CN101718856B - 一种数字量输入式电能表校准系统 - Google Patents

一种数字量输入式电能表校准系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种数字量输入式电能表校准系统。解决了新型数字量输入式电能表的校准问题。本发明由模拟功率源,高精度PT、CT,高精度数字电压表、AD采样模块、规约生成模块、管理模块、模拟标准表、被测电能表、误差计算器和控制计算机组成;控制计算机控制模拟功率源输出模拟电压、电流信号,该模拟信号一路由模拟标准表进行测量,用于与被测表的误差计算;另一路由高精度的PT、CT转换后,由AD采样模块和规约生成模块处理后,生成符合IEC61850标准的测量数据,通过光纤或双绞线传输到被测表,被测表接收、解析数据帧并做电量计算,输出电量脉冲,用于与模拟标准表的误差计算。本发明可以校准遵循DL/T860-9-1/2,IEC61850-9-1/2LE协议的户内安装式数字量输入式多功能电能表,校准结果可以溯源到国家标准。

Description

一种数字量输入式电能表校准系统
技术领域 [0001] 本发明属于电工仪器仪表行业电能表校准系统,涉及电气自动化测量、电能计量、计算机通讯等技术领域,更具体地涉及一种数字量输入式电能表校准系统。
背景技术
[0002] 随着基于DL/T 860 (IEC61850)标准的数字化变电站自动化系统的应用和推广,变电站过程层设备与间隔层设备之间的信息交互发生了较大的改变。过程层电子式互感器、智能化一次设备的应用,使得数字量输入式电能表成为数字化变电站电能计量的重要设备。传统的电子式和感应式电能表,均为模拟量输入式电能表,由更高等级的模拟量输入式标准电能表对其进行校准,其校准结果可以溯源到国家标准。数字量输入式电能表的输入信号为数字信号,无法使用模拟量输入式标准电能表对其进行校准。数字量输入式电能表作为电能计量装置,属于法制计量管理范畴,其校准结果必须溯源到国家标准。
[0003] 中国专利申请200610062976. 7公开了一种电能表的校准方法及系统,所述方法包括下述步骤:校准控制台向被校电能表发送基本校准命令帧,对被校电能表进行校准初始化,所述基本校准命令帧携带有被校电能表的初始化参量和相线值;被校电能表初始化完成后,校准控制台根据校准步骤控制功率源的输出,读取标准电能表根据所述功率源的输出产生的校准参量,向被校电能表发送校准命令帧,所述校准命令帧携带有所述校准参量和校准步骤标识;被校电能表根据所述校准命令帧中的校准参量、校准步骤标识,以及根据功率源的输出产生的被校参量计算误差补偿系数,根据所述误差补偿系数执行校准操作。但是该专利所介绍的电能表校准方法和系统只能应用于传统电能表,即为模拟量输入式电能表,因此其不能解决数字量输入式电能表的校准问题。
发明内容
[0004] 为解决数字量输入式电能表的校准及溯源问题,本发明提供了一种数字量输入式电能表校准系统,可以校准数字量输入遵循DL/T860-9-1/2,IEC61850-9-1/2LE协议的户内安装式数字量输入式多功能电能表,同时,校准量值可以溯源到国家最高电能标准。
[0005] 为实现上述功能,本发明所采用的技术方案是:
[0006] 一种数字量输入式电能表校准系统,其特征在于其包括模拟功率源,高精度电压互感器PT3,高精度电流互感器CT,高精度数字电压表,AD采样模块,规约生成模块,管理模块,模拟标准表,数字量输入式被测电能表,误差计算器和控制计算机;
[0007] 所述控制计算机分别控制模拟功率源、模拟标准表、高精度数字电压表、AD采样模块和误差计算器,模拟功率源产生的电压信号并联接入高精度PT和模拟标准表的电压输入端,模拟功率源产生的电流信号串联接入高精度CT和模拟标准表的电流输入端,高精度PT和高精度CT的模拟输出电压信号接AD采样模块的输入端,并分别由高精度数字电压表分别测量,AD采样模块外触发输出端子与高精度数字电压表的外触发输入端子连接,AD采样模块通过内部总线与规约生成模块连接,规约生成模块的输出接被测数字量输入式电能表的输入端,被测数字量输入式电能表和模拟标准表分别接入误差计算器。
[0008] 其中,所述模拟功率源,电压电流信号可独立可调,其中电压输出范围为60-100V,电流输出范围为O. 5-5A。
[0009] 其中,所述的模拟标准表为高精度功率变换器C1-2和标准电压表,是用来测量电功率和电能的高等级测量仪器。
[0010] 其中,所述的高精度PT和高精度CT,采用矢量合成技术和自传递技术进行设计,保证转换的精度,该装置 将大电压、电流信号转换为0-5V的小电压模拟信号,输出给AD采样模块。
[0011] 其中,所述的AD采样模块及规约生成模块,采用24位的A/D转换器,将模拟信号转换为离散的数字信号,通过规约转换模块将离散的数字信号转换为符合IEC61850规约型式的数据,与数字量输入的电能表相连,该装置可通过GPIB总线系统与电脑相连,设置和控制相关参数。
[0012] 其中,所述的控制计算机通过GPIB总线与模拟功率源、模拟标准表、高精度数字电压表、AD采样模块和误差计算器相连接,控制模拟功率源的输出和AD采样模块的设置,读取模拟标准表、高精度数字电压表、误差计算器的测试数据,分析计算,得出被测电能表的误差。
[0013] 其中,所述规约生成模块通过光纤或双绞线与被测数字量输入式电能表连接。
[0014] 其中,所述管理模块具有光纤、双绞线RJ45和USB三种输出接口。
[0015] 本发明的有益效果是:本发明可以自校AD采样装置的准确度,利用本发明可以校准遵循DL/T860-9-1/2,IEC61850-9-1/2LE协议的户内安装式数字量输入式多功能电能表,校准结果可以溯源到国家标准。
附图说明
[0016] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[0017] 图I是本发明的数字量输入式电能表校准装置的原理结构图。
[0018] 图2是本发明的AD采样模块原理结构图。
[0019] 图3是本发明的规约生成器原理结构图;
[0020] 其中,I-控制计算机,2-模拟功率源,3-高精度PT,4-高精度PT,5_高精度数字电压表,6-高精度数字电压表,7-AD采样模块,8-规约生成模块,9-管理模块,10-模拟标准表,11-被测数字量输入式电能表,12-误差计算器。
具体实施方式
[0021] 图I是本发明的数字量输入式电能表校准装置的原理结构图。本发明使用控制计算机I控制模拟功率源2输出模拟电压、电流信号,该模拟信号分为两路,一路由高精度PT3和高精度CT4转换成符合AD采样模块输入需求的电压信号。转换后的电压信号由高精度数字电压表5、6进行监测,以校准转换结果;另一路由模拟标准表10进行测量,用于与被测数字量输入电能表进行误差比对。PT、CT输出的电压信号经高精度ADC采样后的数据由该模块的FPGA做相应的处理,根据不同的工作模式,FPGA把原始采样数据通过串行总线传输到规约生成模块8或经GPIB总线传输到控制计算机I。规约生成模块8把AD采样模块7传输的实时数字数据做二次处理,生成符合IEC61850标准的测量数据,并把测量数据按照IEC61850-9-1/2标准定义的帧格式生成相应的数据帧,通过光纤端口或RJ45端口输出。数据帧通过光纤或双绞线传输到被测数字量输入式电能表11,被测数字量输入式电能表11接收、解析数据帧并进行电量计算,输出电量脉冲。控制计算机I通过GPIB总线控制误差计算器计算模拟标准电能表10与被测数字量输入式电能表11的误差。
[0022] 图2是本发明的AD采样模块原理结构图。由前级电压电流互感器(PT、CT)输出的电压信号经过采样模块的信号调理电路,主要是阻抗匹配和信号衰减作用,得到符合后级ADC采样芯片输入通道要求的信号,ADC芯片对输入信号做采样、量化得到相应的数字数据。对六路输入信号,采用了六块单路的ADC芯片进行采样,用于消除通道之间的串扰,为了保证六路ADC的同步采样,六路ADC全部由同一个触发信号启动采样,启动信号由规约生成模块的DSP输出。六路ADC芯片的采样数据分别通过各自的串行通信总线(SPI总线)传输到后级的FPGA,FPGA上具有六路相同的模块,同步接收ADC采样芯片传输的采样数据。
[0023] 图3是本发明的规约生成器原理结构图。FPGA接收到的六路采样数据经过打包后,通过外部的并行通信总线传输到规约生成模块的DSP,DSP对接收到的采样数据根据不 同的工作模式进行不同的处理。一是正常检验模式,在该模式下,DSP对数据进行校正,校正后的数据一路经过组帧后通过内部总线传输到网络的MAC层,由MAC层通过MII总线接口传输到网络物理层设备(PHY),再经过光纤模块输出到被检表。另一路给内部的计算程序,计算得到采样信号对应的电参量,电参量数据经过串行通信接口传输到管理模块,由管理模块对电参量数据进行显示。二是测试模式,在该模式下,DSP把采样的原始数据通过ISA总线传输到GPIB总线芯片,由GPIB总线把原始采样数据传输到主控计算机。
[0024] 此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的,而不是对本发明的范围的限制,本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims (8)

1. 一种数字量输入式电能表校准系统,其特征在于其包括模拟功率源(2),高精度电压互感器PT3,高精度电流互感器CT4,第一高精度数字电压表(5)、第二高精度数字电压表(6) ,AD米样模块(7),规约生成模块(8),管理模块(9),模拟标准表(10),数字量输入式被测电能表(11),误差计算器(12)和控制计算机(I); 所述控制计算机(I)分别控制模拟功率源(2)、模拟标准表(10)、第一高精度数字电压表(5)、第二高精度数字电压表出)、AD采样模块(7)和误差计算器(12),模拟功率源(2)产生的电压信号并联接入高精度PT3和模拟标准表(10)的电压输入端,模拟功率源(2)产生的电流信号串联接入高精度CT4和模拟标准表(10)的电流输入端,高精度PT3和高精度CT4的模拟输出电压信号接AD采样模块(7)的输入端,并分别由第一高精度数字电压表(5)、第二高精度数字电压表(6)分别测量,AD采样模块(7)外触发输出端子与第一高精度数字电压表(5)、第二高精度数字电压表¢)的外触发输入端子连接,AD采样模块(7)通过内部总线与规约生成模块(8)连接,规约生成模块(8)的输出接被测数字量输入式电能表(11)的输入端,被测数字量输入式电能表(11)和模拟标准表(10)分别接入误差计算器(12),管理模块(9)与规约生成模块(8)连接。
2.根据权利要求I所述的数字量输入式电能表校准系统,其特征在于所述模拟功率源,电压电流信号可独立可调,其中电压输出范围为60-100V,电流输出范围为O. 5-5A。
3.根据权利要求2所述的数字量输入式电能表校准系统,其特征在于所述的模拟标准表为高精度功率变换器C1-2和标准电压表,是用来测量电功率和电能的高等级测量仪器。
4.根据权利要求3所述的数字量输入式电能表校准系统,其特征在于所述的高精度PT和高精度CT,采用矢量合成技术和自传递技术进行设计,保证转换的精度,该装置将大电压、电流信号转换为0-5V的小电压模拟信号,输出给AD采样模块。
5.根据权利要求4所述的数字量输入式电能表校准系统,其特征在于所述的AD采样模块及规约生成模块,采用24位的A/D转换器,将模拟信号转换为离散的数字信号,通过规约转换模块将离散的数字信号转换为符合IEC61850规约型式的数据,与数字量输入的电能表相连,该装置可通过GPIB总线系统与电脑相连,设置和控制相关参数。
6.根据权利要求5所述的数字量输入式电能表校准系统,其特征在于所述的控制计算机通过GPIB总线与模拟功率源、模拟标准表、高精度数字电压表、AD采样模块和误差计算器相连接,控制模拟功率源的输出和AD采样模块的设置,读取模拟标准表、高精度数字电压表、误差计算器的测试数据,分析计算,得出被测电能表的误差。
7.根据权利要求6所述的数字量输入式电能表校准系统,其特征在于所述规约生成模块通过光纤或双绞线与被测数字量输入式电能表连接。
8.根据权利要求7所述的数字量输入式电能表校准系统,其特征在于所述管理模块具有光纤、双绞线RJ45和USB三种输出接口。
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