专利名称：无变送器的电力测量方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电力网测量自动化技术领域。
目前国内外的电力远程终端装置的遥测功能均依赖安装在远程终端前的电力变送器来实现的，由电力变送器将待测电网强交流信号转换成弱直流模拟量或数字量，然后再送入远程终端装置处理、计算和远传有关电参数。
在当前的现有技术中，有下述二种电力变送器(1)将交流模拟量转换成直流模拟量的常规变送器目前这种常规电力变送器可分为电压变送器、电流变送器以及三相有功、无功组合变送器三类。其电力变换能力可将0～100伏特的电压或0～5安培的电流转换出0～5伏特的电压或0～10毫安培的电流。国内外生产变送器的单位基本上是采用这种常规变送器技术。
(2)将交流模拟量转换成数字量的微机变送器这种电力变送器采用微处理器作为核心处理部件，对电力线上的电压、电流进行瞬时采样并转换成数字，然后送至远程终端装置处理、计算和远传有关电参数。
上述第一种常规电力变送器的缺点是其硬件结构复杂，组成元件多，运行稳定性差，并且使得远程终端装量的遥测精度受到变送器前置误差和不稳定因素的严重影响。另外，由于每一个被测的电气量都需要一个常规变送器，所以一个远程终端装置所需变送器多达100～200个，不仅耗资巨大，并且要占用一定面积的场地，对数目众多的变送器的校验、维修也是一件颇为费时费力的事情。
上述第二种微机变送器虽然可以克服常规变送器技术所具有的精度不稳定的缺点，但仍局限于电力变送器与远程终端装置分别设置、各司其职的形式，没有实现远程终端装置与电力变送器的一体化，因而不能有效地降低整个电力数据采集系统的成本。
本发明的目的在于为电力遥测提供一种无变送器的自动测量方法和不需要电力变送器的电力参数自动测量装置。
本发明所采用的测量方法如下由设置在电力远程终端装置内的小型电压互感器和小型电流互感器从电网的强交流电信号中获取0～1伏的弱交流电压信号，经多路开关选择，加至测量电路。
在测量时，先把从强交流电压中获取的弱交流电压信号通过整形电路，变成方波信号，用微机测出它的周期T。然后分时选择各路电压信号，经放大电路放大，再由全波整流电路整流，变成脉动直流信号，加至双积分模/数转换(A/D)电路。微机在软件的配合下，启动双积分电路对该脉动直流信号进行一个周期(T)的积分并进行模/数转换后输入微型计算机，由微机测算出被测电压的平均值Vp，并按电工原理换算成交流电压的有效值V。
在测量完各路交流电压后，分时选择由小型电流互感器从电网的强交流电流信号中获取的弱电流信号，同上法测算出交流电流的平均值Ip，并按电工原理换算成交流电流的有效值I。在测量每路交流电流的同时，选择与各路交流电流相对应的交流电压，把交流电压和交流电流的弱电压信号分别通过整形电路变成方波信号，用微机测算出它们两者的相位差角φ。
最后由微机按照式(1)、(2)分别计算出被测交流电的单相有功功率P、单相无功功率Q，P＝V·I·cosφ (1)Q＝V·I·sinφ (2)再将三个单相有功功率求代数和作为三相有功功率P3，将三个单相无功功率求代数和作为三相无功功率Q3。三相电的功率因素PF3按照(3)式求得PE3=P3P32+Q32(3)]]>为了克服整个测量系统的温度影响，在测量交流电压和交流电流的平均值时，还使用了数字调零技术，即先测出被测的电压量Vc1或电流量Ic1，然后在计算机的控制下，把测量电路的输入端接地，测出这时的零点漂移值V0或I0，则消除了温度影响后的电压平均值Vp和电流平均值Ic分别按式(4)、(5)算出Vp＝Vc1-V0 (4)Ic＝Ic1-V0 (5)由于小型电流互感器的输出信号存在着非线性，因此在上述测量过程中，还利用软件按照式(6)、(7)分别对用小型电流互感器测得的交流电流平均值和相位差角进行了非线性补偿，Ip＝a4(Ic)4+a3(Ic)3+a2(Ic)2+a1(Ic)+a0 (6)φ＝b3(Ic)3+b2(Ic)2+b1(Ic)+b0+φc (7)式中a0～a4，b0～b3为固定常数，由实际使用的小型电流互感器的特性所决定，Ic为消除了温度影响后的交流电流平均值，φc为实测的相位差角，Ip为补偿后的交流电流平均值，φ为补偿后的相位差角。
实现上述方法的装置框图如附
图1所示，包括微型计算机101，小型电压互感器102，小型电流互感器103，电压多路开关104，电流多路开关105，信号选择电路106，放大电路107，全波整流电路108，双积分模/数转换电路109，电压信号整形电路110以及电流信号整形电路111，其特征是来自电力网的强交流电压和强交流电流分别与小型电压互感器102和小型电流互感器103的两个输入回路相接，小型电压互感器102和小型电流互感器103的输出分别连至电压多路开关104和电流多路开关105的输入端，这两个多路开关的输出端与信号选择电路106的两个输入端相连，信号选择电路106的输出端连至放大电路107的输入端，放大电路107的输出端接至全波整流电路108的输入端，全波整流电路108的输出端与双积分模/数转换电路109的输入端相接，双积分模/数转换电路109的输出接至微型计算机101的数据输入口。电压多路开关104和电流多路开关105的输出端还分别与电压信号整形电路110和电流信号整形电路111的输入端相接，这两个整形电路的输出端分别与微型计算机的两个脉冲测量输入端相连。微型计算机101的二个控制信号输出口分别连至电压多路开关104和电流多路开关105的控制端口，信号选择电路106的控制端与微型计算机101的一个控制信号输出端相连，双积分模/数转换电路109的控制端口与微型计算机101的一个控制端口连接。
图1中的101为测量装置内的微型计算机及其输入输出(I/O)口，它通过I/O口与其他电路连接。
来自电力网的强交流电压0～100伏特通过小型电压互感器102变为0～1伏特的弱交流电压信号，来自电力网的强交流电流0～5安培通过小型电流互感器103变为0～1伏特的弱交流电压信号，这两个弱交流电压信号分别输出至电压多路开关104和电流多路开关105进行多路待测目标的切换，多路开关104和105的输出送至信号选择电路106进行电压/电流选择，被选择的信号输出至放大电路107进行放大，继而送至全波整流电路108，整流输出的脉动直流信号被送至双积分模/数转换电路109，信号经积分后进行模数转换并输出至微型计算机101的数据输入口，从而进行电压、电流有关数值的测量。
多路开关104和105的输出信号还被分别接至电压信号整形电路110和电流信号整形电路111，通过整形把交流正弦波变成方波信号，然后分别输出至计算机101脉冲测量输入端，进行信号周期和相位差角等参数的测量。
多路开关104和105的控制端分别与微型计算机101的一个控制信号输出口相连接，用来完成多路交流电压和多路交流电流的选择工作。
信号选择电路106的控制端接于微型计算机101的另一个控制信号输出端，用以实现测量时的电压、电流和地信号(用于数字调零)的切换选择工作。
双积分模/数转换电路109的工作由微型计算机101的一个输出端口所控制，该端口的输出信号连至双积分模/数转换电路的控制端口，用以完成积分定时、启动模数转换、测量读入数据、停止转换等操作。
本发明与现有技术比较，取消了远程终端装置之前的电力变送器结构，实现了远程终端与前置电力变送器的一体化设计，结构简单可靠、测量精度高、性能稳定，减少了占地面积、维护简单、投资少，从而大大提高了电力参数实时遥测系统的性能价格比。
本发明适用于对交流电力网各项参数的实时测量。
权利要求
1.一种实现力参数自动测量的方法，其特征是用小型电压互感器从电网的强交流电压信号中获取弱电压信号，该信号通过整形成为方波，由微机测出其周期；然后分时选择各路电压信号，经放大和整流，成为脉动直流信号，经过积分电路进行一个周期的积分，再通过模/数转换后输入计算机，从而测出被测交流电压的平均值，并换算成交流电压的有效值；在测量完各路交流电压后，分时选择各路由小型电流互感器从电网的强交流电流信号中获取的弱电压信号，用上述同样的方法测出被测交流电流的平均值，并换算成交流电流的有效值；在测量每路交流电流的同时，选择与各路交流电流相对应的交流电压，把交流电压和交流电流的弱电压信号分别通过整形后变成方波，用计机测出它们两者的相位差角。最后，由计算机根据上述所测得的物理量计算出单相、三相有功功率和无功功率，以及三相电的功率因素等电力参数。
2.如权利要求1所述的电力参数自动测量方法，其中上述交流电压平均值和交流电流平均值的测量过程，其特征是采用数字调零技术克服测量系统的温度影响，即先测出被测的电压量Vc1或电流量Ic1，然后在计算机的控制下把测量电路的输入端接地，测出这时的零点漂移值V0或I0，则由式(1)、(2)，计算出消除了温度影响后的电压平均值Vp和电流平均值Ic。Vp＝Vc1-V0 (1)Ic＝Ic1-I0 (2)
3.如权利要求1所述的电力参数自动测量方法，其中上述用小型电流互感器测得的交流电流的平均值和电压电流之间的相位差角，其特征是采用软件对于因小型电流互感器输出信号的非线性引起的失真进行补偿，补偿公式如式(3)、(4)Ip＝a4(Ic)4+a3(Ic)3+a2(Ic)2+a1(Ic)+a0 (3)φ＝b3(Ic)3+b2(Ic)2+b1(Ic)+b0+φc (4)式中a0～a4，b0～b3为固定常数，由小型电流互感器的特性所决定，Ic为消除了温度影响后的交流电流平均值，φc为实测的相位差角，Ip为补偿后的交流电流平均值，φ为补偿后的相位差角。
4.一种实现电力参数自动测量的装置，其特征是来自电力网的强交流电压和交流电流分别与小型电压互感器和小型电流互感器的输入回路相接，小型电压互感器和小型电流互感器的输出端被分别连至电压多路开关和电流多路开关的输入端，这两个多路开关的输出端与信号选择电路的两个输入端相连，选择电路的输出端连至放大电路的输入端，放大电路的输出端接至全波整流电路的输入端，全波整流电路的输出端与双积分模/数转换电路的输入端相接，双积分模/数转换电路的输出接至微型计算机的数据输入口。电压多路开关和电流多路开关的输出端还分别与电压信号整形电路和电流信号整形电路的输入端相接，这两个整形电路的输出端分别与微型计算机的两个脉冲测量输入端相连。微型计算机的二个控制信号输出口分别连至电压多路开关和电流多路开关和电流多路开关的控制端口，信号选择电路的控制端与微型计算机的一个控制信号输出端相连，双积分模/数转换电路的控制端口与微型计算机的一个控制端口连接。
全文摘要
本发明属于电力网测量自动化技术领域。本发明用小型电压互感器和电流互感器从强交流电回路获取弱电压信号，经分别整形后由计算机测出其周期及电压电流之间的相位差。弱电压信号经放大后整流成脉动直流信号，并在一个周期内对其进行双积分模/数转换后输入计算机，获得被测交流电压和电流的有效值，然后由计算机根据上述所测得的物理量算出单相、三相有功功率和无功功率，以及三相电的功率因数等，从而实现对电力参数的无变送器遥测。
文档编号G01R21/06GK1052952SQ9110731
公开日1991年7月10日 申请日期1991年1月30日 优先权日1991年1月30日
发明者江从铨, 涂时亮, 周贵祥, 王敖生 申请人:上海市电力工业局, 复旦大学科学技术开发总公司