电能脉冲的软件产生方法

第26卷第9期 电力自动化设备 v01．26No．9 2006年9月 ElectricP()werAutomationEquipment sept．2006@ 电能脉冲的软件产生方法 毛晓波，李志辉，张震 (郑州大学电气学院，河南郑州450002) 摘要：电能脉冲是电子式电能表的重要输出信号，目前多采用电压／频率变换、硬件分频、 复杂可编程逻辑器件(CPLD)／现场可编程门阵列器件(FPGA)或专用芯片实现，增加了电路成 本及复杂度。提出一种用软件产生标准高低电能脉冲的实用方法．不断累计采样计算所得的瞬 时功率值．定时与规定的极限值比较。每达到极限值即输出一个电能脉冲。给出了原理、软 件及一个应用89C51单片机产生标准高低电能脉冲的应用实例。实践证明．利用该方法产 生的电能脉冲准确、可靠，并能节约系统资源。可应用于0．1级和0．05级多功能标准电能表中。 关键词：电能脉冲：校验；交流采样 中图分类号：TN782 文献标识码：A 文章编号：1006—6047f2006)09—0027—03 O引言 标准高低电能脉冲是电子式电能表重要的输出 信号[¨。目前．新型的电子式电能表[2]大都采用交流 采样的方法，对被测的电压、电流信号进行整周期等 间隔均匀同步采样．经模／数转换电路将其转换成 数字量．再将1个或多个周期内Ⅳ个对应的数字电 压信号配i与数字电流信号ii相乘，累加并求平均即 得功率值，其有功和无功功率的基本算法如下[3‘s]： 1 Ⅳ 1 ^， P=吉乏u，iJ，Q2寺乏“Ji(，+_lv／4) 』'』2l 』V』2l 式中i⋯Ⅳ川为滞后Mi900的电流值。 将求得的功率数字量转换成与之成正比的脉冲 信号，即进行有功／频率(或无功／频率)变换就可 得到有功(或无功)电能脉冲。最后再用计度器累 积电能。 电能脉冲产生电路有多种实现方法．如可以使用 电压／频率(或电流／频率)变换电路或硬件分频电 路．也可以使用ADE775X系列单相／多相多功能电 能测量集成电路等方便地产生脉冲[6]．还可以使用 复杂可编程逻辑器件(CPLD)／现场可编程门阵列 器件(FPGA)设计超常字长累加器。利用数字量积分 ／频率变换原理产生脉冲[7]。然而。上述各种方法均 需设计专门的硬件电路或使用专用芯片．使电路的结 构变得复杂并增加了电路成本。 本文提出一种用软件产生电能脉冲的方法。该 方法用极小的程序量产生标准的高低脉冲．硬件上仅 占用CPU的定时器资源。 1 原理 设瞬时功率(有功或无功)的数字量为只，对只 收稿日期：2006—02—13 的不断累加就是电能值．当达到一个电能脉冲所代 表的电能量时。就输出一个脉冲。设要产生的标准 脉冲频率为厂H，存放Pi累加值的单元为∑P，程序每 间隔时间疋(=1／厂H)从测量单元读取一次当前功率 值只，累加入∑P中，并将累加后的值与规定的极限 值Pm比较，若累加值小于Pm，不输出脉冲；反之，则 由CPU的I／0口输出一个正脉冲．同时从累加值单 元∑P中减掉一个Pm，将剩余部分(∑尸一Pm)，即超出 Pm的溢出量作为下一次的累加初值。重复此过程。 如图l所示(设只>0)。显然，瞬时功率只愈大，则 累加值达到Pm所需时间愈短，输出脉冲频率愈高， 即脉冲频率与功率(或电能)成正比。 ∑P Pm 0 脉冲 D 图1软件法产生脉冲的原理 F培．1Genemtionofelectricenerg)rpulse ．． usingsoftwaremethod 例如．要产生10kHz的标准电能脉冲。则每间 隔100¨s读一次功率值只。如果取额定功率值为极 限值P伽，置∑P初值为0，则当电压、电流为额定值 时，每读一个功率值只，因为∑P=Pm(剩余部分∑P．_ R=0)，必然会输出一个脉冲，于是脉冲频率为10kHz (额定值)。同理，若每次读取的砖值为额定值的1／2， 则累计2次(间隔200“s)达到∑P=尸m，输出一个脉 冲，此时的输出脉冲频率为5kHz。当然，若P珈不是 只的整数倍，则剩余部分∑P—Pm≠0，累计到下一次， 此时输出的脉冲间隔不一定均匀．但在一段时间内 (越长越好)产生的脉冲个数是准确的。．由于校验电 表时是累计脉冲个数．各级标准中对电能脉冲的均 匀性均未作要求．所以不失为一种简单实用的方法。 万方数据 由于∑尸单元可作双向累加和双向比较，因而该方 法可产生双向有功或无功电能脉冲。 电压、电流最大取值通常为额定值的120％．所 以推荐极限值Pm取额定功率(数字量)的1．44倍。 2软件设计 标准功率电能表根据校验和被校验的需要．要 求能够输出标准高脉冲，H和标准低脉冲厂。。通常 ^=100kHz或10kHz，^=1Hz。标准高脉冲^采用 上述方法产生，标准低脉冲^则由^分频得到。其 软件流程如图2所示。 参数初始化： 累加和单元∑P清零 设置功率极限值Pm 高低脉冲输出口置初值 P1．O=P1．1=0 山 定时器初始化： 定时器O定时方式 置定时初值 定时器l计数方式 置计数初值 意愿痧 中断服务程序l 、、：!=：!：／ 7 IN ∑P=∑P+只J审 I∑P=∑P—P柚I 士 lPl．O输出一个正脉≯ (b)定时器0中断服务程序 (a)主程序 (c)定时器l中断服务程序 图2产生高低电能脉冲的软件流程 Fig．2nowchanofhigll—andlow-舶qIlency electricenerg)，pulsegene豫tion 3编程举例 采用89C51单片机产生矗=144kHz、石=1甜Hz 的标准高低电能脉冲的汇编语言源程序如下．设晶 振频率为11．0592MHz。 ；T0工作于自动再装入定时方式。定时初值n0如下 ；n0=256—11．0592÷12÷(14．4×lO一3)=192=COH ：T1对TD输出的脉冲计数 ：每计5000个使P1．1状态求反 ；R5R4为极限值Pm数字量(本例取FFFOH) ：R3R2为功率累加和数字量 ；R1R0为每次读取的功率值数字量只 ；P1．0输出厂H，P1．1输出厂． ORG0000H LJMPMAIN ：上电转主程序MAIN ：rm中断人口 ORG000BH LIMP1fD_一INT ：T1中断服务程序 ORG001BH T1jNT：MOVTLl，#78H；重置计数初值 MOVTHl．#0ECH CPLP1．1 RETI ：主程序 0RG0100H MAIN：CLRA MOVR2，A ；累加值单元(∑P)清零 MOVR3．A MOVR5，#OFFH；R5一Pm数字量的高字节 MOVR4，#0FOH；R4一Pm数字量的低字节 CLRP1．0 ：高脉冲输出口初值置低 CLRP1．1 ：低脉冲输出口初值置低 ；T1方式1／计数，哟方式2／定时 MOVTMOD．#52H MOVTLl。#78H；计数初值5000 MOVTHl．撑0ECH MOVTL0．#OCOH：定时常数192 MOVTH0．#0COH SETBTRl ：启动Tl计数 SETBETl SETBTRO ：启动T0定时 SETBE哟 SETBEA WAIT：SJMPWAIT ：朋中断服务程序 ORG0200H T0INT：MOVDIyI'R．#7FFFH MOVXA。@D门R ：读功率值高字节 MOVR1．A MOVDIyrR．#0BFFFH MOVXA，@DPTR；读功率值低字节 MOVR0．A CJNER1，#0FFH，P』DD；与极限值比较 CJNER0，#0FOH，P—CONT SJMPTRPL P—_CONT：JNCTR—PL P—ADD：ADDA，R2 ；小于极限值，累加 MOVR2．A MOVA．R3 ADDCA．Rl MOVR3．A JCP-SUB ；累加后有溢出，转 CJNEA。#0FFH．DONE CJNER2，#OFOH，P--CON2 SJMPPSUB P—CON2：JNCP--SUB SJMPDONE P-SUB：SETBP1．0 ；P1．O输出一个正脉冲 CLRC ：从累加和中减去极限值 MOVA．R2 SUBBA．R4 万方数据 MOVR2．A MOVA．R3 SUBBA．R5 MOVR3．A NOP CLRP1．0 RETI ；大于或等于极限值，P1．0输出一个正脉冲 TR—PL：SETBP1．0 NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP CLRP1．0 DONE：RE，rI END 需要指出，哟、T1中断服务程序必须在定时时 间内(本例为1／14．4ms)完成。当要求产生的标准 高脉冲的频率很高时．应根据此条件选用合适的 MCU及晶振频率[引。 4结语 本文提出的标准电能脉冲的软件产生方法具有 构思巧妙、编程简单、占软硬件资源少等特点，该方 法在0．1级和0．05级多功能标准电能表中得以应 用，产生的标准高低脉冲稳定可靠，获得了良好的效果。 参考文献： [1]马利人．新一代单相多表位交流电度表检定装置的原理和检定 [J]．电测与仪表，2000，37(11)：25·29． MA“-ren．PrincipleandcaIibmtionofnew帅ecaIibmtion equipmentwithmulti·meterp08itionforsingle·ph鹊ewatt—hour meter[J]．ElectricalMe鹪u弛ment＆Instnlmentation。2000，37(11)： 25．29． [2]张有顺，冯进岗．电能计量基础[M]．北京：中国计量出版社， 1996． [3]毛晓波，赵文丽，黄俊杰．交流采样技术及其DSP实现方法[J]． 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catedandexpen8ive．Asoftwaresub8tituteisproposed．InstantaneousporwerValuescalculatedf}om samplesareaccumulatedcontinuouslyandcomparedtimeIywitha giVenlimitValue．Electricenerg)， pulsewiUbe#reneHnedf．orevery1imitvalue．ItsdesignprincipleandsoftwareaswelIasthe programusing89C51 togeneratehigh—andlow—f如quencyelectricenerg)rpulsesareproVided． Practicesprovetllatthen地thodi8 accumte，reliableandeconomical，whichcanbeusedinmulti -functionalstandardenergymete玛of0．1肌d0．05grades． Keywor‘ls：electriceneI苫ypul8e；calib砸on；ACsampling 万方数据 电能脉冲的软件产生方法 作者： 毛晓波， 李志辉， 张震， MAO Xiao-bo， LI Zhi-hui， ZHANG Zhen 作者单位： 郑州大学,电气工程学院,河南,郑州,450002 刊名： 电力自动化设备 英文刊名： ELECTRIC POWER AUTOMATION EQUIPMENT 年，卷(期)： 2006，26(9) 被引用次数： 2次 参考文献(10条) 1.马利人 新一代单相多表位交流电度表检定装置的原理和检定[期刊论文]-电测与仪表 2000(11) 2.张有顺.冯进岗 电能计量基础 1996 3.毛晓波.赵文丽.黄俊杰 交流采样技术及其DSP实现方法[期刊论文]-微计算机信息 2005(02) 4.毛晓波.吕建明 电力参数的交流采样技术及软硬件设计研究[期刊论文]-仪器仪表学报 2001(04) 5.李正军 跟踪锁相技术在电力电量交流采样中的应用 1998(01) 6.齐保良.邹军.张运楚 电度表脉冲产生电路与自适应采集[期刊论文]-电测与仪表 2000(11) 7.江大川.富致超.程俊贤 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出以及与上位机的数据通信.给出了系统总体结构、倍频锁相电路、数据采集电路和各种电参数的测量算法.主要指标的准确度等级优于0.05级. 引证文献(2条) 1.郭琳云.尹项根.严新荣.赵小林 高电压分相计量电能脉冲实现技术[期刊论文]-电力自动化设备 2010(4) 2.毛晓波.黄云峰.黄俊杰 高精度电能表现场校验仪设计[期刊论文]-电力自动化设备 2007(7) 本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_dlzdhsb200609008.aspx 授权使用：郑州大学(zzdx)，授权号：2e2813d1-512c-4ffc-aafb-9ebe0152f810 下载时间：2011年4月7日