多功能电表的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明专利——多功能电表。该专利由中国石油天然气股份有限公司申请，并于2019年1月8日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及工业物联网技术领域，尤其涉及一种在三相电机监测系统中采用的多功能电表。

发明背景

在大功率三相电机的运行环境中，普遍需要架设监测系统，用来监测和控制生产设备的运行，以提高设备稳定性、降低运营成本、提高人身安全等。在三相电机监测系统中，很多场合都存在成本敏感、架设有线网络困难、架设高频宽带无线网络穿透性不够或覆盖范围不够等问题，所以，很多系统采用低成本的中低频窄带无线网络。

很多三相电机监测系统需要采集电功图（三相电流和功率+位移或时间），来分析电机的运行状况。而采集电功图有着较大的突发数据量（4KByte以上，根据采集频率有所不同），这对通信网络带宽有着较高的要求，因此，通信网络带宽的高要求与通信网络的架设成本形成了矛盾。

发明内容

本发明提供了一种多功能电表，以解决通信网络带宽的高要求与通信网络的架设成本之间的矛盾。

本发明实施例提供了一种多功能电表，包括：电源模块，用于将三相电压转换为所述多功能电表的工作电压；电压互感器，用于将所述三相电压的信号转换为弱电压信号；电流互感器，用于将一次电流信号转换为弱电流信号；计量芯片，用于实时采样所述弱电压信号和所述弱电流信号，并输出计量参数，所述计量参数包括电流有效值和有功功率；微控制单元，与所述计量芯片连接，包括：电功图生成模块，用于根据所述电流有效值及所述有功功率生成初始电功图数据；电功图压缩模块，用于利用电功图压缩方法对所述初始电功图数据进行压缩，生成压缩后的电功图数据；通信模块，与所述微控制单元连接，用于发送压缩后的电功图数据。

其中，所述电功图压缩方法包括：计算所述初始电功图数据的序列中相距设定位置距离的各两个数据的差值，得到差值序列和基准值；从所述差值序列中提取大于第一正常差值最大值的差值数据，得到第一特殊差值序列；所述第一正常差值最大值是根据第一正常差值宽度确定；所述第一特殊差值序列的每个数据点包括数据位置和二进制表示的数据值；根据所述第一特殊差值序列的长度和第一正常差值序列的长度计算得到第一压缩率；所述第一正常差值序列为所述差值序列与所述第一特殊差值序列的差集，包含二进制表示的数据值；将所述第一压缩率与设定压缩率阈值进行比较，在所述第一压缩率大于所述设定压缩率阈值的情况下，根据所述基准值、所述第一正常差值宽度、所述第一特殊差值序列及所述第一正常差值序列，得到压缩后的电功图数据。

本发明的多功能电表，通过微控制单元中的电功图生成模块可以实现生成电功图的功能，通过微控制单元中的电功图压缩模块可以减少传输电功图的数据量，适应中低频窄带无线网络，兼顾低成本和传输速度的要求。