一种电能计量结构及方法
【专利摘要】本发明涉及一种电能计量的结构和方法，结构包括：判断模块，用于接收即时功率，并对所输入的即时功率的正负进行判断，输出反向信号；累计模块，累计模块分别与即时功率输入端和判断模块相连接，根据反向信号对所接收的即时功率按照其正负方向进行累计计量，并将累计计量值作为电能计量值输出；快速脉冲生成模块，用于接收反向信号和电能计量值，并根据反向信号和电能计量值输出快速脉冲和负功指示；慢速脉冲生成模块，接收快速脉冲和负功指示，并根据快速脉冲和负功指示生成两条成比例的慢速脉冲。能够在电能计量芯片内实现正负电能的精确计量，同时兼备防窃电的功能，以实现智能电网的需求。
【专利说明】一种电能计量结构及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电能计量结构及方法。
【背景技术】
[0002]当前，智能电网建设已成为国家的基本发展战略，智能电网是具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的“统一坚强智能电网”。智能电网和传统电网相比，有很多不同的特征和优点，鼓励电力用户参与电力生产和进行选择性消费，最大限度兼容各类分布式发电和储能等。例如，在太阳能并网发电系统中，通过把太阳能转化为电能，不经过蓄电池储能，直接通过并网逆变器，把电能送上电网。在有日照时，太阳能转化的电能经过并网逆变器将电能直接输送到交流电网上，或将太阳能转化为的电能经过并网逆变器直接为交流负载供电。
[0003]但是现有技术中的电能表只能计算用户的实际消费的电能，随着智能电网的普及，要求电能表必须做到能够精确计量用电户的实际消费电能，而且如果出现反向用电，不仅要给出负功指示，还要进行计量。
[0004]电网接入用电户的负载之间接有电能表，实现对用电户消费电能的计量。作为电能计算机构的电能计量芯片是电能表的核心部分，将接入电能表的采样电流和采样电压进行模数转换，输出能够代表实际消费电能的快速脉冲，用于对电能表的校验和供给电能表的微控制单元(MCU)等对用电户的实际消费电能进行计量。如图1电能计量值与输出快速脉冲的关系图所示。同时，电能计量芯片输出与快速脉冲成比例的慢速脉冲，用于直接驱动电能表的步进电机，以推动计度器对用电户的实际消费电能进行计量。如图2快速脉冲与慢速脉冲的比例关系图所示，该图中快速脉冲与慢速脉冲的比例为2N，N = 4。因为步进马达需要两个脉冲完成一次推动计度器，所以慢速脉冲需要给出慢速脉冲I和慢速脉冲2。需要注意的是，如果只出有慢速脉冲I未出慢速脉冲2并没完成一次推动计度器，即电能未进行计量，即产生窃电行为。
[0005]电能表的防窃电技术在电能表行业中的地位越来越重要，所以在电能计量芯片领域，相应地要求芯片具有防窃电检测和计量功能，对即时功率进行正负两个方向的电能计量并能给出即时功率反向信号，防止接入电能表的部分反接造成电能计量的错误，即窃电行为。所以具有防窃电检测和计量功能成为符合智能电网要求的电能计量芯片的基本功會K。
【发明内容】
[0006]本发明旨在解决上述技术问题，提供一种电能计量中正负电能计量的结构以及方法，能够在电能计量芯片内实现正负电能的精确计量，同时兼备防窃电的功能，以实现智能电网的需求。
[0007]本发明提供一种电能计量结构，包括:即时功率输入端，用于输入即时功率；
[0008]判断模块，所述判断模块与所述即时功率输入端相连接，用于接收所述即时功率，并对所输入的即时功率的正负进行判断，若判断所输入的即时功率为负功时，输出反向信号;
[0009]累计模块，所述累计模块分别与所述即时功率输入端和所述判断模块相连接，用于接收所述即时功率和所述反向信号，并根据所述反向信号对所接收的即时功率按照其正负方向进行累计计量，并将累计计量值作为电能计量值输出；
[0010]快速脉冲生成模块，所述快速脉冲生成模块分别与所述判断模块以及所述累计模块相连接，用于接收所述反向信号和所述电能计量值，并根据所述反向信号和电能计量值输出快速脉冲和负功指示；
[0011]慢速脉冲生成模块，慢速脉冲生成模块与所述快速脉冲生成模块相连接，用于接收所述快速脉冲和所述负功指示，并根据所述快速脉冲和所述负功指示生成两条成比例的慢速脉冲。
[0012]本发明还涉及一种电能计量方法，基于上述电能计量结构，具有以下步骤:
[0013]步骤1，所述判断模块接收所述即时功率输入端所输入的所述即时功率，且对所输入的即时功率进行正负判断，若所输入的即时功率为负功，则所述判断模块输出反向信号;
[0014]步骤2，所述累计模块接收所述即时功率输入端所输入的所述即时功率以及所述判断模块输入的所述反向信号，且根据所述反向信号对所述即时功率按照其正负方向进行累计计量，若所述累计模块接收到反向信号，则从负向对所述即时功率进行累计计量，若所述累计模块未接收到所述反向信号，则从正向进行累计计量，随后所述累计模块将累计值作为电能计量值输出；
[0015]步骤3，所述快速脉冲生成模块接收所述判断模块输出的所述反向信号以及所述累计模块输出的所述电能计量值，并根据所述反向信号和所述电能计量值产生和输出快速脉冲和负功指示，若所述快速脉冲生成模块未接收到所述反向信号，则当所述电能计量值达到某一特定值时产生并输出快速脉冲以及负功指示“O”;若所述快速脉冲生成模块接收到所述反向信号，则当所述电能计量值达到某一特定值时产生并输出快速脉冲和负功指示“I”；
[0016]步骤4，所述慢速脉冲生成模块接收所述快速脉冲生成模块输出的所述快速脉冲和所述负功指示，根据所述快速脉冲和所述负功指示，生成并输出第一慢速脉冲和第二慢速脉冲。
[0017]优选的，所述快速脉冲的频率为所述第一慢速脉冲频率的四倍。
[0018]优选的，所述第一慢速脉冲的频率与所述第二慢速脉冲的频率成比例。
[0019]其中，所述负功指示“I”用于提醒存在反向用电。
[0020]所述快速脉冲用于对电能表的校验和供给电能表的微控制单元(MCU)等对用电户的实际消费电能进行计量。
[0021]所述慢速脉冲用于直接驱动电能表的步进电机，以推动计度器对用电户的实际消费电能进行计量。因为步进马达需要两个脉冲完成一次推动计度器，所以需要两条慢速脉冲。
[0022]根据本发明所提供的电能计量结构以及方法，实现了电能计量中对正负电能的精确计量，以符合智能电网的需求，同时兼备防窃电的功能，大大降低智能电网中简单电能表的制造成本，算法简单，易于实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是电能计量值与输出快速脉冲的关系图；
[0024]图2是快速脉冲与慢速脉冲的比例关系图；
[0025]图3是电能计量值、快速脉冲、反向信号和负功指示的关系图；图4是实施例中所涉及的电能计量结构的示意图；
[0026]图5是快速脉冲与慢速脉冲的关系图之一；
[0027]图6是快速脉冲与慢速脉冲的关系图之一；
[0028]图7是快速脉冲与慢速脉冲的关系图之一；
[0029]图8是快速脉冲与慢速脉冲的关系图之一；
[0030]图9是快速脉冲与慢速脉冲的关系图之一；
[0031]图10是快速脉冲与慢速脉冲的关系图之一；
[0032]图11是快速脉冲与慢速脉冲的关系图之一；
[0033]图12是快速脉冲与慢速脉冲的关系图之一；
[0034]图13是快速脉冲与慢速脉冲的关系图之一；
[0035]图14是快速脉冲与慢速脉冲的关系图之一；
[0036]图15是根据快速脉冲产生慢速脉冲的步骤流程图。
【具体实施方式】
[0037]以下结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行说明。
[0038]图3是电能计量值、快速脉冲、反向信号和负功指示的关系图，当用户正向用电，即电能质正向累计，达到某一特定值Tl时，快速脉冲模块输出快速脉冲，即该快速脉冲代表了正向电能的计量。
[0039]然而，若出现反向用电时，电能质进行负向累计，将残留的正向电能质清零后负向累计，在清零的时候输出反向信号，但是只有在电能质负向累计到某一特定值T2时候，快速脉冲模块输出快速脉冲，同时输出负功指示。即，负功指示为O的时候表示此时为正功，负功指示为I的时候表示此时为负功。当负功指示为I时，电表的MCU告知存在反向用电。图4为实施例中所涉及的电能计量结构的示意图，
[0040]判断模块I与即时功率输入端(未图示)相连接，用于接收即时功率且对即时功率的正负进行判断，若即时功率为负时输出反向信号给相连接的累计模块2。
[0041]累计模块2分别与判断模块I和即时功率输入端相连接，累计模块2用于对所输入的即时功率进行累计计量，并将累计计量值作为电能计量值输出，其中，对即时功率的累计计量具有方向，具体的，结合图3对累计模块2的累计计量做详细说明，当累计模块2未接收到判断模块I输出的反向信号时，累计模块2中的累计计量为正向的累计计量，当累计模块2接收到反向信号时，累计模块2中的累计计量为负向的累计计量。
[0042]快速脉冲生成模块3与判断模块I和累计模块2相连接，用于接收判断模块I所输出的反向信号和累计模块2所输出的电能计量值，并产生和输出快速脉冲以及负功指示，具体的结合图3对该过程进行说明，当快速脉冲生成模块3未接收到反向信号时且电能计量值达到一特定值时，产生并输出快速脉冲，当快速脉冲生成模块3接收到反向信号时且电能计量值达到一特定值时，产生并输出快速脉冲的同时，产生并输出反向信号。
[0043]慢速脉冲生成模块4与快速脉冲生成模块3相连接，用于根据快速脉冲和负功指示输出两条成比例的慢速脉冲。
[0044]其中，所述负功指示用于提醒存在反向用电。
[0045]所述快速脉冲用于对电能表的校验和供给电能表的微控制单元(MCU)等对用电户的实际消费电能进行计量。
[0046]所述慢速脉冲用于直接驱动电能表的步进电机，以推动计度器对用电户的实际消费电能进行计量。因为步进马达需要两个脉冲完成一次推动计度器，所以需要两条慢速脉冲。
[0047]本发明还涉及一种电能计量方法，结合图3，图5?图15进行说明。
[0048]该电能计量方法包括:
[0049]步骤1，判断模块I对所接收的即时功率且对即时功率的正负进行判断，若即时功率为负时输出反向信号给相连接的累计模块2。
[0050]步骤2，累计模块2对所输入的即时功率进行累计计量，并将累计计量值作为电能计量值输出，其中，对即时功率的累计计量具有方向，具体的，继续结合图3对累计模块2的累计计量过程做详细说明，当累计模块2未接收到判断模块I输出的反向信号时，累计模块2中的累计计量为正向的累计计量，当累计模块2接收到反向信号时，累计模块2中的累计计量为负向的累计计量。
[0051]步骤3，快速脉冲生成模块3接收判断模块I所输出的反向信号和累计模块2所输出的电能计量值，并产生和输出快速脉冲以及负功指示，具体的，继续结合图3对该过程进行说明，当快速脉冲生成模块3未接收到反向信号时且电能计量值达到一特定值时，产生并输出快速脉冲和负功指示“0”，当快速脉冲生成模块3接收到反向信号时且电能计量值达到一特定值时，产生并输出快速脉冲的同时，产生并输出负功指示“I”。
[0052]步骤4，慢速脉冲生成模块4接收快速脉冲生成模块3所输出的快速脉冲和负功指示输出两条成比例的慢速脉冲。
[0053]具体的，结合图5?图15说明步骤4中慢速脉冲的生成步骤。
[0054]本发明中，慢速脉冲模块4根据快速脉冲以及负功指示产生慢速脉冲的方法，是通过8中状态实现的，即:
[0055]状态O:即时功率为正向，未出Fl、未出F2 ;
[0056]状态1:即时功率为正向，出Fl ;
[0057]状态2:即时功率为正向，出F2 ;
[0058]状态3:即时功率为正向，出过Fl、未出F2 ;
[0059]状态4:即时功率为反向，未出Fl、未出F2 ;
[0060]状态5:即时功率为反向，出Fl ;
[0061 ] 状态6:即时功率为反向，出F2 ;
[0062]状态7:即时功率为反向，出过F1、未出F2 ;
[0063]其中Fl为慢速脉冲I，F2为慢速脉冲2。
[0064]以下通过图5-图15对以上状态进行详细说明，慢速脉冲生成模块4根据快速脉冲生成模块3所输出的快速脉冲以及负功指示生成慢速脉冲的方法，可以通过图15所示的流程图实现，图15是根据快速脉冲产生慢速脉冲的步骤流程图，图5?图14是快速脉冲与慢速脉冲的关系图。其中，所有的状态下快速脉冲与慢速脉冲的频率比例关系为2N，N = 4。
[0065]首先若上电时即时功率为正向，此时为状态0，未出F1、未出F2 ;在快速脉冲数为N时，变为状态1，出慢速脉冲I ;然后在快速脉冲数为N时，变为状态2，即出慢速脉冲2 ;如此循环，依次输出慢速脉冲I和慢速脉冲2。此时快速脉冲与慢速脉冲的关系如图5所示。
[0066]若上电时即时功率为反向，由于负功指示在输出快速脉冲时才给出，所以一开始为状态O。在第一个快速脉冲出现后，转变为状态4，当快速脉冲为N时，变为状态5，此时出现慢速脉冲I ;随后当计快速脉冲数N，此时变为状态6，出慢速脉冲2 ;如此循环状态5和状态6，依次输出慢速脉冲I和慢速脉冲2。此时的快速脉冲与慢速脉冲的关系如图6所示。
[0067]若上电时即时功率为正向，此时为状态O ;计快速脉冲数M时(M〈N)，即时功率转为反向，给出负功指示，遂计减M个快速脉冲，至计数等于0，转为状态4，计快速脉冲数N，变为状态5，出慢速脉冲1，随后计快速脉冲数N变为状态6，出慢速脉冲2，再依次循环状态5、状态6，依次输出慢速脉冲I和慢速脉冲2。此时快速脉冲与慢速脉冲的关系如图7所示。
[0068]若上电时即时功率为反向，由于负功指示在输出快速脉冲时才给出，所以一开始为状态0，等第一个快速脉冲后转为状态4，计快速脉冲数M时(M〈N)，即时功率转为正向，取消负功指示，遂计减M个快速脉冲，至计数等于0，转为状态0，计快速脉冲数N，为状态1，出慢速脉冲I，计快速脉冲数N变为状态2，出慢速脉冲2，再依次循环状态1、状态2，依次输出慢速脉冲I和慢速脉冲2。此时快速脉冲与慢速脉冲的关系如图8所示。
[0069]若上电时即时功率为正向并出过慢速脉冲I (此时为状态I)，计快速脉冲数M时(M〈N)，即时功率转为反向，给出负功指示，遂计减M个快速脉冲，至计数等于0，转为状态7，计快速脉冲数2N，转为状态5，计快速脉冲数N，变为状态6出慢速脉冲2，再依次循环状态5、状态6，依次输出慢速脉冲I和慢速脉冲2。此时快速脉冲与慢速脉冲的关系如图9所示。
[0070]若上电时即时功率为反向并出过慢速脉冲I (此时为状态5)，计快速脉冲数M时(M〈N)，即时功率转为正向，取消负功指示，遂计减M个快速脉冲，至计数等于0，转为状态3，计快速脉冲数2N，转为状态1，计快速脉冲数N，变为状态2，出慢速脉冲2，再依次循环状态1、状态2，依次输出慢速脉冲I和慢速脉冲2。此时快速脉冲与慢速脉冲的关系如图10所不O
[0071]若即时功率为正向并出过慢速脉冲2 (此时为状态2)，计快速脉冲数M时(M〈N)，即时功率转为反向，给出负功指示，遂计减M个快速脉冲，至计数等于0，转为状态4，计快速脉冲数N，转为状态5，出慢速脉冲I，再依次循环状态6、状态5，依次输出慢速脉冲2和慢速脉冲I。此时快速脉冲与慢速脉冲的关系如图11所示。
[0072]若即时功率为反向并出过慢速脉冲2 (此时为状态6)，计快速脉冲数M时(M〈N)，即时功率转为正向，取消负功指示，遂计减M个快速脉冲，至计数等于0，转为状态0，计快速脉冲数N，变为状态1，出慢速脉冲I，再依次循环状态2、状态I，依次输出慢速脉冲2和慢速脉冲I。此时快速脉冲与慢速脉冲的关系如图12所示。
[0073]若即时功率为正向并出过慢速脉冲I (此时状态I)，计快速脉冲数M时(M〈N)，即时功率转为反向，给出负功指示，遂计减M个快速脉冲，至计数等于0，转为状态7，计快速脉冲数L时(L〈2N)，即时功率又转为正向，取消负功指示，遂计减L个快速脉冲，至计数等于O，转为状态I，计快速脉冲数N，转为状态2，出慢速脉冲2，再依次循环状态1、状态2，依次输出慢速脉冲I和慢速脉冲2。此时快速脉冲与慢速脉冲的关系如图13所示。
[0074]若即时功率为反向并出过慢速脉冲I (此时为状态5)，计快速脉冲数M时(M〈N)，即时功率转为正向，取消负功指示，遂计减M个快速脉冲，至计数等于0，转为状态3，计快速脉冲数L时(L〈2N)，即时功率又转为反向，给出负功指示，遂计减L个快速脉冲，至计数等于0，转为状态5，计快速脉冲数N，转为状态6出慢速脉冲2，再依次循环状态5、状态6，依次输出慢速脉冲I和慢速脉冲2。此时快速脉冲与慢速脉冲的关系如图14所示。
[0075]根据本发明的电能计量结构以及计量方法，可以实现电能计量中对正负电能的精确计量，以符合智能电网的需求，能够给出负功指示且精确计算电能同时兼备防窃电的功能，大大降低智能电网中简单电能表的制造成本，同时给用户提供更多的方便和实惠。且本发明的一种电能计量中正负电能计量方法算法简单，易于实现。
【权利要求】
1.一种电能计量结构，包括即时功率输入端，用于输入即时功率，其特征在于，包括: 判断模块，所述判断模块与所述即时功率输入端相连接，用于接收所述即时功率，并对所输入的即时功率的正负进行判断，若判断所输入的即时功率为负功时，输出反向信号； 累计模块，所述累计模块分别与所述即时功率输入端和所述判断模块相连接，用于接收所述即时功率和所述反向信号，并根据所述反向信号对所接收的即时功率按照其正负方向进行累计计量，并将累计计量值作为电能计量值输出； 快速脉冲生成模块，所述快速脉冲生成模块分别与所述判断模块以及所述累计模块相连接，用于接收所述反向信号和所述电能计量值，并根据所述反向信号和电能计量值输出快速脉冲和负功指不; 慢速脉冲生成模块，慢速脉冲生成模块与所述快速脉冲生成模块相连接，用于接收所述快速脉冲和所述负功指示，并根据所述快速脉冲和所述负功指示生成两条成比例的慢速脉冲。
2.一种电能计量方法，基于权利要求1所记载的电能计量结构，其特征在于，具有以下步骤: 步骤1，所述判断模块接收所述即时功率输入端所输入的所述即时功率，且对所输入的即时功率进行正负判断，若所输入的即时功率为负功，则所述判断模块输出反向信号； 步骤2，所述累计模块接收所述即时功率输入端所输入的所述即时功率以及所述判断模块输入的所述反向信号，且根据所述反向信号对所述即时功率按照其正负方向进行累计计量，若所述累计模块接收到反向信号，则从负向对所述即时功率进行累计计量，若所述累计模块未接收到所述反向信号，则从正向进行累计计量，随后所述累计模块将累计值作为电能计量值输出； 步骤3，所述快速脉冲生成模块接收所述判断模块输出的所述反向信号以及所述累计模块输出的所述电能计量值，并根据所述反向信号和所述电能计量值产生和输出快速脉冲和负功指示，若所述快速脉冲生成模块未接收到所述反向信号，则当所述电能计量值达到某一特定值时产生并输出快速脉冲以及负功指示“O”;若所述快速脉冲生成模块接收到所述反向信号，则当所述电能计量值达到某一特定值时产生并输出快速脉冲和负功指示“ I” ； 步骤4，所述慢速脉冲生成模块接收所述快速脉冲生成模块输出的所述快速脉冲和所述负功指示，根据所述快速脉冲和所述负功指示，生成并输出第一慢速脉冲和第二慢速脉冲。
3.如权利要求2所述的电能计量方法，其特征在于，所述快速脉冲的频率为所述第一慢速脉冲频率的四倍。
4.如权利要求2所述的电能计量方法，其特征在于，所述第一慢速脉冲的频率与所述第二慢速脉冲的频率成比例。
【文档编号】G01R11/24GK104502697SQ201410714130
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】王祥莉, 袁文师, 韩明 申请人:上海贝岭股份有限公司