一种电能计量系统

技术领域

本公开涉及能耗计量技术领域，具体而言，涉及一种电能计量系统。

背景技术

通信机房通信设备与数据中心IT设备消耗大量电能，产生大量热量，热量需要通过机房空调带走，在通信机房与数据中心也配置了大量机房空调，目前机房空调的能耗占比接近总用电的一半，所以空调的节能对绿色机房的建设非常重要。

国家对通信机房与数据中心绿色节能提出了高要求，但目前无法有效采集空调设备的能耗，不能有效测算机房的PUE(Power Usage Effectiveness，能源利用效率)。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于克服上述现有技术的不足，提供，。

根据本公开的一个方面，提供一种电能计量系统，应用于通信机房的空调设备，包括：

电压采集设备，输入端连接所述空调设备的供电线路，用于采集所述空调设备的输入电压；

电流采集设备，输入端连接所述空调设备的供电线路，用于采集所述空调设备的输入电流；

计量设备，与所述电压采集设备的输出端、所述电流采集设备的输出端分别连接，用于根据所述输入电压和所述输入电流确定所述空调设备的损耗电能。

在本公开的一种示例性实施例中，所述计量设备包括数据采集模块和数据处理模块；

所述数据采集模块包括信号输入端和信号输出端，所述信号输入端与所述电压采集设备的输出端和所述电流采集设备的输出端分别连接，用于获取所述输入电压和所述输入电流；

所述数据处理模块与所述数据采集模块的信号输出端连接，用于根据所述输入电压和所述输入电流计算所述损耗电能。

在本公开的一种示例性实施例中，所述计量设备还包括电压匹配电路和电流匹配电路；

所述电压匹配电路的输入端连接所述电压采集设备的输出端，所述电压匹配电路的输出端连接所述数据采集模块的信号输入端，所述电压匹配电路用于对所述电压采集设备输出的所述输入电压进行幅值调整，以使得所述输入电压匹配于所述数据采集模块；

所述电流匹配电路的输入端连接所述电流采集设备的输出端，所述电流匹配电路的输出端连接所述数据采集模块的电流输入端，所述电流匹配电路用于对所述输入电流进行幅值调整，以使得所述输入电流匹配于所述数据采集模块。

在本公开的一种示例性实施例中，所述电流匹配电路包括采样电阻、第一滤波单元和第二滤波单元；

所述采样电路并联于所述电流匹配电路的输入端，所述第一滤波单元串接于所述采样电路的第一端与所述电流匹配电路的第一输出端之间，所述第二滤波单元串接于所述采样电路的第二端与所述电流匹配电路的第二输出端之间。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一滤波单元、所述第二率单元均为阻容滤波电路。

在本公开的一种示例性实施例中，所述采样电路包括采样电阻，所述第一滤波单元包括第一滤波电阻、第一滤波电容，所述第二滤波单元包括第二滤波电阻、第二滤波电容；

所述采样电阻的第一端作为所述采样电路的第一端，所述采样电阻的第二端作为所述采样电路的第二端；

所述第一滤波电阻的第一端连接所述采样电阻的第一端，所述第一滤波电阻的第二端与所述第一滤波电容的第一端连接后连接所述电流匹配电路的第一输出端，所述第一滤波电容的第二端接地；

所述第二滤波电阻的第一端连接所述采样电阻的第二端，所述第二滤波电阻的第二端与所述第二滤波电容的第一端连接后连接所述电流匹配电路的第二输出端，所述第二滤波电容的第二端接地。

在本公开的一种示例性实施例中，所述电压匹配电路包括第三滤波单元和第四滤波单元；

所述第三滤波单元串接于所述电压匹配电路的第一输入端、第一输出端之间；

所述第四滤波单元串接于所述电压匹配电路的第二输入端、第二输出端之间。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第三滤波单元、所述第四滤波单元均为阻容滤波电路。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第三滤波单元包括第三滤波电阻、第三滤波电容，所述第四滤波单元包括第四滤波电阻、第四滤波电容；

所述第三滤波电阻的第一端连接所述电压匹配电路的第一输出端，所述第三滤波电阻的第二端与所述第三滤波电容的第一端连接后连接所述电压匹配电路的第一输出端，所述第三滤波电容的第二端接地；

所述第四滤波电阻的第一端连接所述电压匹配电路的第二输出端，所述第四滤波电阻的第二端与所述第四滤波电容的第一端连接后连接所述电压匹配电路的第二输出端，所述第四滤波电容的第二端接地。

在本公开的一种示例性实施例中，还包括分别与所述数据处理模块连接的通信模块和存储模块；

所述通信模块用于与目标设备通信，以获取所述目标设备输出的对于所述计量系统的配置参数；

所述存储模块用于存储所述数据采集模块和/或所述数据处理模块确定的预设类别的工作参数；

所述数据处理模块还与空调设备的显示屏连接，用于通过所述显示屏显示至少所述损耗电能。

本公开通过设置电压采集设备和电流采集设备分别采集机房空调设备的输入电压和输入电流，并分别输出至计量设备，由计量设备根据输入电压和输入电流自动计算出机房空调设备的损耗电能，由此解决了现有技术中通信机房能耗采集难的问题，实现在不需要额外安装电表的情况下，即可准确地得到机房电能损耗，具有维护方便、统计准确的优点。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开电能计量系统的结构框图；

图2为本公开电能计量系统的另一结构框图；

图3为本公开计量设备的又一结构框图；

图4为本公开电压匹配电路和电流匹配电路的电路结构示意图；

图5为本公开计量设备的又一结构框图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

通信机房通信设备与数据中心IT设备消耗大量电能，产生大量热量，热量需要通过机房空调带走，在通信机房与数据中心也配置了大量机房空调，目前机房空调的能耗占比接近总用电的一半，所以空调的节能对绿色机房的建设非常重要。

国家对通信机房与数据中心绿色节能提出了高要求，但目前在通信机房能耗采集是个大麻烦。传统的能耗采集方式就是总路及分路监测点安装电表，但各种用电设备安装分散，需要安装大量的电表，电表安装困难，体积小、大量且分散的电表以及通信行业维护界面的不清晰，会导致电表的维护不及时，一旦损坏就会导致通信机楼的用电采集不了；并且，分路监测点并未对机房空调和IT设备的耗电情况进行区分，因而无法对通信机房进行PUE测算。

针对上述问题，本公开提出一种电能计量系统，以通过空调设备自带的显示屏对空调设备的电能损耗等用电情况进行直观显示。如图1所示为本公开电能计量系统的结构框图，该电能计量系统包括：电压采集设备10、电流采集设备20、计量设备30；电压采集设备10的输入端连接空调设备的供电线路，用于采集空调设备的输入电压；电流采集设备20的输入端连接空调设备的供电线路，用于采集空调设备的输入电流；计量设备30与电压采集设备10的输出端、电流采集设备20的输出端分别连接，用于根据输入电压和输入电流确定空调设备的损耗电能。

本示例性实施例通过设置电压采集设备和电流采集设备分别采集机房空调设备的输入电压和输入电流，并分别输出至计量设备，由计量设备根据输入电压和输入电流自动计算出机房空调设备的损耗电能，由此解决了现有技术中通信机房能耗采集难的问题，实现在不需要额外安装电表的情况下，即可准确地得到机房电能损耗，具有维护方便、统计准确的优点。

本示例性实施例中，电压采集设备10可以为电压互感器，电流采集设备20可以为电流互感器。电压互感器的初级电路接入空调设备输入侧的供电线路，以采集空调设备的供电电压，次级电路与计量设备30连接，显然，次级电路输出的是转换后的电压值，计量设备30根据电压互感器的电压比计算得到空调设备的输入电压。电流互感器的初级电路串接入空调设备的供电线路，以采集空调设备的供电电流，次级电路连接计量设备30，显然，次级电路输出的是转换后的电流值，计量设备30再根据电流互感器的电流比计算得到空调设备的输入电流。计量设备30在获取到输入电压和输入电流后，可基于预先存储的能耗模型计算出空调设备的损耗电能。

应当理解的是，空调设备通常采用三相电供电，因而本示例性实施例中的电压采集设备10和电流采集设备20需要分别采集Ua、Ub和Uc的相电压值，以及Ia、Ib和Ic的相电流值，从而计量设备30根据各相的电压值和电流值计算出损耗电能。

本示例性实施例中，计量设备30可根据获取的各相的输入电压和各相的输入电流计算出空调的有功功率，再根据有功功率计算出空调的损耗电能。

举例而言，各相的有功功率可基于如下公式计算得到：

再根据如下公式计算合相的有功能量，即损耗电能：

在计算出空调的损耗电能后，加上IT设备用电就可以计算得出通信机房的全局用电，从而根据PUE＝全局用电/IT设备用电可测算出通信机房的PUE。

下面结合附图，对本公开计量设备30的具体结构作进一步介绍。

图2所示为本公开电能计量系统的另一结构框图，本示例性实施例中，计量设备30可以包括数据采集模块31和数据处理模块32；数据采集模块31包括信号输入端和信号输出端，信号输入端与电压采集设备10的输出端和电流采集设备20的输出端分别连接，用于获取输入电压和输入电流；数据处理模块32与数据采集模块31的信号输出端连接，用于根据输入电压和输入电流计算损耗电能。其中，数据采集模块31用于采集空调设备的输入电压和输入电流，再通过数据处理模块32进行计算得到空调设备的损耗电能。本示例性实施例中，数据采集模块31可采用三相电能计量芯片，数据处理模块32可采用单片机。在此基础上，电压采集设备10输出的输入电压信号、电流采集设备20输出的输入电流信号通过ADC后接入三相电能计量芯片，三相电能计量芯片进一步将采集的输入电压和输入电流输出至单片机，由单片机计算出空调设备的损耗电能。

如图2所示，本示例性实施例中，数据采集模块31采用三相电电能计量芯片，电压采集设备10采用电压互感器，电流采集设备20采用电流互感器，市电输入侧连接三个电压互感器和三个电流互感器。在本公开的一具体实施方式中，电压互感器将AC 0～500V的交流电压信号转换为0～5V的直流电压信号，电流互感器将市电输入的电流信号转换成4～20mA的电流信号。三相电能计量芯片中电流信道和电压信道正负模拟输入引脚为完全差动输入方式，正常工作最大输入电压可以为1.5V，两个引脚内部设有ESD保护电路，最大承受电压可设置为6V。三相电能计量芯片正常工作时的电源电压保持在5V±5％。可将三相电能计量芯片电压通道对应到ADC的输入选在0.5V左右，电流通道对应的ADC输入选在5mA左右，参考电压典型值是2.4V。

本示例性实施例中，空调设备由220V市电供电，电压互感器的电压比为220V/0.5V，次级电路不可开路使用。采用电压互感器作为电压采集设备10、电流互感器作为电流采集设备20，可以将数据采集模块31(三相电能计量芯片)与电网进行有效隔离，使得计量设备30具备良好的抗干扰性。

如图3所示，为本公开计量设备的又一结构框图，本示例性实施例中，计量设备30还包括电压匹配电路33和电流匹配电路34；电压匹配电路33的输入端连接电压采集设备10的输出端，电压匹配电路33的输出端连接数据采集模块31的信号输入端，电压匹配电路33用于对电压采集设备10输出的输入电压进行幅值调整，以使得输入电压匹配于数据采集模块31；电流匹配电路34的输入端连接电流采集设备20的输出端，电流匹配电路34的输出端连接数据采集模块31的电流输入端，电流匹配电路34用于对输入电流进行幅值调整，以使得输入电流匹配于数据采集模块31。

其中，设置电压匹配电路33是要对电压采集设备10输出的电压信号进行稳压、滤波等处理，使得输出的电压信号符合数据采集模块31的电压要求，以降低干扰信号对数据采集模块31的影响，避免干扰信号损坏数据采集模块31。电流匹配电路34一方面是要将采集的电流信号转换为电压信号进行输出，另一方面还要使得转换得到的电压信号符合数据采集模块31的电压要求。通过设置电压匹配电路33和电流匹配电路34可以避免出现因为输入电压和/或输入电流过大而损坏数据采集模块31的情况，且经过电压匹配电路33和电流匹配电路34转换后，可以避免输入电压和输入电流失真。

下面结合附图，对本公开电压匹配电路33和电流匹配电路34作进一步介绍。

如图4所示，为本公开电压匹配电路和电流匹配电路的电路结构示意图，其中，电流匹配电路34可以包括采样电路340、第一滤波单元341和第二滤波单元；采样电路340并联于电流匹配电路34的输入端，第一滤波单元341串接于采样电路340的第一端与电流匹配电路34的第一输出端之间，第二滤波单元342串接于采样电路340的第二端与电流匹配电路34的第二输出端之间。电压匹配电路33可以包括第三滤波单元331和第四滤波单元332；第三滤波单元331串接于电压匹配电路33的第一输入端、第一输出端之间；第四滤波单元332串接于电压匹配电路33的第二输入端、第二输出端之间。

其中，电流匹配电路34的输入端与电流采集设备20的输出端连接，即与电流互感器的次级电路连接。采样电路340并联在电流匹配电路34的输入端，可以将前端采集的空调设备的输入电流信号转换为电压信号进行输出。所设置的第一滤波单元341和第二滤波单元342对称设置在采样电路340的两端，构成抗混叠滤波器，使得电流匹配电路34具有较好的滤波效果，抗干扰强。

本示例性实施例中，第一滤波单元341、第二滤波单元342、第三滤波单元331、第四滤波单元332可均为阻容滤波电路。由阻容滤波电路构成抗混叠滤波器，结构简单，且能起到较好的抗干扰效果。并且通过选用温度性能较好的电阻、电容器件，能够保证电能表获得良好的温度特性。

如图4所示，本示例性实施例中，采样电路340可以包括采样电阻R0，第一滤波单元341可以包括第一滤波电阻R1和第一滤波电容C1，第二滤波单元342可以包括第二滤波电阻R2和第二滤波电容C2；采样电阻R0的第一端作为采样电路340的第一端，采样电阻R0的第二端作为采样电路340的第二端；第一滤波电阻R1的第一端连接采样电阻R0的第一端，第一滤波电阻R1的第二端与第一滤波电容C1的第一端连接后连接电流匹配电路34的第一输出端，第一滤波电容C1的第二端接地；第二滤波电阻R2的第一端连接采样电阻R0的第二端，第二滤波电阻R2的第二端与第二滤波电容C2的第一端连接后连接电流匹配电路34的第二输出端，第二滤波电容C2的第二端接地。第三滤波单元331包括第三滤波电阻R3、第三滤波电容C3，第四滤波单元332包括第四滤波电阻R4、第四滤波电容C4；第三滤波电阻R3的第一端连接电压匹配电路33的第一输出端，第三滤波电阻R3的第二端与第三滤波电容C3的第一端连接后连接电压匹配电路33的第一输出端，第三滤波电容C3的第二端接地；第四滤波电阻R4的第一端连接电压匹配电路33的第二输出端，第四滤波电阻R4的第二端与第四滤波电容C4的第一端连接后连接电压匹配电路33的第二输出端，第四滤波电容C4的第二端接地。

举例而言，电流采集设备采用交流电流互感器，互感器的电流比为5A/5mA，使用时初级电路串联于被测电流回路中。考虑到三相电能计量芯片的电流通道的ADC输入电压的参数，采样电阻R0的阻值可设置为：R＝0.1V/5mA＝20Ω。第一滤波电阻R1、第二滤波电阻R2、第三滤波电阻R3、第四滤波电阻R4的电阻可均设置为1.2K，第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4可均设置为10nF，使得第一滤波单元341与第二滤波单元342构成对称的抗混叠滤波器，第三滤波单元331与第四滤波单元332构成对称的抗混叠滤波器。

如图5所示，为本公开计量设备的又一结构框图，本示例性实施例中，计量设备30还可以包括分别与数据处理模块32连接的通信模块35和存储模块36；通信模块35用于与目标设备通信，以获取目标设备输出的对于计量系统的配置参数；存储模块36用于存储数据采集模块31和/或数据处理模块32确定的预设类别的工作参数；数据处理模块32还与空调设备的显示屏连接，用于通过显示屏显示至少损耗电能。

其中，通信模块35可与外界进行数据交换，实现数据传输、预置系统参数等功能。通信模块35可包括RS-485接口、RS-422接口等接口，可以实现与外界的通信，也可以完成与空调设备中自带系统的联络。

可以知道的是，电能计量要存储、处理大量的数据，有许多数据有特殊的要求，如电流电压的系数、分时计费参数，累计电能可通过正常手段修改，但是不能因系统中的干扰而改写，更不能因停电等事件而丢失。本示例性实施例通过设置存储模块36对空调设备的各项参数、计量数据的实时存储以满足电能计量要求。如可以选用FM24C16等类型储存器，对计量过程的各项参数和数据进行存储。

此外，应当理解的是，通过选用合适的电能计量芯片，计量设备中的数据处理模块可以根据采集到的空调设备的输入侧参数确定出不同类别的电能数据，如实时电量、历史电量等。此外，还可以将机房空调设备输入侧的电能信号输出至空调设备的主机控制的显示屏中，以充分利用机房空调设备自带的显示屏，使电能数据显示功能成为机房空调设备自带功能的一部分，将电能计量并入到机房空调的基本功能中，使机房空调设备具备输入电能计量的能力，并且通过测算输入电能还能大致了解空调的制冷能力。

此外，本示例性实施例还提供了机房空调的显示屏中电能的显示方法，示例性的，可通过空调显示屏显示计量设备所确定的输入电能参数、输入电量参数、区间电量等。通过选取合适的电能计量芯片，可使得本示例性实施例中的计量设备具备电能分析功能、图表分析功能、电能设置功能。相应地，输入电能参数可显示总电量、日电量、周电量、月电量及自定义电量。输入电量参数可显示输入电压、电流、功率因数、谐波等参数。进一步的，可在空调显示屏中配置数据分析选项，以分析总电量(可包括实时总电量、历史总电量)、日电量、周电量、月电量、以及自定义电量的分析与计算等。此外，还可以在机房空调显示屏中配置电能的图表分析选项，可显示总电量图表与曲线(可包括实时总电量、历史总电量)、日电量图表与曲线、周电量图表与曲线、月电量图表与曲线、以及自定义电量的图表与曲线。进一步的，还可以在机房空调显示屏中配置电能设置选项，如可以设置电能校对系数、密码(如用户密码、工程师密码等)、至少二个电度区间计量功能的参数设置等。综上，本示例性实施例关于机房空调电能显示及设置的基本功能与要求可包括：1、输入总电能在设备全生命周期不能调整(工厂重置除外)。2、能够显示输入电能，输入电能就是机房空调设备的电能损耗。3、针对各种用户可设置多重密码，比如采用工程师密码才能打开设置电度计量功能；用户密码只能查看电能数据，可适应不用业务与场景要求。4、具备至少二个区间电能计量功能，用户自由设置起始与结束时间，起始值可以清零。5、可加入电度校对系数(与电力公司电表校对后设置)，缺损值为1，系数值必须同时显示在机房空调显示屏上，也能通过监控单元同时上传到监控系统并显示。6、可默认实时显示日、周、月的电度值，也可自定义设置显示周期。7、在机房空调显示屏中具有数据分析选项，可分析实时总电量或历史总电量、日电量、周电量、月电量及自定义电量分析。8、在机房空调显示屏具有电能的图表分析选项，可显示实时总电量或历史总电量的图表与曲线、日电量图表与曲线、周电量图表与曲线、月电量图表与曲线、以及自定义电量图表与曲线。9、电能的设置功能，可以设置用户密码、工程师密码等，可以设置校对系数，区间计量参数等。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。