一种供电电路、单相单线计量电路及计量方法
【专利摘要】本发明涉及一种供电电路、单相单线计量电路及计量方法。本发明的目的是提供一种单相单线计量电路及计量方法，以实现单相单线情况下的电能计量。本发明的技术方案是：一种单相单线计量电路，其特征在于：具有计量与数据处理电路和供电电路，其中：所述计量与数据处理电路包括采样电路和计量数据处理单元；采样电路，包括零线电流采样电路、火线电流采样电路和交流电压采样电路；计量数据处理单元，与零线电流采样电路、火线电流采样电路和交流电压采样电路电连接；所述供电电路，直流电输出端与所述计量数据处理单元电连接，为计量数据处理单元供电。本发明适用于电能计量领域。
【专利说明】
一种供电电路、单相单线计量电路及计量方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种供电电路、单相单线计量电路及计量方法。适用于电能计量领域。
【背景技术】
[0002]现代主要发展中及欠发达国家、地区，单线窃电的情况层出不穷。单线窃电的主要窃电方法是在一般民用电的单相两线电网系统中，将接入零线在表计输入端切断或者将入户火线切断并短接到电能表接入零线端，导致常规的单相两线电能表因为没有电压而不能工作，从而达到窃电的目的。
[0003]纵观国际国内，鲜有针对此种暴力窃电手段的切实有效方法，现阶段主要防治方法是事后电力局巡检时发现电能表不工作(期间的窃电已成事实，但不能量化)。对用户采用罚款或者阶段停电的惩罚措施，往往由于没有现场证据，用户抵赖导致法律诉讼，大量的浪费人力资源。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:针对上述存在的问题，提供一种单相单线计量电路及计量方法，以实现单相单线情况下的电能计量。
[0005]本发明还提供一种在电网正常运行和单线运行状态下均能输出直流电的供电电路。
[0006]本发明所采用的技术方案是:一种供电电路，用于电网上输出直流电，其特征在于:包括正常工作供电电路和单线工作供电电路，其中
[0007]正常工作供电电路，在电网正常运行时工作，具有降压稳压整流电路和低压稳压芯片Ul，电网经降压稳压整流电路和低压稳压芯片Ul后输出直流电；
[0008]单线工作供电电路，在电网单线运行时工作，具有功率互感器、稳压整流电路和低压稳压芯片Ul，电网经功率互感器、稳压整流电路和低压稳压芯片Ul后输出直流电。
[0009]所述降压稳压整流电路包括降压整流电路和稳压电路，降压整流电路具有三极管01、二极管09、010、011、012和电容〇9。
[0010]所述降压整流电路中电网火线依次接二极管D12正极和二极管Dll正极，火线与二极管D12的连接点接地;零线经电容C9、电阻R23后分成两路，一路接二极管D9正极，二极管D9负极与二极管Dl I负极相连，另一路经电阻R26接三极管Ql的基极，三极管Ql集电极接地，三极管Ql发射机经电解电容EI接二极管D12与二极管D11的连接点，三极管Ql发射机连接二极管DlO正极，二极管DlO负极接电阻R23与三极管Ql的连接点。
[0011]—种单相单线计量电路，其特征在于:具有计量与数据处理电路和供电电路，其中:
[0012]所述计量与数据处理电路包括采样电路和计量数据处理单元；
[0013 ] 米样电路，包括零线电流米样电路、火线电流米样电路和交流电压米样电路；
[0014]计量数据处理单元，与零线电流采样电路、火线电流采样电路和交流电压采样电路电连接；
[0015]所述供电电路，直流电输出端与所述计量数据处理单元电连接，为计量数据处理单元供电。
[0016]所述火线电流采样电路具有锰铜分流器和抗混叠电路I，其中锰铜分流器采样火线电流，锰铜分流器经抗混叠电路I与所述计量数据处理单元电连接。
[0017]所述零线电流采样电路具有电流互感器、降压电路和抗混叠电路Π，其中电流互感器采样零线电流，电流互感器经降压电路和抗混叠电路Π与所述计量数据处理单元电连接。
[0018]所述交流电压采样电路具有电阻分压电路和去耦电路，电网交流电经电阻分压电路、去耦电路与所述计量数据处理单元电连接。
[0019]—种单相单线计量方法，其特征在于步骤如下:
[°02°] S01、开启电压米样，米样电网交流电压；
[0021]S02、判断比较电压采样值与单线计量阀值的大小，若电压采样值小于等于单线计量阀值则进入步骤S03，反之则进入步骤S04 ；
[0022]S03、单线计量模式，关闭电压采样，采样火线电流或零线电流，并根据火线或零线的电流采样值计量用电量；
[0023]S04、正常计量模式，根据电压采样值计量用电量。
[0024]步骤S03的方法如下:
[0025]S031、关闭电压采样；
[0026]S032、开启火线电流采样；
[0027]S033、判断比较火线电流采样值与启动计量阀值的大小，若火线电流采样值大于启动计量阀值则进入步骤S034，否则进入步骤S035 ；
[0028]S034、根据火线电流采样值换算电压计量，关闭火线电流采样，进入步骤S038;
[0029]S035、关闭火线电流采样，开启零线电流采样；
[0030]S036、判断比较零线电流采样值与启动计量阀值的大小，若零线电流采样值大于启动计量阀值则进入步骤S037，否则返回步骤SOl ；
[0031]S037、根据零线电流采样值换算电压计量，关闭零线电流采样，进入步骤S038;
[0032]S038、处理电能脉冲，电能计量，返回步骤S01。
[0033]步骤S03的方法如下:
[0034]S031、关闭电压采样；
[0035]S032、开启零线电流采样；
[0036]S033、判断比较零线电流采样值与启动计量阀值的大小，若零线电流采样值大于启动计量阀值则进入步骤S034，否则进入步骤S035 ；
[0037]S034、根据零线电流采样值换算电压计量，关闭零线电流采样，进入步骤S038;
[0038]S035、关闭零线电流采样，开启火线电流采样；
[0039]S036、判断比较火线电流采样值与启动计量阀值的大小，若火线电流采样值大于启动计量阀值则进入步骤S037，否则返回步骤SOl ；
[0040]S037、根据火线电流采样值换算电压计量，关闭火线电流采样，进入步骤S038;
[0041 ] S038、处理电能脉冲，电能计量，返回步骤SOI。
[0042]本发明的有益效果是:本发明中供电电路通过功率互感器获取电网单线运行时火线或零线上的电流并输出电压，从而在电网单线运行时也可输出直流电为相关元器件供电。
[0043]本发明中单相单线计量电路通过交流电压采样电路、零线电流采样电路和火线电流采样电路采样电网交流电压、零线电流和火线电流，达到在单相单线情况下的电能计量(零火线其中一根断开)，量化并输出单根进户线的用电情况，限定为后续单线窃电提供量化依据。
【附图说明】
[0044]图1为实施例的电路原理图。
[0045]图2为实施例中计量方法的流程图。
【具体实施方式】
[0046]图1为本实施例的电路原理图，本实施例利用SOC数据处理芯片实现单线计量功能。功能电路主要分两大块:供电电路5，及计量与数据处理电路(包含电压采样、电流采样、数据处理)。
[0047]本实施例中计量与数据处理电路包括火线电流采样电路2、零线电流采样电路3、交流电压采样电路4和计量数据处理单元1(由SOC数据处理芯片及其周边电路组成)。
[0048]其中火线电流采样电路2具有锰铜分流器和抗混叠电路I，其中锰铜分流器采样火线电流，锰铜分流器经抗混叠电路I与计量数据处理单元电连接。抗混叠电路I具有电阻Rl，R2和电容C3 ,CA,Cl，电容C3，C4，C7串联成一圈，电容C3，C4的连接点接地，电容C7两端分别经电阻Rl，R2接锰铜分流器两端，电容C7两端还分别接入SOC数据处理芯片。电流信号经过锰铜分流器比例转化成低电压信号，经过抗混叠电路I，差分信号输入SOC数据处理芯片相应的采样单元引脚以信号采集。
[0049]零线电流采样电路3具有电流互感器、降压电路和抗混叠电路Π，其中电流互感器采样零线电流，电流互感器经降压电路和抗混叠电路Π与计量数据处理单元电连接。抗混叠电路11具有电阻1?5，1?6和电容(:1，02，08，电容(:1，02，08串联成一圈，电容(:1，02的连接点接地，电容CS两端分别经电阻R5，R6接电流互感器两端，电容CS两端还分别接入SOC数据处理芯片。电流信号经过电流互感器比例转化成低电流信号，此低电流信号经过R3，R4电阻组成的降压电路，根据欧姆定律转化成可以被SOC采集的低电压信号，低电压信号经过抗混叠电路Π，差分信号输入SOC数据处理芯片相应的采样单元引脚以信号采集。
[0050]交流电压采样电路4具有电阻分压电路和去耦电路，电网交流电经电阻分压电路、去耦电路与所述计量数据处理单元电连接。电压采样是电阻降压原理，交流电压经过电阻R12，R13，R14，R15，R16以及RlO串接组成的电阻分压电路，降压成能被SOC数据处理芯片采样的低电压信号。本例中电阻R9，Rl O，电容C5，C6组成去耦电路抑制共模信号抗干扰。
[0051]本实施例中供电电路5具有正常工作供电电路和单线工作供电电路，其中正常工作供电电路具有降压稳压整流电路和低压稳压芯片Ul，电网经降压稳压整流电路和低压稳压芯片Ul与计量数据处理单元电连接。降压稳压整流电路包括降压整流电路和稳压电路，其中降压整流电路电网火线与零线之间接有压敏电阻器RTl，火线依次接二极管D12正极和二极管Dl I正极，火线与二极管D12的连接点接地;零线经电容C9、电阻R23后分成两路，一路接二极管D9正极，二极管D9负极与二极管Dll负极相连，另一路经电阻R26接三极管Ql的基极，三极管Ql集电极接地，三极管QI发射机经电解电容EI接二极管D12与二极管D11的连接点，三极管Ql发射机连接二极管DlO正极，二极管DlO负极接电阻R23与三极管Ql的连接点；稳压电路由稳压二极管ZD2、ZD3、ZD4和电解电容E4组成。
[0052]单线工作供电电路具有功率互感器(零线、火线一同穿过功率互感器一次侧铁芯)、稳压整流电路和低压稳压芯片Ul，电网经功率互感器、稳压整流电路和低压稳压芯片Ul与计量数据处理单元电连接，其中稳压整流电路具有贴片整流桥ZD1、电阻R21和稳压电路。
[0053]正常工作状态(即零火线正常接入):电网交流电直接(网络标号:N，L)经过降压稳压整流网络后，输出直流电VHH，直流电VHH经过低压稳压芯片UI(LDO)稳压成SOC数据处理芯片工作电压VCC，用于驱动整个计量数据处理单元工作，此时的SOC数据处理芯片处于正常工作状态。
[0054]单线工作状态(即只有零线或者只有火线接入):电网交流电经由功率互感器感应输出(网络标号:R或B)低压交流电，再经过贴片整流桥ZDl，电阻R21和稳压二极管ZD2，ZD3，ZD4，电解电容E4组成的稳压整流网络后，输出直流电VHH，直流电VHH经过低压稳压芯片UI(LDO)稳压成SOC数据处理芯片工作电压VCC，用于驱动整个计量数据处理单元工作，此时的SOC数据处理芯片处于低功耗工作状态。
[0055]图2为本实施例中单相单线计量方法的流程图。本例的计量方法如下:
[0056]S01、开启电压采样，通过交流电压采样电路4采样电网交流电压；
[0057]S02、判断比较电压采样值与单线计量阀值的大小，若电压采样值小于等于单线计量阀值则进入步骤S03，反之则进入步骤S04 ；
[0058]S03、单线计量模式，关闭电压采样，采样火线电流或零线电流，并根据火线或零线的电流采样值计量用电量；
[0059]S031、关闭电压采样以节省功耗；
[0060]S032、开启火线电流采样(流程图标示为回路A电流采样)，通过火线电流采样电路2米样火线电流；
[0061]S O 3 3、判断比较火线电流采样值与启动计量阀值的大小(启动计量阀值:一个电流信号，一般取决于供电电路5中功率互感器的额定输出，如0.5A，带载IK Ω，电压3V等，低于此阀值时功率互感器输出的无法使系统正常运行)，若火线电流采样值大于启动计量阀值则进入步骤S034，否则进入步骤S035 ；
[0062]S034、根据火线电流采样值换算电压计量(火线处有电流采样元器件锰铜分流器，分流器主要是一个恒定的电阻(如180微欧)，根据欧姆定律U=IR,电压等于电流与电阻的乘积计算得出)，关闭火线电流采样，进入步骤S038;
[0063]S035、关闭火线电流采样，开启零线电流采样，通过零线电流采样电路3采样零线电流；
[0064]S036、判断比较零线电流采样值与启动计量阀值的大小，若零线电流采样值大于启动计量阀值则进入步骤S037，否则返回步骤SOl ；
[0065]S037、根据零线电流采样值换算电压计量，关闭零线电流采样，进入步骤S038;[ΟΟ??] S038、处理电能脉冲，电能计量，返回步骤SOI。
[0067]S04、正常计量模式，根据电压采样值计量用电量。
[0068]判断单线计量模式和正常计量模式的关键是有无电压采样信号，单线模式没有交流电压采样信号，电压采样值为零。当然，单线计量模式中可先开启零线电流采样，再开启火线电流采样，原理与本例相同。
[0069]本例在单线计量模式中，同一时间仅开启电压采样和火、零线电流采样电路三路中的一路，以此降低功耗。在选择计量模式时，始终按上一次选择的计量通道进行计量，本例中首次选择时默认回路A计量。一旦选择回路A计量，且回路A电流始终大于启动计量阀值，则始终选择回路A作为计量回路，直到回路A电流小于启动计量阀值。若悬着回路A计量，并已大于启动计量阀值，即便回路B电流大于回路A也不会进行切换。
【主权项】
1.一种供电电路，用于电网上输出直流电，其特征在于:包括正常工作供电电路和单线工作供电电路，其中 正常工作供电电路，在电网正常运行时工作，具有降压稳压整流电路和低压稳压芯片Ul，电网经降压稳压整流电路和低压稳压芯片Ul后输出直流电； 单线工作供电电路，在电网单线运行时工作，具有功率互感器、稳压整流电路和低压稳压芯片Ul，电网经功率互感器、稳压整流电路和低压稳压芯片Ul后输出直流电。2.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于:所述降压稳压整流电路包括降压整流电路和稳压电路，降压整流电路具有三极管01、二极管09、010、011、012和电容〇9。3.根据权利要求2所述的供电电路，其特征在于:所述降压整流电路中电网火线依次接二极管D12正极和二极管Dll正极，火线与二极管D12的连接点接地;零线经电容C9、电阻R23后分成两路，一路接二极管D9正极，二极管D9负极与二极管Dll负极相连，另一路经电阻R26接三极管Ql的基极，三极管Ql集电极接地，三极管Ql发射机经电解电容EI接二极管D12与二极管Dll的连接点，三极管Ql发射机连接二极管DlO正极，二极管DlO负极接电阻R23与三极管Ql的连接点。4.一种单相单线计量电路，其特征在于:具有计量与数据处理电路和权利要求1?3任意一项所述的供电电路(5)，其中: 所述计量与数据处理电路包括采样电路和计量数据处理单元(I); 采样电路，包括零线电流采样电路(3)、火线电流采样电路(2)和交流电压采样电路(4)； 计量数据处理单元(I)，与零线电流采样电路(3)、火线电流采样电路(2)和交流电压采样电路(4)电连接； 所述供电电路(5)，直流电输出端与所述计量数据处理单元(I)电连接，为计量数据处理单元(I)供电。5.根据权利要求4所述单相单线计量电路，其特征在于:所述火线电流采样电路(2)具有锰铜分流器和抗混叠电路I，其中锰铜分流器采样火线电流，锰铜分流器经抗混叠电路I与所述计量数据处理单元(I)电连接。6.根据权利要求4所述单相单线计量电路，其特征在于:所述零线电流采样电路(3)具有电流互感器、降压电路和抗混叠电路Π，其中电流互感器采样零线电流，电流互感器经降压电路和抗混叠电路Π与所述计量数据处理单元(I)电连接。7.根据权利要求4?6任意一项所述单相单线计量电路，其特征在于:所述交流电压采样电路(4)具有电阻分压电路和去耦电路，电网交流电经电阻分压电路、去耦电路与所述计量数据处理单元(I)电连接。8.一种单相单线计量方法，其特征在于步骤如下: S01、开启电压采样，采样电网交流电压； S02、判断比较电压采样值与单线计量阀值的大小，若电压采样值小于等于单线计量阀值则进入步骤S03，反之则进入步骤S04 ； S03、单线计量模式，关闭电压采样，采样火线电流或零线电流，并根据火线或零线的电流采样值计量用电量； S04、正常计量模式，根据电压采样值计量用电量。9.根据权利要求8所述的单相单线计量方法，其特征在于:步骤S03的方法如下: S031、关闭电压采样； S032、开启火线电流采样； S033、判断比较火线电流采样值与启动计量阀值的大小，若火线电流采样值大于启动计量阀值则进入步骤S034，否则进入步骤S035 ； S034、根据火线电流采样值换算电压计量，关闭火线电流采样，进入步骤S038; S035、关闭火线电流采样，开启零线电流采样； S036、判断比较零线电流采样值与启动计量阀值的大小，若零线电流采样值大于启动计量阀值则进入步骤S037，否则返回步骤SOl ； S037、根据零线电流采样值换算电压计量，关闭零线电流采样，进入步骤S038; S038、处理电能脉冲，电能计量，返回步骤SOI。10.根据权利要求8所述的单相单线计量方法，其特征在于:步骤S03的方法如下: S031、关闭电压采样； S032、开启零线电流采样； S033、判断比较零线电流采样值与启动计量阀值的大小，若零线电流采样值大于启动计量阀值则进入步骤S034，否则进入步骤S035 ； S034、根据零线电流采样值换算电压计量，关闭零线电流采样，进入步骤S038; S035、关闭零线电流采样，开启火线电流采样； S036、判断比较火线电流采样值与启动计量阀值的大小，若火线电流采样值大于启动计量阀值则进入步骤S037，否则返回步骤SOl ； S037、根据火线电流采样值换算电压计量，关闭火线电流采样，进入步骤S038; S038、处理电能脉冲，电能计量，返回步骤SOI。
【文档编号】G01R22/06GK105932766SQ201610246655
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】周良璋, 吕锋, 朱程鹏, 毛莹, 郝涛, 孔令航, 卜俭青
【申请人】杭州海兴电力科技股份有限公司