数字电能表技术.docx

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1、数字电能表技术       在市场的推动下，数字电能表发展迅猛，中国目前已成为世界电能计量行业最具有活力的市场。城乡电网改造结束后，电能表市场需求从高速增长期逐步向平稳发展期过渡，居民新增表、网改轮换表以及对外出口的推动使电能表仍有巨大的市场容量。同时电能表也从普通功能型向长寿命、高精度、分时段、多功能、网络化等高科技含量和高附加值的方向发展。 Bwx电子资料网 Bwx电子资料网图1：单相多功能电能表功能框图。Bwx电子资料网单相多功能电能表Bwx电子资料网本文介绍的方案的电能计量芯片选用美国ADI公司的A

2、DE7753。ADE7753集成了2路16位Δ-ΣADC、高性能DSP、电压基准及温度传感器等电路，在1000:1动态范围内误差小于0.1%；提供有功、无功及视在电能、电压、电流有效值及波形采样等数据；功率、相位及输入失调可实现数字校准；在环境条件变化很大和长时间使用条件下，采用专利技术的ADC及DSP仍能保证高精度。实时时钟(RTC)选用EPSON公司的RX8025，单片机每隔一段时间根据环境温度的变化对RX8025的内置晶体进行补偿，以实现高稳定高精度的实时时钟。Bwx电子资料网下面对基于以上芯片方案在

3、单相多功能电能表应用中的一些关键问题进行讨论。Bwx电子资料网1．如何选择电流传感器Bwx电子资料网电流传感器具有多种选择，各自具有不同的特点：电流互感器(CT)的优点是信号大、精度高、信号完全隔离，缺点是成本高、存在相差，并且在大电流或电网中存在直流分量时容易饱和；锰铜分流器的优点是成本低，不受直流分量影响，缺点是信号小，存在寄生电感，并且不隔离；di/dt微分电流传感器彻底消除了锰铜分流器不隔离、存在寄生电感的缺点，也消除了传统的电流互感器的相位误差和大电流时过饱和的缺点，而且成本非常低廉。Bwx电子资

4、料网2．如何实现防窃电功能Bwx电子资料网ADE7753只有1路电流通道，要实现防窃电功能，必须使用模拟开关在零线和火线CT之间进行切换。使ADE7753工作于LINECYCLE(整数电压周期)工作模式(LINCYC=2)，计算电能及电流等数据。隔一段时间把电流切换到另一通道，比较两路的电流大小是否超出一定值，如超出则给出窃电标志，电能按电流较大的通道计算。切换期间的电能数据使用上个LINCYC数据。Bwx电子资料网3．如何对无功电能进行补偿Bwx电子资料网ADE7753的无功计算是将电流移相90°与电压进

5、行相乘得到的。由于移相存在有微小角差，要得到高精度的无功电能，可进行相位补偿。补偿公式：Q=S×Sin(fD)=S×Sinf×CosDS×Cosf×SinD=QrPr×C，即相位补偿只需将有功寄存器值乘一常数加到无功寄存器值上即可。当电网频率发生变化时，移相器的角差也会发生线性变化，此时无功电能的频率补偿方法是：Q(f0)=Q(fl)×fl/f0，其中f0为基准频率、fl为电网频率。Bwx电子资料网4．如何输出无功电能脉冲 Bwx电子资料网 Bwx电子资料网图2：三相多功能电能表框图。Bwx电子资料网ADE

6、7753只有有功的电能脉冲输出，无功电能脉冲必须由MCU发出。有两种方法：1.Bwx电子资料网不断读取电能值进行累加，达到脉冲当量时即发出脉冲；2.MCU根据功率值，定时发出脉冲。前者受读数据间隔及MCU速率影响，会造成精度有一定跳动；后者的脉冲跳动很小，但要占用MCU的定时器资源。Bwx电子资料网5．为何选用RF通讯而不是红外通讯Bwx电子资料网红外通讯在实际应用中存在一些缺点：通讯距离小于10米、具有方向限制、通讯速率低、易受太阳光、日光等光线干扰影响通讯。这里选用了ADI公司的RF芯片ADF7020，

7、它克服了红外通讯的缺点，其通讯距离可超过200米、无方向限制、波特率可达9,600、抗干扰强，并可通过软件协议进行联网。Bwx电子资料网三相多功能电能表Bwx电子资料网精度为0.5级和0.5S的三相多功能电能表可以采用ADE7758。ADE7758内部集成了6路16位Δ-ΣADC、高性能DSP、电压基准及温度传感器等电路，在1000:1动态范围内误差小于0.1%；提供有功、无功及视在电能、电压、电流有效值及波形采样等数据；三相三线/三相四线兼容；DSP内部对无功电能进行了补偿；提供独立的有功电能及无功电能脉

8、冲输出。这些功能特点大大减少了MCU的软件开发工作量。Bwx电子资料网三相多功能电能表面临以下的问题：不断增加的功能要求(四象限有功、无功电能计量、谐波分析、智能抄表、用电管理及负荷控制等)；不断提高的精度要求；不断升级的通讯协议；越来越严格的成本控制。下面介绍采用Blackfin高性能DSP处理器实现的0.2级三相多功能电能表的方案。Bwx电子资料网高精度电能表对处理器的要求：乘法速度快，能满足每个周期160点