对单相智能电表中电能计量的方法探讨

对单相智能电表中电能计量的方法探讨

仇亚君

（国网山西省电力公司计量中心山西太原030032）

摘要：众所周知，现阶段我国科学技术发展迅速。随着社会的进步，现今我国全球智能电网的发展趋势变得越来越迅猛，其核心技术也在逐步的得到完善。在此基础下，我们国家为了促进经济的快速发展，在智能电网这方面也慢慢的加大了其发展力度，所以智能电网技术的应用在人们的日常生活中得到了大范围的普及。智能电表作为供电方与用电方之间的重要桥梁，不仅仅在计量上面有着超高的准确性，还能有效的保护双方之间的合法权益。本文主要针对单向智能电表中电能计量的方法进行分析研究。

关键词：单向智能电表；电能计量

引言：随着现代信息化科学技术的高速发展，人们的生活水平质量在不断地提高。现今人们对生活质量的要求已经不再局限于“吃饱饭，穿暖衣”，而是趋于更高层次的生活。基于此，智能化和多样化技术慢慢的融入到了人们的日常生活中，而电表作为生活中以及生产中一个不可缺少的工具，也逐渐地朝着智能化的方向发展，于是单向智能电表出现在了人们的视野中。单向智能电表中最为重要的技术就是电能计量，其可靠性和准确性备受社会群体的重视，它能直接的对电网的正常运行以及电力销售等方面产生影响，并且它与用电方跟供电方之间的经济利益紧紧地联系在一起。因此本文将对单向智能电表的计量的一些方法进行探讨。

一、前端波形计算

第一步把单向的电压波形以及单向的电流（A通道、B通道）通过噪声放大器（LNA），这样不仅可以很好的阻止噪声对芯片产生干扰，还可以将输入的电压值进行科学合理的增大，其次经过模数转换（ADC），因为产生的误差范围不大，所以把模拟量转为数字量的转换实现了，再把信号相位误差（PHASE）降低，然后使用高通滤波（HPF）、采样滤波器（SINC4）来对信号增益和其他环节进行改变，获取单向的具体波形（IA-WAVE，IB-WAVE，V-WAVE）以及单向电流（A通道、B通道）。

二、有效值计算

单相电压与A通道、B通道两个通道电流的有效值可以根据单向电压波形与两个通道电流的数据来进行平方运算（X2），其次通过低通滤波（LPF），然后对其开根号（ROOT）进行

计算，最后获得单相电压与A通道、B通道两个通道电流的有效值，有效值代表的是对电量进行均方根计算（ROOTMEANSQUARE，RMS），一般情况下，可以依照图3来进行连续量的均方根的有效运算。

三、有功电能计算

计算瞬时有功功率的时候，可以将A通道电流、B通道电流分别与单向电压的波形进行乘法计算，经由低通滤波（LPF）能将有功功率的平均值得出来。有功功率的防潜动方式中包括指示阈值寄存器（WA_CREEP）以及反向防潜动阈值寄存器（WA_REVP），当输入进去的有功用功率小于零，并且阈值小于它的绝对值时，系统会自动的输出反向指示。用来调节A通道电流与B通道电流的有功功率范围的寄存器是增益寄存器（A_WATTGN、B_WATTGN）。另外有功功率偏执寄存器（WATTOS）是用来清除有功功率计算时产生的偏差的寄存器。将A、B通道中任意一条通道的有功功率来进行积分运算，继而将有功能量计算出来。

因为输入的A、B两通道电流信号与输入的单向电压是时间的函数，所以将电流与电压进行乘积后得到的功率依然是有关时间的函数，其整个的计算过程是计量电量的关键步骤。假设单向电压的波形与A、B两个通道电流的变化规律为余弦规律，其波形在相位上存在着一定的偏差量。

在理想的情况下交流量（频率为2W）和直流量组成了瞬时功率p（t）。直流量部分一般都是瞬时实功率信号，而电能测量的主要目的就是将瞬时实功率算出来。假定单向电压的波形以及A、B两通道电流的变化规律没有依照余弦规律进行变化，那么就应该经过傅里叶的转变将其转化为依照余弦规律进行变化的方程式之后，再用上面图6的计算方法来进行计算[5]。

四、能量计算

想要获得有功能量，就需要对有功功率来进行积分运算。运算的过程大致为先在积分器中把功率信号（WATT）都全部加起来，然后将其存入有功能量寄存器（WATTHR）里面。同时在运算的过程中还提供反向能量寄存器（NWAHR）、线能量寄存器（LINE_WATTHR）以及正向有功能量寄存器（PWAHR）。

五、视在功率及能量计算

视在功率的功率因素是将A、B两通道电流与单向电压有效值进行相乘得到有功功率，再将视在功率与有功功率的进行比例运算后将其得出来。视在功率的增益可以用增益寄存器（VAGN）来将其有功功率的范围进行调节，其次在视在功率偏差寄存器（VSOS）中通过，最终在能量寄存器（VAHR）中进行储存，其具体计算过程如图1所示：

A、B两通道电流分别与单向电压的有效值相乘积进行运算得到视在功率，如图2所示：

图15

视在能量的运算（对视在功率进行积分运算），如图3所示：

将有功功率与视在功率的比例进行运算后得到的功率比值如图4所示

六、结束语

综上所述，单相智能电表中电能计量的方法基于现今生活具有重要意义。本篇文章通过对前端波形计算、有效值计算、有功电能计算、能量计算以及视在功率及能量计算等电量计量算法进行深入的分析探究后，有效的把对电表中各个电气量的准确测量实现了，其中包含有采样电压和电流的有效值、正向反向有功功率以及快速输出有功能量。通过把电流以及电压进行处理后，得到满足条件的电流采样数据以及电压采样数据，再通过计算得到有功功率，并将平均有功功率进行输出，通过一定的积分，在电表上将正反有功电能显示出来。

参考文献：

[1]程豫.基于实时测量单相智能电表的设计与实现[J].建筑工程技术与设计，2017，（20）：3582-3582.

[2]宁芙蓉.单相智能电能表的影响因素及故障分析[J].中国市场，2016，（6）：69，75.

[3]杨丽华，丁黎，汪旭祥，等.基于开关电源的低功耗单相智能电表设计与研究[J].湖北电力，2016，（3）：57-60.

[4]邢俊伎.分析基于全功能单相智能电表的模块设计与实现[J].科技与企业，2016，（10）：87，89.

[5]欧媛，易映萍.单相智能电表中电能计量方法的研究[J].电子测量技术，2017，（5）：87-90.