[发明专利]电力监测方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力监测装置，具体地说涉及一种带有量程切换电路的电力监测装置。

背景技术

用于电力管理系统的电力监测装置(PMD)必须能够测量宽动态范围的电压和/或电流输入信号。通常在电力监测装置中设置量程切换电路来解决这一问题。量程切换电路使用模拟开关或多路复用器来选择不同的量程以放大或缩小电压和电流信号，使得所有信号都可以适用模数转换器(ADC)的整个输入范围，进而使输入信号的测量结果更加精确。

专利文件US5606249A公开了一种具有量程切换电路的电力监测装置。该量程切换电路的实现方式为，先将多路复用器与运算放大器的输出端直接相连，再将所述多路复用器与精密电阻相连，并最终形成对运算放大器的输入端的反馈回路。该专利文件并未描述多路复用器的控制信号，以及具体的控制方法，特别是如何控制模拟开关或多路复用器的切换时机。然而，切换时机对放大率的选择影响很大。如果切换时机不当，则会使放大信号的波形发生畸变，并在后续的运算产生误差，从而降低了测量精度。

一种常规的方法是用比较器比较输入信号与预定的电压参考值来生成控制信号。然而，由于模拟开关的控制信号不是由微控制器单元产生，而是由比较器产生，所以难以保证模拟开关的切换时机与微控制器单元的时钟保持同步，造成微控制器单元在处理数据时无法准确地同步切换量程，从而致使数据处理不一致，降低了测量精度。

另一种常规的做法是将交流输入信号的均方根(RMS)值与预定的均方根值进行比较来生成开关控制信号。为了确保准确，必须采集一个周期的数据来计算均方根值，而这必然导致切换时间存在一个周期的延迟。因此，这种设计无法实现实时地调整输入信号范围，不适于输入信号变化迅速的情形。

专利文件CN101089631A公开了一种量程切换电路，其中完全不具有模拟开关或多路复用器，但每一个信号均与两个具有不同量程的调理单元相连接，每个调理单元连接到模数转换器的一个通道。每一通道的采样信号都存储在一个对应的内存中。由于没有模拟开关，也就不存在切换时机的问题，然而额外的模数转换器和内存必然极大地增加电力监测装置的成本。

因此，本领域存在通过合理地决定模拟开关或多路复用器的切换时机来提高电力监测装置精度的需要。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题。

所述目的通过一种电力监测装置来实现。所述电力监测装置包括：一个测量模块，其从电力线上采集模拟信号；一个信号调理模块，其将增益用于所述模拟信号来形成调理后的所述模拟信号；一个模数转换器，其将调理后的所述模拟信号转换成数字信号；一个处理器，其对所述数字信号进行处理；以及一个存储器，其存储处理后的所述数字信号。所述电力监测装置还包括：一个量程开关控制模块，其接收所述数字信号的量程切换位和所述处理器发出的采样时钟信号，并发送量程开关控制信号到所述信号调理模块和所述处理器，其中所述量程开关控制信号决定所述信号调理模块和所述处理器采用的所述增益。

依据本发明的一个方面，所述测量模块包括一个电压互感器或一个电阻分压测量网络或一个电流互感器。

依据本发明的另一个方面，所述电力测量装置具有两个所述测量模块和两个所述信号调理模块，且两个所述测量模块分别连接不同的所述信号调理模块，其中两个所述测量模块中的一个为一个电压互感器或一个电阻分压测量网络，而另一个为一个电流互感器。

依据本发明的再一个方面，所述量程开关控制模块为一逻辑电路。

依据本发明的又一个方面，所述逻辑电路包括一D型触发器。

依据本发明的又一个方面，所述量程开关控制信号通过所述数字信号的一个或复数个量程切换位来决定所述信号调理模块和所述处理器采用的所述增益。

依据本发明的又一个方面，所述量程开关控制信号根据所述数字信号的一个或复数个量程切换位来选择第一增益或第二增益，从而决定所述信号调理模块和所述处理器采用的所述增益。

依据本发明的又一个方面，所述处理器将所述量程开关控制信号加到所述数字信号来决定所述处理器采用的所述增益。

依据本发明的又一个方面，所述信号调理模块具有不同的量程切换状态，每个所述量程切换状态对应于所述第一增益和所述第二增益中的一个，所述量程开关控制信号根据所述数字信号的一个或复数个所述量程切换位来选择所述量程切换状态，从而选择所述第一增益或所述第二增益。

依据本发明的又一个方面，所述量程切换状态的改变由模拟开关来实现。优选地，所述模拟开关为多路复用器。