分时计电的需要。国内外近年来出现了具有两级的感应式电度表，可参见美国专利US4465970“电能的多费率测量的方法和装置”(Hethod and apparatus for multiple rate metering of electrical energy)。其结构是分离式，它采用微处理机通过一个数据选择器接受来自普通电度表的计数脉冲来计算一定时间区间内的电能，并具有每天不同时刻，每周不同日、每年不同季节的多价计电功能。但是结构复杂且造价也高。
目前，同类装置多为分离式结构，结构复杂，可靠性差，精度不高，相应造价也高。
本发明的目的是提供一种全部由微处理机数字实现的多功能电度表，具有以下特点全部数字技术实现，不含有任何机械传动部份，没有模拟量的组合运算;
在正常情况下，用户的能量消耗可进行一天分作五个时段，每个时段可分别处于高、中、低价格段的分时计电;
能够显示瞬时有功功率，瞬时无功功率;
具有用户有功功率越限报警，并运用超负荷惩罚费率;
具有用户无功功率越限监视，并运用惩罚费率;
所有输出为直接数字显示;
采用了随机采样及数据处理;
配有实时时钟作为仪表的时钟基准;
一天中五个时段的起止区间及各区间应处的价格段可由电业主管部门根据电网负荷变化情况进行调整;
用户的有功限值也可由电业主管部门进行设置。
下面对本发明硬件、软件原理及实现说明。
图(一)为本发明的硬件框图图(二)为本发明的软件框图图(三)为本发明的微
最小系统板元件位置图图(四)为本发明的数字显示及开关控制板元件分布图本发明的电能计量仪是直接接至用户的电流互感器CT，电压互感器PT的二次侧。
如图(一)所示电压、电流变送器和电阻网络(1)将CT、PT二次侧的输出变换为一个在±5V之间变化的交流量。
模数转换片ADC(2)将6路输入Va、ia、Vb、ib、Vc、ic进行分时采样。转换成数字量，经光电耦合器(3)送至并行接口PIO1(4)，把ADC(2)的采样值送至微处理机。采样的定时由CTC2(17)控制。
中央处理单元CPU(5)为本发明电能计量仪的数值处理部份，实现所有电能的计算，并控制、协调各部份的正常工作。
只读存贮器EPROM1(6)和EPROM2(7)为4K容量，存贮所有的计算、管理和监控程序，以及数据表，掉电之后信息仍能保留。
存贮器RAM(8)为2K容量，存贮所有的暂存信息和中间变量。
并行接口PIO2(9)用作输入面板(把图四中的集成电路芯片去掉即为面板图)上的选择开关(10)的信息，用户可通过(10)自行选择输出各量的显示方式(单个或循环显示)。各量均通过6个7段显示器(11)显示。也可通过微型打印机(24)定时打印或人工按下召唤打印按钮(25)随时打印出各量的结果。
实时时钟由4个7段显示器(12)，一片CTC1(13)和软件系统构成，它为本发明的电能计量仪的时间基准，现时时刻的“时”、“分”，由面板上的7段显示器(12)显示。
拨码开关(14)的1～4位选择一天分作五个时段的起始区间，以及各区间的价格段;5～8位选择用户的最大有功限量。拨码开关(14)是由电业管理部门根据电网负荷变化情况进行设置的，用户不能调整，因此没有放在面板上。
对表按钮(15)用作实时时钟的前表较准。
有功越限灯光示警装置(16)用作当用户有功越限持续一分钟后即发出报警。同样可设置无功功率越限灯光示警装置。
(18)为三态缓冲器。(19)，(20)，(21)为译码器，(22)为显示器的驱动锁存元件。
(23)为掉电保护装置，当系统发生故障或由于某些原因引起停电时，(23)可自动投入由小型蓄电池构成的备用电源以保护有关寄存器和RAM(8)的信息，以及维持实时时钟的正常运转。
如图(三)所示图(三)与图(一)标号相同的其元件是同一个。(28)为微处理机最小系统板的输出插座，(31)为微处理机最小系统板的输入插座，(30)为电源插座，(29)为微处理机最小系统板联至显示板和打印机的插座，(35)为晶体振荡器，(36)为装置的复位开关。(32)为集成稳压器芯片，(33)、(34)、(37)、(38)、(39)、(40)和电阻电容为构成微处理机最小系统板的其它附属芯片和元件。
如图(四)所示图(四)中(27)是与微处理机最小系统板联接的插座，(26)为显示器开关，为了提高7段显示器的寿命，在不需要时，可以人为的关闭。(41)～(49)为状态显示灯。
当把图(四)中的(27)、(22)、(19)去掉后，即为此仪器的面板布置图。
打印机输出孔在仪器的下端。
如图(二)所示
框(1)开始框(2)初始化，完成所有暂存单元以及各接口的初始化;
框(3)输入图(一)中拨码开关(14)的1-4位信息，由电业主管部门设置用户的时段区间及各时段的价段;
框(4)输入图(一)中拨码开关(14)的5～8位信息，由电业主管部门设置用户的最大负荷限量;
框(5)输入由电业主管部门规定的无功与有功的比例系数β，β在0～1连续可调，具有八位精度;
框(6)由操作人员较准图(一)的实时时钟(12，13)较表通过“对表按钮”进行，较表过程和普通电子表相似;
框(7)根据框(3)的时段区间，寻找当前时刻所处的时段及相应的价格段;
框(8)启动图(一)的ADC(2)分时采样Va、ia、Vb、ib、Vc、ic，每个交流周期各量采32个点。因此能反映16次以下的谐波，优于美国专利采用的定点采样方法;
框(9)根据框(8)采样的Vk、ik求出瞬时有功功率Pc=Σk=ac1F∫0TVk(t)ik(t)dt]]>框(10)根据框(8)采样的Vk，ik求出瞬时无功功率Q=Σk=ac1T∫0TVk(t)ik(t-T4)dt]]>框(11)根据框(9)，(10)计算的Pe，Q进行一分钟累计，求出这一分钟内用户消耗的有功千瓦小时，以及无功千乏小时;
框(12)判别这一分钟内有功Pe是否越限;
框(13)有功越限发出报警信号;
框(14)有功越限，将一分钟的累计千瓦小时计入有功越限惩罚费率;
框(15)有功没越限，将一分钟内的累计千瓦小时计入当前价段内;
框(16)判别当前时刻是否已处于新的时段区间内;
框(17)当前时刻已处于新的时段区间，改变价段至相应于新时段;
框(18)判别Q＜O或Q＞β·Pe，相当于判别无功功率是否小于零或过低;
框(19)运用无功功率越限惩罚费率，若Q＜O则一分钟内的累计千乏小时全部计入，若Q＞βPe，则将差额计入;
框(20)由用户根据图(四)面板上的显示方式选择开关(10)，可以要求分别显示A(有功)，B(有功惩罚费率电能累计)，C(无功);D(无功惩罚费率电能累计)，E(高价段电能累计)，F(中价段电能累计)、H(低价段电能累计)或者以上各量的循环显示L，每个量显示10秒;
框(21)根据框(20)所得到的显示选择信息，输出应显示量。输出通过图(四)面板上的七段显示器(11)显示及由微型打印机(24)定时或召唤打印出结果。
本发明的电能计量仪的精度主要由图(一)中的ADC(2)决定，当采用8位的ADC时，精度在1%左右。
补正文件名称 页 行 补正前 补正后说明书 2 16 的微机最小系统板 的微处理机最小系统板3 11 用户可通过(10)自行择 用户可通过(10)自行选择1 12 Hethod Method
权利要求
1.一种具有数据采样系统、数据处理系统、显示系统及操作控制系统的，由微处理机和集成电路构成的多功能电能计量装置，其特征在于对交流电压、电流直接进行随机采样测定的，省去检测交流电压、电流周期或频率的整步技术的微处理机最小系统板。
2.根据权利要求
1所说的装置，其特征是微处理机最小系统板与电流、电压变换器(1)相接处的ADC转换片(2)。
3.根据权利要求
1所说的装置，其特征是在随机采样数据基础上，用软件技术求出所检测三相供电系统的有功功率及无功功率的CPU中央处理单元(5)。
4.根据权利要求
1所说的装置，其特征是微处理机最小系统板上具有一个把每日分成五个或五个以下时段的，可以根据需要设定各时段的起止时间的拨码开关(14)。
5.根据权利要求
1所说的装置，其特征是微处理机最小系统板上还具有一个开辟出三个寄存器用以累计不同时间段内的电能、运用于三种电能费率的RAM存贮器(8)。
6.根据权利要求
5所说的装置，其特征是通过拨码开关(14)输入设定功率限制命令的，并对测得的每分钟的平均功率与此功率限制加以比较的，把越限部分功率累计入第四个寄存器的，运用惩罚费率的RAM存贮器(8)。
7.根据权利要求
6所说的装置，其特征是通过拨码开关(14)输入设定以当时有功功率为条件的上下限制的命令，来把越限部分的无功功率累计入第五个寄存器的，运用惩罚费率的RAM存贮器(8)。
8.根据权利要求
5、权利要求
6和权利要求
7所说的装置，其特征是在盘面上具有用于人工选择或自动循环显示五个寄存器中任一个内容数值的七段显示器(11)及选择开关(10)。
9.根据权利要求
8所说的装置，其特征是具有一个可定时或召唤打印出五个寄存器内任一个数值及实时时钟时间的微型打印机(24)。
10.根据权利要求
9所说的装置，其特征是当有功功率越限时，发出警告讯号的灯光示警装置(16)。
11.根据权利要求
10所说的装置，其特征是当无功功率越限时，发出警告讯号的灯光示警装置。
12.根据权利要求
11所说的装置，其特征是配备有系统操作电源中断时，保护寄存器内容及实时时钟供电的掉电保护装置(23)。
13.根据权利要求
12所说的装置，其特征是掉电保护装置中具有的小型蓄电池。
专利摘要
本发明是用微处理机实现的多功能电能计量装置，实行电能的分时计价收费，直接数字显示及打印输出。采用了对交流电压、电流直接进行随机采样技术，省去了对其频率或周期的整步技术。用于显示用户的瞬时有功功率和无功功率及它们的累计，并具有对其运用惩罚费率的越限监视。电业主管部门可设定用户有功及无功限值并根据电网负荷情况调正时段区；备有实时时钟作为时间标准等用途。
文档编号G01R21/06GK86100655SQ86100655
公开日1987年2月11日 申请日期1986年1月25日
发明者骆济寿, 蔡泽祥, 刘岩泉 申请人:东北电力学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan