一种双通道数据冗余的高电压电能直接计量装置和方法
【专利摘要】本发明公开了一种双通道数据冗余的高电压电能直接计量装置，包括两个电流信号传感器、两个金属屏蔽盒和两个电压信号传感器，金属屏蔽盒内为由工作电源、电能计量单元及通信模块组成的高电压计量装置，电流信号传感器和电压信号传感器都与电能计量单元连接，两个电能计量单元之间通过光纤连接；工作电源分别与电压信号传感器和电能计量单元连接；电能计量单元通过通信模块将数据传输到显示终端。本发明还公开了双通道数据冗余的高电压电能直接计量方法。本发明装置体积更小、占用空间更小，结构更简单；节省更多材料。降低高压本体生产成本；通讯更可靠更安全。数据重复保存，数据不易丢失。
【专利说明】一种双通道数据冗余的高电压电能直接计量装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电能计量【技术领域】，具体涉及一种高压三相电能计量装置和方法，特别涉及到一种高电位计量以及具有数据冗余和高低压之间通信冗余特点的电能计量装置。
【背景技术】
[0002]现在已有的高电压电能计量方法有很多种，大致分为以下三类，但都存在一些问题:
第一类，分别用传统电磁型电流、电压互感器将高电压、大电流降低成为通用的低电压、小电流(例如:额定电压100伏，额定电流5安或1A)，然后用低压电能表进行电能计量。这种技术的优点在于:它是一种经典的技术，产品质量稳定。它的缺点主要有:耗费大量材料特别是有色金属、无法整体检验误差、容易发生铁磁谐振事故、计量准确度低，低压表计同电流互感器、电压互感器分离，容易发生接线错误，造成电量错记、漏记。特别是不容易避免窃电活动的发生。
[0003]第二类，用非传统的电压和电流信号传感器替代传统电磁型互感器，同低压电能表一起构成电能计量装置。现在的多家高压电能表就使用这个原理制成的。这一类技术的特点是，电能计量的信号采集、数据处理和通信都是在低压侧完成的。它的优点在于电流、电压信号传感器小型化，以及传感器与低压电能表一体化，这可以节省材料和减小体积。它的缺点在于，这种技术在本质上与传统的技术原理是一样的。技术并没有本质的进步，且数据易丢失。
[0004]第三种，将非传统电流、电压信号传感器置于高电位端，在高压侧获取A、B、C三相的电压和电流信号。使用计算机芯片和电子线路构造成的电能计量单元，分别在高电位端对各相电流、电压进行信号处理和计算，得到每相的电能量。最后，对三相各自的电能量进行总加得到三相电能计量结果。这种技术的主要特点是:电能计量的信号采集、数据处理和通信都是在高压侧完成的。它可以大幅节省金属材料，很容易实现一体化整体校验，得到整体误差。它的缺点在于:三相电能计量是由在A、C相单独进行的电能计量传导至B相做总加完成的。这将会导致相间光纤通信通道的增加。除了增加生产制造成本外，这种结构还会增加高压电能表的故障发生概率。
[0005]以上是依照所谓“三表法”进行计量的。对中心点不接地系统，还可以利用“两表法”完成三相电能计量。这种技术的主要特点是:少用一个电流互感器、电压互感器和计量单元，比三表法更节省金属材料。
[0006]专利申请号为200810002310.1的《高压电能直接计量系统和方法》电流采集模块分别位于A、C相，与A、C相同电位，计量单元分为两部分，分别位于A、C相，然后在B相进行综合累加，并同低压终端通信。该方案是采用单通道模式并且数据只存储一次，一旦发生高低压之间的通讯中断数据就传送不下来。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是要解决上述的技术问题，提供一种双通道数据冗余的高电压电能直接计量装置。分别在A、C两相测量电压、电流和分相电能，然后将数据传给对方，数据经过处理总加得到合相电能后，两相分别向低压端传输数据，确保双通道传输，计量与数据处理都在高电位进行。从而避免现有的电能计量方法存在的问题和不足。
[0008]本发明是这样实现的:
一种双通道数据冗余的高电压电能直接计量装置，包括两个电流信号传感器、两个金属屏蔽盒和两个电压信号传感器，金属屏蔽盒内为由工作电源、电能计量单元及通信模块组成的高电压计量装置，电流信号传感器和电压信号传感器都与电能计量单元连接，两个电能计量单元之间通过光纤连接；工作电源分别与电压信号传感器和电能计量单元连接；电能计量单元通过通信模块将数据传输到显示终端。
[0009]更进一步的方案是:所述的双通道数据冗余的高电压电能直接计量装置设置在一个绝缘外壳内部，并且绝缘外壳内部填充有绝缘材料。
[0010]更进一步的方案是:所述的通信模块通过光纤、无线、红外或GPRS或其组合传输数据到显示终端。
[0011]更进一步的方案是:所述的电压信号传感器使用电磁式电压互感器，或使用非铁磁型传感器。
[0012]更进一步的方案是:所述的非铁磁型传感器为电容传感器或电阻传感器或阻容传感器。
[0013]本发明的另一个目的在于提供一种双通道数据冗余的高电压电能直接计量方法，具体如下:
一种双通道数据冗余的高电压电能直接计量方法，使用前述的双通道数据冗余的高电压电能直接计量装置，并具体包括:
将三相交流电的A相和C相确定为指定相、三相交流电的B相确定为基准相，采用两表法原理测量三相电能的方法，在高压侧测量三相电能量，具体步骤如下:
步骤1、电能计量单元使用A、C两相电流作为电流输入信号；
步骤2、电能计量单元使用AB、BC相间电压作为电压输入信号；
步骤3、两个电能计量单元工作在高电位下，分别以A相的电位和C相的电位作为工作的参考点电位，采集电流和电压信号，计算各自分相的电能量；
步骤4、两个电能计量单元将计算好的数据通过光纤分别传给对侧的电能计量单元；步骤5、在收到对侧的数据后，两个电能计量单元分别对数据作进一步处理，得到所需要的合相电能量以及其他电气量；
采用两路采集、两路计算的方法以达到数据冗余目的，即A相计量单元和C相计量单元分别计算合相电能数据；
步骤6、两个电能计量单元对这些电气量进行存储，利用各自的通信信道将计量数据同时传入显示终端中，实现高低压之间通信信道的冗余。
[0014]更进一步的方案是:在高压侧通过电压信号传感器测得相间电压信号；用电流信号传感器测得A相和C相的电流信号，将电压信号传感器和电流信号传感器的输出信号送到A、C相的计量单元。
[0015]更进一步的方案是:所述电流信号传感器是设置在A相和C相的高电位上的，其一次输入电流和二次输出电流是等电位的；电压信号传感器的二次输出电压是分别位于A相和C相的闻电位上。
[0016]更进一步的方案是:所述电能计量单元互为主计量单元和辅助计量单元，两个电能计量单元在收到本侧电压信号传感器与电流信号传感器的输出信号后，进行本侧电压、电流和分相电能的计算，将计算好的数据通过光纤分别传给对侧的电能计量单元；在收到对侧的数据后，两个电能计量单元分别对数据作进一步处理，得到所需要的合相电能量以及其他电气量；这些电气量在就地存储的同时通过通信模块分别传给低压侧的显示终端。
[0017]更进一步的方案是:所述指定相为A相和B相,基准相为C相；或者指定相为B相和C相，基准相为A相。
[0018]本发明可以将它们封装在一起，形成一个一体化的整体装置。也可以分别封装制造为二个或三个分体，在使用的时候将它们连接成为一个整体装置。
[0019]本发明的优点:
1.采用一体化的结构方式，更利于用户的安装；整体计量装置大大减少了金属的使用，使装置既轻便又低碳环保，大幅度节约了制造成本；
2.采用双通道计算、存储手段以达到数据冗余的目的，使得数据更安全更易恢复；
3.采用双通道通讯模式，使得通讯更为可靠，更不易受外界环境影响，减少通讯事故的发生；
4.电流、电压信号采集部分与电能计量单元、工作电源和通信模块一起被封装在高电位的金属屏蔽盒中。目的在于提高装置的抗电磁干扰能力.保证和提高各部件和装置的高电压绝缘水平。
[0020]本发明与现有技术相比较:
1.本发明的装置体积更小、占用空间更小，结构更简单；
2.节省更多材料。降低高压本体生产成本；
3.通讯更可靠更安全；
4.数据重复保存，数据不易丢失。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明的电气原理框图；
图2是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明做进一步的说明。
[0023]如附图1和2所示，在高压三相交流电中，我们选定A相和C相作为指定相、以B相作为基准相。在A相和C相分别装有电流信号传感器La、Lc,电能计量单元Ja、Jc、工作电源Da、Dc、通信模块Ta、Tc，在AB相电压之间装有电压信号传感器Xab，在BC相电压之间装有电压信号传感器Xbc，电流信号传感器和电压信号传感器的输出信号分别接入电能计量单元Ja、Jc。
[0024]当电流信号与电压信号都输入各自的电能计量单元以后，电能计量单元Ja、Jc进行数据处理，A相通讯模块Ta将处理好的数据传入C相，C相通讯模块Tc将处理好的数据传入A相，然后各计量单元Ja、Jc再进行电能叠加，最后采用双通道的模式将数据传入显示终端或其他计量系统。
[0025]相间电压信号传感器Xab、Xbc可以使用电磁式电压互感器，也可以使用非铁磁型传感器，如电容传感器或电阻传感器或阻容传感器；电磁式电压互感器的二次线圈分别处在A相和C相的高电位上。
[0026]电能计量单元的工作电源由相间电压信号传感器Xab、Xbc供给。
[0027]将电能计量单元Ja、Jc、工作电源Da、Dc和通信模块Ta、Tc封装在一个金属屏蔽盒Sa、Sc中，对高压电磁场进行屏蔽，减弱或避免高压电磁场对这些部件及其电路的干扰和影响。
[0028]将电流信号传感器La、Lc、电压信号传感器Xab、Xbc、电能计量单元Ja、Jc、工作电源Da、Dc和通信模块Ta、Tc、金属屏蔽盒Sa、Sc利用绝缘材料Y封装在一个绝缘外壳中W，形成一个高电压直接接入式的电能计量装置。
[0029]本发明不限于以A相和C相为指定相、B相为基准相，也可以A相和B相为指定相、C相为基准相，或B相和C为指定相、A相为基准相。
[0030]如图2所示，在本发明方案及据此制成的装置中，传感器、电能计量单元都处在指定相的高电位上。所以，电能计量结果需要通过通信传递到低电位也不排出其他的高电位指定的装置或者网络，提供给电能计量结果的需要者。高电位端的表体可以使用包括但不限于光纤、无线、红外和GPRS作为通信媒介同低电位端的指定装置或者网络完成通信，把电能量和其他电气量的计量和测量结果发往目的物，从而完成计量结果从高电位端到低电位端的通信传递。
[0031]如图2所示，本发明方案及其构成的计量装置是由电压信号传感器、电流信号传感器和电能计量单元构成。可以将它们封装在一起，形成一个一体化的整体装置。也可以分别封装制造为二个或三个分体，在使用的时候将它们连接成为一个整体装置。
【权利要求】
1.一种双通道数据冗余的高电压电能直接计量装置，其特征在于:包括两个电流信号传感器、两个金属屏蔽盒和两个电压信号传感器，金属屏蔽盒内为由工作电源、电能计量单元及通信模块组成的高电压计量装置，电流信号传感器和电压信号传感器都与电能计量单元连接，两个电能计量单元之间通过光纤连接；工作电源分别与电压信号传感器和电能计量单元连接；电能计量单元通过通信模块将数据传输到显示终端。
2.根据权利要求1所述的双通道数据冗余的高电压电能直接计量装置，其特征在于:所述的双通道数据冗余的高电压电能直接计量装置设置在一个绝缘外壳内部，并且绝缘外壳内部填充有绝缘材料。
3.根据权利要求1所述的双通道数据冗余的高电压电能直接计量装置，其特征在于:所述的通信模块通过光纤或无线或红外或GPRS或它们的组合传输数据到显示终端。
4.根据权利要求1所述的双通道数据冗余的高电压电能直接计量装置，其特征在于:所述的电压信号传感器使用电磁式电压互感器，或使用非铁磁型传感器；所述的电流信号传感器使用电磁型的电流互感器，或低功耗电流互感器。
5.根据权利要求4所述的双通道数据冗余的高电压电能直接计量装置，其特征在于:所述的非铁磁型传感器为电容传感器或电阻传感器或阻容传感器。
6.一种双通道数据冗余的高电压电能直接计量方法，其特征在于:使用如权利要求1-5任一权利要求所述的双通道数据冗余的高电压电能直接计量装置，并具体包括: 将三相交流电的A相和C相确定为指定相、三相交流电的B相确定为基准相，在高压侧测量三相电能量，具体步骤如下: 步骤1、电能计量单元使用A、C两相电流作为电流输入信号； 步骤2、电能计量单元使用AB、BC相间电压作为电压输入信号； 步骤3、两个电能计量单元工作在高电位下，分别以A相的电位和C相的电位作为工作的参考点电位，采集电流和电压信号，计算各自分相的电能量； 步骤4、两个电能计量单元将计算好的数据通过光纤分别传给对侧的电能计量单元；步骤5、在收到对侧的数据后，两个电能计量单元分别对数据作进一步处理，得到所需要的合相电能量以及其他电气量； 采用两路采集、两路计算的方法以达到数据冗余目的，即A相计量单元和C相计量单元分别计算合相电能数据； 步骤6、两个电能计量单元对这些电气量进行存储，利用各自的通信信道将计量数据同时传入显示终端中，实现高低压之间通信信道的冗余。
7.根据权利要求6所述的双通道数据冗余的高电压电能直接计量方法，其特征在于:在高压侧通过电压信号传感器测得相间电压信号；用电流信号传感器测得A相和C相的电流信号，将电压信号传感器和电流信号传感器的输出信号送到A、C相的计量单元。
8.根据权利要求7所述的双通道数据冗余的高电压电能直接计量方法，其特征在于:所述电流信号传感器是设置在A相和C相的高电位上的，其一次输入电流和二次输出电流是等电位的；电压信号传感器的二次输出电压是分别位于A相和C相的高电位上。
9.根据权利要求8所述的双通道数据冗余的高电压电能直接计量方法，其特征在于:所述电能计量单元互为主计量单元和辅助计量单元，两个电能计量单元在收到本侧电压信号传感器与电流信号传感器的输出信号后，进行本侧电压、电流和分相电能的计算，将计算好的数据通过光纤分别传给对侧的电能计量单元；在收到对侧的数据后，两个电能计量单元分别对数据作进一步处理，得到所需要的合相电能量以及其他电气量；这些电气量在就地存储的同时通过通信模块分别传给低压侧的显示终端。
10.权利要求 6至9任一权利要求所述双通道数据冗余的高电压电能直接计量方法，其特征在于:所述指定相为A相和B相，基准相为C相；或者指定相为B相和C相，基准相为A相。
【文档编号】G01R22/06GK103941082SQ201410140530
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2014年4月8日
【发明者】侯铁信, 卜正良 申请人:武汉国测恒通智能仪器有限公司