(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211250207.5 (22)申请日 2022.10.13 (71)申请人 北京京仪北方仪 器仪表有限公司 地址 102600 北京市大兴区前高米店盛坊 路2号仪器仪表基地 (72)发明人 林新志　李屹　钱海波　豆玉华　 (74)专利代理 机构 北京卫平智业专利代理事务 所(普通合伙) 11392 专利代理师 闫萍 (51)Int.Cl. G01R 21/00(2006.01) G01R 22/06(2006.01) G08C 17/02(2006.01) H02J 13/00(2006.01) H02J 7/00(2006.01)H02J 7/02(2016.01) H02J 50/10(2016.01) (54)发明名称 一种非侵入式功率因数测量装置及分体式 电功率测量系统 (57)摘要 本发明属于电功 率、 功率因数测量装置技术 领域， 具体说是一种非侵入式功率因数测量装置 及分体式电功率测量系统。 本发 明所述的一种非 侵入式功率因数测量装置包括开口式磁环、 微能 量管理转换单元、 电流和功率因数测量单元、 事 件检测单元、 MCU和无线通 讯单元； 本发明所述的 分体式电功率测量系统包括位于关口电能表处 的用于电压测量的关口PMU、 位于各个子设备节 点处的用于电压测量的子PMU、 所述非侵入式功 率因数测量装置和用于对非侵入式功率因数测 量装置和PMU的数据采集、 计算、 上报云平台的 DCU。 本发明所述的非侵入式功率因数测量装置 及分体式电功率测量系统能够不停电、 不破坏绝 缘层安装， 施工方便； 自供电， 无需电池； 能够计 算从入户关口表到子电表的电线上产生的线损； 能够实现功率因数的测量。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115327218 A 2022.11.11 CN 115327218 A 1.一种非侵入式功率因数测量装置， 其特征在于， 包括： 开口式磁环、 微能量管理转换 单元、 电流和功率因数测量单 元、 事件检测单 元、 MCU和无线通讯单 元； 所述开口式磁环用于采集 一次侧电流和输出能源给测量装置； 所述微能量管理转换单元包括CT/PT切换控制电路、 低功耗电压判断切换电路和 DC‑DC 升降压控制模块； 所述微能量管理转换单元用于存储电能提供给后端电路使用， 所述低功 耗电压判断切换电路所使用的开关信号引出到MCU， MCU调整CT/PT切换时间、 电流和电压采 样周期、 无线发送功 率， 保证整个电流范围内系统 能够正常工作； 所述微能量管理转换单元 通过前端的超低静态电流有源同步放大电路把输入电压进行放大， 获得更高的输出电压， 输出电流会小于输入电流， 当CT/PT切换电路切换成PT模式时启动所述超低静态电流有源 同步放大电路， 切换成CT模式时关闭所述超低静态电流有源同步放大电路， 降低装置的静 态功耗； 所述电流和功率因数测量单元包括电流采样ADC、 感应铜箔、 运算放大器和电压采样 ADC,所述感应铜箔紧贴导线外层， 所述电流采样ADC采集采样电阻上的电压信号获得电流 ADC数据， 所述运算放大器对所述感应铜箔与模拟大地之间的电压信号进行差分放大后供 电压采样ADC采样， 获得电压ADC数据， 同步采集到的电流ADC数据和电压ADC数据进行直流 偏置自消除、 高通滤波、 有效值计算、 FFT运算和功 率因数计算， 最后获得电流有效值和功率 因数； 所述事件检测单 元包括非法开盖检测电路和导线温度上报电路； 所述MCU和无线通讯单元使用LoRa或蓝牙BLE来实现采集数据的上报， 对无线发送信道 和时间做分段处理， 在接 收到同步帧时标后， 测量装置由自由监听模式进入同步监听发射 模式。 2.如权利要求1所述的非侵入式功率因数测量装置， 其特 征在于： 所述CT/PT切换控制电路用于切换所述开口式磁环是工作于采集模拟量的CT模式还是 工作于收集能量的PT模式； 连接在所述CT/PT切换控制电路后端的所述低功耗电压判断切换电路通过判断电压是 否达到超级电容充电电压VCAP， 当达到VCAP时， 低功耗电压判断切换电路打开与超级电容 相连的MOS1， 把多余的能量存储在超级电容中， 用于一次侧无电流或低于启动电流时采集 数据上报， 反 之则关闭MOS1， 打开超级电容与DCDC 升降压控制电路 之间的MOS2； 所述DC‑DC升降压控制模块通过判断一次侧电流是否能够满足启动电流条件以及无电 流时的定时唤醒采样发送工作来自动切换升降压模式。 3.如权利要求1所述的非侵入式功率因数测量装置， 其特 征在于： 所述非法开盖检测电路包括开盖检压接柱、 导电橡胶、 弹簧和导电触点， 正常工作状态 盖子盖上， 盖子压下开盖检压接柱进而压住导电橡胶接触导电触点， 电路导通变成低电平， 当盖子被非法打开时， 开盖检压接柱被弹簧顶上去， 与开盖检压接柱连接的导电橡胶上升， 断开与导电触点的连接， 电路开路变成高电平； 所述导线温度上报电路通过紧贴在导线上 的NTC探头测试导线的实时温度。 4.如权利要求1所述的非侵入式功率因数测量装置， 其特 征在于： 所述同步监 听发射模式在无线发送前监 听发射信道数据， 通过防碰撞算法防止发射相 互干扰， 通过接收关口P MU在同步周期的关口电压有效值信标获得关口电压有效值， 测量装权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115327218 A 2置能够自己计算采样周期内的有功电量 值； 所述自由监 听发射模式不计算有功电量值， 并且发送数据长度比同步监 听发射模式要 小， 减少对无线信道的冲突 概率。 5.如权利要求1所述的非侵入式功率因数测量装置， 其特 征在于： 所述开口式磁环采用开口式硅钢互感器。 6.一种分体式电功率测量系统， 其特征在于， 包括： 位于关口电能表 处的用于电压测量 的关口PMU、 位于各个子设备节点处的用于电压测量的子PMU、 每个子设备安装的如权利要 求1‑5任一所述的非侵入式功率因数测量装置和D CU， 其中， 所述DCU用于对非侵入式功 率因 数测量装置和PMU的数据采集、 计算和上报云平台。 7.如权利 要求6所述的分体式电功率测量系统， 其特征在于， 所述关口PMU和子PMU均采 用导轨安装， 且通过级联插针给DCU供电和通讯。 8.如权利要求7所述的分体式电功率测量系统， 其特征在于， 所述关口PMU采集跟关口 电能表一样的电压有效值， 通过LORA或PLC通讯以MESH组网方式告知所有子PMU和DCU关口 电压有效值。 9.如权利要求8所述的分体式电功率测量系统， 其特 征在于： 所述DCU通过LoRa或BLE蓝牙采集每个子设备的非侵入式功率因数测量装置的电流和 功率因数， 通过接收关口PMU的电压有效值， 根据关口电压有效值、 子设备电流有效值和子 设备功率因数的乘积按时间积分计算每 个子设备的有功电量； 所述DCU根据关口PMU电压有效值、 子PMU电压有效值、 子电流有效值、 子设备导线温度 计算线损系 数， 根据计算值与设定值的比较， 决定是否触发线路电压损耗异常报警和导线 过热报警。 10.如权利要求9所述的分体式电功率测量系 统， 其特征在于， 所述DCU  通过上行的4G 或以太网把 参数上报给云平台。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115327218 A 3