[发明专利]具有基波计量功能的智能电表及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及智能电表及其测量方法，具体是一种具有基波计量功能的智能电表及其测量方法。

背景技术

智能电表是一种以计算机技术和通讯技术为基础，对电能信息进行数据采集、处理和管理的计量装置。由于智能电表具有电能计量、信息存储、网络通讯、实时监测、自动控制和信息交互等功能，可实现电网与用户之间的“电力流、信息流、业务流”双向互动，从而提高用电效率，是构建智能电网的基础设备之一。

现有智能电表的原理框图如图1所示，由计量芯片、微控制器、通讯芯片和LCD显示屏等四部分组成。其中的计量芯片原理框图如图2所示，由电压变换器、电流变换器、乘法器和电压/频率变换器四部分组成。计量芯片中的电压变换器和电流变换器分别将被测电压u和被测电流i转换成相应的低电压和小电流送到乘法器中，乘法器完成电压和电流的瞬时值相乘，输出一个与一段时间内的平均功率成正比的直流电压，然后再通过电压/频率变换器，将乘法器输出的直流电压转换成相应的脉冲频率信号。微控制器对计量芯片输出的脉冲频率信号计数，并通过LCD显示屏显示相应的电能。通讯芯片用来与其它设备进行数据交换、抄表、设置表计参数等。

现有的智能电表在实际应用中存在下述的缺点：

（1）没有滤除电网中有害的谐波。直接对被测电压和被测电流的瞬时值直接相乘，得到的是基波电能和谐波电能之和，使非谐波用户的电能计量数据增加，谐波用户的电能计量数据反而减少。

（2）电能计量的准确度难以提高。计量芯片中的乘法器和电压/频率变换器的运算、转换的准确度和稳定性直接影响智能电表电能计量的准确度。

（3）计量芯片增加了智能电表系统的复杂性和硬件成本。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种结构简单、测量精准的智能电表，及其测量方法，具体的技术方案是：

一种具有基波计量功能的智能电表，包括，

电压变换器，用于将220V交流电压分压成适合DSP数字信号处理器中的A/D模数转换器所需的输入电压；

电流变换器，用于将相线交流电流转换为适合DSP数字信号处理器中的A/D模数转换器所需的输入电压；

DSP数字信号处理器，用于将电压变换器和电流变换器输出的模拟电压信号转换为离散数字信号；并对离散数字信号进行低通滤波处理，提取基波电压值和基波电流值；最后对基波电压值和基波电流值相乘再求和，得到功率测量值；

LCD显示屏，用于显示DSP数字信号处理器输出的功率、电压、电流、时间、剩余金额各类数值；

通讯芯片，用于DSP数字信号处理器与其它设备通讯。

其中，DSP（Digital Singnal Processor）数字信号处理器片内集成的A/D模数转换器首先将被测模拟电压和被测模拟电流转换为数字电压信号和数字电流信号，DSP数字信号处理器中的CPU对数字电压信号和数字电流信号分别进行低通滤波，提取被测电压信号和被测电流信号中的基波信号，然后再对被测电压基波信号和被测电流基波信号进行乘法运算处理，从而实现功率的准确测量。

本发明提出的具有基波计量功能的智能电表测量方法，包括以下步骤：

（1）对被测模拟电压u和被测模拟电流i进行采样，得到离散的数字电压信号U（t）和数字电流信号I（t），t为采样时刻，t=1、2、3…；

（2）对离散数字电压信号U（t）和离散数字电流信号I（t）分别进行低通滤波处理，按下述计算公式分别计算离散数字电压信号U（t）和离散数字电流信号I（t）的算数移动平均值U_ma（t）和I_ma（t）：

                      （1）

                       （2）