一种基于压控振荡器的电能计量方法及电能计量电路技术

本发明专利技术公开了一种基于压控振荡器的电能计量方法及电能计量电路，用于解决现有技术中存在电能计算过程因环节过多而使得电能计量速度过慢的问题。该电能计量电路包括：将差分放大模块、巴特沃兹滤波模块、功率合成模块、精密整流模块以及压控振荡模块顺序连接。采用上述纯硬件电路实现电能数据的运算和实现，系统响应实时快速，以压控脉冲形式实现功率直流信号以不同频率的电能脉冲输出，将电能数据进行了量化，通过对每个单位时间内的电能脉冲计数获得电能数据，实现了电能数据的实时运算与输出，为实时性要求较高的自动化电气控制设备提供了一种低成本电能数据计量方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电能计量
，尤其涉及一种基于压控振荡器的电能计量方法及电能计量电路。
技术介绍
在我国各行各业自动化工控设备及矿山井下馈电保护控制设备当中，电能计量仪表非常重要，实时为控制中心提供基准的电能量数据，当现场出现各种复杂的故障时，控制中心精准快速的作出切断故障的反应。随着我国经济的飞速发展，各行各业对电能的需求越来越大，在此大环境下，电子式电能表技术也取得了巨大的进步。为缓解日趋尖锐的电力供需矛盾，电能表也由之前的感应计量方式发展为现在的电子计量方式，采用专业的计量芯片实现电能数据的合成，配合单片机的控制与调度，改善了用电量不均衡的现象，全面实行峰、平、谷分时电价制度，“削峰填谷”，提高全国的用电效率，合理利用电力资源。但以计量芯片为核心的电能计量方式，采用的是离散数字化的运算方式，要经过采样、A/D转换、数字乘法运算、格式存储，最后通过传输总线到达单片机。为了得出计量结果，计量芯片需要对电流、电压信号进行A/D转换，通过数字乘法运算后得出电能计量结果，这个过程因环节过多而使得电能计量速度过慢，在像电表这样对数据实时性要求不高的计费仪表中使用是可以的，但是在像自动化控制的对数据实时性要求较高的过程中，以专用电能计量芯片为核心的数据采样方式很难满足控制要求，并且专用计量芯片的价格都比较高，很难满足电气馈电保护控制等方面的电能数据采样应用。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种基于压控振荡器的电能计量方法及电能计量电路，用以解决现有技术中存在电能计算过程因环节过多而使得电能计量速度过慢问题。第一方面，一种基于压控振荡器的电能计量方法，该方法为：采集用户电网中的电流信号和电压信号，并将电流信号通过电流互感器生成弱电电流信号，以及将电压信号通过电压互感器生成弱电电压信号，再将弱电电流信号经过差分放大，以及将弱电电压信号经过差分放大；将经过差分放大后的弱电电流信号进行低通滤波，以及将经过差分放大后的弱电电压信号进行低通滤波；将进行低通滤波后的弱电电流信号和进行低通滤波后的弱电电压信号输入模拟乘法器合成功率信号；将功率信号经过精密整流处理生成功率直流信号；将功率直流信号输入压控振荡器，生成电能脉冲信号，并根据电能脉冲信号的频率计算电能数据。第二方面，一种基于压控振荡器的电能计量电路，该电能计量电路为：将差分放大模块、巴特沃兹滤波模块、功率合成模块、精密整流模块以及压控振荡模块顺序连接；其中，差分放大模块，用于采集用户电网中的电流信号和电压信号，并将电流信号通过电流互感器生成弱电电流信号，以及将电压信号通过电压互感器生成弱电电压信号，再将弱电电流信号经过差分放大，以及将弱电电压信号经过差分放大；巴特沃兹滤波模块，用于将经过差分放大后的弱电电流信号进行低通滤波，以及将经过差分放大后的弱电电压信号进行低通滤波；功率合成模块，用于将进行低通滤波后的弱电电流信号和进行低通滤波后的弱电电压信号输入模拟乘法器合成功率信号；精密整流模块，用于将功率信号经过精密整流处理生成功率直流信号；压控振荡模块，用于将功率直流信号输入压控振荡器，生成电能脉冲信号，并根据电能脉冲信号的频率计算电能数据。本专利技术有益效果包括：由纯硬件电路实现电能数据的运算和实现，系统相应实时快速，没有现有技术中的A/D转换过程，也不存在数字乘法运算软件环节，由于数字乘法运算软件环节求电能数据，是通过求功率函数在时间上的积分得到的，因此整个运算环节复杂，用时较长，而本专利技术实施例中通过模拟乘法器直接计算功率信号的模拟信号，以压控脉冲形式实现功率直流信号以不同频率的电能脉冲输出，将电能数据进行了量化，通过对每个单位时间内的电能脉冲计数获得电能数据，实现了数据的实时运算与输出，为实时性要求较高的自动化电气控制设备提供了一种低成本电能数据计量方案。附图说明图1为本专利技术实施例中的一种基于压控振荡器的电能计量方法的流程图；图2为本专利技术实施例中的一种基于压控振荡器的电能计量电路的结构图。具体实施方式为了给出提高电能数据计算效率的实现方案，本专利技术实施例提供了一种基于压控振荡器的电能计量方法及电能计量电路，以下结合说明书附图对本专利技术的优选实施例进行说明。本专利技术提供的一种基于压控振荡器的电能计量方法及电能计量电路，利用低成本的集成运算放大器实现将从用户处采集的模拟电流信号和模拟电压信号的放大和滤波，再通过模拟乘法器实时合成功率信号，经过精密整流处理后，生成功率直流信号，功率直流信号控制压控振荡器输出电能脉冲，为控制系统微控制单元(MicrocontrollerUnit，MCU)提供精确的实时电能量数据。参阅图1所示，本专利技术实施例提供一种基于压控振荡器的电能计量方法，该方法为：步骤100：采集用户电网中的电流信号和电压信号，并将电流信号通过电流互感器生成弱电电流信号，以及将电压信号通过电压互感器生成弱电电压信号，再将弱电电流信号经过差分放大，以及将弱电电压信号经过差分放大。具体的，用户电网中的电流信号和电压信号属于强电信号，不能直接用于本专利技术实施例中提供的电能计量电路，因此，先通过互感器，将用户电网中的强电信号转换为弱电信号，将弱电电流信号以及弱电电压信号经过差分放大，可以有效抑制零点漂移，放大输出信号为对地的单端信号。步骤110：将经过差分放大后的弱电电流信号进行低通滤波，以及将经过差分放大后的弱电电压信号进行低通滤波。具体的，将经过差分放大的弱电电流信号和弱电电压信号，分别输入四阶巴特沃兹低通滤波电路，四阶巴特沃兹低通滤波电路的截止频率设置为200赫兹(Hz),由于前段输出的信号为交流电模拟信号，我国电网的标准频率为50Hz，因此可以保留原始信号，且滤除了截止频率外的高频噪声，具备了信号运算级别的要求，为后续电能计量提供更加精确的原始信号数据。步骤120：将进行低通滤波后的弱电电流信号和进行低通滤波后的弱电电压信号输入模拟乘法器合成功率信号。具体的，将进行低通滤波后的弱电电流信号和进行低通滤波后的弱电电压信号输入模拟乘法器，通过一级运算放大器对低通滤波后的弱电电流信号和低通滤波后的弱电电压信号进行乘法运算，合成功率信号，功率信号为正弦波信号。步骤130：将功率信号经过精密整流处理生成功率直流信号。具体的，将功率信号经过精密整流，获得合成功率信号的有效直流信号，即功率直流信号。步骤140：将功率直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压控振荡器的电能计量方法，其特征在于，所述方法包括：采集用户电网中的电流信号和电压信号，并将电流信号通过电流互感器生成弱电电流信号，以及将电压信号通过电压互感器生成弱电电压信号，再将弱电电流信号经过差分放大，以及将弱电电压信号经过差分放大；将经过差分放大后的弱电电流信号进行低通滤波，以及将经过差分放大后的弱电电压信号进行低通滤波；将进行低通滤波后的弱电电流信号和进行低通滤波后的弱电电压信号输入模拟乘法器合成功率信号；将功率信号经过精密整流处理生成功率直流信号；将功率直流信号输入压控振荡器，生成电能脉冲信号，并根据电能脉冲信号的频率计算电能数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于压控振荡器的电能计量方法，其特征在于，所述方法包括：
采集用户电网中的电流信号和电压信号，并将电流信号通过电流互感器生
成弱电电流信号，以及将电压信号通过电压互感器生成弱电电压信号，再将弱
电电流信号经过差分放大，以及将弱电电压信号经过差分放大；
将经过差分放大后的弱电电流信号进行低通滤波，以及将经过差分放大后
的弱电电压信号进行低通滤波；
将进行低通滤波后的弱电电流信号和进行低通滤波后的弱电电压信号输
入模拟乘法器合成功率信号；
将功率信号经过精密整流处理生成功率直流信号；
将功率直流信号输入压控振荡器，生成电能脉冲信号，并根据电能脉冲信
号的频率计算电能数据。
2.一种基于压控振荡器的电能计量电路，其特征在于，所述电能计量电路
包括：将差分放大模块、巴特沃兹滤波...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕小彬，雷田田，
申请(专利权)人：银川蓝擎网络信息技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：宁夏;64