用于在电子能仪表中相位补偿的方法和仪器技术

一种电子仪表包括：检测电路，其用于检测波形的电压和电流值；模／数转换器，其用于将检测到的电压和电流值转换成数字电压和电流值；数字滤波器，其用于延迟数字电压和电流值之中的一个或两者，以补偿在检测电路中相移误差；以及计算电路，其用于响应于经相位补偿的电压和电流值来计算一个或多个波形参数。该电子仪表可以通过下面方法来进行校准：将具有已知相移的测试波形应到该仪表，使用该电子仪表来测量相移，根据在已知相移和所测量相移之间的差值来确定相移误差，并确定数字滤波器系数，以产生对应于相移误差的数字滤波延迟。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种电子仪表，更特别的是，涉及一种用于在电子能仪表中相位补偿的方法和仪器。电子能仪表可以被配置成测量多相电力线。对于能量计中不同的电流互感器(current transformer)来说相位误差可能会有所不同，而且它可以是被测量电力线中的电流的函数。
技术介绍
已经研制了很多种用于测量电力线上电能消耗的电子能仪表。一种结构使用了用于根据测量的电压值和电流值来计算各种电参数数字信号处理器，以及使用了用于控制由数字信号处理器计算出的电参数的存储、显示和通信的微控制器。在这种结构中，使用分压器将相电压降低成较低的电压，线电流被供应到电流互感器的初级线圈。电流互感器的次级线圈提供与电流互感器次级线圈和初级线圈之间的匝比成比例的电流输出。具有非常低温度系数的、与电流互感器的次级线圈相连接的电阻提供与电流值和电流互感器次级线圈中电流成比例的电位。这些以电压和电流信号为条件的信号被供应到模/数转换器，并以一定的周期间隔进行数字化。经过数字化的信号被供应到数字信号处理器，以计算瞬时功率，并被汇集成有限数量的电力线周期，以计算能量。作为检测元件，电流互感器展示出在初级和次级线圈之间的相位滞后。由于个别电流互感器之间的差异，相位滞后对不同电力线相位会有所差异，它可以是线电流的非线性函数。由于由电子能仪表进行的某些测量是电流和电压之间相位差的函数，因而会产生测量误差。因此由于相位滞后所造成的误差会非常不利的影响电子能仪表的精确度。功率表制造商典型地对电力线三相中的每一相使用可变电阻和/或可变电容来实现常规的移相器。这种方案增加了材料和生产成本。现在已经研制出了使用两个模/数转换器，并将其中一个转换器的抽样时间相对于另一个进行移动的技术。这种方案要求额外的电路，并增加了硬件成本。这些技术都不能补偿作为由电流互感器展示的电流函数的非线性相移。现有技术中已经公开了很多相位补偿技术，例如在1991年5月21日为Germer等人颁布的美国专利No.5,017,860和在1993年7月27日为Voisine等人颁布的美国专利No.5,231,347。因此，就需要能够用于电子能仪表中相位补偿的改进的方法和仪器。专利技术概述根据本专利技术的第一方面，提供一种电子仪表。该电子仪表包括用于检测波形的电压和电流值的检测电路，用于将检测到的电压和电流值转换成数字电压和电流值的模/数转换器，用于延迟数字电压和电流值之中的一个或两者来补偿检测电路中相移误差的数字滤波器，和响应于相位补偿的电压和电流值来计算至少一个波形参数的计算电路。数字滤波器和计算电路可以在数字信号处理器中实现。检测电路包括用于检测多相电力线中每一相电压和电流值的电路。电子仪表可以包括数字滤波器，其用于延迟每一相的数字电压值，以补偿与多相电力线中每一相相关联的相移误差。电子仪表还可以进一步包括装置，其响应于波形的电流值来选择对应于电流值的数字滤波器系数组，并且将所选择的数字滤波器系数组施加到数字滤波器。该数字滤波器可以包括分数延迟滤波器，其用于以作为模/数转换器抽样间隔的分数的递增来延迟数字电压值。根据本专利技术的另一个方面，提供一种用于校准电子仪表的方法。该方法包括步骤(a)将具有在电压和电流之间已知相移的测试波形施加到电子仪表的输入，(b)使用电子仪表来测量在测试波形的电压和电流之间的相移，(c)根据在已知相移和所测量相移之间的差值来确定相移误差，(d)确定数字滤波器系数，以产生对应该相移误差的数字滤波器延迟，和(e)保存数字滤波器系数，以补偿在正常计量操作期间的相移误差。在一个优选的实施例中，步骤(a)包括将多相电力线的波形施加到电子仪表的输入，以及对于多相电力线中每一相重复步骤(b)，(c)，(d)和(e)。对于预定的电流范围重复步骤(a)，(b)，(c)，(d)和(e)，以提供用于每个预定电流范围的数字滤波器系数组。数字滤波器系数可以在电子仪表外部的计算设备中确定，而且也可以从外部计算设备下载到电子仪表中。在一个优选的实施例中，电子仪表包括数字信号处理器，且数字滤波器系数被下载到该数字信号处理器中。步骤(b)可以包括使用电子仪表来测量测试波形的功率因数，将测定的功率因数发送到外部计算设备，并依据在外部计算设备中所测量的功率因数来在外部计算设备中确定所测量的相移。根据本专利技术的再一个方面，提供一种用于操作电子仪表的方法。该方法包括以下步骤使用检测电路来检测波形的电压和电流值，将检测到的电压和电流值转换为数字电压和电流值，使用数字滤波器来延迟数字电压和电流值之中的一个或两者，以补偿由检测电路所引起的相移误差，并响应于经相位补偿的电压和电流值来计算至少一个波形参数。附图说明为了更好的理解本专利技术，参考了附图，这些附图合并在这里作为参考，在附图中图1是根据本专利技术实施例的电子能仪表的方框图；图2是作为时间函数的电压和电流信号图，示出了同相的条件；图3是作为时间函数的电压和电流信号图，示出了由经过电流互感器的相位滞后所引起的相对于电压信号的延迟电流信号；图4是作为电流函数的经过电流互感器的相位滞后图；图5是数字信号处理器配置的实例的方框图，其利用数字滤波器来在进行有效功率和RMS电压和电流值计算之前延迟电压和电流的抽样数据；图6是延迟数字滤波器的实例的方框图；图7是示出了通过在外部计算设备中对数字滤波器系数进行计算来校准电子能仪表的流程图；图8是示出计算图7流程中的数字滤波器系数的流程图。具体实施例方式图1显示了根据本专利技术实施例的一种电子仪表的实例。三相电子瓦时仪表包括检测电路10，数字信号处理器12，微控制器14和存储器16。该电子仪表还可以进一步包括连接到微控制器14的显示器20和存储器22。微控制器14可以通过光频隔离器24连接到外部终端26或其它的外部设备。其它的外部设备可以包括诸如打印机、存储设备和/或到远程监控设备的通信链路。在图1的实施例中，检测电路10检测三相电力线的电流值和电压值，数字化所检测到的电流值和电压值，并将数字化的电流和电压值供应到数字信号处理器12。三相电力线的线电流30，32和34分别被供应到电流互感器40，42和44的初级线圈上。电流互感器40，42和44的次级线圈50，52和54分别连接到终端电阻60，62和64，以提供电压信号70，72和74，这些电压信号与各自的线电流成比例，且在下文中将它们称作线电流信号70，72和74。线电流信号70，72和74都提供给模/数转换器80。相电压90，92和94分别供应到分压器100，102和104，以提供低电平电压信号110，112和114，这些信号与各自的相电压成比例，且在下文中将它们称作相电压信号110，112和114。相电压信号110，112和114都输入到模/数转换器80。这样，在图1的实施例中检测电路10具有三个电流检测通路和三个电压检测通路。模/数转换器80(其可以是多通路的同时或顺序抽样转换器)数字化线电流和相电压信号，并将数字化信号发送给数字信号处理器12的串行端口。在优选的实施例中，模/数转换器80按照每通路15千赫的抽样速率对信号进行抽样。每个数字信号包括代表相电压值或线电流值的一系列数据抽样。数字信号处理器12接收来自模/数转换器80的串行数据，并将该数据存储在它的内部数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于校准电子仪表的方法，包括以下步骤：（ａ）将具有在电压和电流之间已知相移的测试波形施加到电子仪表的输入；（ｂ）使用该电子仪表来测量在测试波形电压和电流之间的相移；（ｃ）根据在已知相移和所测量相移之间的差值来确定 相移误差；（ｄ）确定数字滤波器系数，以产生对应于相移误差的数字滤波器延迟；以及（ｅ）保存数字滤波器系数，以补偿在正常计量操作期间的相移误差。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：古利吉特S甘迪，
申请(专利权)人：模拟设备公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]