一种动态直流高精度电能计量补偿模块、方法及电能表

技术领域

本发明涉及电能计量技术领域，更具体地说，它涉及一种动态直流高精度电能计量补偿模块、方法及电能表。

背景技术

随着直流配用电在电网中的供电在工业与交通领域所占比重越来越大。如：新能源轨道交通、电动汽车、光伏系统，城市轨道交通系统等。目前，交流电能和直流电能计量技术相对成熟，但是在实际直流配用电场景中，直流信号电包含大量的随机纹波交流分量。而这些纹波分量的幅值、频率的强随机性包含大量的高频谐波，对会导致直流电能计量准确性带来挑战误差。

在直流充电、光伏发电、储能上网等典型直流配用电场景工况下的直流负荷具有随机、速变等动态特征，影响直流电能计量准确性。在直流负荷刚接入的充电、光伏逆变、储能上网等直流用电过程中，直流负荷有时变化比较剧烈，直流中的纹波含量较大，直流电压、直流电流波形存在较大畸变，导致波形的峰值和直流值之间差距在几倍以上，同时直流负荷具有随机、速变的特点。

现有的电能计量表计，如电能表由于精度要求较低，不需要进行量程切换，就可以实现宽范围的电能计量，但是对于高精度的标准直流电能表，不进行量程切换难以实现高精度电能计量，而直流测量的量程切换过程一般通过峰值切换，交流的量程切换一般通过有效值切换，但只适合于直流或交流稳态测量，存在量程难以精准选择切换问题。同时，对于动态直流高精度电能计量来说，具有非周期、随机速变的特征，因此在电能测试过程中存在电能丢失问题，导致测量失准。

目前针对高精度的直流电能表的电能计量，存在以下两点问题：一是，动态直流电能计量具有非周期、随机速变的特征，随着信号幅值快速高低起伏变换，导致量程高低来回切换，采样波形连续严重失真，从而导致动态直流电能计量误差大。二是，量程切换过程中导致电能丢失问题，量程切换分为过量程和欠量程切换，过量程切换是从低量程向高量程切换，欠量程切换是从高端向低端切换，对于过量程，量程向上切换，一般需要先判断过量程，然后跳至最高档，再测量输入信号，再跳至适合档位。

针对，过量程切换出现的问题，一是，档位切换过程导致的电能丢失，档位切换一般采用继电器控制，二是，在档位切换之前到量程切换后，由于信号超过了当前测量量程导致采样波形削顶失真丢失的电能。对于欠量程切换出现的问题，量程向下切换，一般可以直接切换到合适的量程，一是，欠量程切换过程丢失的电能，二是在欠量程状态下，由于测量不准导致的电能误差问题；因此，难以实现随机、速变特征的直流负荷的宽范围、高精度电能计量。

如何解决标准直流电能表在直流动态计量过程中，因峰值和有效值差距较大，导致测量量程难以精准选择问题，以及在量程切换过程波形畸变失真、电能丢失是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种动态直流高精度电能计量补偿模块、方法及电能表，可以根据输入的不同直流负荷波形，动态且快速有效地切换测量量程，并对动态量程切换导致的电能误差进行动态补偿，实现对动态直流信号的宽范围、高精度电能计量。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明的第一方面，提供了一种动态直流高精度电能计量补偿模块，模块包括调理电路、量程切换器、自动增益变换器、同步采样ADC模组、数字隔离器和DSP控制器；

所述调理电路，用于将输入的高电压动态直流信号和大电流动态直流信号转换为低电压动态直流信号；

所述量程切换器，用于切换不同量程对调理电路输出的低电压动态直流信号进行倍数放大，以实现对调理电路输出的低电压动态直流信号的宽范围、高精度的测量；

所述自动增益变换器，用于模拟不同增益控制信号对对调理电路输出的低电压动态直流信号进行增益变换，以实现对调理电路输出的低电压动态直流信号在宽范围的变换；

所述同步采样ADC模组，用于采集量程切换器切换后的信号，以及采集自动增益变换器增益变换后的信号；

所述数字隔离器，用于将DSP控制器和同步采样ADC模组隔离，实现电压信号与电流信号采样通道的隔离；

所述DSP控制器，用于读取同步采样ADC模组采样的波形信号，并根据波形信号实现对动态直流信号的重建补偿，其中波形信号包括量程切换器输出信号的采样数据、自动增益变换器输出信号的形状数据，以及自动增益变换器模拟的增益控制信号的幅值数据。

在一种实现方式中，所述调理电路包括电压调理电路和电流调理电路；

所述电压调理电路包括依次连接的电阻分压电路和第一跟随器；

其中，所述电阻分压电路采用的是带补偿元件的分压电路，具体为：增加补偿元件电感以及电容，通过在上桥臂电阻、下桥臂电阻并联电感以及电容元件补偿的方式，对分压电路中由分布参数形成的衰减进行补偿，实现0-2.4KHz的动态直流信号的宽范围测量；

所述电流调理电路包括依次连接的零磁通互感器、精密电阻和第二跟随器。

在一种实现方式中，所述第一跟随器和第二跟随器均是由运算放大器搭建的单位增益放大器。

在一种实现方式中，所述量程切换器包括仪表放大器、多个增益控制电阻以及与每个增益控制电阻相连的切换开关；

其中，所述仪表放大器具有增益控制电阻引脚，通过切换不同的增益控制电阻实现仪表放大器的增益控制，以对低电压动态直流信号的倍数放大，完成对调理电路输出的低电压动态直流信号的宽范围、高精度的测量。

在一种实现方式中，所述自动增益变换器包括模拟可变增益放大器、信号输出和自动增益控制器；

其中，所述调理电路输出的低电压动态直流信号，通过模拟可变增益放大器进行放大，放大倍数由自动增益控制器控制；所述模拟可变增益放大器和信号输出连接，所述模拟可变增益放大器放大输出的信号至同步采样ADC模组进行采样。

在一种实现方式中，所述同步采样ADC模组包括ADC电压同步采样和ADC电流同步采样，通过所述DSP控制器控制ADC电压同步采样和ADC电流同步采样实现外同步采样，获得电压采样信号和电流采样信号。

在一种实现方式中，所述DSP控制器包括量程切换控制逻辑模块和重建补偿模块；

其中，重建补偿模块，用于读取同步采样ADC模组采样的电压波形信号和电流波形信号，分别对电压波形信号和电流波形信号进行重建补偿，获得输入的高电压动态直流信号的电压信号波形，以及大电流动态直流信号的电流信号波形；

所述量程切换控制逻辑模块，用于根据电压信号波形和电流信号波形，控制所述量程切换器的量程切换，以扩展动态直流信号的测试范围。

在一种实现方式中，所述模块还包括电能量计算模块，用于采用点积和算法对重建补偿获得的电压信号波形和电流信号波形进行运算，实现动态直流信号电能量在高精度与宽范围的电能计量。

本发明的第二方面，提供了一种动态直流高精度电能计量补偿方法，包括如本发明的第一方面提供的一种动态直流高精度电能计量补偿模块，模块包括调理电路、量程切换器、自动增益变换器、同步采样ADC模组、数字隔离器和DSP控制器，其特征在于，方法包括：

通过所述调理电路将输入的高电压动态直流信号和大电流动态直流信号转换为低电压动态直流信号；

通过所述量程切换器切换不同量程对调理电路输出的低电压动态直流信号进行倍数放大，以实现对调理电路输出的低电压动态直流信号的宽范围、高精度的测量；

通过所述自动增益变换器模拟不同增益控制信号对对调理电路输出的低电压动态直流信号进行增益变换，以实现对调理电路输出的低电压动态直流信号在宽范围的变换；

通过所述同步采样ADC模组采集量程切换器切换后的信号，以及采集自动增益变换器增益变换后的信号；

通过所述数字隔离器将DSP控制器和同步采样ADC模组隔离，实现电压信号与电流信号采样通道的隔离；

通过所述DSP控制器读取同步采样ADC模组采样的波形信号，并根据波形信号实现对动态直流信号的重建补偿，其中波形信号包括量程切换器输出信号的采样数据、自动增益变换器输出信号的形状数据，以及自动增益变换器模拟的增益控制信号的幅值数据。

本发明的第三方面，提供了一种动态直流高精度电能计量电能表，其特征在于，包括本发明的第一方面提供的一种动态直流高精度电能计量补偿模块。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明基于同步采样的宽量程、高精度动态波形补偿重建，通过量测切换器实现高精度采样测量，通过自动增益变换器实现波形形状的采样测量，通过自动增益变换器的增益控制信号的波形测量实现自动增益变换器波形幅值的精确采样测量，通过以上三个信号的采样波形，实现动态直流信号的准确重建，解决量程切换导致的超量程波形削顶畸变或者欠量程失准及切换过程波形丢失问题，实现宽范围、高精度的快速动态直流信号测量。

2、本发明采用增益可设置的高精度仪表放大器，通过控制增益电阻的方式将输入信号进行高精度放大，提升后级同步采样ADC模组的采样精度，实现宽范围、高精度的动态直流信号电能计量。

3、本发明通过自动增益控制器控制模拟可变增益放大器的放大倍数的方式，实现输入信号波形的无失真跟踪放大，可对量程切换带来的波形畸变、丢失、测量不准进行精准补偿，提升动态直流电能的测量精度。

4、本发明弥补了现有技术中稳态直流电能计量模块对动态直流信号测量失准的缺陷，通过量测切换器实现宽范围高精度计量，通过自动增益变换器补偿精准补偿量程切换带来的测量误差，可实现0-2.4KHz范围的动态直流信号的高精度电能计量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1示出了本发明实施例提供的一种动态直流高精度电能计量补偿模块的原理框图；

图2示出了本发明实施例提供的电压调理电路的原理框图；

图3示出了本发明实施例提供的带补偿的分压电路的原理框图

图4示出了本发明实施例提供的电流调理电路的原理框图；

图5示出了本发明实施例提供的跟随器的原理框图；

图6示出了本发明实施例提供的量程切换器的原理框图；

图7示出了本发明实施例提供的自动增益变换器的原理框图；

图8示出了本发明实施例提供的动态波形重建实现的原理框图；

图9示出了本发明实施例提供的波形重建实现的原理框图；

图10示出了本发明实施例提供的电能量计算的原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

需说明的是，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所申请的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本申请的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本申请的各种实施例中，表述“或”或“B或/和C中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“B或C”或“B或/和C中的至少一个”可包括B、可包括C或可包括B和C二者。

需要理解的是，诸如术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参考图1，图1示出了本发明实施例提供的一种动态直流高精度电能计量补偿模块的原理框图，提供了一种动态直流高精度电能计量补偿模块，模块包括调理电路、量程切换器、自动增益变换器、同步采样ADC模组、数字隔离器和DSP控制器；

所述调理电路，用于将输入的高电压动态直流信号和大电流动态直流信号转换为低电压动态直流信号；所述量程切换器，用于切换不同量程对调理电路输出的低电压动态直流信号进行倍数放大，以实现对调理电路输出的低电压动态直流信号的宽范围、高精度的测量；所述自动增益变换器，用于模拟不同增益控制信号对对调理电路输出的低电压动态直流信号进行增益变换，以实现对调理电路输出的低电压动态直流信号在宽范围的变换；所述同步采样ADC模组，用于采集量程切换器切换后的信号，以及采集自动增益变换器增益变换后的信号；所述数字隔离器，用于将DSP控制器和同步采样ADC模组隔离，实现电压信号与电流信号采样通道的隔离；所述DSP控制器，用于读取同步采样ADC模组采样的波形信号，并根据波形信号实现对动态直流信号的重建补偿，其中波形信号包括量程切换器输出信号的采样数据、自动增益变换器输出信号的形状数据，以及自动增益变换器模拟的增益控制信号的幅值数据。

具体而言，对于数字隔离器，主要用于同步采样ADC模组所采样的ADC数据的读取及同步、量程切换器的控制信号和DSP控制器之间的隔离。数字隔离器选用ADI的ADUM210N，可承受5KV的隔离耐压，数据通讯速率最低150MHz，通常通讯速率越快，数字隔离器的传输时间越短，频率抖动越小，因此基于积分器的闭环调制电路输出动态脉宽时间越准确，ADUM210N的最小脉宽为6.6ns，传输延时典型值为8.7ns，脉宽失真时间最大为3ns，脉宽抖动时间小于630ps，其周期为200us，远大于数字隔离器的要求，ADUM210N可满足本发明实施例的要求。

针对DSP控制器的基于同步采样的宽量程、高精度动态波形重建技术，在一些实施例中，如图8所示，所述DSP控制器包括量程切换控制逻辑模块和重建补偿模块；其中，重建补偿模块，用于读取同步采样ADC模组采样的电压波形信号和电流波形信号，分别对电压波形信号和电流波形信号进行重建补偿，获得输入的高电压动态直流信号的电压信号波形，以及大电流动态直流信号的电流信号波形；所述量程切换控制逻辑模块，用于根据电压信号波形和电流信号波形，控制所述量程切换器的量程切换，以扩展动态直流信号的测试范围。

请参考图9，动态直流信号具有随机、速变的特征，导致波形的峰值和直流值之间差距在几倍以上，因此会导致量程来回切换，测量出现较大误差，本实施例基于同步采样的宽量程、高精度动态波形重建技术方案：首先，通过量测切换器实现高精度采样测量，其次，通过自动增益变换器实现波形形状的采样测量，然后，通过实现自动增益变换器波形幅值的精确采样测量，通过以上三个信号的采样波形，实现动态直流信号的准确重建，解决量程切换导致的超量程波形削顶畸变或者欠量程失准及切换过程波形丢失问题，实现宽范围、高精度的快速动态直流信号测量。

综上模块的组成部分，本申请实施例提供的一种动态直流高精度电能计量补偿模块的连接原理及工作原理具体如下：如上图1所示，模块主要包括测量输入、调理电路、自动增益变换器、量程切换器、同步采样ADC模组、数字隔离器、DSP控制器和电能计算，测量输入和调理电路连接，将输入的大电压、电流信号转换为可ADC采集的电压信号；调理电路和自动增益变换器连接，调理电路输出的信号经过自动增益变换器完成宽范围的信号变换；量程切换器和调理电路连接，通过量程切换器切换不同的放大倍数切换不同量程，实现宽范围、高精度的测量；量程切换器和同步采样ADC模组连接，通过量程切换器后的信号通过ADC实现高精度采样；自动增益变换器和同步采样ADC模组连接，通过自动增益变换器后的信号通过ADC实现高精度采样；同步采样ADC模组和数字隔离器模组连接，DSP控制器通过数字隔离器模组隔离并读取同步采样ADC模组的采样数据；量程切换器和数字隔离器模组连接，DSP控制器通过数字隔离器模组控制量程切换器；数字隔离器模组和DSP控制器的波形重建模块连接，通过读取同步采样ADC模组的数据，实现输入波形的采样信号的高精度重建；数字隔离器模组和DSP控制器的量程控制逻辑连接，通过量程控制逻辑实现对量程切换器的控制；DSP控制器包括波形重建模块和量程控制逻辑模块，波形重建模块通过对同步采样ADC模组的采样数据进行分析，构建高精度的输入电压、电流采样数据波形，实现宽范围、高精度的动态直流信号的电能计量，量程控制逻辑模块，通过对ADC采样数据的分析计算，控制量程切换器，实现量程切换，最终实现宽范围、高精度的动态直流信号的电能计量；DSP控制器和电能计算模块连接，DSP控制器计算动态直流信号的电能，并输出显示。

在一些实施例中，所述调理电路包括电压调理电路和电流调理电路；所述电压调理电路包括依次连接的电阻分压电路和第一跟随器；其中，所述电阻分压电路采用的是带补偿元件的分压电路，具体为：增加补偿元件电感以及电容，通过在上桥臂电阻、下桥臂电阻并联电感以及电容元件补偿的方式，对分压电路中由分布参数形成的衰减进行补偿，实现0-2.4KHz的动态直流信号的宽范围测量；所述电流调理电路包括依次连接的零磁通互感器、精密电阻和第二跟随器。

具体而言，如图2所示，电压调理电路的电阻分压电路与外部的电压输入连接，输入的高电压动态直流信号经过电阻分压电路分压为ADC可采集的小电压；电阻分压电路和跟随器连接，电阻分压电路分压的小电压，经跟随器缓冲输出；跟随器和调理电路输出连接，跟随器输出的信号作为调理电路的输出信号，供ADC采集。

目前，电压调理电路包括常用电阻分压电路和带补偿的电阻分压电路，电阻分压是通过高端桥臂电阻和低端桥臂电阻串联分压的方式，将输入的高电压转为需要采样的低电压，例如Vout＝Vin*R2/(R1+R2),由于本实施例提供的模块需要测量最高的电压为0-1000V，一般AD的采样电压为0-5V，一般运放的电源工作范围为±15V，因此需要对大输入电压进行分压，小输入电压进行放大，方便后级AD测量，由于需要实现0-2.4KHz的动态直流信号，为了解决对于1000V的高压测量，其分压电阻上桥臂电阻一般为M欧姆级别，下桥臂电阻R2为百K欧姆级别，和电路中分布参数形成滤波效果，对动态直流信号产生滤波衰减效果，影响动态直流信号测量；因此本发明采用电压调理电路-带补偿的电阻分压电路，如图3所示，增加补偿元件电感L1、L2以及电容C1、C2，通过在上、下桥臂电阻R1、R2并联LC元件补偿的方式，对电路中分布参数形成的衰减进行补偿，实现0-2.4KHz的动态直流信号的宽范围测量。

需要说明的是，本实施例提供的分压电阻R1、R2采用威世的高精密电阻，采用无感设计方案，对动态直流信号影响可忽略，具有1ppm的温漂，年老化漂移小于20ppm，长期稳定性好，适合高精度、宽范围的实现动态直流信号的测量。

如图4所示，电流调理电路的零磁通互感器与外部的电流输入连接，零磁通互感器将输入的大电流信号转换为小电流信号；零磁通互感器和精密电阻连接，零磁通互感器输出的小电流信号通过精密电阻转换为ADC可采集的电压信号；精密电阻和第二跟随器连接，对ADC可采集的电压信号做跟随缓冲；第二跟随器和调理电路输出连接，ADC可采集的电压信号经跟随器缓冲后输出。

本实施例提供的零磁通互感器选用LEM的高精度零磁通互感器，其具有PPM级的温漂及线性度，1dB带宽为100kHz，可以高精度、宽范围的实现动态直流大电流信号到小电流信号的变换，满足动态直流信号的测试要求。

本实施例提供的精密电阻采用威世的高精密电阻，采用无感设计方案，对动态直流信号影响可忽略，具有1ppm的温漂，年老化漂移小于20ppm，长期稳定性好，适合高精度、宽范围的实现动态直流信号的测量。

在一些实施例中，如图5所示，所述第一跟随器和第二跟随器均是由运算放大器搭建的单位增益放大器。

具体而言，第一跟随器和第二跟随器的实质均为LT1028运算放大器搭建的单位增益放大器，具有噪声低、压摆率高、带宽高的特点，满足2.4KHz内宽频高精度信号跟随缓冲要求，方便后级连接量测切换器和自动增益变换器。

在一些实施例中，如图6所示，所述量程切换器包括仪表放大器、多个增益控制电阻以及与每个增益控制电阻相连的切换开关；其中，所述仪表放大器具有增益控制电阻引脚，通过切换不同的增益控制电阻实现仪表放大器的增益控制，以对低电压动态直流信号的倍数放大，完成对调理电路输出的低电压动态直流信号的宽范围、高精度的测量。

具体而言，请参考图6，量程切换器包括仪表放大器、增益控制电阻R1…Rn、与增益控制电阻相连的切换开关，仪表放大器具有增益控制电阻引脚RG，通过切换不同的增益电阻可以实现仪表放大器的增益控制，本实施例通过增益控制电阻R1…Rn，实现对仪表放大器的增益控制，实现对调理电路输出的电压输入Uin的不同倍数放大，从而扩展动态直流信号的测试范围，实现n档量程控制切换，量程控制开关由DSP控制器控制。

本实施例采用ADI的精密仪表放大器AD620作为本方案的仪表放大器，增益范围为1至10000倍，在增益为100时带宽为120kHz，0.1Hz至10Hz峰峰值噪声为0.28uV，可以满足宽范围、高精度动态直流信号测量的要求。

本实施例提供的增益控制电阻采用威世的高精密电阻，采用无感设计方案，对动态直流信号影响可忽略，具有1ppm的温漂，年老化漂移小于20ppm，长期稳定性好，适合高精度、宽范围的实现动态直流信号的测量。

在一些实施例中，如图7所示，所述自动增益变换器包括模拟可变增益放大器、信号输出和自动增益控制器；其中，所述调理电路输出的低电压动态直流信号，通过模拟可变增益放大器进行放大，放大倍数由自动增益控制器控制；所述模拟可变增益放大器和信号输出连接，所述模拟可变增益放大器放大输出的信号至同步采样ADC模组进行采样。

具体而言，请参考图7所示，调理电路的输入信号和模拟可变增益放大器连接，调理电路输出信号通过模拟可变增益放大器进行放大，放大倍数由自动增益控制器控制；模拟可变增益放大器和信号输出连接，模拟可变增益放大器放大输出的信号至同步ADC进行采集；模拟可变增益放大器和自动增益控制器连接，模拟可变增益放大器的放大倍数由增自动增益控制器控制；信号输出和自动增益控制器连接，通过自动增益控制器根据输出信号输出相应的控制信号，控制模拟可变增益放大器的放大倍数。

模拟可变增益放大器采用ADI的AD8338具有1至10000倍的可调放大倍数，具有极低的噪声4.5nV/√Hz，内置失调校正功能，适合高精度放大应用；同时内置自动增益控制器，只需简单的外围器件，可通过一个电容即可调节自动增益控制速度，通过调节合适的自动增益控制，满足0-2.4KHz动态直流信号的快速自动放大要求。

在一些实施例中，所述同步采样ADC模组包括ADC电压同步采样和ADC电流同步采样，通过所述DSP控制器控制ADC电压同步采样和ADC电流同步采样实现外同步采样，获得电压采样信号和电流采样信号。

本实施例中，同步采样ADC模组包含同步采样ADC-电压、同步采样ADC-电流两个ADC，可通过DSP控制器控制实现外同步，分别对电压、电流进行采样。

ADC采用TI的24bit的sigma-delta 24Bit ADS1278，ADS1278是德州仪器(TI)推出的多通道24位工业模数转换器(ADC)，内部集成有多个独立的高阶斩波稳定调制器和FIR数字滤波器，可实现8通道同步采样，具备单独同步采样接口，可实现多片ADC之间同步采样，支持高速、高精度、低功耗、低速4种工作模式；ADS1278具有优良的AC和DC特性，采样率最高可以达128Ks/s，62kHz带宽时信噪比(SNR)可达111dB，失调漂移为0.8μV/℃。本系统ADS1278工作在高精度模式，过采样率为512*fdata，采样率fdata可设，且Sigma-delta的AD类似于V-F变换器，抗干扰能力强，更加真实还原输入信号的能量。另外，ADS1278内部带FIR滤波器，截至频率为0.547fData，在0.58fdata有接近100DB的衰减。具有非常好的噪音抑制能力。

在一些实施例中，如图10所示，所述模块还包括电能量计算模块，用于采用点积和算法对重建补偿获得的电压信号波形和电流信号波形进行运算，实现动态直流信号电能量在高精度与宽范围的电能计量。

在本实施例中，请参考图10，电压信号和电流信号分别通过两块经过外部同步的同步ADC采样，每路同步ADC采样包括高精度采样波形数据、自动增益变换器输出的波形数据、自动增益器模拟增益控制端的波形数据的3路信号，DSP控制器对3路采样信号进行分析还原，通过基于同步采样的宽量程、高精度动态波形重建技术重建还原电压、电流动态直流信号波形，通过点积和算法计算重建后的电压、电流动态直流信号波形的幅值、功率，最终实现动态直流信号电能的高精度、宽范围计量。

基于同一发明构思，本实施例还提供了一种动态直流高精度电能计量补偿方法，包括如上文实施例叙述的一种动态直流高精度电能计量补偿模块，模块包括调理电路、量程切换器、自动增益变换器、同步采样ADC模组、数字隔离器和DSP控制器，其特征在于，方法包括：

通过所述调理电路将输入的高电压动态直流信号和大电流动态直流信号转换为低电压动态直流信号；通过所述量程切换器切换不同量程对调理电路输出的低电压动态直流信号进行倍数放大，以实现对调理电路输出的低电压动态直流信号的宽范围、高精度的测量；通过所述自动增益变换器模拟不同增益控制信号对对调理电路输出的低电压动态直流信号进行增益变换，以实现对调理电路输出的低电压动态直流信号在宽范围的变换；通过所述同步采样ADC模组采集量程切换器切换后的信号，以及采集自动增益变换器增益变换后的信号；通过所述数字隔离器将DSP控制器和同步采样ADC模组隔离，实现电压信号与电流信号采样通道的隔离；通过所述DSP控制器读取同步采样ADC模组采样的波形信号，并根据波形信号实现对动态直流信号的重建补偿，其中波形信号包括量程切换器输出信号的采样数据、自动增益变换器输出信号的形状数据，以及自动增益变换器模拟的增益控制信号的幅值数据。

本申请实施例中的一种动态直流高精度电能计量补偿方法，与上述图1所示的一种动态直流高精度电能计量补偿模块是基于同一构思下的发明，通过上述对输电网线路事故限电序位表编制方法的详细描述，本领域技术人员可以清楚的了解本实施例中的配电网线路事故限电序位表编制装置的实施过程，所以为了说明书的简洁，在此不再赘述。

相应地，本申请实施例提供的一种动态直流高精度电能计量补偿方法，可以根据输入的不同直流负荷波形，动态且快速有效地切换测量量程，并对动态量程切换导致的电能误差进行动态补偿，实现对动态直流信号的宽范围、高精度电能计量。

基于同一发明构思，本实施例还提供了一种动态直流高精度电能计量电能表，包括如上文实施例叙述的的一种动态直流高精度电能计量补偿模块。

在针对标准直流电能表在直流动态计量过程中，峰值和有效值差距较大，测量量程难以精准选择问题，量测切换过程导致测量波形畸变失真、电能丢失问题，在电能表中搭载上文叙述的一种动态直流高精度电能计量补偿模块，即可可根据输入的不同直流负荷波形，动态且快速有效地切换测量量程，并对动态量程切换导致的电能误差进行动态补偿，实现对动态直流信号的宽范围、高精度电能计量。

以上具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。