专利名称：多用户电能计量管理的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力系统中一种电能计量管理的装置，尤其适用于集中配电的场合，如配电盘柜、居民住宅楼单元等，可取代多个单一功能的电能计量表。
目前，电力系统中对电能的计量与管理，主要是用瓦特小时计电度表，俗称“火表”。这种以机械旋转方式记数的装置，精度低、能耗高，一户一表，且表计本身没有管理功能，远不能满足电力系统运行管理的需要。因此，最近有人研制出如分时计量、数字显示、防窃电等各种功能的电度表，这些改进、仅仅在功能的增加方面取得一些进展。但仍然没有摆脱电磁旋转计数方式，这在精度的提高上受到限制，制造成本也大大提高，仍是一户一表的配置方式很不经济，更谈不上对用户电能状况进行实时管理。尤其是在电力管理人员不能常去的地方，对超负荷用电、违章用电现象束手无策。
本实用新型的目的是要提供一种能够克服上述问题的装置，并能同时对多个用户回路的电能状况进行计量和监控管理。
为实现上述目的，本实用新型采用了微电脑和巡迥检测原理，设计了一种有下列特点的装置，如有一个由多个电流/电压转换电路1与一个由单片微型计算机CPU(8031)控制的模拟开关KK1(150)构成的输入选择电路2相联接；一个由量程转换电路3、精密整流电路4、放大整形电路5、电压测量电路6构成的模拟电路，并通过模数转换器AD(0801)和上述单片微型计算机CPU相接；一个以上述单片机CPU和存贮器电路8为核心，并配置有选显电路9、输出选择电路10、输出信号电路11和地址分配器YM1(138)与非门AN×6构成的数据处理实时监控系统；还有一个双回路直流稳压电源电路7。
由于本实用新型在硬件配置中采用了先进的单片微型计算机和可插存贮器芯片，可以使数据资料长期保存、不怕失电；在软件设计中采用了数字滤波技术、自适应量转换以及非线性误差修正等功能，使该实用新型具有很高的可靠性和抗干扰能力；它还具有精度高、量程宽、能耗低等优点，也是一种性能价格比极高的监控仪器，是取代已有电度表的最佳产品。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的电路框图。
图2是模拟部分电路原理图。
图3是数字部分电路示意图。
由图1可知，本实用新型是一个以单片微型计算机CPU为核心的实时监控系统。其前向通道配置有电流/电压转换电路1，输入选择电路2，量程转换电路3，精密整流电路4，放大整形电路5，电压测量电路6，电源电路7以及模/数转换器AD；后向通道配置有存贮器电路8，选显电路9，输出选择电路10，输出信号电路11。这些电路均在单片微型计算机CPU的控制下运行。
本实用新型在计量电能方面提出了如下数学模型
N＝KTIVCOSΦ式中K-比例系数，依单相、三相回路或时间而定；T-时间，由单片微型计算机CPU内部时钟电路产生；I-电流量；V-电压量；COSΦ-功率因数。
以下将说明电流量、电压量、功率因数的测量。
在图2中，电流/电压转换电路1是由多个电流互感器CT1-CTn、多个电阻R101-R10n、R201-R20n、多个限压二极管D11-D1n组成。电流互感器CT可按每一用户回路，单相配置一个CT；三相配置两个CT，任选两相配置均可。
电流量的测量是按每一用户回路的编号进行巡迥检测的。本实用新型电流互感器CT的设置与用户回路相对应。当单相用户回路中有电流通过时，则在电流/电压转换电路1的电流互感器CT1的付绕组中便产生一个经过电阻R101、R201和整流二极管D11的电流，并转换成电压量，即在电阻R201上得到一个正半周的电压信号。该信号联到模拟开关KK1(150)的输入端供巡迥检测。
当模拟开关KK1中的任一开关被选通，如K11被选通，则对第1回路用户进行测量，电压信号通过模拟开关KK1加到由运算放大器IC1(TL082)、程控开关KK2(153)、电阻R3、R4、R5、电容C2组成的量程转换电路3的运算放大器IC1的正相输入端，此时程控开关KK2的K21闭合，即运算放大器IC1的放大倍数为1，信号没有被放大，量程为大范围。信号经整流电路4，正半周的电流通路为IC2(TL082)-C5-D3-R8-R9-R10-地；负半周的电流通路为地-R10-R9-D2-C5-IC2，因此，在电阻R8上得到正半周信号。电路中C3是补偿电容，C4、C5是隔直电容，电阻R6、R7，二极管D1组成小信号补偿电路，保证小信号通过后波形不畸变。
在图3中，模/数转换器AD将R8上的电压模拟信号转换成八位二进制数字量送到微机CPU处理。微机CPU首先将数字量进行比较判断，如果该数字在量程范围内，则认可并送下道程序。否则，立即转换量程，将程控开关KK2中的K21断开，使K22闭合，并使IC1的放大倍数达到量程要求，此时IC1的放大倍数为(R3＋R4＋R5)/(R4＋R5)。即装置可对小信号进行测量，以实现量程转换。测量结果是第1用户的电流量，并送往微机CPU内部寄存器暂时存放。
电网电压量的测量，是在每一巡测周期开始时，由微机CPU控制程控开关KK2中的K23闭合后，由变压器T的付边绕组和电阻R11、R12、R13及电容C10组成的电压测量电路6测得的，其值的变化范围不大，不需要转换量程，可直接通过整流电路4和模/数转换器AD后，送微机CPU暂存。
功率因数COSΦ的测量是将电流I、电压V的波形通过放大整形，变成方波信号。放大整形电路5是由运算放大器IC3(TL082)、IC4(TL082)组成，均接成开环放大器形式，将输出的方波分别送到微机CPU的P3.1、P3.2端口，由微机CPU通过比较电流、电压的波形而得到功率因数的数字量，同样暂存寄存器中。当功率因数值不等于1时，这两个方波不是同时过零，微机CPU很容易计算出它们的时间差，再通过查表，求取功率因数值。
微机CPU将各寄存器的上述电流量1电压量V、功率因数值COSΦ取出相乘，乘以比例系数K，并将其乘积按一定的时间规律进行累加，送往存贮器电路8中的存贮器ROM1(2864)长期保存。该存贮器中的内容就是第1用户的电能计量结果。抄表时，在选显电路9的键盘JB键入显示指令，并键入需要显示的用户编号，微机CPU便将上述存贮器中的数据读出，经过缓冲器H1(373)、H2(373)后在显示器XS上显示出来。显示后不影响存贮器ROM1中的内容。
微机CPU检测出用户的电能状况后，立即输出相应信号。由于微机CPU执行指令时间是以微秒计算，再因输入选择电路2的模拟开关KK1与输出选择电路10的输出选择分配器YM2(154)的选控端A、B、C、D并联在一起，由微机CPU同时选通，因此，该装置的检测和输出信号是针对同一用户的。
本实用新型可以通过输入指令来设置不同的计量内容，如有功计量、无功计量、峰谷分时计量等；还可对用户实施各种供电方式，如限额供电、限荷供电、限时供电等，使用户的电能使用情况完全在本装置的监控之下。
本实用新型设置的信号输出电路11由输出选择分配器YM2、锁存器SH1-SHn(375)、信号指示灯XD3xn组成，其输入端接到微机CPU的端口P1。在本装置的面板上，针对每一用户回路设置由发光二极管组成的信号指示灯XD3xn，有绿、黄、红三色。当用电达到或略有超负荷时，黄灯亮；严重超负荷时，红灯亮，并经过一定延时后，发出跳闸断电指令；当正常用电时，绿灯亮，完全在微机CPU的控制下实现了对用电状况的管理。
本实用新型模拟部分用直流12伏供电，数字部分用直流5伏供电。图3中的数据总线用流向线方式标出，元器件的电源接线和接地线均是常规联接，图中未标出。
本实用新型是装在市网供电线路和用户回路的负荷之间，装置的形式有“配电式”和“安装式”两种。配电式结构是一配电箱，挂于墙上或嵌入墙内，具备配电功能。安装式结构主要用于与配电盘柜配套使用。该型式是将电网一次回路中电流互感器CT的付绕组引线直接联到本装置上，由于此时的电流互感器CT不是与装置原配，测量精度完全取决于电流互感器精度。
权利要求1.一种多用户电能计量管理的装置，主要由单片微型计算机、集成块、电子元器件相配合的电子电路组成，其特征在于A.有一个多个电流/电压转换电路(1)与一个由单片微型计算机CPU(8031)控制的模拟开关KK1(150)构成的输入选择电路(2)相联接；B.一个由量程转换电路(3)、精密整流电路(4)、放大整形电路(5)、电压测量电路(6)构成的模拟电路，并通过模/数转换器AD(0801)和上述单片机CPU相接；C.一个以上述单片微型计算机CPU和存贮器电路(8)为核心，并配置有选显电路(9)、输出选择电路(和存贮器电路(8)为核心，并配置有选显电路(9)、输出选择电路(10)、输出信号电路(11)和地址分配器YM1(138)与非门AN×6构成的数据处理实时监控系统；D.还有一个双回路直流稳压电源电路(7)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述多个电流/电压转换电路(1)是由多个电流互感器CT1-CTn、多个电阻R101-R10n、R201-R20n、多个整流限坟二极管D11-D1n组成，并分别与模拟开关KK1的输入端联接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述量程转换电路(3)由运算放大器IC1(TL082)、程控开关KK2、电阻R3、R4、R5、电容C2组成，该电路输入端通过一电阻R1与电容C1并联的一端接到输入选择电路(2)的输出端。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于放大整形电路(5)由运算放大器IC3(TL082)、IC4(TL082)接成开环放大器形式，其输出端与单片微型计算机CPU联接。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述电压测量电路(6)由电源变压器T的一个付边绕组与电阻R11、R12、R13、电容C10组成，并与程控开关KK2(153)联接。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于输入选择电路(2)中的模拟开关KK1和输出选择电路(10)中的输出选择分配器YM2(154)的选控信号端A、B、C、D并联在一起，且联接到数据缓冲器H4(373)，使输入和输出选择保持一致。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于输出信号电路(11)由输出选择电路(10)、锁存器SH1--SHn(375)、信号指示灯XD3xn组成，该电路的信号输入端接到单片微型计算机CPU的端口P1。
专利摘要本实用新型公开了一种多用户电能计量管理的装置，该装置有一个由多个电流/电压转换电路(1)与一个由微机控制的模拟开关构成的输入选择(2)相接；一个由量程转换(3)、整流(4)、放大整形(5)、电压测量(6)构成的模拟电路，并通过模数转换器和上述微机相接；一个以上述微机和存贮器(8)为核心，配置选显(9)、输出选择(10)、输出信号(11)等构成的数据处理实时监控系统；还有一个双路直流稳压电源(7)。该装置可用于同时对多用户回路电能的计量和监控管理。
文档编号G01R22/00GK2246808SQ9423112
公开日1997年2月5日 申请日期1994年12月29日 优先权日1994年12月29日
发明者丁钟毅 申请人:丁钟毅