CN1234120A

CN1234120A - 带有电源质量监视和诊断系统的电表

Info

Publication number: CN1234120A
Application number: CN97199051A
Authority: CN
Inventors: 维克A·哈伯德; 马克L·芒迪; 罗德尼C·黑明格尔; 斯科特T·霍尔兹克劳
Original assignee: ABB Power T&D Co Inc
Current assignee: ABB Inc USA
Priority date: 1996-10-22
Filing date: 1997-10-16
Publication date: 1999-11-03
Anticipated expiration: 2017-10-16
Also published as: US6577961B1; EP2088437A1; AR026660A1; AR026660A2; AU736045B2; WO1998018013A2; WO1998018013A3; CA2269499C; CN1179212C; AR026659A1; AR026662A2; EP1018022A4; US6269316B1; US6374188B1; AR026662A1; US6094622A; AR008894A1; RO120431B1; BR9712557A; EP1018022A2

Abstract

公开的电子电表(10)可以自动地检测其所安装处的服务类型和电压,或者自动地对所检测电压继续其自己的编程。电子电表(10)在不需要在厂修正的情况下还允许添加新测量或测试能力,以达到这样的功能性改变。电表(10)包括测量供给电表的电能的特性、并产生反映所测量的电能特性的特性信号的固件。连接有处理器(16),以接收和处理特性信号。特性信号的处理包括选择和操作某些特性信号,并产生对应于选择的特性信息以及产生对应于操作的附加特性信息。对于电表(10)来说,最好包括能在其中存储参考信息的存储器(35)。在这样的实施例中,特性信号的操作包括检索某些参考信息,并产生对应于所选择的信号和参考信息的特性信息。

Description

带有电源质量监视和诊断系统的电表

本申请要求1996年10月22日提交的序列号为No.60/028,986的临时申请的优先权。

本发明涉及电子电表，特别涉及带有用于服务识别和电源质量分析的系统的高性能可编程电子电表。

可编程电子电表由于它具有在固态电子电表中集成的可编程逻辑电路而获得的增强功能性，而正逐渐取代机电电表。这些电表中的一些能在不改变硬件的情况下用来计量各种不同的电力服务。例如，电压工作范围在98Vrms到526Vrms之间的电表能工作在120V或480V的服务电压下。于1995年10月10日申请的标题为“具有电压阻塞夹的开关电源”、转让给ABB T&D公司的美国专利No.5,457,621披露了这样的电表的示例。另外一些用于任何3线或任何4线服务的电表也在美国专利No.5,457,621中有所披露。除非使用了这种具有多功能性的电表，必须仔细针对在安装位置提供的配置和电力服务以安装正确的电表。不幸的是，电表安装人员并不总是接受过检测或了解服务特性的训练，而该服务特性可能指示要安装的电表对于具体的安装未能适当地配置。

由于这个原因，一些应用自己来配置电表，以确保更好地控制电表安装在安装所指定的位置。然而，这样的配置行为增加了安装成本，并且并不总是减小对于某一个服务配置的电表可能无意地安装在另一个服务的位置的风险。因此，存在对自动检测安装的服务类型和电表电压的电子电表的需要，这样的电子电表要么自动配置它自己的对于所检测的服务的编程，要么提供用于在安装位置手动配置的简单装置。

另外，许多新电子电表通过提供有限的诊断与/或电源质量测试而已经开始利用它们的编程能力。这些能力通过存储在只读存储器(ROM)中的编程而提供。因此这些电表目前限制为根据预先定义的编程工作，诸如预先定义的一组测试。值得注意的是，这样的电表也仅仅限制于预先确定的一组参数的测量，它们在制造过程中已经被编程到电表中，也就是存储在ROM中。接着，任何由电表支持的测量或测试的改变必须通过替换电表的ROM，也就是在厂修正，来执行。因此，也存在对更灵活的电子电表的需要，这样的电子电表允许在不需要在厂修正的情况下添加新测量或测试能力，以实现这种功能性改变。

更进一步，电源质量测试的进行需要在安装前知道服务类型和服务电压，这样电表的编程能被锁止到适当的服务相关阀值，其与特定的电源质量测试一起使用。因此，由于这一附加原因，存在对自动检测安装的服务类型和电表电压的电子电表的需要，这样的电子电表要么自动配置它自己的对于所检测的服务的编程，要么提供用于在安装位置手动配置的简单装置。

用于计量电子电表中的电能的方法和装置解决了上述问题，并得到了发明的优点，该电子电表能自动检测其所安装处的服务类型和电压，或者自动配置它自己的对于所检测的服务的编程。电子电表在不需要在厂修正的情况下还允许添加新测量或测试能力，以达到这样的功能性改变。

电表包括测量供给电表的电能的特性、并产生反映所测量的电能特性的特性信号的固件。连接有处理器，以接收和处理特性信号。特性信号的处理包括选择和操作某些特性信号，并产生对应于选择的特性信息以及产生对应于操作的附加特性信息。对于电表来说，最好包括能在其中存储参考信息的存储器。在这样的实施例中，特性信号的操作包括检索某些参考信息，并产生对应于所选择的信号和参考信息的特性信息。

在参考附图和下面的发明详细介绍后，本发明将更加易于理解，并且它的许多目的和优点都将变得很明显。其中：

图1是显示根据本发明的电表的功能部件和它们的接口的框图。

图2是显示根据本发明的可以由DSP用来驱动电位指示器的逻辑电路的功能性框图。

图3是显示在优选实施例中实现的将数据功能性分组到表和表中的电表关系的图。

图4是显示本发明的优选实施例的测量状态的状态图。

图5是显示根据发明的优选实施例中实现的用来进行仪表测量和电源质量监视的系统结构的功能图。

图6是显示根据本发明的使用内部标记的测量引擎处理的关系图(context diagram)。

图7是根据本发明的用于测量引擎的状态转换图的示例。

图8A到8E是显示根据发明的优选实施例的由测量引擎执行的步骤的更详细的功能流程图。

图9是显示根据本发明的使用内部标记的电源质量测试引擎处理的关系图。

图10是显示根据本发明的电源质量引擎资源处理情况的一系列状态图。

图11A到11I是显示根据发明的优选实施例的由电源质量测试引擎执行的步骤的更详细的功能流程图。

图12是显示根据本发明的由微处理器执行的用来自动和电子化地识别服务定义的步骤的流程图。

图13是显示根据本发明的服务相表搜索的详细流程图。

图14是显示根据本发明的服务电压表搜索的详细流程图。

图15是显示根据本发明的服务锁止处理的状态的状态图。

图16是根据本发明的服务测试和显示特性的流程图。

图17是根据本发明的闪烁确定和显示特性的流程图。

A．工作概述

本发明提供和计量单相和多相电能相联系的综合电源质量监视和诊断特性。图1是显示根据本发明的电表的功能部件和它们的接口的框图。如图1所示，用来计量三相电能的电表最好包括数字LCD型显示器30、最好由A/D转换器和可编程DSP组成的电表IC14、以及微控制器16。

在电力服务提供者的电源产生器和电能用户之间的电源传输线上传播的模拟电压和电流信号分别由电压分压器12A、12B、12C和电流变换器或分流器18A、18B、18C检测。电阻分压器和电流变换器的输出，或所检测的电压和电流信号，用作电表IC14的输入。电表IC中的A/D转换器将所检测的电压和电流信号转换为模拟电压和电流信号的数字表示。在优选实施例中，A/D转换按转让给ABB T&D公司的在1996年8月6日申请的名为“使用多路复用模拟-数字转换器的可编程电子电表”的美国专利No.5,544,089中所介绍的那样进行。数字电压和电流信号然后输入到电表IC中的可编程DSP，用来产生表示不同的电源测量的脉冲信号42、44、46、48，也就是，各个脉冲表示和瓦特、VA或VAR相联系的Ke值。这些脉冲信号可以由微控制器16处理，以执行用于记帐目的的收益计量功能。

根据本发明，微控制器执行大量的收益计量功能时，它也执行仪表化功能。与收益功能相反，仪表化功能用来帮助技术员估计基于电表的近似瞬时条件的服务。仪表化测量可以包括诸如频率、瓦特、VAR或VA的系统参数，以及诸如电压、电流、相位角、功率因数、电流电压角、千瓦、kVAR、kVA的每相信息以及与谐波失真相关的参数。下面是描述可以由本发明计算的仪表化参数的一些示例的更详细列表。

表1

参数	描述
参数	描述	频率	在A相电压上测量，精确到两个小数位
系统千瓦	在分开的时刻在各相进行千瓦测量的带符号的总和	频率	在A相电压上测量，精确到两个小数位
系统千瓦	在分开的时刻在各相进行千瓦测量的带符号的总和	系统kVAR(算术)	系统KVA(算术)和系统千瓦的均方根差

系统kVAR(向量)	在分开的时刻在各相进行kVAR测量的带符号的总和
系统kVAR(向量)	在分开的时刻在各相进行kVAR测量的带符号的总和	系统kVA(算术)	在分开的时刻在各相进行kVA测量的总和
系统kVA(向量)	系统千瓦和系统kVAR(向量)的均方根和	系统kVA(算术)	在分开的时刻在各相进行kVA测量的总和
系统kVA(向量)	系统千瓦和系统kVAR(向量)的均方根和	系统功率因数(算术)	系统千瓦除以系统kVA(算术)
系统功率因数(向量)	系统千瓦除以系统kVA(向量)	系统功率因数(算术)	系统千瓦除以系统kVA(算术)
系统功率因数(向量)	系统千瓦除以系统kVA(向量)	相电压和安培	测量是真RMS，各相电压和电流同时测量，精确到两个小数位
和相A电压相关的相电压角	各个相位角相对于相A零交叉而测量，精确到30度	相电压和安培	测量是真RMS，各相电压和电流同时测量，精确到两个小数位
和相A电压相关的相电压角	各个相位角相对于相A零交叉而测量，精确到30度	相功率因数	相干瓦除以相kVA(同时测量)，精确到两个小数位，注：如果相kVA小于5VA，相功率因数设置为1.00PF
相电流到相电压角	相功率因数的反余弦(精确前)，精确到0.1度	相功率因数	相干瓦除以相kVA(同时测量)，精确到两个小数位，注：如果相kVA小于5VA，相功率因数设置为1.00PF
相电流到相电压角	相功率因数的反余弦(精确前)，精确到0.1度	相电流到相电压角加相对于相A电压的电压角	相电流到相电压角加上相对于用于服务的相A电压的额定相电压角
相千瓦、kVA	各相千瓦和kVA同时测量，精确到两个小数位	相电流到相电压角加相对于相A电压的电压角	相电流到相电压角加上相对于用于服务的相A电压的额定相电压角
相千瓦、kVA	各相千瓦和kVA同时测量，精确到两个小数位	相kVAR	相kVA和相千瓦的均方根差
总谐波失真(THD)指示	相电压或相电流的第二到第十五基础值的平方和的平方根除以相物理量的基础值	相kVAR	相kVA和相千瓦的均方根差
总谐波失真(THD)指示	相电压或相电流的第二到第十五基础值的平方和的平方根除以相物理量的基础值	第二谐波电压失真指示	相物理量的第二谐波电压值除以相物理量的基础值
通用第N个电压谐波值	测量是真RMS，精确到两个小数位	第二谐波电压失真指示	相物理量的第二谐波电压值除以相物理量的基础值
通用第N个电压谐波值	测量是真RMS，精确到两个小数位	通用第N个谐波值	测量是真RMS，精确到两个小数位

电表IC14和微控制器16最好通过IIC总线36和一个或更多的存储装置相连。EEPROM35用来存储收益数据以及程序和程序数据。在安装后的电源打开时，例如由电源故障或数据改变通信所选择的存储在EEPROM中的程序和程序数据可以被下载到和图1所示的电表IC14相联系的程序RAM和数据RAM。在微控制器的控制下的DSP根据下载的存储在各个程序和数据RAM中的程序和数据处理数字电压和电流信号。

为了执行仪表化功能，微控制器16可以从DSP14请求电压和电流测量信息。根据本发明的优选实施例，电表IC14在两个线循环(大约50或60Hz，两个线循环测量在下面被定义为RMS测量，即使它们是“近似瞬时的”)上监视数字相电压信号和相电流信号，然后计算用于仪表化目的的RMS值。应当理解线循环的数目最好是可编程的，并且对于指定的测量可以使用不同数目的线循环。对于各相A、B与/或C计算的RMS参数然后存储在数据RAM的寄存器中。微控制器16通过IIC总线36查询这些寄存器中的数据，以用于仪表化处理。因为在优选实施例中仪表化测量是近似瞬时的，对于包括相角数据的仪表化数据不需要存储器。

电表IC14中的DSP还驱动电位指示器27、29和31，它们最好是LCD30上的指定部分。只要对应的电位指示器保持发亮，那么目前就有各相的相电位。图2显示了根据本发明可以由IC14中的DSP用来驱动电位指示器27、29和31的逻辑电路的功能框图。这里显示了用于仅一个相的逻辑电路，应当理解对于各相逻辑电路最好是一样的。如图2所示，各相电压的数字采样被提供到RMS测量产生器51。在优选实施例中，RMS测量产生器根据下式计算RMS测量值：

Vrms = \sqrt{\frac{Σ_{i = 1}^{i = N} {Vi}^{2}}{N}}

其中N等于每个所选择的线循环间隔的数目的采样数目。

可编程电位指示器阀值53最好从EEPROM下载到IC14中的数据RAM。当初始可编程阀值随着电源打开被下载时，电位指示器阀值最好在下述的某些系统测试后更新。比较器55比较RMS测量和电位指示器阀值，并产生一个输出，无论何时RMS测量超过可编程电位指示器阀值，这个输出都是高的。比较器的输出被输出到微控制器16。再参考图1，相A、B和C电位信号从电表IC输出到微控制器16，微控制器16再驱动电位指示器，这样在电位信号高时，电位指示器保持发亮。

本发明最好使用用于LCD30的三个显示模式，也就是正常、交替和测试模式。随着安装后的电源打开，在目前，或随着数据改变通信，最好执行可编程的指定的测试。在优选实施例中，随着那些测试，电表顺续地和持续地滚动用于正常显示模式所选择的显示项目。显示项目可以包括收益数据和仪表化参数。交替模式和测试模式在优选实施例中是手动启动的。不同的与/或另外的显示项目最好也被选择到在交替和测试模式中显示。交替模式最好一次滚动所选择的参数，或通过手动分步滚动显示的内容。在测试模式中选择的项目或参数持续滚动，直到测试模式被手动停止。

由本发明执行的测试可以被分类为工作错误测试、系统测试、电源质量测试和闪烁测试。工作错误测试用来识别可以影响收益数据的那些情况，诸如电源断电转移错误(power outage carrgover errors)、结构错误、EEPROM错误和类似错误。当检测时，这些错误显示在屏幕上，并且最好锁止在显示器上。系统测试包括系统服务电压测试(下文中称为“服务测试”)和系统电流测试。通常，服务测试用来验证对于特定服务电压相角是否在预先定义的范围内，以及相电压是否在有效服务额定电压的预先定义的电压范围内。系统电流测试可以检查低电流状况、过电流状况、欠电流状况、逆功率和/或不适当的电流因子状况。电源质量测试允许对于下面的状况的测试和估计：反常的服务电压、反常高或低电压、反常低或高电流、反常超前或滞后功率因数和不同的谐波失真，以及别的反常状况。闪烁测试监视相电位信号，以发现相电位的频繁发生的瞬时丢失。

随着安装后的电源打开，最好执行服务测试来识别和/或检查电力服务。本发明可以预先编程以和指定的服务一起使用，或者它可以使用服务测试来判定服务。当服务测试被用来识别电力服务，初始判定有源元件的数目。为此，各个元件(也就是1、2或3元件)被检查电压，例如对于各相通过监视图2中的比较器53的输出来进行。一旦元件的数目被识别，许多服务类型能从可能的服务类型的列表中去除。然后可以计算相对于相A的电压相角，并关于剩余的可能服务与abc或cba旋转的各相角比较，例如在±15°内。如果从相角比较中发现有效服务，服务电压最好根据各相的RMS电压测量和识别的服务的额定相电压的比较来确定。如果对于识别的服务的额定服务电压在可接受的允许范围内匹配于测量值，则识别出有效服务，相旋转、服务电压和服务类型最好显示出来。服务可以被锁止，也就是服务信息手动或自动存储在EEPROM中。

当服务类型在预先已经知道并锁止时，服务测试最好进行检查，以确保各个元件正在接收相电位；和确保对于已知的服务，相角在额定相角的预先确定的百分数内；每相电压也被测量，并和额定服务电压比较，以判定它们是否在额定相电压的预先确定的允许范围内。如果电压和相角在规定范围内，相旋转、服务电压和服务类型显示在电表显示器上。如果有效服务没有被发现或对于指定的服务的服务测试失败，则表示无效服务的系统错误代码在显示器上显示并锁止，以确保记录和估计了失败，以改正错误。

本发明还可以被编程，这样在安装、电源打开等之后的服务测试后，交替模式立刻被启动。为了避免正常显示的拥挤，仪表化参数和系统测试最好包括在交替显示模式中，而不是正常显示模式中。服务测试和系统电流测试最好分别被规定为交替显示的第一和第二参数。如果服务测试或系统电流测试在交替模式中失效，表示错误的系统错误代码显示在交替滚动序列中。下表是由“SER××××××”错误消息指定的可能的系统错误代码的示例。

表2

VVVIIIABCABC
VVVIIIABCABC		未知服务角	Ser 555000
缺A相电流	SEr 000100	未知服务角	Ser 555000
缺A相电流	SEr 000100	缺B相电流	SEr 000010
缺C相电流	SEr 000001	缺B相电流	SEr 000010
缺C相电流	SEr 000001	低A相电流	SEr 000200
低B相电流	SEr 000020	低A相电流	SEr 000200
低B相电流	SEr 000020	低C相电流	SEr 000002
A相上的不适当的PF	SEr 000400	低C相电流	SEr 000002
A相上的不适当的PF	SEr 000400	B相上的不适当的PF	SEr 000040
C相上的不适当的PF	SEr 000004	B相上的不适当的PF	SEr 000040
C相上的不适当的PF	SEr 000004	A相上的逆功率	SEr 000500
B相上的逆功率	SEr 000050	A相上的逆功率	SEr 000500
B相上的逆功率	SEr 000050	C相上的逆功率	SEr 000005
A相电流的过电流	SEr 000800	C相上的逆功率	SEr 000005
A相电流的过电流	SEr 000800	B相电流的过电流	SEr 000080
C相电流的过电流	SEr 000008	B相电流的过电流	SEr 000080

如果多个测试的状况失效，相关的系统错误代码可以加在一起，这样单个错误代码显示在适当的序列中。在优选实施例中，错误代码是十六进制值，这样过电流状况“8”和不适当的功率因数“4”将被记录为“C”。

最好不执行任何对于交替模式显示而选择的系统测试，直到结果要被显示为止。因此，和系统测试相关而进行的测量不需要在存储器中存储。与此相似，最好不计算对于交替模式显示而选择的仪表化参数，直到它们要被显示为止。

再参考图1，根据本发明的电表还提供远程电表读取、远程电源质量监视和通过光学端口40和/或可选连接器38的再编程。光学通信可以和光学端口相联系而使用，而可选连接器38可以适合RF通信或电子通信，例如通过调制解调器。

收益功能、通信、系统测试、闪烁测试和仪表化特征最好在电源质量测试上的处理中具有优先权。因此，电源质量测试在后台进行。尽管指定的电源质量测试以固定选择的序列一次进行一个，它们只在处理时间可以利用时才进行，因此，它们不具有固定的间隔。然而，应当理解某些电源质量测试可以被给予更高优先权，这样那些更高优先权的测试能以固定间隔进行。

当任何指定的电源质量测试(它可以包括服务测试和/或系统电流测试)检测到反常状况时，表示反常状况的预先定义的代码最好可选地作为第一项插入到正常的滚动序列中。然而，由于状况不是和一个特定的错误必然相关，其被考虑为警告或标记状况并且预先定义的代码的显示最好不影响电表的工作。特定的反常状况是否驱动显示器上的警告可以通过可编程的选项来选择。

警告可以是在事件记录中标志和记录的时间和日期，事件的数目和状况的累积时间可以分别地记录在出现事件记录中。记录最好存储在图1所示的EEPROM 35中。对于进一步的诊断处理和电表自身外部的估计，存储在这些记录中的信息可以通过软件访问。

根据本发明的用来执行系统测试、电源质量测试和闪烁测试的系统最好在固件中得到，其中这些操作由几个数据表的正确编程来使能。这些表的功能性相互关系如图3所示。系统电流测试使用存储在系统电流测试表114的记录中的数据来执行，系统电流测试表114通常包括由电表支持的各个服务的系统电流阀值。服务测试使用存储在服务角表116和服务电压表118中的数据记录来执行。服务角表中的记录最好可以包括由电表支持的各个服务的额定相角信息，而服务电压表中的记录最好可以包括对于各个服务的额定电压和容差，以及对应的电位指示器阀值。作为单独的表的相容差表115，最好和存储在EEPROM35中的服务电压测试相联系而使用。一旦服务被锁止，对应于服务的数据从表114、116和118传送到阀值表122。

电源质量测试最好形成预先定义的一组比较测试。对于各个由电表执行的比较测试，记录被存储在电源质量测试表108中。比较测试和相关的记录存储在比较测试表110中。对于由被引用的比较测试所测试的测量，电源质量测试表还可以包括引用测量记录的信息。对于来自阀值表的测试比较，电源质量测试表额外地引用阀值信息。

测量记录存储在测量表100中，测量表100最好包括参照测量功能表102中的记录的信息。测量功能表中的记录识别要执行的DSP函数，并且可以另外引用常数表104中的记录，常数表104可以包括用来执行函数的初始化和校准常数。测量表中的记录还可以引用转换表106中的记录，转换表指定要执行的与特定DSP函数相关的具体计算，以完成电源质量测试所需的用于比较的测量。

DSP程序和DSP硬件一起实现电表的基础测量能力。优选实施例已经提供了DSP程序的不同版本的规定，以提供进行附加基础测量的能力。在优选实施例中，DSP地址和内部RAM页面选择器121被提供到电源质量测量引擎，以允许引擎和可能具有不同IIC地址和/或内部RAM地址的DSP程序的各版本之间通信。

图3所示的数据表的编程最好能被分为四级操作：(1)显示和测试选择；(2)显示和测试参数调整；(3)测试定义；(4)测量定义。

显示选择包括将预先定义的字节序列插入到显示表中，使电表能显示预先定义的测量物理量。测试选择包括将预先定义的字节序列插入电源质量测试表108中，使电表能进行预先定义的电源质量测试。

显示参数调整包括改变线循环对的数目，其上进行由选择的功能指示的给定电测量。测试参数调整包括修正系统电流测试表114、服务相表116、服务电压表118和电源质量测试表108中的电压、电流、功率因数和时间阀值，以实现可进行的不同测试的灵敏度。

测试定义包括由表114、116和108中的测试参数阀值和定义的电测量的新结合而产生的新电源质量测试。

测量定义包括由DSP函数和计算的新结合而产生的新电测量。

新的硬件能力通过测量函数表102和常数表104而添加。此外，新的计算能通过转换表106或通过指定来自转换表106的计算序列而添加或定义。新的测量能通过将新DSP函数和计算、DSP函数和新计算或新DSP函数和新计算合并到新测量记录而添加。

B．仪表化测量和监视器的相互作用

图4显示了发明的优选实施例中的测量状态的状态图。测量程序由测量引擎执行，这将在下面详细介绍。测量引擎保持为140的闲置状态，直到接收到测量请求。为了显示仪表化参数、进行电源质量测试或为了通过外部通信传输所测量的参数，可以启动测量请求。

当请求在电表支持的一个显示模式中显示物理量时，可以接收到显示测量请求136。在接收了显示测量请求后，测量引擎转到显示请求处理状态144，并保持在这个状态，直到测量被计算、存储在寄存器中并为了显示而检索。在优选实施例中，测量引擎保持在显示测量处理状态，直到(1)测量被计算、存储在寄存器中并为了显示而检索；(2)直到接收到更高优先权的测量请求；或(3)出现了作为显示请求的处理结果的错误。一旦完成了测量，在138的显示测量处理状态转换到闲置状态140 。

如图4所示，只要后台测试被使能，电源质量测量请求可以在130接收到。电源质量测量请求指定哪一个测量物理量用到目前的电源质量测试中，例如对于锁止服务是，用来和相B的最大可接受电压电平作比较的相BRMS电压。当接收到请求，测量引擎从闲置状态140转换到电源质量测量处理状态146，在这种状态，进行由电源质量测量请求所指定的测量。测量存储在由电源质量测试引擎访问的寄存器中(这在后面也将有详细介绍)，这样电源质量测试能使用所测量的物理量来执行。在优选实施例中，电源质量测试引擎确认所测量的物理量的接收。测量引擎保持在状态146，直到测量完成。当电源质量测量处理完成时，在132的测量引擎转换到闲置状态140。

外部通信请求154可以从外部源通过光学通信或电通信接收，其中的特定测量被请求传输到外部源中。当接收到请求154时，测量引擎从闲置状态154转换到通信测量处理状态142。指定的测量被处理，并存储在可以由电表的通信程序访问的寄存器中。当测量完成时，在152的测量引擎回到闲置状态140。

在优选实施例中，电表通信具有比测量显示功能和电源质量测试更高的优先权。与此相似，显示测量功能具有比电源质量测试更高的优先权。因此如果测量引擎位于电源质量测量处理状态146并且接收到显示测量请求，在151的测量引擎转换到显示测量处理状态144。任何在转换到显示测量处理状态之前产生的计算或测量数据最好不保存，因此一旦测量引擎在显示测量处理完成后回到闲置状态，电源质量测量必须重新启动。

以相似的方式，如果在测量引擎位于电源质量测量处理状态146或显示测量处理状态144时接收到通信测量请求，在150和158的测量引擎分别转换到通信测量处理状态142。在优选实施例中，在转换到状态142后在状态146或状态144产生的数据没有存储。因此，在通信测量处理完成并且测量引擎回到闲置状态140后，新的电源质量测量请求或显示测量请求被启动，以调用中断的测量处理。

用来执行仪表化测量和电源质量监视的系统结构根据如图5所示的发明的优选实施例来实现。系统结构在功能上分为两个引擎，测量引擎50和电源质量引擎52。在优选实施例中，还提供了作为服务锁止引擎54而显示的第三引擎。

通过编程测量记录数目、格式化信息和在定义了显示序列的显示表中的要测量的相，来选择仪表化测量用于显示。显示表中可能包括的信息的示例如表3所示：

表3电测量和测量记录(MR)数

MR#	名称	MR#	名称
MR#	名称	MR#	名称	1	频率	13	第二谐波电压百分比
2	电流^10电压^10	14	总电源KVAR、千瓦(向量)	1	频率	13	第二谐波电压百分比
2	电流^10电压^10	14	总电源KVAR、千瓦(向量)	3	总功率因数角(算术)	15	总电源千瓦(向量和算术)
4	KVA,KW	16	总VA(向量)	3	总功率因数角(算术)	15	总电源千瓦(向量和算术)
4	KVA,KW	16	总VA(向量)	5	电流	17	总PF
6	电压	18	总PF角	5	电流	17	总PF
6	电压	18	总PF角	7	KVAR	19	VTHD
8	PF角	20	ITHD	7	KVAR	19	VTHD
8	PF角	20	ITHD	9	KW	21	总电源KVA，千瓦(算术)
10	第二谐波电流值	22	总VAR(算术)	9	KW	21	总电源KVA，千瓦(算术)
10	第二谐波电流值	22	总VAR(算术)	11	V角	23	总PF(算术)
12	I角	24	单相功率因数	11	V角	23	总PF(算术)
12	I角	24	单相功率因数			25	电系统服务判定
		26	系统电流测试			25	电系统服务判定

显示表最好被产生并写入到电表EEPROM中，这样在电表工作过程中信息能由微控制器和DSP访问。

上面讨论的仪表化测量还可以被要求来进行电源质量测试。电源质量引擎52允许电表监视和记录电源线路的不同状况。电源质量测试可以通过结合例如在表3中的任何仪表化测量和比较测试来配置，比较测试可以使用由服务测试配置的测试参数，也就是基于锁止的服务的阀值。这一种类的记录存储在通常在图3所示的电源质量测试表中，并在下面有详细介绍。

因此，显示配置表最好包括两个进入定义，一个用于正常显示物理量，一个用于电源质量测量。定义可混合在表内，以获得所需的显示序列。电源质量测量被认为是和记帐物理量对立的仪表化量。如果选择了在给定的电表或安装的服务中不能使用的电源质量测量，电表最好在没有警告或错误的情况下跳过显示。这被认为是必要的，这样单个预先定义的显示表将工作在多个应用系统中，而不管所产生的程序的运行速度。

再参考图5，电源质量引擎52从下一个电源质量测试记录检索测量记录数74，并产生电源质量测量请求66。请求66从测量表引用一个测量记录。测量记录通常由函数/常数索引、转换程序索引和到下一个测量记录的指针组成。函数索引引用一组预先定义的DSP可以执行的测量函数之一。常数索引引用基于锁止的服务的初始化常数和服务相关常数。转换程序索引引用一组预先定义的在由DSP操作和返回的数据上工作的转换路径中的一个。转换程序的示例包括诸如比例缩放、方根或三角函数、系统测试程序、迭代程序、扩展程序和电源测量计算程序的计算程序，此处仅列举少数几个。

为了更好地理解测量过程，考虑需要电流I_B的相角用于显示的情况。微处理器引用测量记录，并通过总线36调用在记录中指定的DSP函数给DSP。在这个示例中，DSP函数在指定数目的线循环上在相B上返回瓦和伏安。当DSP完成这些测量，测量被存储在数据RAM的返回寄存器中。微控制器查询这些测量，并当它们可用时在总线36上检索它们。然后微控制器执行由测量引用的转换程序。在本示例中，转换程序将要求把测量得到的瓦特除以测量到的伏安，以计算相B的功率因数。下一个记录字段将然后引用要处理的下一个测量记录。为了确定功率因数的反余弦以获得与相B电流相关的相角，这个记录将包括到转换程序的引用。

在图5中，显示了测量引擎正在处理用于电源质量监视目的的测量记录，尽管测量记录处理最好和显示处理相同。在任一种情况下，在67显示测量记录数，在58显示转换索引，在56显示函数索引。测量引擎因此执行指定的DSP函数和由各函数和测量记录的转换索引规定的计算程序，其中测量记录由电源质量测量请求66所识别。测量引擎然后处理在目前的测量记录的下一个测量记录字段中指定的测量记录。

图6是显示根据本发明的使用内部标记的测量引擎处理的关系图。在优选实施例中，DSP能被编程，以关于电表输入执行诸如电压、电流、功率、视在功率、频率、谐波含量等的不同类型的测量函数。当然DSP能被任何类型的能产生基础测量的装置或者系统代替。在讨论中，由系统进行的基础测量的产生被称作DSP转换。测量引擎提供了结合基础测量的序列和数学计算(称为转换程序)的能力，以产生仪表化测量。

图6中的关系图显示了诸如电源质量监视器引擎的测量请求器110通过提供测量记录数、电表相或要测量的相的描述、指示中间工作寄存器R0是否应当在开始前保存的标记、指示DSP转换是否应当在执行转换程序之前进行的标记而启动测量引擎120。测量引擎通过清除测量完成标记130和回到指示测量已经开始的标记来响应。测量引擎然后将独立于请求器操作，以说明测量表中的测量记录的连接列表，以产生用于请求器的的测量结果。

在优选实施例中，如果测量引擎在前一个测量请求已经完成之前启动，第一测量请求将终止，第二请求将执行。测量引擎的争用通过优先权方案来避免。优先权的三个级别已经被选择，并被称为后台优先权、前景优先权和通信优先权。电源质量监视器引擎以后台优先权工作，电表显示以前景优先权工作，通过通信协议通信的设备以通信优先权工作。别的实施例可以提供用来处理多测量请求的别的装置，下面是它们的例子，但并不局限于此：要求在另一个测量请求启动之前完成一个测量请求，或允许另外的在同一时间排队和处理的测量请求，或直到新请求被处理前中断处理中的测量请求，或甚至并行处理测量请求。

图7是根据本发明的用于测量引擎的状态转换图的示例。

图8A到8E是显示根据本发明的优选实施例的由测量引擎执行的步骤的更详细功能流程图。参考图8A，可以看到测量引擎有两个进入点：启动后台测试210和启动测试220。启动后台测试由电源质量监视器引擎用来给测量引擎发送测量请求。在过程(140)中的标记后台测试提供了给电源质量监视器引擎的反馈，以指示测试还在进行。启动测试由电表显示器和通信功能用来给测量引擎发送前景和通信优先权测量请求。如果测量引擎通过启动测试进入点接收测量请求，那么过程标记中的后台测试将被清除，并且以更高优先权标记运行的测量引擎将被设置。当测量请求已完成和请求器已经读到仪表化测量时，以更高优先权标记运行的测量引擎将总是被清除。当设置了以更高优先权标记运行的测量引擎时，电源质量监视器引擎将不发送测量请求。如果标记没有设置并且过程标记中的后台测试被清除，电源质量监视器引擎将重新启动它的电源质量监视器测试。

在优选实施例中，测量引擎将执行所指定的所有动作，直到由在连接列表中的最后一个测量记录所指定的转换程序。测量引擎将然后设置测量完成标记。当测量请求器观察到测量完成被设置时，然后将命令测量引擎执行最后的转换程序，并将最后的测量返回给测量请求器。只要最后的测量结果在它被测量请求器读取前没有受到干扰，别的实施例在设置测量完成标记之前应当完成由连接列表所指定的所有动作。

测量记录最好指定零个或一个要执行的DSP转换、一个要执行的转换程序、要解释的下一个记录或已经到达了连接列表的结束的指示器。引擎将在下一个测量记录持续操作，直到“下一个测量记录”字段包含指示连接列表的结束的代码。

测量记录定义了为产生所请求的测量测量引擎必须进行的工作。各个测量记录由24位组成。位8到13代表了到与测量记录相联系的转换函数的指针。根据转换函数的目的，测量记录字段可以由测量引擎以不同方式解释。在优选实施例中，转换函数使字段用指定为类型1、2、3和4的四种不同方式解释，如表4所示：

表4

	测量记录位字段定义
	测量记录位字段定义				记录类型	位#23-22	21-20	19-16	15-14
类型1	chg ph	pre conv	函数索引	pre xfer	记录类型	位#23-22	21-20	19-16	15-14
类型1	chg ph	pre conv	函数索引	pre xfer	类型2	chg ph	迭代步骤-1		pre xfer
类型3	相相关性	常数索引		pre xfer	类型2	chg ph	迭代步骤-1		pre xfer
类型3	相相关性	常数索引		pre xfer	类型4	xx	扩展函数		pre xfer

	测量记录位字段定义-续
	测量记录位字段定义-续				记录类型	位#13-18	7	6	5-0
类型1	转换函数	r0-＞dspsav	只转换	下一个测量记录索引	记录类型	位#13-18	7	6	5-0
类型1	转换函数	r0-＞dspsav	只转换	下一个测量记录索引	类型2	迭代函数	r0-＞dspsav	只转换	迭代的测量记录索引
类型3	带索引的转换函数	r0-＞dspsav	只转换	下一个测量记录索引	类型2	迭代函数	r0-＞dspsav	只转换	迭代的测量记录索引
类型3	带索引的转换函数	r0-＞dspsav	只转换	下一个测量记录索引	类型4	扩展	r0-＞dspsav	只转换	下一个测量记录索引

测量记录字段描述

在优选实施例中，测量记录字段具有下述意义。别的实施例可以选择不同的字段定义、字段大小和记录大小。

下一个测量记录索引

测量表中到下一个测量记录的指针。

迭代测量记录索引

到用于迭代测量记录序列的第一测量记录的指针。这一测量记录序列将根据指定的迭代步骤的数目来执行。在最后的迭代后，执行将在“迭代测量记录索引+1”处继续。

chg_ph

指示要测量记录的相应当在DSP转换开始前修正。

chg_ph=00，表示没有改变

01表示选择相A

10表示选择相B

11表示选择相C

function_index

函数表中的函数记录的索引。

pre_conv

指示在DSP转换值已经被换算之后，而在转换程序运行之前发生的动作。

pre_conv=00，表示没有

01 Clamp0_Low_VA

10 Clamp1_Low_VA

11表示没有(备用)

Const_index

用作常数表和服务阀值表的索引。

相相关性

如果设置了位，常数索引是相相关的。在优选实施例中，相相关位对某些转换函数指示根据DSP转换进行的是哪一个服务相可以执行替代动作。

前转换

00表示没有转换

01dsp_sav-＞r1

10r1-＞dsp_sav

11dsp_sav-＞r0,0-＞dsp_sav

转换程序

转换程序被定义在由DSP测量产生的数据上操作。为了满足电表的优选实施例的基本测量，需要三十一个程序。这些程序由function_index字段的适当值指定。各个转换程序的实际目的对于理解除了迭代程序以外的测量引擎是不重要的。表5列出了一些本发明可执行的示例性的程序。

表5

Func_index	名称
Func_index	名称	0	读取哑元
1	换算data0	0	读取哑元
1	换算data0	2	Data0 by Data1
3	进行RMS	2	Data0 by Data1
3	进行RMS	4	进行RDS
5	Sum square data0 data1	4	进行RDS
5	Sum square data0 data1	6	扩展函数
7	Iservice测试	6	扩展函数
7	Iservice测试	8	ArcCos
9	ArcTan	8	ArcCos
9	ArcTan	A	压缩
B	Pfservice测试	A	压缩
B	Pfservice测试	C	LL ArcCos
D	LL ArcTan	C	LL ArcCos
D	LL ArcTan	E	发现服务
F	完成服务	E	发现服务
F	完成服务	10	添加Freq_Const
11	添加正常值	10	添加Freq_Const
11	添加正常值	12	迭代
13	乘因子	12	迭代
13	乘因子	14	完成THD
15	除因子	14	完成THD
15	除因子	16	总功率
17	换算r1	16	总功率
17	换算r1	18	压缩功率
19	Clr r0 if r1 0	18	压缩功率
19	Clr r0 if r1 0	1A	Set r0 if r1 It Nominal
1B	按比例扩大	1A	Set r0 if r1 It Nominal
1B	按比例扩大	1C	Mod 360
1D	Clamp0 Low VA	1C	Mod 360
1D	Clamp0 Low VA	1E	Clamp1 Low vAa
1F	总VAW	1E	Clamp1 Low vAa

扩展函数索引

四十九个附加程序在电源设备工作寄存器上执行基本操作。它们被提供来支持新函数。

表6

扩展函数代码	名称
扩展函数代码	名称	E	HiloRatio
F	设置LL进行RMS	E	HiloRatio
F	设置LL进行RMS	10	XOR信号LL
11	XOR信号	10	XOR信号LL
11	XOR信号	12	Data0 by Datal set signs LL
13	Data0 by Datal set LL	12	Data0 by Datal set signs LL
13	Data0 by Datal set LL	14	设置LL
15	读取数据	14	设置LL
15	读取数据	16	添加因子
17	获得频率常数	16	添加因子
17	获得频率常数	18	Smult
19	Sqrt r0	18	Smult
19	Sqrt r0	1A	Square data0 data1
1B	mag r0	1A	Square data0 data1
1B	mag r0	1C	mag r1
1D	调整索引	1C	mag r1
1D	调整索引	1E	除
1F	换算除	1E	除
1F	换算除	20	方根
21	求反	20	方根
21	求反	22	交换r0和r1
23	r0 to dsp sav	22	交换r0和r1
23	r0 to dsp sav	24	dsp sav to r0
25	dsp sav to r1	24	dsp sav to r0
25	dsp sav to r1	26	dsp sav to temp1
27	fl to r0	26	dsp sav to temp1

28	ro to r1
28	ro to r1	29	ro to temp1
2A	r1 to r0	29	ro to temp1
2A	r1 to r0	2B	r1 to r3
2C	r1 to f2	2B	r1 to r3
2C	r1 to f2	2D	r1 to temp1
2E	r1 to dsp sav	2D	r1 to temp1
2E	r1 to dsp sav	2F	r3 to r1
30	r3 to r0	2F	r3 to r1
30	r3 to r0	31	r3 to temp1
32	r3s to r0	31	r3 to temp1
32	r3s to r0	33	r3s to r1
34	temp1 to r0	33	r3s to r1
34	temp1 to r0	35	temp1 to r1
36	f2 to r1	35	temp1 to r1
36	f2 to r1	37	sub r1 r0
38	sub r1 r3	37	sub r1 r0
38	sub r1 r3	39	sub r3s r0
3A	add r3 to r0	39	sub r3s r0
3A	add r3 to r0	3B	add sav ar0
3C	add sav br1	3B	add sav ar0
3C	add sav br1	3D	add r3s to r0
3E	add dsp sav to r0	3D	add r3s to r0
3E	add dsp sav to r0	3F	Add r3 5 dsp sav

定义

data0

DSP能产生两个并行的转换结果。data0代表从DSP读取的最初原始值。data0总是乘上由执行的DSP测量的类型所特定的转换/校准因子，以获得校准值。

data1

代表从DSP读取的第二原始值。data1总是乘上由执行的DSP测量所特定的转换/校准因子，以获得校准值。

R0,R1

普通工作寄存器。在DSP测量过程中，或等待显示或通信程序时寄存器内容被保存以读取测量引擎结果。

DSP_SAVE

为了使用而由测量引擎函数所特别定义的工作寄存器。它的内容一直保存到被电源质量测量引擎函数所清除或覆盖为止。

迭代程序

程序的效果是提供带有REPEAT…UNTIL能力的电源设备。迭代步骤和任何它连接到的步骤将被执行，然后迭代器减1。这一系列将继续到迭代器从0减到$EF。操作在迭代步骤后的下一个步骤继续。

Phase_Pointer,Phase_to_measure

Phase_to_measure和Phase_Pointer内容编码相标志符、phase_a、phase_b、phase_c、结束/开始和多相测试标记。

通常，如果设置了多相测试标记，那么在解释由测量索引指示的测量记录前，测量引擎将自动把Phase_Pointer中的相标志符前进到由电表连接到的服务所支持的下一个相(以结束/开始、A、B、C、结束/开始的顺序)。在执行了转换程序后，测量引擎将再次自动前进相标志符并解释测量记录。这个前进和重复序列持续到最后的服务相被转换，测量引擎将相标志符前进到结束/开始标志符。如果测量将根据相标志符来进行，如果相标志符指定没有为电表连接到的目前服务所定义的相，那么测量引擎将不启动，并给测量请求器返回“测量启动=假”。

在优选实施例中，测量记录按如图8A到8E所示解释。为了启动测量引擎，进入点启动后台测试(210)或启动测试(220)都是可以的。进入点之间的差异仅仅是在230的优选实施例的优先权方法的实现。退出处理中的测量请求的能力由确保迭代能力重置(240)和参数测量记录数、convert_only和phase_to_measurement覆盖各个内部数据存储区measurement_index、do_convert_only(250)和phase_pointer(260)来完成。进入点队列测试(270)由测量引擎用来处理特定的诸如service_voltage和service_current的仪表化测量。在240后和Queue_Text进入点之前，测量引擎测试记录数的指示service_voltage检验或service_current检验的保留代码。这些检验需要附加处理，以在执行测量引擎的正常函数之前设置或检验必要的先决条件。如果发现了检验的任何一种类型，那么执行所需的处理，它包括改变测量记录数，以指定测量引擎能进行的测量序列。然后控制回到在Queue_Test的测量引擎。测量引擎将是请求器，并用进入点队列测试(270)调用它自己。

一旦经过测量引擎的参数已经保存，处理继续进行，如图8C所示。如果接收到Save_R0标记已设置(310)，那么工作寄存器R0的内容转移到save_register(320)。要解释的测量记录字段被表示为330中的MR。MR是由measurement_index所索引的测量表中的测量记录。如果do_convert_only标记被设置(340)，那么convert_can_run标记(370)被设置，测量引擎清除测量完成标记并回到measurement_startedTRUE(3120)。如果do_convert_only没有设置，那么改变覆盖了phase_pointer的相标志。phase_pointer然后在步骤360被验证，以确保所指定的相由服务和相所支持。注意服务没有确定的情况下，所支持的相被确定为那些电表已经构造到能测量的相。如果所指定的相没有得到服务的支持，或自动前进相标志符导致结束/开始标志(380)，那么测量引擎将测量启动假(90)返回到测量请求器。如果phase_pointer指定了有效的相，那么MR的转换函数索引被测试，以观察MR是否是类型2(迭代)记录(3110)。如果MR是类型2，那么convert_2can_run被设置在ie370，测量引擎将measurement_started TRUE返回到测量请求器。

所有的别的类型的测量记录需要DSP转换在返回(3100)之前开始。注意当对于类型3或类型4的测量记录来说在步骤3100可能错误地被处理时(错误是因为类型3和类型4并不指定DSP转换)，实际上只要请求器已经设置了convert_only标记，那么这将不会发生。在优选实施例中，如果DSP转换如图4所示开始。FR表示函数表(410)的由MR中的func_index字段所索引的函数记录。和相标志符相联系的FR是表示完成如下指定的phase_pointer，这些指定包括：哪一个DSP转换要开始、要在哪一个相上进行转换、进行转换需要多少线循环对、应该给DSP提供什么初始化数据和什么换算因子应当用来将DSP转换结果换算或校准为测量的已知单位。这些信息在420用来启动DSP转换。一旦转换开始，measurement_fmished标记(130)被清除(430)，并且测量引擎回到measurement_started TRUE(440)。

从上面的讨论中可以看到，当测量引擎回到测量请求器时，要么没有测量启动，或测量开始但测量完成标记被清除，要么convert_can_run标记被设置并且DSP没有启动，或者测量开始并且convert_can_run没有设置，而DSP转换被启动。

测量引擎响应上面讨论的测量请求器，以开始仪表化测量。一旦开始，测量引擎独立地从测量请求器执行，如图5所示。判定模块510显示当测量完成是真或DSP正在转换时Do_measurement处理位于空循环。如果两种情况都不是真的，那么phase_pointer被测试(560)，以观察它是否是为了进行仪表化测量而执行的最后一个测量。如果发现end_of_chain标志符，那么iteration_step被测试，以观察迭代指令是否在处理中(5130)。如果没有，则测量完成标记被设置，以告诉测量请求器仪表化测量准备被读取。通过调用图6所示的读取转换函数，测量请求器能被仪表化测量读取。在测量请求器已经获得了结果后，请求器清除以更高优先权标记运行的测量引擎。

如果确定在560发现end_of_chain后，迭代指令在130的过程中，由MR指定的转换函数将由图6的Run_Conversion过程执行。在转换函数完成后，迭代器值将减小。如果这是最后一次迭代，那么measurement_index将被改变为iteration_step到phase_pointer的内容，指示这是多相测量，然后Phase_Pointer将被重置到结束/开始标志符，这样在360出现自动前进后，下一个相测量将是相A。

处理在530继续，以开始下一个迭代。继续测试被调用，以开始迭代序列的第一个测量。在继续测试返回后，测量要么没有开始，要么已经开始了，而converted_can_run是真或假。如果测量没有开始，那么将不执行对于对应measurement_index的MR的转换程序。相反，处理在51340继续。如果测量开始而convert_can_run是假，那么DSP转换开始而测量引擎必须等待转换完成(5100)。如果convert_can_run是真，那么DSP转换没有开始。MR的转换程序由Run_Conversion_Function(5110)执行。在转换函数完成后，MR的next_measuremem_index被检验end_of_chain代码。如果发现了end_of_chain代码，那么处理像上面所介绍的那样在5130再次开始。否则处理将在51340继续。

在5140,MR的next_convert_only标记被传送到convert_only标记，MR的next_measurement_index字段被传送到measurement_index，以选择下一个MR。处理像上面所介绍的那样在5170继续。在560，如果next_measurement_index不是end_of_chain代码，那么由MR指定的转换程序将通过调用Run_Conversion过程(590)而执行。在转换程序完成后，处理将像上面所介绍的那样在5140继续。

在520，如果phase_pointer能自动前进到由服务支持的另一个相，那么由MR指定的转换程序将由Run_Conversion(540)的调用来执行。在转换程序完成后，处理将像上面所介绍的那样在550继续。

图6显示了Run_Conversion程序流程图。在610中处理的MR的预转换字段为所有转换函数提供通用目的的寄存器操作。如果MR产生要执行(620)的DSP转换，DSP转换结果被读取，并且由作为函数记录的换算因子的换算根据MR(530)的function_index字段来从函数表中选择。在MR中指定的pre_conv函数然后在换算后的数据上执行(640)。最后，由MR指定的转换程序被调用(650)，然后Run_Conversion返回到它的调用者。如果在620确定了没有执行DSP转换，处理将像上面所介绍的那样在650继续。

在优选实施例中，为了同时操作，至少十四个不同的电源质量测试被编程。再参考图5，也被称为后台测试的电源质量测试能利用下面的资源：出现记录86、事件记录78、活动警告76、负载控制继电器84和显示警告88。出现记录的数目最好和电源质量测试的数目相同。出现记录由记录标记、二进制出现计数器和出现定时器组成。如果后台测试有指定的出现记录，在事件记录中可以记录后台测试开始和停止计时。事件代码基于和后台测试相联系的出现记录数目。可对各个后台警告情况编程，以声明负载控制继电器。如果在电表中没有函数请求声明，继电器将不声明。这些电源质量资源的使用在下面将详细介绍。

图9是显示根据本发明的使用内部标记的电源质量测试引擎处理的关系图。电源质量测试检查仪表化值，以确定在可能指示电源质量、设备故障或干扰问题的电力服务上的反常的状况。在最短的时间内，这些寻常的状况在幅度阀值内鉴定。例如，额定电压上的120％的电压会损坏电设备，但是到这一级别的短暂转换的影响很小，并且相对来说是正常的。因此，要鉴定状况为反常状况典型地需要幅度和最小时间。这些鉴定的测试被称为电源质量事件。幅度阀值可以是最小阀值，也可以是最大阀值。阀值也能定义操作的可接受的或反常带。因为电表能在许多服务中和许多电压上工作，许多监视器的阀值最好根据锁止到电表的服务来定义。别的测试需要是绝对数字的阀值。本发明支持这两种方法。持续时间能按照秒或分钟来定义。根据本发明，任何数目的物理量能被监视，以观察在后台处理上利用的实际约束以及为重复测试所需的时间帧内的反常状况。这些物理量能被定义到特定相，或者能对所有的电表相进行通常的处理。

最好在序列中一次执行一个电源质量测试。当别的更高优先权操作没有使用电表IC的仪表化特征时，物理量被请求，并从使用电表IC的仪表化(电源质量测量)特征的IIC串行总线36上的电表IC14获得。这一显示和通信程序具有比电源质量监视器高的优先权。因为电源质量测量在长度上不同，并且别的程序具有比电源质量测试更高的优先权，监视器采样之间的时间不是一致的或者可以预测的，这在下面有详细介绍。

当识别到电源质量事件，电表可进行许多动作。电表能计数事件，并累加事件的持续时间。电表还能设置警告，它能出现在电表的显示器上。电表还能设置由应用程序可定义的警告，但是只有通过光学或远程通信才可用。电表还能操作继电器。电表还能在事件记录中记录开始和结束时间和事件日期。电表的精确动作由电表配置定义。

通过观看图9中的电源质量监视器关系图、图10中的状态图和图11A到11I的相关流程图，可以更好地理解电源质量监视器的操作和相互作用。在电源质量测试是可运作的之前，最好满足几种状况。如果这些没有满足，电表继续查询这些状况，以确定它们什么时候已经满足。后台使能标记打开或关闭电表内的电源质量测试特征，因此，这一标记必须在测试可以由电表执行之前设置。正如前面指出的那样，许多电源质量测试的阀值根据锁止到电表的服务来定义，因此，服务锁止标记也最好设置。同样，如果电源质量测试能运行，服务没有锁止，并且服务检查不被允许运行(禁用)，因为服务不能锁定，电表还没有正确地配置。在这种情况下，应当设置警告。在本发明中，这个警告和用于活动电源质量监视器事件(电源质量监视器警告标记)显示的警告是相同的，别的警告也在发明的范围内。因为在电表被验证时测试模式被使用，当不同的测试正在运行时服务状况可能是反常的。因此，根据发明的优选实施例，在测试模式中(电表处于测试模式的标记被设置)电源质量测试被禁用。然后应当理解在测试模式操作中电源质量测试可以被使能。因此在优选实施例中，如果设置了这些标记中的任何一个，电源质量测试不运行。

另外，当更高优先权的程序被服务时，某些状况会悬挂电源质量测试。因为电源质量测试最好使用电表IC14内的与显示或通信程序同样的资源，当执行这些更高优先权程序的测量(测量引擎运行在更高优先权标记)或前面的测量正在进行(后台测试在过程标记)时，电源质量监视器被暂停执行。如果测量没有成功完成，错误标记被设置(测量错误标记)，在本发明中，我们进入下一个测试。这一步骤被完成，这样由不适当的配置或设备故障引起的测量错误不会阻止别的电源质量监视器运行。当任何挂起的测量已经成功完成(测量结束标记)，并且在本段前面介绍的状况被满足时，电源质量监视器准备开始测量取样。

因为电源质量测量之间的时间不同，经过的秒计数器和自由运转分钟定时器被用来提供时间基准。电源质量测试引擎需要知道哪一个测试是接下来要执行的测试。这由指向被认为是BKGND_INDEX的下一个记录BKGND_REC的指针控制。监视器定义要进行的测量(测量记录数)和要测量的相(PHASE_TO_MEASURE)。因此电源质量监视器引擎知道要进行的下一个测量。(BKGND_INDEX正常情况下不是0)。监视器引擎通过设置(真)后台测试在过程标记来开始测试，并清除在引擎中将使用的别的标记。监视器能运行在由监视器记录指定的单相上，在各相进行测试的所有有效相上，或在相的结合上一次执行测试的所有有效相上。记录中的PHASE_CODE被检查并作为基础，它的值被赋予可变的PHASE_TO_MEASURE，对于单个测试所有有效相的监视器，设置了多相测试变量(真)。这一信息和测量记录数被提供给电源质量测量引擎，以开始测量。电源质量测量引擎通过设置测量错误标记来提供关于测量状态的信息。如果测量没有开始，电源质量监视器引擎清除后台测试在过程标记和测量错误标记，并前进到下一个电源质量监视器。

因为显示警告代码能由多个监视器驱动，需要一个状态来检查是否没有事件是活动的。在发明中，测试索引等于0考虑到了这一状态。这个状态可能在别的(或多个)测试索引数上出现。当测试索引等于0，电源质量监视器引擎假定事件是活动的(设置了后台警告标记)。这个分配的后台警告标记被检查，并且如果所有的用来驱动显示警告(电源质量监视器警告标记)的标记被清除，后台警告标记将被清除。并且如果服务检查错误标记没有设置，电源质量监视器警告标记将被清除。否则，电源质量监视器标记被设置。BKGND_INDEX现在设置为1，后台警告标记被清除，等待在事件检测时设置。

当测试完成时，需要从监视器记录中识别的额定值计算高阀值和低阀值。物理量是使用在电源质量监视器记录内定义的测试与电源质量监视器引擎的原始或计算阀值来比较的。如果阀值测试指示可能的事件(不满足测试条件)，可能需要事件经过最小持续时间来鉴定，并且可能需要产生警告和别的事件记录。决定动作进行的时间和内容的本发明中的程序是LOG_FAULT程序。LOG_FAULT程序经过OWNER_CODE、LOG_NUMBER和WARNING_NUMBER,OWNER_CODE定义是否超过高或低阀值，LOG_NUMBER是对应于超过的阀值的监视器记录中的记录数，WARNING_NUMBER是对应于超过的阀值的监视器记录中的警告代码。

在LOG_FAULT程序中，如果监视器记录中的最小持续时间(报警时间)是0，事件不需要被最小持续时间鉴定，并且能立即被记录。这通过检查监视器记录来完成，以观察电源质量监视器警告标记是否应当被设置(这将导致警告显示在电表LCD上)，并且在监视器记录中分配的后台警告位被设置。基于OWNER_CODE,USING_HIGH或USING_LOW变量被设置(真)。这些变量用来识别记录的所有者。如果LOG_NUMBER没有指向实占用事件，LOG_FAULT程序没什么可做，因此返回。如果LOG_NUMBER指向目前在使用的出现记录(设置了记录标记)，程序不需要做别的事情，并因此返回。如果LOG_NUMBER指向目前没有使用的出现记录，程序增加事件的数(出现记录)，并设置记录标记。如果继电器请求标记在监视器记录中被设置，那么设置后台继电器标记并注意这一记录已经设置了继电器标记(BK_RELAY)。这对于确保这一记录已经设置了继电器标记(BK_RELAY)是必要的。这对于确保如果能设置BKGND_RELAY的所有记录已经停止具有活动事件就仅清除BKGND_RELAY是必要的。如果事件记录(事件记录中出现的时间和日期)在监视器记录中被使能，这一事件的开始状况通过添加十六进制的“80”到记录数和发送这一事件代码到事件记录程序来产生。

如果监视器记录中的最小持续时间(警告时间)不是0，事件需要以最小持续时间来鉴定。最小持续时间(时基)的单位、最小持续时间值(警报时间值)和用来定时最小持续时间的定时器(警报定时器)同样在电源质量监视器记录中定义。有十六个警报定时器可以用来选择。多个监视器能使用同一个定时器。然而，如果监视器记录不参考实时警报定时器，不能出现这样的鉴定，因此，用于事件的警告按照上面介绍的方法设置，并且程序返回。如果实时警报定时器被参考，这个定时器被检验，以观察它是否是0(没有运行)。如果它是0，警报定时器被指定给OWNER_CODE。激发警报定时器的监视器保留了OWNER_CODE，这样电源质量监视器引擎知道用哪一个最小持续时间和警报定时器的逝去的时间相比，以及哪一个监视器能停止状况的定时。定时器使用在监视器记录中定义的时基来开始。当定时器开始后，警报定时器状态被设置以指示定时器正在使用。程序然后返回。如果警报定时器正在运行(定时器不等于零)，事件目前被定时。如果这一事件(OWNER_CODE)不是目前定时的事件，程序返回。否则，基于OWNER_CODE，设置USING_HIGH或USING_LOW变量(真)。警报定时器被测试。如果定时器还在定时(记录标记真)，那么程序返回。如果定时器被悬挂，指示定时器被用来鉴定事件但没有使用出现记录，那么用于事件的警告按照上面介绍的方法被设置，程序返回。如果定时器已经满足了最小持续时间需求(时间超出)，用于事件的警告按照上面介绍的方法被设置，LOG_NUMBER被检查。如果LOG_NUMBER指向目前在使用的出现记录(设置记录标记)，那么警报定时器肯定在前面至少超时一次，并被重载以测量它的最大可能时间间隔。在这种情况下，程序将最大间隔加到定时器上，以记录逝去的间隔，并再次重启警报定时器，以测量它的最大间隔和选择最为时基的分钟定时器，然后返回。如果LOG_NUMBER指向目前没有使用的出现记录，程序增加事件的数量(出现记录)，并设置记录标记。如果在监视器记录中设置了继电器请求标记，那么将设置后台继电器标记，并注意这一记录已经设置了继电器标记(如果所有的能设置BKGND_RELAY的记录已被停止具有活动事件，仅记录BK_RELAY被清除)。如果在监视器记录中的事件记录(事件记录中出现的时间和日期)被使能，通过把十六进制的“80”加到记录数并将这个事件代码发送到事件记录程序来产生这一事件的开始状况。程序然后在出现定时器上增加在监视器记录中指定的警报时间值减去分钟定时器中经过的时间的差值，重启动警报定时器，以测量它的最大时间间隔并选择作为时基的分钟定时器，然后返回。因此，定时器被适当地启动，并且任何警报已经被标记。

一旦任何故障被记录，多相测试标记被检查。如果这是一个多相测试，PHASE_TO_MEASURE前进到由锁止的服务支持的下一个相。如果这不是最后相，则在新相上重复上面的测量，上面的操作被重复回到这个点上。如果这不是多相测试或它是多相测试的最后相，事件的状态由检查测试状态程序检查。

由于单个电源质量监视器测试定义能使多相被测试并且可能被记录，电源质量监视器引擎并不试图改变记录或不记录出现记录，或清除警报定时器，直到所有由电源质量监视器测试指定的相已经被测试。检查测试状态负责观察测试状态，它决定从记录或事件定时转换为等待下一个事件。转换操作被称为关闭记录。如果电源质量监视器测试指定用于高与低事件的相同出现记录，那么如果USING_HIGH或USING_LOW被设置，出现记录和警告定时器应当保持为它的目前状态，并且检查测试状态返回。如果USING_HIGH和USING_LOW都被清除，那么Clear_Log被调用，其参数为设置出现记录数的warning_stop_code。Clear_Log将执行需要关闭由log_to_close指定的记录的转换步骤。如果测试用到警告定时器，在准备定时下一个事件的出现时其被清除。然后将返回检查测试状态。如果检查测试状态决定不同的出现记录用于高与低事件，那么状况将被检查，以观察各个记录是否能被关闭。如果USING_LOW没有设置，那么低记录能被关闭。warning_stop_code将被设置到low_warning_code,Clear_Log将被调用，以确保低记录被关闭。在Clear_Log返回或如果USING_LOW是真，那么USING_HIGH被测试。如果USING_HIGH被设置，那么不需要更进一步的动作，并且检查测试状态返回。否则warning_stop_code将被设置到high_warning_code,Clear_Log将被调用，以确保高记录被关闭。在这一点如果USING_LOW被清除，那么将不会记录高和低类型事件。如果在测试中用到了警报定时器，在准备事件的下一个出现中它将被清除。然后将返回检查测试状态。如果USING_LOW被设置，那么警报定时器必须保持为原来的样子，并且检查测试状态将返回。

正如前面所指出的那样，Clear_Log将执行需要用来关闭由log_to_close指定的记录的转换步骤。由经过的警告代码索引的后台警告位总是被清除。如果log_to_close不指向实际出现记录，那么不需要进一步的动作，Clear_Log返回。否则由log_to_close引用的出现记录通过确保记录标记被清除来关闭。如果警告定时器被电源质量监视器测试使用，那么从警告定时器最后一次重启动的逝去时间和从分钟定时器最后一次滚动的逝去秒被加到出现定时器。如果为了电源质量监视器测试而设置了继电器请求标记，那么对应于log_to_close的继电器请求标记将被清除。如果继电器请求标记被判定要清除，那么后台继电器标记也将被清除，以指示没有电源质量监视器测试需要和要清除的后台测试相关的继电器。如果事件记录为了电源质量监视器测试被使能，那么十六进制的$C0+log_to_close的事件代码被发送到事件记录，以记录从记录打开到记录关闭的转换。最后，Clear_Log返回。

总结：如果状况没有持续到最短持续时间，警告定时器状态被清除，事件未通过鉴定，并且好像状况不存在那样被对待。如果状况持续了最短持续时间，新警告定时器状态被设置，并且多个电表操作能根据电源质量监视器的配置而出现。如果监视器配置为能使事件驱动14个出现记录中的一个，那么出现计数器在适当的出现记录中增加，对于那个记录的记录状态被设置。当事件结束时，警告定时器逝去的时间被加到出现时间，并且记录状态被清除(非记录状态)。如果监视器配置为驱动事件记录，事件的开始时间和日期和开始事件代码一起记录在事件记录中。当事件结束时，事件的结束时间和日期和结束事件代码一起记录在事件记录中。(事件代码由电源监视器数定义，这样就能知道产生事件的实际监视器，但是别的分配事件代码的方法也可以应用。)如果监视器被配置为驱动一个特定警告(指定的后台警告标记)，在用于事件的持续时间的电源质量监视器警告标记中设置所定义警告。当事件结束时这个警告被清除。如果监视器被配置为驱动用于电源质量监视器事件的显示警告(后台警告标记)，在事件的持续过程中这个标记被设置。当驱动这个警告的所有的事件结束时警告被清除。如果监视器被配置为驱动负载控制继电器，在事件的持续过程中后台继电器标记被设置。这个标记在事件结束时被清除。继电器驱动程序监视这个标记并操作继电器的实际驱动。电源质量监视器能配置这些操作的任意结合。

当测量测试失败时，电表可以被编程，以增加事件计数器、合计事件时间、设置警告标志符、闭锁继电器和记录事件的开始和结束时间。测试能进一步由定时器鉴定，这样在编程的动作出现前的可编程数量的时间(例如1秒到60分钟)内，测量不能测试。这样的参数存储在图3所示的电源质量测试表中的EEPROM中。电源质量测试表由预先选择的记录组构成。各个电源质量测试定义指定了要进行的电测量、要测试的相、在测量后要进行比较的类型、要和测量结果相比较的值、在执行动作之前测试必须失败的时间数以及在测量值超过阀值的事件中进行的动作。在优选实施例中，记录由如下的字段描述组成：

字段1：比较测试数——这个字段是一个单索引，它指定在给定的后台测试中在所测量的值上要进行的比较测试的几种可能的类型以及由后台记录指定的阀值。

字段2：指定如果对低阀值的测试失败时要进行的动作。

字段3：指定如果对高阀值的测试失败时要进行的动作。

字段4：初始警告时间值——指定在申明失败之前警告状况最好存在的时间。如果这个值是零，那么将没有时间延迟，在检测后警告状况立即被记录。

字段5：定时器数——指定如果初始警告时间值不是零时要用到的警告定时器。

字段6：低记录数——指定哪一个出现记录用来记录低警告。

字段7：高记录数——指定哪一个出现记录用来记录高警告。

字段8：这个字段提供了用来计算高阀值的原始数据，以对后台测量进行测试。这个字段根据字段10中的Nominal_Code的值被解释为嵌入式正常值、嵌入式百分比值或高于额定值的百分比。

字段9：这个字段提供了用来计算低阀值的原始数据，以对后台测量进行测试。这个字段根据字段10中的Nominal_Code的值被解释为嵌入式正常值、嵌入式百分比值或低于额定值的百分比。

字段10：指定了Nominal_Code和指定相A、B、C中的一个的Phase_Code，在下面会更详细地介绍。

字段11：DSP测量记录索引——指定了在要进行的后台测试中需要的测量记录数。如果小于定义的最大后台测试，0的索引表示后台测试列表的结束。设置任何一个后台测试索引将导致后台测试和所有的如下测试不进行。后台测试序列将再次在测试1处开始。注意设置DSP_Test_Index=0是使后台测试不可用的一个方法。

再参考图5，在从测量引擎接收测量60后，电源质量引擎进行指定的比较测试。返回的测量然后根据由电源质量测试记录指定的比较测试被测试，它使用由电源质量测试记录引用的服务特定阀值70。下面的列表是一些示例性的电源质量测试，并介绍了这些测试是如何使用服务阀值信息的。

PQ测试1：反常的服务电压：——由服务测试定义(下面重复)

所测量的电压相角超出额定的电压角范围+/-15度；

所测量的电压超出额定的相电压范围+/-10％；

持续时间：大于60秒的状况或状况的结合。

PQ测试2：反常的低电压

在任何相所测量的电压少于额定服务电压(ANSIB限

制)的6％；

持续时间：大于60秒的任何相或相的结合的状况。

PQ测试3：反常的高电压

在任何相所测量的电压高于额定服务电压(ANSIB限

制)的6％；

持续时间：大于60秒的任何相或相的结合的状况。

PQ测试4：反常的服务电流(功率因数和逆功率)——由服务电流测试定义(下面重复)

超前或滞后测量的功率因数在单相和Y形服务上小于

0.25，在三角形服务上小于0.00，在任何相上所测量的

负电源(电流)；

持续时间：大于5分钟的状况或状况的结合。

PQ测试5：反常的低服务电流——由服务电流测试定义

在任何相上所测量的电流少于类电流的0.1％，但不是

所有相；

持续时间：大于5分钟的任何相或相的结合的状况。

PQ测试6：反常的功率因数

所测量的功率因数在单相和Y形服务上任何相上超前

或滞后小于0.45，在三角形服务上小于0.2。

持续时间：大于5分钟的任何相或相的结合的状况。

PQ测试7：过第二谐波电流——

在任何相上所测量的第二谐波电流大于0.5安培。

持续时间：大于15分钟的任何相或相的结合的状况。

PQ测试8：过总的谐波电流失真

在任何相上所测量的总的谐波失真大于基础的30％。

持续时间：大于60秒的任何相或相的结合的状况。

PQ测试9：过总的谐波电压失真

在任何相上所测量的总的谐波失真大于基础的30％。

持续时间：大于60秒的任何相或相的结合的状况。

基于特定的电源质量测试的输出，图5中的电源质量源76、78、80、82、84、86、88中的一个或更多根据电源质量引擎而动作，这将在下面有详细介绍。单独的电源质量监视器比较测试确切地指定了字段6、7、8和9如何使用。通常，如果对低阀值的测试失败，低记录数表示要使用的记录。与之相似，当测试对高阀值的测量时，高记录数被使用。这一执行允许单个测量对一个或更多阀值来被测试，但定义单个测试。在单个测试记录关于时间的统计量时，就能知道测试失败。然而，对于多阀值测试关于哪一个阀值更经常地或以更长的时间段交叉的信息，它们最好不被描绘。两个记录的使用支持带型测试，这里可能需要在两个阀值之间或之外的测量。这允许为各阀值收集输出统计量。

各个电源质量测试能从图3所示的服务阀值表中选择一个值。所选择的值被认为是额定值，用来产生测试阀值。高和低阀值通过将额定值向上或向下换算高和低阀值百分比值来计算，高和低阀值百分比值最好标记为电源质量测试表中的Raw_High_Threshold和Raw_Low_Threshold。服务阀值表已经作为字或记录的压缩阵列执行。阵列由Nominal_Table_Index索引。Nominal_Table_Index存储在字段10中的Nominal_Code_sub_field中。

作为一个实例，考虑五位值表示的额定代码。如果五个位被认为表示从$00到$1F的值，那么：在从$00到$1C的范围内的值被认为是到服务阀值表的字边界索引；值$1D用来表明特定的六字节值bk_factor应当用作额定值；值$1E用来表明高和低阀值应当通过处理作为高和低阀值压缩字值的高和低阀值百分比值来产生，其代表了0到100％的范围；值$1F用来表明高和低阀值应当通过处理作为高和低阀值压缩字值的高和低阀值百分比值来产生，其代表了0到1的范围。在优选实施例中，使用48位算术和到二进制点右边16位的分辨率计算和存储阀值。

字段10还包含被称为Phase_Code的三位子字段，以指示相电源质量测试将测试。Phase_Code字段的值按如下定义：

Phase_Code=0..7

0=测试相A测量

2=测试相B测量

4=测试相C测量

1=测量所有的服务相并执行一个测试

在结果上

7=一次一个地测试所有的服务相

电源质量监视器引擎负责解释Phase_Code字段和给电源质量测量引擎构造正确的测量请求。

再参考图10，各个电源质量测试将位于一种状态：依赖于警告定时器是否分配给测试、出现记录是否分配给测试以及相对于可编程的测试限制而被监视的状况。

如果没有警告定时器或出现记录分配给电源质量测试，那么电源质量测试将位于状态S1或S2。只要为了测试而定义的测量通过测试，电源质量测试将位于状态S1。如果为了测试而定义的测量测试失败，那么将设置分配给电源质量测试的警告位，如果对于电源质量测试可编程使能，将设置电源质量监视器警告标记，并且电源质量测试将位于状态S2。电源质量测试将保持在状态S2，直到为了测试而定义的测量通过并且电源质量测试回到状态S1。在转换到状态S1时，分配给电源质量测试的警告位将被清除。

如果没有警告定时器分配给给定的电源质量测试，而出现记录被分配，那么电源质量测试将位于状态S3或S4。只要为了测试而定义的测量通过测试，电源质量测试将位于状态S3。在状态S3时，如果为了测试而定义的测量测试失败，那么将设置分配给电源质量测试的警告位，如果对于电源质量测试可编程使能，将设置电源质量监视器警告标记，并且将设置出现记录的记录标记，二进制出现记录将增加，对应于出现记录数的继电器请求标记将被设置，如果可编程使能，为了请求负载控制继电器被驱动，电源质量监视器启动，如果可编程使能，对应于出现记录数的事件代码将被发送到事件记录，电源质量测试将位于状态S4。电源质量测试将保持在状态S4，直到为了测试而定义的测量通过并且电源质量测试回到状态S3。在从状态S4转移到状态S3时，分配给电源质量测试的警告位将被清除，对应于出现记录数的继电器请求标记将被清除，如果可编程使能，为了指示该电源质量测试不需要负载控制继电器的驱动，出现记录的记录标记将被清除。

如果警告定时器分配给给定的电源质量测试，而没有出现记录被分配，那么电源质量测试将位于状态S5、S6或S7。只要为了测试而定义的测量通过测试，电源质量测试将位于状态S5。如果为了测试而定义的测量测试失败，那么分配给电源质量测试的警告定时器将和为了电源质量测试而定义的警告时间值被编程。电源质量测试将转换到状态S6，并将保持在这个状态，直到为了测试而定义的测量通过或者直到警告定时器超时。如果对于测试的测量通过，那么警告定时器将被禁用，并且电源质量测试将回到状态S5。如果在状态S6时警告定时器超时，那么将设置分配给电源质量测试的警告位，如果对于电源质量测试可编程使能，电源质量监视器警告标记将被设置，警告定时器将被禁用，并且电源质量测试将转换到状态S7。电源质量测试将保持在状态S7，直到为了测试而定义的测量通过并且电源质量测试转换到状态S5。在从状态S7转移到状态S5时，分配给电源质量测试的警告位将被清除，如果对于电源质量测试可编程使能，电源质量监视器警告标记将被清除。

如果警告定时器和出现记录被分配给给定的电源质量测试，那么电源质量测试将位于状态S8、S9或S10。只要为了测试而定义的测量通过测试，电源质量测试将位于状态S8。如果为了测试而定义的测量测试失败，那么分配给电源质量测试的警告定时器将和为了电源质量测试而定义的警告时间值被编程。电源质量测试将转换到状态S9，并将保持在这个状态，直到为了测试而定义的测量通过或者直到警告定时器超时。如果对于测试的测量通过，那么警告定时器将被禁用，并且电源质量测试将回到状态S8。如果在状态S8时警告定时器超时，那么将设置分配给电源质量测试的警告位，如果对于电源质量测试可编程使能，电源质量监视器警告标记将被设置，出现记录的记录标记将被设置，二进制出现记录将增加，对应于出现记录数的继电器请求标记将被设置，如果可编程使能，为了请求负载控制继电器被驱动，电源质量监视器启动，如果可编程使能，对应于出现记录数的事件代码将被发送到事件记录，警告时间值将加到出现定时器，自由运行的分钟定时器的逝去的秒将从出现定时器上减去，警告定时器将重启动，以测量它的最大逝去时间(在优选实施例中是六十分钟，用自由运行的分钟定时器作为警告定时器的时基)，并且电源质量测试将转换到状态S10。电源质量测试将保持在状态S10，直到为了测试而定义的测量通过或者警告定时器超时。如果在电源质量测试位于状态S10时警告定时器超时，那么警告定时器已经测量的最大逝去时间将加到出现定时器，并且警告定时器将被重新加载，以测量它的最大逝去时间。如果在电源质量测试位于状态S10时测量通过测试，那么电源质量测试将转换到状态S8。在从状态S10转换到状态S8时，分配给电源质量测试的警告位将被清除，如果可编程使能，对应于出现记录数的继电器请求标记将被清除，以指示电源质量测试不需要驱动负载控制继电器，如果对于电源质量测试可编程使能，电源质量监视器警告标记将被清除，从警告定时器被重编程至今的逝去时间将加到出现定时器。

在转换到状态S10时从出现定时器上减去自由运行的分钟定时器的逝去秒数，以及稍后在转换到状态S8时将自由运行的分钟定时器的逝去秒数加在出现定时器上的目的是在保持时间测量准确性和自由运行的分钟定时器的时基的分辨率时，能使用单个自由运行的分钟定时器作为时基而提供给多个相互异步运行的警告定时器。

C．服务识别

图12是显示根据本发明的由微控制器16执行的步骤的流程图，以自动和电子识别在1000的服务并检查驱动相电位指示器(图2)的DSP输出。在优选实施例中，具有和高信号电平相关输出的相被判定为提供电源。

表示电表元件配置的信息最好存储在EEPROM中的预先定义的存储单元内。在优选实施例中，指示电表是否必须使用所有元件的信息也存储在EEPROM中的存储单元内。电表元件配置参考电表能测量多少和哪一个相电压和电流。在步骤1002，微控制器检查存储在EEPROM中的电表元件配置数据，以判定是否必须使用最大电表元件或是否使用较少数目的元件。如果必须使用最大电表元件，那么在1006微控制器判定正确的相是否可得，也就是与目前由电表元件配置数据识别的相匹配。如果正确的相不可得，没有服务是可判定的。

如果在1002判定不需要最大数目的元件，那么在1004微控制器检查诸如相A的单相、两相(目前是相A和C)和三相服务的有效配置。别的配置最好认为是无效的。

如果没有服务是可判定的，或者如果配置是无效的，那么在1008未知的服务代码，例如”NONE”，存储在和服务类型状态信息相联系的RAM中，服务类型状态信息在下文中被称为服务字节。

在步骤1010，微控制器判定服务是单相、两相还是三相服务。当服务是两相服务，Vca的角(相C和相A之间的相角)被测量。当服务是三相服务，相角Vba(相B电压和相A电压之间的相角)和Vca被测量。在优选实施例中，电压相角使用被称为Va零交叉的FFT技术来测量。

在上面联系图3的讨论中，服务角表存储在EEPROM中。下面将详细介绍的服务角表通常包括带有服务字节的记录和用于相C和B的额定相角的记录。服务字节是服务记录中的第一个字节，它定义进入将应用的服务。例如，服务字节格式可以按如下表述：

位7：spare——没有使用。

位6：cba——定义cba旋转是有效旋转。

位5：abc——定义abc旋转是有效旋转。

位4：4wd——4wd服务；1=4wd,0=非4wd。

位3：4wy——4wy服务；1=4wy,0=非4wy。

位2：3wy——3wy服务；1=3wy,0=非3wy。

位1：3wd——3wd服务；1=3wd,0=非3wd。

位0：1p——单相服务；1=1p,0=非1p。

额定相角最好是以0.02度增加的以二进制表示的2字节格式。在步骤1016微控制器一个记录一个记录地搜索服务相表，来查找包括所测量的电压角的第一服务。这个过程将在下面详细介绍。如果在步骤1020发现了所测量的相角的服务相角记录，服务字节被定义，以识别对应于该记录的相旋转和服务类型。否则为找不到已知服务，例如服务字节=“NONE”，如步骤1008所示。

当已经定义了服务字节，或者因为在步骤1010服务被判定是单相服务，或通过与步骤1016和1020相联系而介绍的表搜索技术，服务测试在步骤1018继续。在步骤1018，现有的各相电压被测量。然后使用这些测量，微控制器在步骤1022在服务电压表(联系图3介绍)中搜索记录，该记录包括由服务字节和各个测量的相电压识别的服务类型。在优选实施例中，服务电压表中的记录可以包括识别可能服务和换算信息的服务定义字节、识别额定服务电压的信息、识别要在服务中使用的可编程的电位指示器阀值的信息、以及识别关于额定服务电压的各个最大和最小容差的信息。

一旦相电压被测量，记录被搜索，以判定对于相和服务类型，所测量的电压是否在定义的容差范围内。如果在步骤1024电压被判定为有效，那么额定电压将被返回。服务电压记录搜索必须反复地查找匹配于由服务字节指定的服务的服务电压记录。对应于服务电压记录中的额定电压的高和低容差最好基于服务电压的最小和最大百分数。对于服务的所有电压最好在阀值内。注意一些服务类型可能需要相A、B和C限制被比例换算。下面将更详细地介绍电压测试过程和服务电压表记录的字段。

如果在步骤124电压测试记录没有被识别为匹配记录，那么在步骤108，服务字节被定义为”NONE”，服务额定电压被设置为零。如果在步骤124电压测试记录被识别，那么服务字节和由匹配记录识别的服务电压被返回，并存储在RAM中。

图13是显示根据本发明的服务相表搜索过程的详细流程图。这个过程最好参考如下的服务相表定义来说明：

相角容差最好按指示的那样预先存储在EEPROM中。记录定义包括“服务信息字节”，它在优选实施例中包括上面指示的位定义。特别地，位7空，位6定义了cba相旋转，位5定义了abc相旋转，位4-0定义了不同的服务类型。服务相表中的各个记录包括不同的服务信息字节。

再参考图13，服务角表中的第一记录在1032被检查，以判定服务信息字节是否包括abc旋转位。如果是，然后在1034如果相C和相B是现有相，则计算其额定相角范围。最好在记录中指定的相角上加上适当的相指定的容差，以获得相的上角界限，以及从指定的相角减去容差，以获得相的下限，以此来执行相角计算。例如，参考上面的服务角表，假设容差是25度。考虑第一个列出的记录，为了确定相角范围以比较相C的测量相角，按十六进制执行下面的计算：

上限=7530+05dc或十进制的300度+25度

下限=7530+05dc或十进制的300度-25度

如果在步骤1036判定所测量的相角在的计算的范围内，在服务信息字节中从左到右进行的第一服务位=1在步骤1038被识别为服务。例如，考虑上面的服务角表中的第一记录，服务信息字节中的第一服务位对应于3线三角形服务。在步骤1040服务字节被更新，以定义3线三角形服务。在步骤1042，指针最好被存储，以识别服务角记录。

如果在步骤1036测量的相角没有判定为在计算的范围内，那么下一个具有在服务信息位中具有ABC旋转位的记录通过执行步骤1044、1046和1032来定位。因此，各个具有abc旋转位的记录被检查是否匹配相角测量，直到发现匹配和服务被定义，或者直到在步骤1046判定出没有更多的记录可用来检查。当没有更多的记录可用时，各个记录的服务信息字节的cba旋转位通过步骤1044、1046、1048被相似地检查。如果带有cba旋转位的记录包括在步骤1036判定的与测量范围匹配的角范围，那么服务位在步骤1038被定位，服务在步骤1040被定义，并且在1042指针被设置到记录。如果没有带有cba旋转位的记录匹配在步骤1036判定的测量相角，那么服务字节中的服务在1052定义为”NONE”。

图14是显示根据本发明的服务电压表搜索过程的详细流程图。这个过程最好参考如下的服务相表定义来说明：

正如上面所指示的那样，服务电压表的各个记录最好包括称为电压服务字节的1字节字段、表示服务的额定电压的2字节字段、表示和服务联系一起使用的可编程电位指示器阀值的2字节字段、表示对于服务在额定电压上乘以因子(＞1)来达到额定电压范围的最大阀值的2字节字段、表示对于服务在额定电压上乘以因子(＜1)来达到额定电压范围的最小阀值的2字节字段。电压服务字节最好包括下面的位定义：

位7：ab.5——用0.5换算相A和B电压

位6：c.5——用0.5换算相C电压

位5：c.86——用0.86换算相C电压

位4-0：各个位表示不同的电力服务。

参考图14，搜索过程在服务被服务角搜索过程识别后开始。服务电压表的各个记录在1060被检查，以判定电压服务字节字段是否包括与在服务字节中识别的同一个服务匹配的位，例如，电压服务字节中的位1和定义了3线三角形服务的服务字节=1。如果在步骤1060发现了匹配，由记录指定的额定电压范围在1062被计算。例如，额定电压字段数据被乘以vmax百分数字段数据(1+百分之vmax)，然后根据电压服务字节的位7、6和5换算，以获得额定电压范围的上阀值。与此相似，额定电压字段数据被乘以vmin百分数字段数据(1+百分之vmin)，然后根据包含在电压服务字节的换算信息来换算，以获得额定电压范围的下阀值。作为特殊示例，考虑上面提出的服务电压表中的第三个列出的记录。额定相电压以十六进制被指定为“0960”,vmax百分数以十六进制被指定为“199A”，电压服务字节服务位指示相A和B应当用0.5换算，相C应当用0.86换算。因此为了得到上阀值，进行下面的计算：

0960乘以(1+199A/FFFF)

然后各个测量的相电压在步骤1064和与同样相相关的计算的额定电压范围比较，以判定测量的相电压是否“匹配”，即，在额定范围内。如果所测量的电压匹配额定范围，那么服务字节在1066被定义为当前服务定义，在步骤1068指针设置到当前服务电压记录。如果所测量的电压不匹配额定电压范围，那么通过在1070检查在服务电压表中是否有更多的记录可用来使过程继续。同样的步骤对各个记录都执行，直到发现有效服务或直到服务电压表没有更多的记录以供检查。如果没有有效服务被识别并且所有记录已经被检查，在没有更多1072，服务字节返回”NONE”，以指示没有有效服务由服务测试识别。

如上所述，电源质量测试需要服务相关阀值和别的数据。为了这个原因，正确的服务定义被锁止到电表是很重要的。应当理解，电源质量测试和闪烁处理不能被使能，直到有效服务被识别和锁止为止。

图15是显示根据本发明的服务锁止过程的状态的状态图。如图15所示，那里基本上有两种状态，锁止和解锁，各个状态都带有许多条件状态定义。这些条件定义可以包括服务测试是否使能或禁用、电源质量测试是否使能或禁用、闪烁处理是否使能或禁用、有效服务是否被定义、手动或自动锁止是否被定义。当这些条件状态中的任何一个定义了改变，到别的状态的转换被触发。锁止或不锁止命令的接收也可以导致从一个状态转换到另一个状态。

在如图15所示的状态1100，电表位于服务检查使能的解锁状态，指定手动锁止，电源质量测试和闪烁处理被禁用，但是还没有识别到有效服务。在检测有效服务后，状态1100转换到状态1104。如下所述，有效服务最好显示在电表显示器上。如果显示的服务是预期的或可接受的服务，电表安装人员或技术员可以按下命令重置键，以手动锁止服务。如果命令重置键被按下，状态从状态1104转换到状态1102。然而，如果在状态1102时电表安装人员或技术员没有手动锁止电表，将发生回到状态1100的转换。因此，电表继续寻找有效服务，直到一个服务被锁止。

用来解锁服务的命令被产生。如果在状态1102时解锁命令被接收，电表然后转换回状态1100。电表还可以通过编程变化来重新配置，以提供前面提到的自动锁止特性。如果电表位于状态1102并且被重新配置以自动锁止服务，那么服务被解锁，并且电表转换到状态1112。在这个状态下，如果有效服务被服务测试定义，这个服务被自动锁止，电表转换到状态1110。如果没有有效服务被识别，或者如果在状态1100时解锁命令被接收，那么电表返回到状态1112。

服务测试可以通过编程变化来禁用。如果在电表位于状态1102或状态1110时，服务测试被禁用，电表转换到状态1108。当位于状态1108，服务被锁止，并且只有接收到解锁命令才会触发到不同状态的转换。当接收到解锁命令，电表从状态1108转换到状态1106。如果服务通过重新编程被锁止，电表返回到状态1108。

图16是根据本发明的用于服务测试过程和显示处理的状态图。如上所述，不同的参数与/或测试可以被选择用来以正常或交替显示模式显示。各个选择的项目被测量、测试，等等，并在预先定义的一段时间内被显示。在优选实施例中，这些项目按固定顺序序列一次显示一个。因此当位于正常显示处理状态1200，为了以正常模式显示而选择的各个项目被顺序处理和显示。

如果服务测试被确定为一个选择的项目，当服务测试变成显示序列中的目前项目时，进行到服务测试处理状态1202的转换。在优选实施例中，当位于服务测试处理状态时，电表在LCD上显示消息“SYS”。如果有效服务被发现和自动锁止，服务测试过程转换到锁止的显示状态1204，并且显示定时器被启动。在优选实施例中，相旋转、服务电压、锁止状态和服务类型在预先定义的一段时间内显示。如图12所示，相旋转是“ABC”，服务电压是“120”，状态“1”指示服务被锁止，服务“1P”指的是单相。当显示定时器指示预先定义的显示时间已逝去，也就是显示定时器“时间超出”，显示过程回到正常显示处理状态1200。

如果有效服务被发现而需要手动锁止，服务测试过程转换到显示状态1210，并且显示定时器启动。在显示状态1210时，服务可以被显示，并且可以通过按下命令重置按钮来手动锁止。在优选实施例中，相旋转、服务电压、服务类型显示在电表显示器上。如果命令重置按钮被按下，服务被锁止，并且服务测试过程转换到锁止显示状态1204，此时“L”最好和服务定义相联系而显示。当位于显示定时器超时之前的显示状态1210，显示的服务没有锁止，服务测试过程转换到服务测试处理状态1214，直到有效服务被识别和锁止。一旦有效服务被锁止，也就是自动锁止使能，服务测试过程从服务测试处理状态1214转换到锁止的显示状态1204，并重新启动显示定时器。如果在服务测试处理状态1214中，有效服务被识别，但是需要手动锁止，那么服务测试过程转换回到显示状态1210。

如果在位于服务测试处理状态1202或1214时没有发现有效服务，显示定时器被启动，服务测试过程转换到错误显示状态1206。在优选实施例中，服务错误代码“ser555000”被显示和锁止在电表上。

如果在正常显示序列中交替模式被调用，例如通过按下ALT按钮，对于交替显示模式指定的项目被处理，并在交替滚动处理状态1208、1212被显示。如果在确定了无效服务之后或在转换到服务测试处理状态1202前按下了ALT按钮时交替滚动被调用，那么在位于交替滚动处理状态1208中最后的交替滚动项目从显示器上清除时，服务测试过程再次调用服务测试。与此相似，如果交替模式在显示状态1210或服务测试处理状态1214时被调用，则进入交替滚动处理状态1212并完成。在交替滚动序列的最后，如果没有先前有效服务被识别，服务测试可以被再次调用。然而，如果在交替滚动处理之前有效服务被识别，那么服务可能被锁止，显示定时器被重置。

本发明的另一个特征是提供了闪烁检测和指示能力。为此，可以想到处理器14提供了相A、相B和相C输出。这些输出是各个相的电压的存在的指示。由于电表10是为了用于宽的使用范围，即能在电压的宽范围上使用，相A、B和C上的电压电平将在不同的使用中而不同。因此，本发明的一个方面是在处理器14中提供可编程的阀值比较器。这样的比较器能用对于给定的额定服务电压的适当阀值来编程。只要电压保持在可编程的阀值电压之上，从DSP14输出的信号将具有指示可接受的电压的逻辑电平。如果电压下降到低于阀值电平则DSP14的输出会改变，因此提供了对处理器16的指示。

如图17所示，处理器16在每个执行时钟脉冲判定相A、B和C的输出的状态，以判定“假信号”的存在。假信号在1220将通过PI警告的存在而“宣告”。对于每个执行时钟脉冲，如果存在假信号，判定被进行。如果存有假信号指示，则进行更进一步的判定，以判定假信号指示是否真是假信号而不是实际的电源故障。为此，提供有假信号计数器，对于同时存在警告的每个连续执行时钟脉冲，计数器在1224递增。如果假信号计数器高于假信号开始值(对于合理假信号的必需的计数的最小数目，在1226存储并在1222判定)，并且少于假信号结束值(高于实际上是电源故障的假信号的计数的数目，在1228存储并在1222判定)，假信号计数器加1，产生记录警告和记录持续时间。这一操作能对于各相相同地进行。

一旦判定了假信号，警告和警告标记在1230和1232产生。这些警告被用来根据在相A、B或C上假信号是否存在来闪烁LCD30(图1)上的指示器27、29和31。这样的警告还用来使电压在显示器30上显示，以闪烁ON和OFF。

表1

电表公式

瓦特公式

- 3 : Watts = K_{G} (K_{A} {V_{A}}_{0} {I_{A}}_{0} + K_{B} {V_{B}}_{1} {I_{B}}_{1} + K_{C} {V_{C}}_{2} {I_{C}}_{2})

- 2 : Watts = K_{G} ((K_{A} {V_{A}}_{0} - K_{B} {V_{B}}_{0}) {I_{A}}_{0} + (K_{C} {V_{C}}_{2} - K_{D} {V_{B}}_{2}) {I_{C}}_{2})

- 8 : Watts = K_{G} (K_{A} V_{A_{0}} {I_{A}}_{0} - (K_{B} {V_{A}}_{1} {I_{B}}_{1} + K_{B} {V_{C}}_{1} {I_{B}}_{1}) + K_{C} {V_{C}}_{2} {I_{C}}_{2})

- 7 : Watts = K_{G} (K_{A} {V_{A}}_{0} {I_{A}}_{0} - K_{B} {V_{A}}_{0} {I_{B}}_{0} + K_{C} {V_{C}}_{2} {I_{C}}_{2})

注：下标指的是输入的相。子下标指的是进行采样的A/D循环。-7的Va应用实际是到中性的线路。VA公式

- 3 : VA = K_{G} [{(K}_{A} V_{A_{0}})_{rms} I_{A_{0} rms} + (K_{B} V_{B_{1}})_{rms} I_{B_{1} rm s} + (K_{C} V_{C_{2}})_{rms} I_{C_{2} rms}]

- 2 : VA = K_{G} ((K_{A} V_{A_{0}} - K_{B} V_{B_{0}})_{rms} I_{A_{0} rms} + (K_{C} V_{C_{2}} - K_{D} V_{B_{2}})_{rms} I_{C_{2} rms})

- 8 : VA = K_{G} [K_{A} V_{A_{0} rms} I_{A_{0} rms} - K_{B} (V_{A_{1}} + V_{C_{1}})_{rms} I_{B_{1} rms} + K_{C} V_{C_{2} rms} I_{C_{2} rms}]

- 7 : VA = K_{G} (K_{A} V_{A_{0} rms} I_{A_{0} rms} + K_{B} V_{A_{0} rms} + K_{C} V_{C_{2} rms} I_{C_{2} rms})

RMS测量在一个线循环上进行，并且最好在各电压的零交叉处开始。VAR公式

VAR = \sqrt{{VA}_{A}^{2} - {Watt}_{A}^{2}} + \sqrt{{VA}_{B}^{2} - {Watt}_{B}^{2}} + \sqrt{{VA}_{C}^{2} - {Watt}_{C}^{2}}

这里下标和瓦特及伏安的Ⅰ项目相关，如下所示，在每个循环进行计算：

- 3 : VAR = K_{G} (K_{A} \sqrt{{(V_{A_{0} rms} I_{A_{0} rms})}^{2} - {(Σ_{zero}^{cycle} V_{A_{0}} I_{A_{0}})}^{2}} +

K_{B} \sqrt{{(V_{B_{1} rms} I_{B_{1} rms})}^{2} - {(Σ_{zero}^{cycle} V_{B_{1}} I_{B_{1}})}^{2}} + K_{C} \sqrt{{(V_{C_{2} rms} I_{C_{2} rms})}^{2} - {(Σ_{zero}^{cycle} V_{C_{2}} I_{C_{2}})}^{2}})

- 2 : VAR = K_{G} (\sqrt{{((K_{A} V_{A_{0}} - K_{B} V_{B_{0}})_{rms} I_{A_{0} rms})}^{2} - {(Σ_{zero}^{cycle} (K_{A} V_{A_{0}} - K_{B} V_{B_{0}}) I_{A_{0}})}^{2}} +

\sqrt{{((K_{C} V_{C_{2}} - K_{D} {V_{B_{2}})}_{rms} I_{C_{2} rms})}^{2} - (Σ_{zero}^{cycle} (K_{C} V_{C_{2}} - K_{D} V_{B_{2}}) I_{C_{2}})^{2}})

- 8 : VAR = K_{G} (K_{A} \sqrt{{(V_{A_{0} rms} I_{A_{0} rms})}^{2} - {(Σ_{zero}^{cycle} (V_{A_{0}} I_{A_{0}})}^{2}} +

\sqrt{{(\frac{1}{2} (K_{B} V_{A_{2} rms} + K_{D} V_{C_{2} rms}) I_{B_{0} rms})}^{2} - {(Σ_{zero}^{cycle} (K_{B} V_{A_{0}} I_{B_{0}} + K_{D} V_{C_{2}} I_{B_{2}}))}^{2}} +

K_{C} \sqrt{{(V_{C_{2} rms} I_{C_{2} rms})}^{2} - (Σ_{zero}^{cycle} {(V_{C_{2}} I_{C_{2}})}^{2})}

- 7 : VAR = K_{G} (K_{A} \sqrt{{(V_{A_{0} rms} I_{A_{0} rms})}^{2} - {(Σ_{zero}^{cycle} (V_{A_{0}} I_{A_{0}})}^{2}} +

K_{B} \sqrt{{(V_{A_{0} rms} I_{B_{0} rms})}^{2} - {(Σ_{zero}^{cycle} (V_{A_{0}} I_{B_{0}})}^{2}} +

K_{C} \sqrt{{(V_{C_{2} rms} I_{C_{2} rms})}^{2} - (Σ_{zero}^{cycle} (V_{C_{2}} I_{C_{2}})^{2})}

为了上面的公式，应用了下面的定义：

-2表示3线三角形应用中的2元件；

-3表示4线Y形应用中的3元件；

-8表示4线Y形应用中的2元件；

-5表示3线三角形应用中的2元件；

-7表示4线三角形应用中的2元件。

当发明参考了特定实施例而介绍和展示后，对于那些熟悉本领域的人来说，他们可以认识到在不背离上面介绍的发明的原则的情况下，可以对发明进行修正和改变。

Claims

1．用来计量电能的电表，所述电表包括：

固件，用来测量所述电能的特性，并产生反映所测量的电能的特性的特性信号；

被连接用来接收和处理所述特性信号的处理器，其中所述特性信号的处理包括选择和操作某些特性信号，并产生响应某些特性信号的选择的特性信息，以及产生响应所述操作的附加特性信息。

2．权利要求1的用来计量电能的电表，进一步包括存储参考信息的存储器，其中所述参考信息是电能的不同特性的反映，所述操作包括从所述存储器检索某些参考信息，所述特性信息响应于某些所选择的信号和某些参考信息而产生。

3．电子处理器执行的用来计量电能的方法，包括如下步骤：

测量电能的特性；

产生反映电能的所测量的特性的特性信号；

选择某些所述特性信号；

操作某些所述特性信号；

产生响应于所述某些特性信号的选择的特性信息；以及

产生响应于所述操作的附加特性信息。