【正文】 面臨以下兩個有待解決的問題： 1) 如何得到式 (2－ 12)的離散化表達式； 2) 因為非正弦電路的無功功率不能簡單地體現(xiàn)為電壓波形與電流波形之間的相位差，因此不能以 sinUI ? 表示，在這種情況下如何求得非正弦電路的無功功率。 一般周期信號電路的有功功率由式 (2－ 9)表示。 △ t 取得越小，則計算結(jié)果越準(zhǔn) 確。 當(dāng)用計算機處理時，需要將連續(xù)量離散化，用和式代替積分。電能計量包括有功電能和無功電能的計量，其中有功電能計量可簡單地描述如下： 設(shè)在 t 時刻負載兩端的交流電壓和流過負載的交流電流的表達式為： ( ) s i n 2 s i nmu t u w t U w t?? (2－ 7) ( ) s i n ( ) 2 s i n ( )mi t i w t I w t??? ? ? ? (2－ 8) 其中 ()ut t? 時刻電壓瞬時值； ()it t? 時刻電流瞬時值； ()um? 電壓峰值；()Im? 電流峰值； U? 電壓有效值； I? 電流有效值； ?? 電壓與電流相位差；w? 角頻率。 因為數(shù)字乘法器型的電能測量專用電路利用位數(shù)較多的 A/D 轉(zhuǎn)換電路或自動量程轉(zhuǎn)換電路，在原理上可達到很高的測量準(zhǔn)確度，且它在一定周期內(nèi)對電壓、電流信號進行采樣處理的方法，可保證了測量準(zhǔn)確度可不受高次諧波的影響；并且其精度、線性度、穩(wěn)定性和抗干擾能力等方面都優(yōu)于模擬乘法器電路，具有更好的發(fā)展前景。這種專用電能計量模塊不僅集成了乘法器、 P/F 變換電路，而且還包含有其他電路，如相位調(diào)整電路、電源檢測電路、接口電路等，采用這些模塊只需配以少量的外圍電路就能實現(xiàn)滿足不同需要的電子式電能表。由這樣方法設(shè)計的電能表的可靠性較差，特別對于大批量生產(chǎn)工藝來說更不合適。 圖 21 分時采樣與采樣點功率 數(shù)字型乘法器的實現(xiàn)電路可由單 片機、 A/D 轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、多路模擬開關(guān)和顯示器等部分組成。這種測量方法的誤差來源主要有采樣頻率、 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，取樣電路及其后的放大線路元器件的分散性造成的幅值和相位誤差。如果 100us采樣一次，而工頻 50Hz 的交流電壓、電流的周期就是 20ms，則一個周期內(nèi)可采樣 200 次。式 (2－ 2)是一個數(shù)值計算公式，由微處理器可以輕松完成。 利用作圖法可求得一個周期內(nèi)各采樣點的功率，圖 21 為分時采樣與采樣點功率。本文主要介 紹數(shù)字乘法器原理，在此基礎(chǔ)上本節(jié)還將對基本電能量的計量原理進行闡述。模擬乘法器的又分為熱電轉(zhuǎn)換型、霍爾效應(yīng)型、時分割型等；數(shù)字乘法器則以微處理器為核心的高精度 A/D 型為代表。乘法器的類型決定了電子式電能表電能測量單元的結(jié)構(gòu)。它是電子式電能表的關(guān)鍵，其測量精度直接決定電能表的精度和準(zhǔn)確度。以下對電子式電能表工作原理進行介紹，并介紹基于Δ ∑ A /D 轉(zhuǎn)換器的數(shù)字乘法器的工作原理以及基本電能量的計量原理和電能參數(shù)的計算方法。 通過軟件設(shè)計能夠使電能表運行穩(wěn)定，可靠，同時具有一定的智能糾錯功能。 論文研究內(nèi)容 本課題主要完成三 個方面的內(nèi)容 ： 設(shè)計一種全數(shù)字低功耗多功能復(fù)費率的電度表，計量和控制精度高，功耗低，穩(wěn)定性好，工作可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)電量分時計量計費，具有通訊接口 實現(xiàn)遠程抄表等功能，當(dāng)?shù)綦姇r能夠?qū)⒅匾畔⒈４嫫饋怼Ｒ源丝梢酝普撊珖b用量應(yīng)不少于數(shù)百萬臺。由此可以推論 1998~2020 年每年單相電子表產(chǎn)量均有數(shù)百萬臺。這批表至今已連續(xù)運行 6 年 以上 ， 基層用電管理部門歡迎 ， 因而裝用量增長很快。國產(chǎn) 級電子式電能表也開始在部分地區(qū)實用。 MV90 多開發(fā)商表計數(shù)據(jù)采集、編 譯系統(tǒng)也已在運行中表現(xiàn)其良好兼容性。 隨著電力市場化改革的不斷深入 ， 我國網(wǎng)、省電網(wǎng)各級關(guān)口表在各級電能計量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建設(shè) ， 大部分已更新為電子式電能表。 國 內(nèi)電子式電能表的發(fā)展概況 我國 20 世紀 70 年代開始用電子式標(biāo)準(zhǔn)電能表 ， 先是進口后來到 80~90年代國內(nèi)已能商業(yè)化生產(chǎn) %級電子式標(biāo)準(zhǔn)電能表 ， 也已研制出更高準(zhǔn)確度等級的標(biāo)準(zhǔn)電能表。到目前標(biāo)準(zhǔn)電子式電能表和安裝式計費電子式電能表中較多用時分割乘法器于 級表計 ， 而霍爾乘法器只用于 級及以下安裝式計費電能表。 國際上電子式電能表經(jīng)過 50 多 年發(fā)展 ， 開始都是基于模擬量乘法器原理的 ， 在歷史上曾有過多種原理線路 ， 后來演變?yōu)闀r分割 (Time division)和霍爾效應(yīng) (Hall effect)兩種乘法器。北美也以 ANSI 為基礎(chǔ)實施標(biāo)準(zhǔn)化。特別是用戶選擇供應(yīng)商 和實時電價 ， 要求表計有靈活、可靠的雙向通訊功能和不同制造商生產(chǎn)表計在電力市場技術(shù)支持系統(tǒng)中的兼容性 ，因而提出了標(biāo)準(zhǔn)化和兼容性問題。如英國在 Felixstowe 的一個電能表廠 1985~1988 年間已累計生產(chǎn)單相電子式電能表 183 萬只 ， 供英國的 15 個配電公司 ， 占有市場份額 40%， 且年返修率僅%。 20 世紀中葉 ， 開始隨著微電 子和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 ， 新技術(shù)有力的支持電能表的革新 ， 先是有高精度電子式標(biāo)準(zhǔn)電能表的出現(xiàn)滿足了校驗技術(shù)要求 ，繼而 70 年代已開始商業(yè)化應(yīng)用電子式電能表于大工業(yè)用戶電能計量。 表 11 感應(yīng)式電能表與電子式電能表的性能比較 類別 感應(yīng)式電能表 電子式電能表 準(zhǔn)確度（級別） ～ ～ 頻率范圍（ Hz） 45～ 55 40～ 2020 啟動電流 bI bI 外磁場影 響 大 小 國 內(nèi) 外 電子式電能表的發(fā)展概 況 國外 電子式電能表的發(fā)展概況 電力工業(yè)發(fā)展初期曾用電解化學(xué)原理電能表計量收費 ， 1890 年 ， 發(fā)明了感應(yīng)式電磁原理電能表沿用至今已有 100 多年。 便于安裝使用 感應(yīng) 式電能表的安裝有嚴格的要求；而電子式電能表采用靜止式的計量方式，因此不存在上述問題，加上體積小、重量輕，便于使用。 強大的事件記錄功能 具有強大的事件記錄功能是電子式電能表的又一大特色。 防竊電能力強 竊電是我國城鄉(xiāng)用電中一個無法回避的現(xiàn)實問題。 受外磁場影響小 感應(yīng)式電能表是依靠磁場的原理進行計量的，因此外界磁場對表計的影響較大；而電子式多功能電能表主要是通過乘法器進行運算的，受外磁場影響較小。在 ％下就可啟動計量。 啟動電流小 ， 差 動 曲線平整 。特別是采用 A/D 轉(zhuǎn)換原理的電能表，其功能的擴展十分方便；普通感應(yīng)式電能表受其結(jié)構(gòu)和原理的限制，要進一步擴展其功能很困難。 電子式電能表的特點 在短短的十幾年時間內(nèi)，電子式電能表得到如此大的發(fā)展，是因為與普通感應(yīng)式電能表相比，在性能和功能方面有很大的優(yōu)勢。 按功能分類有：有功電子式電能表、無功電子式電能表、有功無功組合電子式電能表、有功復(fù)費率電子式電能表、最大需量電子式電能表、多功能電子式電能表。 電子式電能表的分類 電子式電能表的分類方法很多，根據(jù)分類的角度不同，通常有以下幾種： 按規(guī)格分類有：單相電子式電能表、三相電子式電能表。電子式電能表在技術(shù)上從模擬乘法器到數(shù)字乘法器，性能越來越好，設(shè)計水平和生產(chǎn)工藝水平不斷提高，而價格越來越低，大規(guī)模批量生產(chǎn)工藝也非常成熟，已形成了一個非常有活力、欣欣向榮的產(chǎn)業(yè)。三家公司作為中國電子式電能表巾場和產(chǎn)品的開拓者，他們的實踐和努力為電子式電能表的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。 國內(nèi)電子式電能表產(chǎn)品是 20 世紀 90 年代出現(xiàn)的。在 20 世紀 80 年代之前，電子式電能表并沒有顯現(xiàn)出它的巨大生命力和活力，它的應(yīng)用局限 于高精度電能表 ，標(biāo)準(zhǔn)表和檢驗裝置，其成本也比較高，性能和可靠性并不比機械表優(yōu)越很多。 電子式電能表概述 電子式電能表發(fā)展歷史 電子式電能表誕 生 于 20 世紀 40 年代，由歐洲的公司制造。并且這種電能表能夠通過低壓電力線載波擴頻通信接口組成遠程自動抄表系統(tǒng)，便于供電部門對居民的用電情況進行實時抄收、數(shù)據(jù)匯總和監(jiān)控，為電力部門進行現(xiàn)代化管理提供一種有效的手段。它由電能專用芯片來測量各用戶的電能，采用單片機作為數(shù)據(jù)處理中心，基本型的多用戶電能表可同時實現(xiàn)對多個用戶進行電能集中計量與管理，其功能有 :電能計量、功率計量、多費率電價計算、數(shù)據(jù)顯示與查詢、數(shù)據(jù)存儲、監(jiān)視與控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?研究表明，從我國目前一個公寓樓房單元通常住有十幾戶甚至幾十戶的實際出發(fā)，開發(fā)和應(yīng)用集多表位于一體的、多用戶多功能組合式新型電子電能表具有重要意 義。當(dāng)用戶較多時，將給使用、維護和管理帶來諸多不便。微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的高速發(fā)展為電子式電能表的迅速進步和日益成熟的提供了強大的技術(shù)支撐。 隨著我國電力的發(fā)展和人們生活中家用電器的普及，用電量日益增大，并月用電的高峰和低谷存在較大的差距 ； 電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜龐大，用傳統(tǒng)的方法已無法實現(xiàn)當(dāng)代供電和用電管理系統(tǒng)的需要。而且機械式電能表功耗較多、體積較大、功能簡單，需要人工抄表。 Signal processing xxx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III 目錄 摘要 ............................................................................................................................ ...Ⅰ Abstract ......................................................................................................................... Ⅱ 第 1 章 緒論 ................................................................................................................... 5 課題背景 .............................................................................................................. 5 電子式電能表概述 .............................................................................................. 5 電子式電能表發(fā)展歷史 ............................................................................... 5 電子式電能表的分類 ................................................................................... 6 電子式電能表的特點 ................................................................................... 6 國內(nèi)外電子式電能表的發(fā)展概況 ...................................................................... 7 國外電子式電能表的發(fā)展概況 ................................................................... 7 國內(nèi)電子式電能表的發(fā)展概況 ................................................................... 8 論文研究內(nèi)容 ...................................................................................................... 9 第 2 章 電子式電能表電能計量基礎(chǔ) ......................................................................... 10 電子式電能表的電能計量原理與方法 ............................................................ 10 數(shù)字乘法器 .................................................................................................. 10 有功電能的計量 ......................................................................................... 12 無功電能的計