一种双模式及直接接入式的直流电能表

1.一种双模式及直接接入式的直流电能表，所述电能表包括：
双路电压采样模块，所述双路电压采样模块与正极直流母线、负极直流母线以及回流线连接，采集正极直流母线对中性点的正极电压V+、负极直流母线对中性点的负极电压V‑以及正极母线对负极母线的正负极电压VDC，将正极电压V+、负极电压V‑以及正负极电压VDC转换为电压数字信号输出至计量模块；
双路电流采样模块，所述双路电流采样模块与正极直流母线、负极直流母线连接，采集正极母线电流I+及负极母线电流I‑，将采集的正极母线电流I+以及负极母线电流I‑转换为电流数字信号输出至计量模块；
计量模块，所述计量模块接收电压数字信号和电流数字信号，根据电压数字信号和电流数字信号计量总电能，对外输出电能脉冲信号和计量原始数据。
2.根据权利要求1所述的电能表，所述双路电压采样模块包括1个电阻分压传感器及1个24位ADC芯片；
电阻分压电压传感器采集正极直流母线对中性点的正极电压V+、负极母线对中性点的负极电压V‑以及正负极母线间的电压VDC，将正极电压V+、负极电压V‑以及正负极电压VDC转换为电压数字信号；
24位ADC芯片将电压数字信号传输至计量模块。
3.根据权利要求1所述的电能表，所述双路电流采样模块包括2个电流传感器及1个24位ADC芯片；
其中，电流传感器为分流器、零磁通互感器或TMR传感器，若电流传感器为分流器时，接入隔离放大器。
4.根据权利要求1所述的电能表，所述计量模块计量各母线电能及总电能，可设置为使用双极计量模式或伪双极计量模式；
所述双极计量模式根据正极母线电流I+、正极电压V+，计算正极电压及正极母线电流的有效值和平均值，及正极功率P+及正极电能W+；
根据负极母线电流I‑、负极电压V‑，计算负极电压及负极母线电流的有效值和平均值，及负极功率P‑及负极电能W‑；
对正极电能W+与负极电能W‑求和，计算总电能WDC，根据总电能WDC输出电能脉冲；
所述伪双极计量模式以负极母线电流I‑作为正极母线电流I+的对比监测，根据正极母线电流I+、正负极电压VDC，计算正负极电压及正极母线电流的有效值和平均值，总功率PDC及总电能WDC；
或，以正极母线电流I+作为负极母线电流I‑的对比监测，根据负极母线电流I‑、正负极电压VDC计算正负极电压及负极母线电流的有效值和平均值，功率PDC及总电能WDC；
根据总电能WDC输出电能脉冲。
5.根据权利要求1所述的电能表，所述电能表还包括：
管理模块，所述管理模块用于对电能表的管理；
所述管理包括：通信管理、显示管理、数据存储管理、时钟管理、按键操作管理、电能存储管理及事件记录；
通信接口模块，所述通信接口模块用于计量数据通信及表计设置，包括对计量模块的双极计量模式或伪双极计量模式进行切换；
显示与按键模块，所述显示与按键模块用于对计量模块的双极计量模式或伪双极计量模式进行切换，及计量数据、电表参数的显示；
存储单元，所述存储单元用于对计量数据进行存储；
电源模块，所述电源模块用于对电能表供电；
电池模块，所述电池模块用于对时钟模块供电；
时钟模块，所述时钟模块用于电能表的时间显示；
脉冲输出模块，所述脉冲输出模块用于输出电能表的电能脉冲。

一种双模式及直接接入式的直流电能表\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及电能计量领域，并且更具体地，涉及一种双模式及直接接入式的直流电能表一种双模式及直接接入式的直流电能表。\n背景技术\n[0002] 随着经济社会和技术设备的快速发展，分布式发电、储能、电动汽车等新能源要素越来越多地接入配电网，新型源‑网‑荷‑储互动的能源供给模式不断涌现，柔性直流配电、交直流混合配电等已成为未来配电网的重要发展方向，与传统交流配电形成互补，实现交直流电网互联互通。\n[0003] 直流配电网的快速发展，给直流电能计量创造了更多应用环境。直流配电网的接线形式有非对称单级接线、双级接线(真双极)和对称单级接线(伪双级)三种。对于双级接线形式，由于每一极可单独运行，因此安装于双级线路的电能表需要分别输入2路电压和2路电流，分别计量2条输电线路上的电能及总电能，对于单级接线形式，电能表可输入1路电压和电流计算电能。\n[0004] 目前应用的直流电能表主要安装于负荷侧，如用于直流充电桩中，电能表只能输入1路电压和1路电流，且一般采用间接接入式直流电能表，采用间接接入式直流电能表增加了误差环节，给计量管理带来了诸多不便，也降低了计量的准确度。直流配电网低压侧电压等级大多为750V(± 375V)，电流低于500A，不经过互感器或分流器，采用直接接入式电能表将更为方便。\n实用新型内容\n[0005] 本实用新型目的在于通过计量模式切换，实现双极接线、伪双极接线直流配电网接线形式的电能计量而提出了一种双模式及直接接入式的直流电能表，包括：\n[0006] 双路电压采样模块，所述双路电压采样模与正极直流母线、负极直流母线以及回流线连接，采集正极直流母线对中性点的正极电压V+、负极直流母线对中性点的负极电压V‑以及正极母线对负极母线的正负极电压 VDC，将正极电压V+、负极电压V‑以及正负极电压VDC转换为电压数字信号输出至计量模块；\n[0007] 双路电流采样模块，所述双路电流采样模块与正极直流母线、负极直流母线连接，采集正极母线电流I+及负极母线电流I‑，将采集的正极母线电流I+以及负极母线电流I‑转换电流数字信号输出至计量模块；\n[0008] 计量模块，所述计量模块接收电压数字信号和电流数字信号，根据电压数字信号和电流数字信号计量总电能，对外输出电能脉冲信号和计量原始数据。\n[0009] 可选的，双路电压采样模块包括1个电阻分压传感器及1个24位ADC 芯片；\n[0010] 电阻分压电压传感器采集正极直流母线对中性点的正极电压V+、负极母线对中性点的负极电压V‑以及正负极母线间的电压VDC，将正极电压 V+、负极电压V‑以及正负极电压VDC转换为电压数字信号；\n[0011] 24位ADC芯片将电压数字信号传输至计量模块。\n[0012] 可选的，双路电流采样模块包括2个电流传感器及1个24位ADC芯片；\n[0013] 其中，电流传感器为分流器、零磁通互感器或TMR传感器，若电流传感器为分流器时，接入隔离放大器。\n[0014] 可选的，计量模块计量各母线电能及总电能，可设置为使用双极计量模式或伪双极计量模式；\n[0015] 可选的，双极计量模式根据正极母线电流I+、正极电压V+，计算正极电压及正极母线电流的有效值和平均值，及正极功率P+及正极电能W+；\n[0016] 根据负极母线电流I‑、负极电压V‑，计算负极电压及负极母线电流的有效值和平均值，及负极功率P‑及负极电能W‑；\n[0017] 对正极电能W+与负极电能W‑求和，计算总电能WDC，根据总电能 WDC输出电能脉冲；\n[0018] 可选的，伪双极计量模式以负极母线电流I‑作为正极母线电流I+的对比监测，根据正极母线电流I+、正负极电压VDC，计算正负极电压及正极母线电流的有效值和平均值，总功率PDC及总电能WDC；\n[0019] 或，以正极母线电流I+作为负极母线电流I‑的对比监测，根据负极母线电流I‑、正负极电压VDC计算正负极电压及负极母线电流的有效值和平均值，总功率PDC及总电能WDC；\n[0020] 根据总电能WDC输出电能脉冲。\n[0021] 可选的，电能表还包括：\n[0022] 管理模块，所述管理模块用于对电能表的管理；\n[0023] 所述管理包括：通信管理、显示管理、数据存储管理、时钟管理、按键操作管理、电能存储管理及事件记录；\n[0024] 通信接口模块，所述通信接口模块用于计量数据通信及表计设置，包括对计量模块的双极计量模式或伪双极计量模式进行切换；\n[0025] 显示与按键模块，所述显示与按键模块用于对计量模块的双极计量模式或伪双极计量模式进行切换，及计量数据、电表参数的显示；\n[0026] 存储单元，所述存储单元用于对计量数据进行存储；\n[0027] 电源模块，所述电源模块用于对电能表供电；\n[0028] 电池模块，所述电池模块用于对时钟模块供电；\n[0029] 时钟模块，所述时钟模块用于电能表的时间显示；\n[0030] 脉冲输出模块，所述脉冲输出模块用于输出电能表的电能脉冲。\n[0031] 本实用新型可以通过设置计量模式，双极计量模式下，可分别计量正极电能、负极电能及总电能，在一极故障时不影响电能计量，伪双极计量模式下，可计量总电能并监测正负极电流。\n附图说明\n[0032] 图1为本实用新型一种双模式及直接接入式的直流电能表的系统结构图；\n[0033] 图2为本实用新型的双路电压采样模块示意图；\n[0034] 图3为本实用新型的双路电流采样模块示意图；\n[0035] 图4为本实用新型双极计量接线示意图；\n[0036] 图5为本实用新型伪双极计量接线示意图。\n具体实施方式\n[0037] 现在参考附图介绍本实用新型的示例性实施方式，然而，本实用新型可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本实用新型，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本实用新型的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本实用新型的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。\n[0038] 除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。\n[0039] 本实用新型提供了一种双模式及直接接入式的直流电能表200，如图1 所示，包括：\n[0040] 双路电压采样模块，所述双路电压采样模块与正极直流母线、负极直流母线以及回流线连接，采集正极直流母线对中性点的正极电压V+、负极直流母线对中性点的负极电压V‑以及正极母线对负极母线的正负极电压 VDC，将正极电压V+、负极电压V‑以及正负极电压VDC转换为电压数字信号输出至计量模块；\n[0041] 双路电流采样模块，所述双路电流采样模块与正极直流母线、负极直流母线连接，采集正极母线电流I+及负极母线电流I‑，将采集的正极母线电流I+以及负极母线电流I‑转换为电流数字信号输出至计量模块；\n[0042] 计量模块，所述计量模块接收电压数字信号和电流数字信号，根据电压数字信号和电流数字信号计量总电能，对外输出电能脉冲信号和计量原始数据。\n[0043] 电能表还包括：\n[0044] 管理模块，所述管理模块用于对电能表的管理；\n[0045] 所述管理包括：通信管理、显示管理、数据存储管理、时钟管理、按键操作管理、电能存储管理及事件记录；\n[0046] 通信接口模块，所述通信接口模块用于计量数据通信及表计设置，包括对计量模块的双极计量模式或伪双极计量模式进行切换；\n[0047] 显示与按键模块，所述显示与按键模块用于对计量模块的双极计量模式或伪双极计量模式进行切换，及计量数据、电表参数的显示；\n[0048] 存储单元，所述存储单元用于对计量数据进行存储；\n[0049] 电源模块，所述电源模块用于对电能表供电；\n[0050] 电池模块，所述电池模块用于对时钟模块供电；\n[0051] 时钟模块，所述时钟模块用于电能表的时间显示；\n[0052] 脉冲输出模块，所述脉冲输出模块用于输出电能表的电能脉冲。\n[0053] 其中，双路电压采样模块包括1个电阻分压传感器及1个24位ADC 芯片；\n[0054] 电阻分压电压传感器采集正极直流母线对中性点的正极电压V+、负极母线对中性点的负极电压V‑以及的正负极母线间的电压VDC，将正极电压 V+、负极电压V‑以及正负极电压VDC转换为电压数字信号；\n[0055] 24位ADC芯片将电压数字信号传输至计量模块。\n[0056] 其中，双路电流采样模块包括2个电流传感器及1个24位ADC芯片；\n[0057] 其中，电流传感器为分流器、零磁通互感器或TMR传感器，若电流传感器为分流器时，接入隔离放大器。\n[0058] 其中，计量模块计量各母线电能及总电能，可设置为使用双极计量模式或伪双极计量模式；\n[0059] 其中，双极计量模式根据正极母线电流I+、正极电压V+，计算正极电压及正极母线电流的有效值和平均值，及正极功率P+及正极电能W+；\n[0060] 根据负极母线电流I‑、负极电压V‑，计算负极电压及负极母线电流的有效值和平均值，及负极功率P‑及负极电能W‑；\n[0061] 对正极电能W+与负极电能W‑求和，计算总电能WDC，根据总电能 WDC输出电能脉冲；\n[0062] 其中，伪双极计量模式以负极母线电流I‑作为正极母线电流I+的对比监测，根据正极母线电流I+、正负极电压VDC，计算正负极电压及正极母线电流的有效值和平均值，总功率PDC及总电能WDC；\n[0063] 或，以正极母线电流I+作为负极母线电流I‑的对比监测，根据负极母线电流I‑、正负极电压VDC计算正负极电压及负极母线电流的有效值和平均值，总功率PDC及总电能WDC；\n[0064] 根据总电能WDC输出电能脉冲。\n[0065] 双路电压采样模块，如图2所示，包括1个电阻分压传感器及24位 ADC芯片，采用中段差分采样方式采集正极电压V+(正极母线对中性点电压)、负极电压V‑(负极母线对中性点电压)、正负极电压VDC(正极母线对负极母线电压)。\n[0066] 双路电流采样模块，如图3所示，包括2个电流传感器及24位ADC 芯片，电流传感器可以为分流器、零磁通互感器及TMR传感器，采用分流器时，分流器的输出需接入隔离放大器，以消除高共模电压影响。采用零磁通互感器及TMR传感器时无需接入隔离放大器，双路电流采样模块可同时采集正极母线电流I+，负极母线电流I‑。计量模块3完成直流电能计量功能，包含双极计量和伪双极计量2种电能计量方法，对外提供电能和脉冲输出信号和计量原始数据。\n[0067] 本实用新型涉及的两种计量模式如下：\n[0068] ±375V双极计量模式，接线如图4所示：通过按键或通信接口设置电能表计量模式为双级计量模式，电能表电压采样模块分别与正极直流母线、负极直流母线，以及回流线连接，分别接入电能表的U+、U‑、PE电压输入端子，采用电阻分压电压传感器分别采集正极与中性点间电压V+和负极与中性点间电压V‑，将±375V高电压模拟信号转换为小电压信号输入 ADC芯片，然后将电压数字信号输出至计量芯片。\n[0069] 电能表电流采样模块分别与正极直流母线、负极直流母线连接，正极电流传感器接线端子I1+和I2+串连接入正极直流母线，采集正极母线电流 I+，负极电流传感器端子I1‑和I2‑串联接入负极直流母线，采集负极母线电流I‑。\n[0070] 当电流传感器为分流器时，分流器的测量小电压信号输出至隔离放大器，然后输出至ADC芯片，ADC芯片将电流数字信号输出至计量芯片。\n[0071] 当电流传感器为TMR或零磁通传感器时，TMR或零磁通传感器输出的电压小信号，输出至ADC芯片，ADC芯片将电流数字信号输出至计量芯片。\n[0072] 计量芯片根据V+、I+计算正极电压有效值和平均值，正极电流有效值和平均值，正极功率P+，正极电能W+；根据V‑、I‑计算负极电压有效值和平均值，负极电流有效值和平均值，负极功率P‑，负极电能W‑；将正极电能W+与负极电能W‑相加，得到总电能WDC。\n[0073] 计量芯片根据总直流电能WDC控制脉冲输出模块输出电能脉冲。计量芯片将数据传输至管理模块进行显示。\n[0074] ±375V伪双极计量模式，接线如图5所示，通过按键或通信接口设置电能表计量模式为单级计量模式，电能表电压采样模块分别与正极直流母线、负极直流母线连接，分别接入电能表的U+、U‑电压输入端子，采用电阻分压方式采集系统正极(+375V)与负极(‑375V)间电压VDC，将高电压模拟信号转换为小电压信号输入ADC芯片，然后将电压数字信号输出至计量芯片。\n[0075] 电能表电流采样模块分别与正极直流母线、负极直流母线连接，正极电流传感器接线端子I1+和I2+串连接入正极直流母线，采集正极母线电流I+，负极电流传感器端子I1‑和I2‑串联接入负极直流母线，采集负极母线电流I‑。因为正极母线电流与负极母线电流相等，所以计量芯片可选用正极或负极母线电流计算电能值。计量芯片根据VDC、I+计算正负极电压有效值和平均值，正极电流有效值和平均值，直流功率PDC，直流电能WDC；根据I‑计算负极电流有效值和平均值，作为与正极电流的对比与监视。或者计量芯片根据VDC、I‑计算正负极电压有效值和平均值，负极电流有效值和平均值，直流功率PDC，直流电能WDC；根据I+计算正极电流有效值和平均值，作为与负极电流的对比与监视。\n[0076] 若电流传感器为分流器，分流器的测量小电压信号先输出至隔离放大器，然后输出至ADC芯片，ADC芯片将电流数字信号输出至计量芯片。当电流传感器为TMR或零磁通传感器时，TMR或零磁通传感器输出的电压小信号，输出至ADC芯片，ADC芯片将电流数字信号输出至计量芯片。\n[0077] 计量芯片根据总直流电能WDC控制脉冲输出模块输出电能脉冲。\n[0078] 计量芯片将数据传输至管理模块进行显示。\n[0079] 本实用新型可以通过设置计量模式，双极计量模式下，可分别计量正极电能、负极电能及总电能，在一极故障时不影响电能计量，伪双极计量模式下，可计量总电能并监测正负极电流。\n[0080] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。\n[0081] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。\n[0082] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。\n[0083] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。\n[0084] 尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。\n[0085] 显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。