专利名称：一种用于计量弱输入信号的电路的制作方法
技术领域：
—种用于计量弱输入信号的电路技术领域[0001 ] 本实用新型涉及一种用于计量弱输入信号的电路，属于数字化变电站技术领域。
技术背景[0002]随着技术的发展，数字化变电站采用了电子式互感器等非常规互感器，其输出形 式为遵循《IEC 60044-7-1999互感器第7部分电子式电压互感器》、((IEC60044-8-2002互 感器第8部分电子式电流互感器》标准的模拟小信号；同时变电站智能化改造中未及替换 的低压传统互感器，以及一些与低压智能合并单元匹配的低压电子式互感器，其输出的弱 信号也未完全遵循〈〈Q-GDW 424-2010电子式电流互感器技术规范 >> 等相关标准；[0003]这些模拟小信号和弱输出信号，相对于传统依靠能量传递信息的电流电压信号而 言，具有低电压低功率的特征，对于接收单元而言，都视为弱输入信号。[0004]目前国内外均提出如何直接就地安装表计，对弱输入信号进行计量的问题。目前 国内外对弱输入信号的计量研究较少，在此可以借鉴传统依靠能量传递信息的电流电压信 号计量技术方法，目前典型的电能计量方案有如下两种[0005]A)单片机(或可编程器件等主控单元)+AD (AD:模数转换芯片)[0006]前端经电压隔离变压器、电流隔离变压器，分别把输入电压通道、电流通道信号变 成电压信号；或者用高精度电阻分压来获取电压信号；通过经过滤波、阻抗匹配等处理以 后，输入到AD芯片，采样获得离散数据，发送给单片机或者可编程器件等主控单元，然后主 控单元对数据进行处理，获得信号有效值、计量线路的电能量等。[0007]B)单片机(或可编程器件等主控单元)+专用计量芯片[0008]前端输入电流通道、电压通道信号，被隔离变压器或者电阻变换成电压信号，经过 滤波、叠加偏置电压、阻抗匹配等处理以后，输入到专门的计量芯片，其根据主控单元下达 的相关设置值，对信号进行采样计算，并输出信号有效值、计量线路的电能量等到主控单 元；同时主控单元还负责校正计量芯片的偏差；[0009]现阶段，国内对弱输入信号一般采用第一种方案进行采集，获取输入信号的有效 值等；国内外未见对弱输入信号进行计量处理的相关产品报道。[0010]现有电能计量方案接入的电流通道信号的额定值一般为1.0A、1.5A、5A等，电压 通道信号的额定值一般为380V、220V、100V、57. 7V等，这些信号依靠能量进行传递，信号功 率一般在IVA左右；[0011]对于弱输入信号，不管是电流通道信号、还是电压通道信号，都是低电压低功率的 模拟电压小信号，信号额定电压为1. 5V、2. 0V、4. OV等，信号功率在O. 05VA左右，现有电能 计量方案不适用于计量弱输入信号。实用新型内容[0012]本实用新型所要解决的技术问题是针对弱输入信号的特征，提供一种用于计量弱 输入信号的高精度电路，对弱输入信号进行计量。[0013]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于计量弱输入信号的电路，其特征 在于，包括[0014]电流信号采样回路对应三相电流信号包括三组依次相连的高精度隔离传感器、 防浪涌电路、抗混叠滤波RC网络和信号偏置电路，用于对电流通道信号进行隔离滤波；[0015]电压信号采样回路对应三相电压信号包括三组依次相连的高精度隔离传感器、 防浪涌电路、抗混叠滤波RC网络和信号偏置电路，用于对电压通道信号进行隔离滤波；[0016]计量回路包括计量芯片ATT7022，计量芯片ATT7022分别与电流信号采样回路、 电压信号采样回路相连，用于对弱输入信号进行计量、输出电能脉冲、以及与处理器交互；[0017]基准电压回路包括基准电压芯片ADR421，基准电压芯片ADR421与计量芯片 ATT7022相连，为计量芯片提供采样基准电压，为采样通道提供采样偏置电压；[0018]32位处理器总线接口及控制回路与计量芯片ATT7022相连，包括计量芯片 控制回路、总线电平转换芯片SN74ALVC164245，计量芯片控制回路、总线电平转换芯片 SN74ALVC164245通过16位数据总线相连，用于控制计量芯片，进行初始化、误差校正、获取 被计量线路电能量、获取通道信号有效值，以及提供远程数据交换和控制接口 ；[0019]脉冲输出回路与计量芯片ATT7022相连，包括经光耦隔离的有功电能脉冲回路、 无功电能脉冲回路，用于外部设备计数，以获取被计量线路输电电能值的大小。[0020]前述的用于计量弱输入信号的电路，其特征在于还包括电源供电回路，电源供电 回路包括与计量芯片ATT7022相连的交直流自适应电源�？椋糜诙约屏炕芈纺？楣┑�。[0021]本实用新型所达到的有益效果[0022]I)本实用新型方案中电流电压通道采样回路中采用高精度隔离传感器，在保证信 号准确传递的同时，可提高回路整体绝缘隔离性能；[0023]2)本实用新型方案适应三相四线与三相三线制接线方式，便于与一次互感器接线 相配合；[0024]3)本实用新型方案中计量回路采用专用计量芯片，其完成弱输入信号的采用和计 量，并输出电能脉冲；同时，通过校正，计量芯片的有功电能计量精度达O. 2S级、无功电能 计量精度2. O级；而且专用计量芯片及其外围电路集成度高，PCB布线无特殊要求，生产工 艺成熟简单，维护方便，使得整体计量电路可靠性高；同时计量芯片的价格也较便宜；[0025]4)本实用新型方案中采用搭载嵌入式操作系统和文件系统的32位双核处理器， 校表数据以文件形式被存放在存储器组件中；远程主机通过电表的通讯接口，如2路RJ45 网口，对校表数据进行备份、修改、还原等操作；当电能表启动时，加载校表数据文件，通过 SPI总线对计量芯片的校表寄存器进行初始化；在出厂校验和定期维护时，通过获取校表 台体的误差数据，计算出修正值，然后修改校表数据文件中对应数据即可；同时远程主机也 可对校表数据文件进行备份保存，以对数据进行归档、验证。
[0026]图1为本实用新型的用于计量弱输入信号的电路的结构框图。
具体实施方式
[0027]本实用新型技术方案结构框图1所示，其中各部分功能如下[0028]电流信号采样回路对应三相电流信号包括三组依次相连的高精度隔离传感器、 防浪涌电路、抗混叠滤波RC网络和信号偏置电路，用于对电流通道信号进行隔离滤波等， 上述高精度隔离传感器精度符合GB 1207-2006 (IEC60044-2-2003)所规定的O.1级要求；[0029]电压信号采样回路对应三相电压信号包括依次相连的高精度隔离传感器、防浪 涌电路、抗混叠滤波RC网络和信号偏置电路，用于对电压通道信号进行隔离滤波等；[0030]计量回路，包括计量芯片ATT7022，计量芯片ATT7022分别与电流信号采样回路、 电压信号采样回路相连，用于对弱输入信号进行计量、输出电能脉冲、以及与处理器交互 等;[0031]基准电压回路包括基准电压芯片ADR421，基准电压芯片ADR421与计量芯片 ATT7022相连，为计量芯片提供采样基准电压，为采样通道提供采样偏置电压；[0032]32位处理器总线接口及控制回路与计量芯片ATT7022相连，包括32位处理器数 据总线、计量芯片控制回路、总线电平转换芯片SN74ALVC164245等，用于控制计量芯片，进 行初始化、误差校正、获取被计量线路电能量、获取通道信号有效值等，以及提供远程数据 交换和控制接口；[0033]脉冲输出回路与计量芯片ATT7022相连，包括经光耦隔离的有功电能脉冲回路、 无功脉冲回路等，用于外部设备计数，以获取被计量线路输电电能值的大�。籟0034]电源供电回路包括与计量芯片ATT7022相连的交直流自适应电源�？椋糜诙� 计量回路等�？楣┑纾籟0035]这些回路组成了弱输入信号计量电路，实现有功精度达O. 2S、无功精度达2. O级； 解决智能变电站等场合对于低电压低功率信号的计量问题。[0036]同时嵌入式操作系统在远程智能化人机交互，实现智能化自动抄表等，融入智能 化输变电场站方面，也是必不可少的。[0037]对于弱输入信号的计量，还可以采用AD (模数转换芯片)加主控单元的方式，通过 AD采样获取离散采样数据，主控单元对离散采样数据进行计算的方式，获得电量值等数据； 这种方案对于PCB (印制电路板)布线要求很高，主控单元的计算算法也较复杂，生产维护 繁琐，成本相对很高。[0038]精度对于隔离传感器，O.1级在GB 1207-2006 (IEC 60044-2-2003)有规定，可 以理解为在要求的工作范围内，幅值误差O. 1%，两侧信号相差不超过5’(弧度)；对于计 量回路，有功计量精度O. 2S级在GB/T 17215. 322-2008上有专门要求，一般可以简单理解 为计量相对误差±0. 2%，无功计量精度2. O级在GB/T 17215. 323-2008上有专门要求，一般 可以简单理解为计量相对误差±2.0%。高精度只是相对的概念，对于工业应用环境的电能 表，目前国内相关标准中有功计量精度O. 2S是最高等级。这个精度比有功计量精度O. 5级 的要求要更难实现，O. 2S级相对O. 5级而言就是高精度。[0039]智能化在本实用新型中指智能化电力系统，定义比较复杂，一般而言指把整个系 统或子系统全盘置于少人或无人监控的计算机系统管理之下；在目前，智能化电气设备，经 常指符合IEC61850系列相关标准的电气设备和通信控制系统设备；[0040]智能化自动抄表表示使用符合IEC61850-8.1标准描述的“MMS”通讯服务接口以 及具有符合IEC61850-7部分标准描述的数据模型，进行计量数据交换的一种抄表行为，数 据交互过程不需要人为干预，系统自动收集数据生成预定的信息报表，并对计量单元进行控制。[0041]路。[0042]抗混叠网络一种用以在输出电平中把混叠频率分量降低到微不足道的程度的电 抗混叠滤波RC网络指由电阻电容组成的具有抗混叠作用的滤波回路。
权利要求1.一种用于计量弱输入信号的电路，其特征在于，包括 电流信号采样回路对应三相电流信号包括三组依次相连的高精度隔离传感器、防浪涌电路、抗混叠滤波Re网络和信号偏置电路，用于对电流通道信号进行隔离滤波； 电压信号采样回路对应三相电压信号包括三组依次相连的高精度隔离传感器、防浪涌电路、抗混叠滤波RC网络和信号偏置电路，用于对电压通道信号进行隔离滤波； 计量回路包括计量芯片ATT7022，计量芯片ATT7022分别与电流信号采样回路、电压信号采样回路相连，用于对弱输入信号进行计量、输出电能脉冲、以及与处理器交互； 基准电压回路包括基准电压芯片ADR421，基准电压芯片ADR421与计量芯片ATT7022相连，为计量芯片提供采样基准电压，为采样通道提供采样偏置电压； 32位处理器总线接口及控制回路与计量芯片ATT7022相连，包括计量芯片控制回路、总线电平转换芯片SN74ALVC164245，计量芯片控制回路与总线电平转换芯片SN74ALVC164245通过用16位数据总线连接，用于控制计量芯片，进行初始化、误差校正、获取被计量线路电能量、获取通道信号有效值，以及提供远程数据交换和控制接口 ； 脉冲输出回路与计量芯片ATT7022相连，包括经光耦隔离的有功电能脉冲回路、无功脉冲回路，用于外部设备计数，以获取被计量线路输电电能值的大小。
2.根据权利要求1所述的用于计量弱输入信号的电路，其特征在于还包括电源供电回路，电源供电回路包括与计量芯片ATT7022相连的交直流自适应电源�？椋糜诙约屏炕芈纺？楣┑�。
专利摘要本实用新型公开了一种用于计量弱输入信号的电路，其特征在于，包括电流信号采样回路对应三相电流信号包括三组依次相连的高精度隔离传感器、防浪涌电路、抗混叠滤波RC网络和信号偏置电路；电压信号采样回路对应三相电压信号包括三组依次相连的高精度隔离传感器、防浪涌电路、抗混叠滤波RC网络和信号偏置电路；计量回路包括计量芯片ATT7022，计量芯片ATT7022分别与电流信号采样回路、电压信号采样回路相连；基准电压回路、32位处理器总线接口及控制回路、脉冲输出回路同时与计量芯片相连。本实用新型的计量电路可靠性高。
文档编号G01R22/06GK202870165SQ20122052899
公开日2013年4月10日 申请日期2012年10月16日 优先权日2012年10月16日
发明者周建波, 姚艳松, 朱学海, 王程谦 申请人:国电南京自动化股份有限公司
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