专利名称：一种电能分路计量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电能计量技术领域，具体涉及一种电能分路计量装置。
背景技术：
当今全球对于节能环保已经形成普遍的共识，但大部分人对于节能尚停留在概念上，没有付诸实际行动，也没有清晰的思路，尤其在潜力巨大的商业楼宇、企业工厂和家庭公寓等混合了多种电能消费群体的领域。究其原因，除了传统的节能系统造价不菲，部署安装困难以外，还有一个重要的原因，就是用户缺乏有效的能耗评估手段。现在，用户每隔一段时间都会收到电费账单，但是，用 户除了被告知需要缴纳的总金额以外，得不到任何其他的有用信息，包括每个月实际的电能耗分布，其中哪些能耗是可节约的，特别是针对不同电气特征和社会属性的分类能耗统计，这对于具有分租业务的商业用户尤其重要，得不到这些问题的答案，用户就不知道从哪里入手进行节能，即便实施了某项措施，也很难评估其效果。因此，对用户的电能耗进行分类和分路计量成为推广节能措施的前提。公知的大部分能耗计量的优化方案基本集中在对电表本身的改进上，然而我们在认真研究用户端供电的路径后，发现最容易获得分类能耗信息的地方在用户的配电箱(柜)、低压开关柜或电缆分接箱，大部分用户会在该处集中区分不同的负载线路，因此只要能在用户配电箱(柜)、低压开关柜或电缆分接箱中逐一或分组采集各条负载线路的能耗便能了解分类的电能消耗信息。但现实的问题在于，以上所述的场所通常空间狭小，线路众多且数量不一，若采用现有的电能计量装置对全部线路进行逐一计量，则需要占用很大的空间，用户往往需要另外安装表箱或更换成更大的表箱，而且需要对现有线路进行改动，这大大增加了施工难度，也直接导致很多用户放弃改造。为了解决这一问题，本实用新型提出了一种能够应用在配电箱(柜)、低压开关柜或电缆分接箱内的电能分路计量装置。
发明内容本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提出一种电能分路计量装置。一种电能分路计量装置包括分路计量模块和外置通信模块，分路计量模块安装在配电箱(柜)、或低压开关柜、或电缆分接箱内，对多路负载线路的电能耗进行逐一或分组计量；外置通信模块安装在对应分路计量模块载波通信覆盖范围内的任意位置，提供位于配电箱(柜)、或低压开关柜、或电缆分接箱外部的通信接口扩展。分路计量模块包括电流互感器、电压采样电路、信号调理单元、电能计量单元、信号隔离单元、数据处理单元、第一通信接口和第一电源模块；其中电流互感器、电压采样电路、信号调理单元和电能计量单元组成N路电能计量通道，N为正整数，且N > 1，每路电能计量通道特性一致，且互相独立。所述的电能计量单元、信号隔离单元和数据处理单元采用分开的集成芯片或整合全部功能的SOC芯片；电流互感器采集负载线路的交流电流信号，经电阻转换为第一电压信号输出给信号调理单元；电压采样电路采集负载线路的交流电压信号，直接转换为第二电压信号输出给信号调理单元；信号调理单元由电流通道滤波电路和电压通道滤波电路组成，电流通道滤波电路将采集到的第一电压信号进行滤波整形，转换为第一差分信号输出给电能计量单元，电压通道滤波电路将采集到的第二电压信号进行滤波整形，转换为第二差分信号输出给电能计量单元；电能计量単元对电流通道上采集的第一差分信号和电压通道上采集的第二差分信号进行乘法积分运算获得电能计量数据，并将电能计量数据以脉冲信号形式或数字接ロ形式输出给信号隔离单元；信号隔离单元隔离高电压的模拟电路部分和低电压的数字电路部分，电能计量数据通过隔离单元后输出给数据处理単元；数据处理単元包括单片机和FLASH存储芯片，FLASH芯片连接在单片机上，数据处理単元对每个通道采集的数据进行记录统计及必要的运算处理，井根据用户的查询请求，按照统ー规范的数据格式，经由第一通信接ロ向用户提供电能计量数据；
第一通信接ロ具体包括第一输出接口和第一载波接ロ ；第一输出接口和第一载波接ロ通过不同的UART接ロ与数据处理単元相连，第一输出接ロ是用户获取电能计量数据的主要接ロ，其电气接ロ形式为RS232/RS485接ロ或以太网ロ ；第一载波接ロ与外置通信模块通信之间采用电カ线载波技术及透明的通信协议。所述的电能计量数据是指有功电能累计值、无功电能累计值、视在电能累计值、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、电压、电流、频率其中的全部或部分參数；第一电源模块为整个分路计量模块供电；外置通信模块主要包括第二通信接ロ和第二电源模块，第二通信接ロ具体包括第二输出接口和第二载波接ロ ；第二载波接ロ通过电カ线与分路计量模块的第一载波接ロ相连，无需其他信号线连接；外置通信模块的第二输出接ロ是用户在配电箱外查询获取数据的主要接ロ，该接ロ的电气类型与第一输出接ロー致；第二电源模块为整个外置通信模块供电。外置通信模块是作为本实用新型装置的附件，如果用户在配电箱内已经安装有网络通信端ロ或希望将数据采集的主控设备部署在配电箱内，则可以仅使用分路计量模块来进行数据采集。本实用新型有益效果如下本实用新型可以同时对多路负载进行分路或分组地电能计量，从而向用户提供按照具有同类电气特征或社会经济属性的电能消费群体(分类或分粗)来划分的分路电能计
量信息;本实用新型涉及的装置体积小巧，可以装入配电箱(拒)、低压开关柜或电缆分接箱内，这是传统装置难以做到的；本实用新型涉及的装置采用高变比的电流互感器，安全可靠，可灵活地对负载线路进行測量，使施工安装非常方便；本实用新型涉及的外置通信模块为用户提供了方便的数据采集接ロ，可以不需要从配电箱(拒)、低压开关柜或电缆分接箱内引线就可以在箱外采集到电能分路计量数据。本实用新型可以向用户提供有效的节能思路，引导用户有针对性地开展节能措施，并提供实时的反馈以评估节能效果，可以广泛地应用在商业楼宇、企业エ厂和家庭公寓等存在多种电能消费群体的场合，具有很好的市场前景。
附图I是本实用新型的系统原理框图；附图2是本实用新型的安装部署示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。本实用新型包括分路计量模块 和外置通信模块，分路计量模块安装在配电箱(柜)、或低压开关柜，或电缆分接箱里面，不带显示功能，负责采集并传送分路电能计量数据；外置通信模块安装在相对应的分路计量模块载波通信覆盖范围内的任意位置，负责转发、存储或显示分路电能计量数据。分路计量模块包括电流互感器、电压采样电路、信号调理单元、电能计量单元、信号隔离单元、数据处理单元、第一通信接口和第一电源模块；其中电流互感器、电压采样电路、信号调理单元和电能计量单元组成N路电能计量通道，N为正整数，且N > 1，每路电能计量通道特性一致，且互相独立。所述的电能计量单元、信号隔离单元和数据处理单元采用分开的集成芯片或整合全部功能的SOC芯片；如图I所示，以1#负载线路所对应的通道为例，所用的电流互感器为高变比的电流互感器，电流互感器CT (Current transformer)采集1#负载的交流电流信号,经电阻转换为第一电压信号输出给1#电流信号滤波电路；由电阻串联分压组成的电压采样电路采集1#负载交流电压信号，直接转换为第二电压信号输出给1#电压信号滤波电路；信号调理单元包括电压通道滤波电路和电流通道滤波电路，电流通道滤波电路对电流通道上的第一电压信号进行滤波整形，转换为第一差分信号输出给1#电能计量单元，电压通道滤波电路对电压通道上的第二电压信号进行滤波整形，转换为第二差分信号输出给1#电能计量单元;1#电能计量单元对电流通道上采集的第一差分信号和电压通道上采集的第二差分信号进行乘法积分运算获得电能计量数据，并将电能计量数据以脉冲信号形式输出给信号隔离单元；信号隔离单元隔绝高电压的模拟电路部分和低电压的数字电路部分，电能计量数据通过隔离单元后输出给数据处理单元；数据处理单元包括单片机和FLASH存储芯片，FLASH芯片连接在单片机上，用来存储必要的电能计量数据，以确保万一装置断电时，数据不会丢失；数据处理单元对每个通道采集的数据进行记录统计及必要的运算处理，并根据用户的查询请求，按照统一规范的数据格式，经由第一通信接口向用户提供电能计量数据；第一通信接口具体包括第一输出接口和第一载波接口 ；第一输出接口和第一载波接口通过不同的UART接口与数据处理单元相连，第一输出接口是用户获取电能计量数据的主要接口，其电气接口形式为RS232/RS485接口或以太网口 ；第一载波接口与本实用新型的外置通信模块通信，采用电力线载波技术及透明的通信协议。第一电源模块为整个分路计量模块供电；所述的电能计量单元采用型号为ADE7757A的高精度电能计量芯片，该芯片对电压电流通道上的差分信号进行乘法积分计算获得能耗值，以脉冲信号形式输出给下ー级信号隔离单元；所述的信号隔离单元采用型号为ADUM1410的数字隔离芯片。所述的单片机采用型号为LM3S608的ARM单片机。所述的第一输出接ロ采用SIPEX公司的型号为SP3485的RS485通信芯片。所述的第一载波接ロ采用的是以SEMITECH公司的SM2200为核心的载波模块。分路计量模块中由电流互感器、电压采样电路、信号调理单元和电能计量单元组成的N路电能计量通道的实际数目可根据需 求定制，通常为8至24路。外置通信模块主要包括第二通信接ロ和第二电源模块，第二通信接ロ具体包括第ニ输出接口和第二载波接ロ ；第二载波接ロ通过电カ线与分路计量模块的第一载波接ロ相连，无需其他信号线连接；外置通信模块的第二输出接ロ是用户在配电箱外查询获取数据的主要接ロ，该接ロ的电气类型与第一输出接ロー致；分路计量模块与外置通信模块之间采用对用户而言完全透明的通信协议，即当用户通过外置通信模块的第二输出接ロ查询数据时，其采用的通信协议和工作方式完全等同于用户通过分路计量模块的第一输出接ロ查询数据；第二电源模块为整个外置通信模块供电。外置通信模块是作为本实用新型装置的附件，如果用户在配电箱内已经安装有网络通信端ロ或希望将数据采集的主控设备部署在配电箱内，则可以仅使用分路计量模块来进行数据采集。如图2所示，本实用新型安装时同时安装有1#负载线路I、2#负载线路2、8#负载线路3、负载火线4、电流互感器5 ;工作时，分路计量模块安装于用户配电箱(拒)、低压开关柜或电缆分接箱内，可与用户的多路断路器共同安装在同一个导轨上，每路通道对应的指示灯可以供系统工作指示或维护用。以上实施仅用以表明本实用新型的技术实现，而并非对其限制，特别是随着芯片集成技术的发展，所属专业的技术人员可以很容易采用其他SOC集成芯片替代实现。所有对本实用新型的具体实施方式
进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
权利要求1.一种电能分路计量装置，包括分路计量模块和外置通信模块，分路计量模块安装在配电箱、或低压开关柜、或电缆分接箱内，对多路负载线路的能耗进行逐一或分组计量；夕卜置通信模块安装在对应分路计量模块载波通信覆盖范围内的任意位置，提供位于配电箱、或低压开关柜、或电缆分接箱外部的通信接ロ扩展； 分路计量模块包括电流互感器、电压采样电路、信号调理单元、电能计量単元、信号隔离单元、数据处理単元、第一通信接口和第一电源模块；其中电流互感器、电压采样电路、信号调理单元和电能计量单元组成N路电能计量通道，N为正整数，且NS 1，每路电能计量通道特性一致，且互相独立； 所述的电能计量单元、信号隔离单元和数据处理单元采用分开的集成芯片或整合全部功能的SOC芯片； 电流互感器采集负载线路的交流电流信号，经电阻转换为第一电压信号输出给信号调理单元；电压采样电路采集负载线路的交流电压信号，直接转换为第二电压信号输出给信号调理单元；信号调理单元由电流通道滤波电路和电压通道滤波电路组成，电流通道滤波电路将采集到的第一电压信号进行滤波整形，转换为第一差分信号输出给电能计量単元，电压通道滤波电路将采集到的第二电压信号进行滤波整形，转换为第二差分信号输出给电能计量单元； 电能计量単元对电流通道上采集的第一差分信号和电压通道上采集的第二差分信号进行乘法积分运算获得电能计量数据，并将电能计量数据以脉冲信号形式或数字接ロ形式输出给信号隔离单元；信号隔离单元隔离高电压的模拟电路部分和低电压的数字电路部分，电能计量数据通过隔离单元后输出给数据处理単元；数据处理単元包括单片机和FLASH存储芯片，FLASH芯片连接在单片机上，数据处理単元对每个通道采集的数据进行记录统计及运算处理，井根据用户的查询请求，按照统ー规范的数据格式，经由第一通信接ロ向用户提供电能计量数据； 第一通信接ロ具体包括第一输出接口和第一载波接ロ ；第一输出接口和第一载波接ロ通过不同的UART接ロ与数据处理单元相连，第一输出接ロ形式为RS232/RS485接ロ或以太网ロ ；第一载波接ロ与外置通信模块通信之间采用电カ线载波技术及透明的通信协议。
2.如权利要求I所述的ー种电能分路计量装置，外置通信模块主要包括第二通信接口和第二电源模块，第二通信接ロ具体包括第二输出接口和第二载波接ロ ；第二载波接ロ通过电カ线与分路计量模块的第一载波接ロ相连；外置通信模块的第二输出接ロ是用户在配电箱外查询获取数据的主要接ロ，该接ロ的电气类型与第一输出接ロ 一致。
3.如权利要求I所述的ー种电能分路计量装置，分路计量模块与外置通信模块之间仅采用电力线相连，两者之间基于电カ线载波技术互相通信；且外置通信模块是作为可选的附件，分路计量模块可単独使用。
专利摘要本实用新型公开了一种电能分路计量装置，现有技术对多路负载进行逐一计量，占用空间很大。本实用新型包括分路计量模块和外置通信模块，分路计量模块安装在配电箱(柜)、低压开关柜或电缆分接箱内，对多路负载线路的能耗进行逐一或分组计量；外置通信模块安装在对应分路计量模块载波通信覆盖范围内的任意位置，提供位于箱外的通信接口扩展。分路计量模块包括电流互感器、电压采样电路、信号调理单元、电能计量单元、信号隔离单元、数据处理单元、第一通信接口和第一电源模块；外置通信模块包括第二通信接口和第二电源模块。本实用新型装置可提供分路或分类的电能计量，体积小巧、部署简便、使用灵活，可广泛应用于具有多种电能消费群体的场合。
文档编号G01R22/06GK202443064SQ20122002658
公开日2012年9月19日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者应绍栋, 段丹, 裘君 申请人:应绍栋