专利名称：一种带无线抄表模块的单相智能电能表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电能计量仪表，更具体地指一种带无线抄表模块的单相智能电能 表
背景技术：
现有普通单相电能表一般只具备以下功能(1. 1)计量正向电能累积计量。(1.2)分时计量电能表具有4种费率，80个日时段，4个年时区，5个时段表，支持 周休日、节假日时段。每个费率有单独的计度器记录电能。费率方案可按日类型和季节类 型的组合来进行切换。(1.3)实时测量实时测量电流、电压、频率、功率，并计算负荷，当负荷超过设定 限值时，电能表给出报警。(1.4)负荷记录记录电能、有功功率、视在功率、电压、电流曲线，时间间隔可编 程。电能表还提供最近3天整点电能数据和12个月历史电能数据(月结)。(1. 5)通讯具有RS485接口或红外抄表接口、支持DL645-1997规约。(1.6)事件记录40条历史事件记录，记录停电、上电、电压跌落、编程、校时等事 件。由此可见，现有普通单相电能表一般只具备计量单相电能和分时多费率的功能， 即使有正、反向电能的分开计量，其中反向电能大多以绝对值的形式累加到总电能里，即， 如果正向电能为WT1，反向电能为WT2，电能表总电能W为W= |WT1| + |WT2|。但该公式不能 体现净电能，因此无法为双向供电用户的电能结算提供依据。此外，现有普通单相电能表只记录停电、上电、电压跌落等事件发生。现有普通单相电能表不具备以下功能(2. 1)双向实时测量电压、电流、有功功率、视在功率及频率等参数的功能；(2.2)负荷记录的功能；(2. 3)双存贮器设计实现正反向分时电能的分别累计计量存贮，根据正反向电能 和正反向电价系数换算出净电能并存贮到净电能存贮器的功能；(2. 4)对供电质量进行质量检测及分析统计等功能。(2.5)带有家居智能接口，支持与带有无线通讯功能的家电联网，为智能家电的远 程接入提供接口，实现智能家电的远程控制。由于现有普通单相电能表存在上述缺陷，因此它不能适应智能电网双向能量交互 的需求。另外，现有普通单相电能表一般不具备远程抄表功能，即使具备远程抄表功能的 电能表也是采用有线传输、布线比较麻烦。
实用新型内容本实用新型的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种按照不同的潮 流方向，将电能分别累积到正向和方向电能寄存器中，根据正反向电能和正反向电价系数 换算出净电能并存贮到净电能存贮器，还具有电能质量监测及分析功能以及无线通讯远程 抄表功能，适用于智能电网使用需求的带无线抄表模块的单相智能电能表。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的一种带无线抄表模块的单相智能电能表，包括电能信号采样模块，包含电流采样模块及电压采样模块；单相三线计量单元，与所 述电能信号采样模块连接，取得电流、电压的采样信号，对单相三线双方向的电压、电流、功 率、电能进行计量；微控制器，与所述单相三线计量单元连接，从所述单相三线计量单元读取 计量数据并进行以下处理根据计量数据分别计算正负有功功率、无功功率、视在功率、电压 有效值和电流有效值；根据正负有功功率计算出负荷数据，该负荷数据包含有功功率的正向 电能E1、反向电能E2及净电能E ；对负荷数据进行记录、显示和通讯处理；LCD显示模块，与 所述微控制器连接，显示微控制器处理的数据；电源模块，分别与所述单相三线计量单元及 微控制器连接，提供所述电能表工作电源；RTC及后备电池模块，与所述微控制器连接，用于 满足ANSI标准的多费率分时计量及发生停电时RTC自动切换到后备电池；脉冲输出模块，与 所述微控制器连接，用于校表及采集电能量；正向电能存贮器，与所述微控制器连接，所述微 控制器计算出的正向电能El累加到该正向电能存贮器存储；反向电能存贮器，与所述微控制 器连接，所述微控制器计算出的反向电能E2累加到该反向电能存贮器存储；无线通讯模块， 与所述微控制器连接，采用具有无线抄表模块的无线通讯模块，该无线通讯模块经无线通讯 信道与远程抄表装置连接；净电能存贮器，与所述微控制器连接，所述微控制器计算出的净 电能E累加到该净电能存贮器存储；电能质量监测及分析模块，与所述微控制器连接，采用 AT24C1024型号的芯片，用来存储微控制器处理的数据，并实时监测记录表示电能质量的数 据并记录、分析，该表示电能质量的数据包括电压骤生/骤降，谐波，闪变，电流不平衡，浪涌 电流。所述电流采样模块采用电流互感器隔离结构，对两条火线电流采用同一个电流互 感器求和方式对电流取样；所述电压采样模块采用分压电阻对连接电压进行电压取样。所述无线通信模块采用RobuNet无线自组网模块，使用SS900MHz个人免授权频带 实现自动抄表应用。所述脉冲输出模块为无源光电隔离型输出端口，脉冲宽度80ms士20ms。所述电能表还包括光通讯口模块，与所述微控制器连接，支持红外光口通讯，支持 本地通讯。所述电能表还包括家居智能接口，与所述微控制器连接，为带有无线通讯功能的 家电提供接口。与现有技术相比，本实用新型的带无线抄表模块的单相智能电能表的优点在于提 供了一种按照不同的潮流方向，将电能分别累积到正向和反向电能寄存器中，根据正反向 电能和正反向电价系数换算出净电能并存贮到净电能存贮器，为双向供电用户的电能结算 提供依据。此外本实用新型通过无线通讯模块能够进行远程抄表。本实用新型还具有电能 质量监测及分析功能，功能较全、更能适用于智能电网使用需求。总之，本实用新型具有以
4下功能双存贮器设计实现正反向分时电能的分别累计计量存贮；实时测量功能；负荷记 录功能；电能质量监测及分析功能；自诊断功能；提供无线通讯抄表功能；提供家居智能接为进一步说明本实用新型的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本实 用新型进行详细说明。
图1为本实用新型的电能表的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例的附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细说明。如图1所示，本实用新型的带无线抄表模块的单相智能电能表包括以下组件电 能信号采样模块20、单相三线计量单元1、微控制器2、电源模块3、IXD显示模块4、RTC及后 备电池模块5、脉冲输出模块6、正向电能存储器模块7、反向电能存储器模块8、光通讯口模 块9，无线通讯模块10、净电能存贮器11、家居智能接口 12、电能质量监测及分析模块13。下面对带无线抄表模块的单相智能电能表的结构作进一步说明。电能信号采样模块20，包含电流采样模块21及电压采样模块22，所述电流采样模 块21采用电流互感器隔离结构，对两条火线电流采用同一个电流互感器求和方式对电流 取样；电压采样模块22采用分压电阻对连接电压进行电压取样。单相三线计量单元1 (本实施例采用意法半导体公司生产的STPMOl型号的芯片)， 与所述电能信号采样模块20连接，取得电流、电压的采样信号，对单相三线双方向的电能 电压、电流、功率、电能等进行计量。单相三线计量单元1芯片包含滤波器、放大器、A/D转 换器，分别对电流、电压的采样信号进行滤波、放大、A/D转换并计算出电压、电流、功率、电 能等计量数据(单相三线计量单元1芯片内部使用Σ -Δ型AD转换器对电压、电流进行测 量)O微控制器2，与所述单相三线计量单元1连接，采用NEC公司生产的UPD78F0338芯 片，从单相三线计量单元1读取计量数据并进行以下处理根据计量数据分别计算正负有 功功率、无功功率、视在功率、电压有效值和电流有效值等数据；根据正负有功功率计算出 有功功率的正向电能E1、反向电能E2及净电能E等负荷数据，其中净电能E的计算公式E = E1+C*E2 (El为正向电能，E2为反向电能，C为正反向电价系数，C=反向电价/正向电价， 本实施例采用正反向电价不同的净电能计算，净电能的计算为双向供电用户的电能结算提 供了依据)；对负荷数据进行记录、显示和通讯等处理。因此，微控制器2能够实现单相三 线正反向电能分时计量分别累计的存贮功能；实时测量功能；负荷记录功能。IXD显示模块4，与所述微控制器2连接，显示微控制器2处理的数据，最多可循环 显示32项数据，项目显示顺序和显示时间用户可编程，电能表所有参数数据均可通过LCD 显示。液晶适合在低温情况下工作，并能提供清晰的读数。电源模块3，分别与所述单相三线计量单元1及微控制器2连接，提供电能表工作 电源。RTC(实时时钟)及后备电池模块5，与所述微控制器2连接，RTC采用爱普生公司生产的RX8025型号的芯片，用于满足ANSI标准的多费率分时计量，该时钟电路，内置 2000-2099百年历，时间日期可设。当发生停电时RTC自动切换到后备电池，停电后可维持 5年。脉冲输出模块6，与所述微控制器2连接，用于校表及采集电能量，为无源光电隔 离型输出端口，脉冲宽度80ms士20ms。正向电能存贮器7，与所述微控制器2连接，所述微控制器2计算出的正向电能 El累加到该正向电能存贮器7存储。本实施例采用铁电存贮器，为RAMTR0N公司生产的 FM24C64型号的芯片。反向电能存贮器8，与所述微控制器2连接，所述微控制器2计算出的反向电能 E2累加到该反向电能存贮器8存储。本实施例采用铁电存贮器，为RAMTR0N公司生产的 FM24C64型号的芯片。光通讯口模块9 (本实施例采用由近红外发送管和接收管组成的光通讯口模块)， 与所述微控制器2连接，支持红外光口通讯，支持本地通讯。无线通讯模块10，与所述微控制器2连接，采用具有无线抄表模块的无线通讯模 块，本实施例采用RobuNet无线自组网模块，使用SS900MHZ个人免授权频带实现自动抄表 应用。即，无线通讯模块10给远程抄表装置提供一种通讯信道，该无线通讯模块10经无线 通讯信道与远程抄表装置连接，实现无线远程抄表。净电能存贮器11，与所述微控制器2连接，微控制器2计算出的净电能E累加到该 净电能存贮器11。本实施例采用RAMTR0N公司生产的FM24C64型号的芯片。家居智能接口 12，与所述微控制器2连接，为带有无线通讯功能的家电提供接口， 其是一种功能接口电路，带有此种接口的家电可以和电表相连，通过电表和抄表系统相连， 实现家居产品的开启关闭等运行管理。电能质量监测及分析模块13，与所述微控制器2连接，其是一种功能模块，采用美 国ATMEL公司生产的AT24C1024型号的芯片，用来存储微控制器2处理的数据，并实时监 测记录电压骤生/骤降，谐波、闪变、电流不平衡，浪涌电流，统计分析出以上电能质量数据 并记录。具体例此表提供电压骤生/骤降记录骤升、干扰、快速电压变化及骤降的持续 时间、幅度和发生时间；谐波最多可测量和记录50个谐波和谐间波；记录相关数据，如DC 分量、总谐波失真(THD)及K-系数；闪变监测电压变化的持续时间和幅度；电流不平衡，记 录超过门限的不平衡率，发生时间；浪涌电流，捕捉浪涌电流的幅值，持续时间，形成事件记 录。下面就本实用新型的带无线抄表模块的单相智能电能表具体功能的应用描述如 下。一、电能计量本实用新型的电能表有以下功能复费率计量功能支持4个费率；分正向电能、 反向电能和净电能，对三种电能分别进行计量及存贮功能。每个费率有单独的计度器记录电能，电能最小刻度单位0. OlkWh。电能计量内容见表一。表一
权利要求1.一种带无线抄表模块的单相智能电能表，其特征在于包括 电能信号采样模块，包含电流采样模块及电压采样模块；单相三线计量单元，与所述电能信号采样模块连接，取得电流、电压的采样信号，对单 相三线双方向的电压、电流、功率、电能进行计量；微控制器，与所述单相三线计量单元连接，从所述单相三线计量单元读取计量数据并 进行以下处理根据计量数据分别计算正负有功功率、无功功率、视在功率、电压有效值和 电流有效值；根据正负有功功率计算出负荷数据，该负荷数据包含有功功率的正向电能 El、反向电能E2及净电能E ；对负荷数据进行记录、显示和通讯处理； IXD显示模块，与所述微控制器连接，显示微控制器处理的数据； 电源模块，分别与所述单相三线计量单元及微控制器连接，提供所述电能表工作电源；RTC及后备电池模块，与所述微控制器连接，用于满足ANSI标准的多费率分时计量及 发生停电时RTC自动切换到后备电池；脉冲输出模块，与所述微控制器连接，用于校表及采集电能量； 正向电能存贮器，与所述微控制器连接，所述微控制器计算出的正向电能El累加到该 正向电能存贮器存储；反向电能存贮器，与所述微控制器连接，所述微控制器计算出的反向电能E2累加到该 反向电能存贮器存储；无线通讯模块，与所述微控制器连接，采用具有无线抄表模块的无线通讯模块，该无线 通讯模块经无线通讯信道与远程抄表装置连接；净电能存贮器，与所述微控制器连接，所述微控制器计算出的净电能E累加到该净电 能存贮器存储；电能质量监测及分析模块，与所述微控制器连接，采用AT24C1024型号的芯片，用来存 储微控制器处理的数据，并实时监测记录表示电能质量的数据并记录、分析，该表示电能质 量的数据包括电压骤生/骤降，谐波，闪变，电流不平衡，浪涌电流。
2.如权利要求1所述的带无线抄表模块的单相智能电能表，其特征在于所述电流采样模块采用电流互感器隔离结构，对两条火线电流采用同一个电流互感器 求和方式对电流取样；所述电压采样模块采用分压电阻对连接电压进行电压取样。
3.如权利要求1所述的带无线抄表模块的单相智能电能表，其特征在于所述无线通信模块采用RobuNet无线自组网模块，使用SS900MHZ个人免授权频带实现 自动抄表应用。
4.如权利要求1所述的带无线抄表模块的单相智能电能表，其特征在于 所述脉冲输出模块为无源光电隔离型输出端口，脉冲宽度80ms士20ms。
5.如权利要求1所述的带无线抄表模块的单相智能电能表，其特征在于所述电能表还包括光通讯口模块，与所述微控制器连接，支持红外光口通讯，支持本地 通讯。
6.如权利要求1所述的带无线抄表模块的单相智能电能表，其特征在于所述电能表还包括家居智能接口，与所述微控制器连接，为带有无线通讯功能的家电 提供接口。
专利摘要一种带无线抄表模块的单相智能电能表，解决现有电能表无法结算双向供电的电能、不能远程抄表及不能进行电能质量监测的问题，本实用新型的电能表包含依次连接的电能信号采样模块，单相三线计量单元，微控制器，该微控制器计算出正向电能E1、反向电能E2及净电能E；还包含分别与微控制器连接的LCD显示模块，电源模块，RTC及后备电池模块，脉冲输出模块，正向电能存贮器，反向电能存贮器，净电能存贮器以及无线通讯模块，该无线通讯模块经无线通讯信道与远程抄表装置连接，实现远程抄表。电能表具有以下功能实现正反向分时电能的分别累计计量存贮；实时测量功能；负荷记录功能；远程抄表功能；电能质量监测及分析功能，并能提供家居智能接口。
文档编号G01R11/57GK201788225SQ20092027220
公开日2011年4月6日 申请日期2009年11月18日 优先权日2009年11月18日
发明者张华 , 张振华, 徐继宏, 林华谘, 汪一华 申请人:W&E国际(加拿大)公司, 上海久隆电力(集团)有限公司, 上海金陵智能电表有限公司