CN101876693B - 一种基于电能计量芯片的终端校准系统 - Google Patents

一种基于电能计量芯片的终端校准系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于电能计量芯片的终端校准系统,其特征是设置系统构成包括上位机、三相程控源、标准表和多台被校终端;上位机通过串口控制三相程控源,由三相程控源为被校终端提供所需校准条件,在各终端分别获得对应校准条件下的电能计量芯片的测量值;标准表用于测量在三相程控源中输出的校准条件的实际值;上位机将标准表所测得校准条件的实际值发送给各台被校终端;在校准条件下,被校终端根据电能计量芯片的测量值与实际值计算偏差来获得校准参数。本发明系统简单易控、耗时短,校准精度高。

Description

一种基于电能计量芯片的终端校准系统技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于电能计量芯片的终端校准系统,可以应用于配电网系统各种终端或电能表的大批量校准中。
背景技术
[0002] 电力系统监控终端具有对电网进行实时数据采集、远方遥信遥控、故障处理、报警和对时等功能,是电网能够安全正常运行的有力保障。随着国家对建设坚强智能电网理念的提出,对电力系统监控终端的测量精度要求也越来越高,通过微处理器的片内ADC来测量电网电气参数的方法难以达到高精度的要求,若采用高精度的ADC芯片成本又较高,而电能计量芯片很好地兼顾了终端对精度和成本的要求。采用电能计量芯片作为电力系统监控终端对电网电气参数进行实时测量的模块时,其计量精度除了跟终端自身硬件系统设计有关外,还取决于对终端内部电能计量芯片的校准。目前,对电能计量芯片进行校准的常规方法是通过比较电能计量芯片内部脉冲输出与校表台标准脉冲输出来实现校准,即“以源校表”;这一方法是根据分相测量的脉冲误差来计算校准参数,而在小电流时脉冲输出变得很慢,这将要消耗时间,而且各台终端的误差大小不一,要分别进行计算处理,且三相不能同时进行校准,这种方法大大降低了校准的效率。
发明内容
[0003] 本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处,提供一种简单易控、耗时短,且校准精度高的基于电能计量芯片的终端校准系统。
[0004] 本发明解决技术问题采用如下技术方案:
[0005] 本发明的基于电能计量芯片的终端校准系统的结构特点在于:设置系统构成包括上位机、三相程控源、标准表和多台被校终端;所述上位机以设定的上位机校准程序通过串口控制三相程控源,由三相程控源为被校终端提`供所需校准条件,在所述各终端分别获得对应校准条件下的电能计量芯片的测量值;所述标准表用于测量在所述三相程控源中输出的具体体现为电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数的校准条件的实际值;所述上位机将标准表所测得校准条件的实际值通过RS485总线同时发送给各台被校终端;在校准条件下,所述被校终端通过设定的终端校准程序根据电能计量芯片的测量值与实际值计算偏差来获得校准参数,校准参数被写入在电能计量芯片的校准寄存器中,并保存到终端内部非易失性存储器中实现校准。
[0006] 本发明系统的结构特点也在于:
[0007] 在校准有功功率、无功功率和相位时,设置所述电能计量芯片工作在线性周期累加模式下,通过配置寄存器来使能和设置周期数,以电能计量芯片检测信号的上升沿过零来记录周期数,当记录的上升沿过零达到设置的周期数时,即产生线性周期中断控制信号,告知所述终端内部主处理器在所设周期数的时间内采样完成,此时将读取的电能计量芯片能量寄存器的数值作为所述芯片的测量值。[0008] 在给定的校准条件下,所述终端校准程序根据接收到的上位机校准命令按以下步骤进行:首先校准电压、电流和有功功率;然后校准无功功率;接着进行相位校准,对于不同电流大小划分档位分别对其进行相位校准,获得不同电流大小档位所对应的相位校准参数;最后保存所有校准参数。
[0009] 在所述相位校准中,由上位机设置的校准条件为:电压U = 220V,功率因数cosΦ=0.5,不同档位的电流值。由上位机控制不同电流档位从小到才依次自动切换,终端在线性周期累加模式下完成不同电流档位的相位校准。
[0010] 与已有技术相比,本发明有益效果体现在:
[0011] 本发明方法是基于高精度标准表的实时比较法,上位机控制三相程控源信号的输出,并把标准表的各电气参数的实际值通过RS485总线传输到每台被校终端上,各台终端校准程序就会自动计算出自己的校准参数。本发明方法流程容易控制,实时性高,耗时短,RS485总线上最多可接48台被校终端,这样就可以一次性校准多台终端,而且三相可以同时进行校准,这样就大大提高了校准效率且校准精度很高。
附图说明
[0012] 图1为本发明终端校准系统原理框图;
[0013] 图2为本发明终端硬件原理框图;
[0014] 图3为本发明上位机校准程序流程图;
[0015] 图4为本发明终端校准流程图;
[0016] 图5为本发明终端校准主程序流程图;
[0017] 图6为本发明终端电压电流增益校准流程图;
[0018] 图7为本发明终端线性周期累加模式程序流程图;
[0019] 图8为本发明终端有功无功增益校准流程图;
[0020] 图9为本发明终端相位校准流程图;
[0021 ] 以下通过具体实施方式,并结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式
[0022] 参见图1,本实施例中终端校准系统构成为:上位机通过USB转RS232转换成多个RS232串口,串口 I和串口 4分别于三相程控源和标准表通信,而串口 2和串口 3分别经过RS232/485转换器通过RS485总线与48台被校终端相连。
[0023] 图2为本发明终端硬件原理框图。包括ADE7758电能计量芯片、MCU、电源管理和外围电路,其中外围电路有数字量输入和输出电路、RS485通讯接口、RS232通讯接口、EEPROM数据存储电路、时钟电路、按键和LCD显示电路。
[0024] 本发明系统校准程序包括上位机校准程序和终端校准程序,终端校准程序包括终端校准主程序、终端电压电流增益校准程序、终端线性周期累加模式程序、终端有功无功增益校准程序和终端相位校准程序。
[0025] 参见图3,上位机校准程序流程为:上位机开始时进行初始化,设置各串口的通信状态,把控制指令发送给三相程控源,以满足该档位的校准条件,待三相程控源稳定后发送校准命令,标准表测量的实际值包含在校准命令中,终端接收到校准命令后开始执行校准程序,计算出由标准表测得的实际值与计量芯片测得的测量值之间的误差并得出校准参数,再将校准参数写入电能计量芯片的相应寄存器并保存到非易失性存储器中作备份,重新上电或复位时由MCU再重新写入校准寄存器中。上位机校准采用一键自动校准,按照设置好的顺序自动换挡,某一档位的校准完成后会自动换成下一档位,如此循环直到整个校准完成。
[0026] 参见图4,终端校准流程为:先对上位机发下来的校准命令帧进行通信校验,电压增益和电流增益对后续的能量累加有影响,必须先校准电压和电流增益,再对有功增益、无功增益和相位分别校准,最后保存校准参数。
[0027] 图5为终端校准主程序流程图。终端主程序首先进行初始化设置,利用串口中断服务程序来接收和发送数据;当中断程序接收完上位机发送的校准命令帧后,设置标志位告知主程序可进行数据处理;主程序对接收到的数据进行解帧及帧校验,若校验正确,终端校准程序根据解帧中的校准命令码进行相应的校准,校准完成后保存校准参数到非易失性存储器中。
[0028] 图6为终端电压电流增益校准流程图。电压电流增益的校准条件为:电压U =220V,电流I = 1.5A,功率因数cosO = 1.0。先对电压电流增益寄存器清零,使能中断屏蔽寄存器;然后连续两次读复位中断状态寄存器,若该寄存器中中断标志位置位时就跳出循环,这样就可以刚好捕捉到相邻上升沿过零事件,也就是半周期数据采样完成;接着就可以读取电压和电流的测量值来计算出增益系数;最后将校准的系数写入相应寄存器并关中断屏蔽寄存器。
[0029] 图7为终端线性周期累加模式程序流程图。开始时设置有功功率和无功功率的分频因子,保证功率寄存器不溢出;选择线性周期累加模式并写入周期数,开中断屏蔽寄存器;连续两次读复位中断状态寄存器,若该寄存器中中断标志位置位时就跳出循环,这样就可以读出所设完整周期数时间内的有功和无功能量累加值;然后关中断屏蔽寄存器并取消线性周期累加模式;最后将读出的能量累加值作为函数值返回。
[0030]图8为终端有功无功增益校准流程图。有功增益的校准条件为:电压U = 220V,电流I = 1.5A,功率因数COSΦ = 1.0 ;无功增益的校准条件为:电压U = 220V,电流I =
1.5A,功率因数cosO =0。首先清零有功和无功增益寄存器,设置线性周期累加模式下的周期数;再调用线性周期累加模式函数得到周期时间内的有功和无功能量累加量,与实际值比较计算出校准系数;最后写入对应寄存器中。
[0031] 本发明中终端相位校准采用按不同电流大小划分档位分别进行相位校准的方法,在线性周期累加模式下完成不同电流档位的相位校准,不同档位在校准时选择相应的线性周期数,随着电流的增大线性周期数逐渐减小。上位机将各档位的校准条件发送给三相程控源,待三相程控源输出稳定后,终端开始该档位的校准,结束后程序自动切换到下一档位,进行下一档位的相位校准,直到相位校准结束。
[0032] 图9为终端相位校准流程图。相位的校准条件为:电压U = 220V,功率因数cosO=0.5,电流为各档位设置的电流。首先清零相位偏移寄存器,设置线性周期累加模式下的周期数;再调用线性周期累加模式函数得到周期时间内的有功能量累加量;与实际值比较计算出功率偏差,根据偏差正负分别乘以常量系数便得到所需校准参数;最后将这些校准参数写入对应寄存器中。[0033] 表I为校准条件列表。校准项与校准条件一一对应,校准电压、电流和有功功率时,由于校准条件完全相同,所以将其放在同一档位进行校准,其命令码为0x81 ;无功功率校准在功率因数等于O时进行,其它校准条件与有功功率校准相同,其命令码为0x82 ;相位校准可以根据所用电流互感器的特性按照电流大小适当划分档位,本发明中根据所用变比为5A/2.5mA的电流互感器特性对其划分成9档,电流从0.075A到6A,对应的命令码从0x83到0x8B,此时功率因数设为0.5。
[0034]表 1
[0035]
Figure CN101876693BD00061

Claims (1)

1.一种基于电能计量芯片的终端校准系统,设置系统构成包括上位机、三相程控源、标准表和多台被校终端; 所述上位机以设定的上位机校准程序通过串口控制三相程控源,由三相程控源为被校终端提供所需校准条件,在所述各终端分别获得对应校准条件下的电能计量芯片的测量值; 所述标准表用于测量在所述三相程控源中输出的电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数的校准条件的实际值; 所述上位机将标准表所测得校准条件的实际值通过RS485总线同时发送给各台被校终端;在校准条件下,所述被校终端通过设定的终端校准程序根据电能计量芯片的测量值与实际值计算偏差来获得校准参数,校准参数被写入在电能计量芯片的校准寄存器中,并保存到终端内部非易失性存储器中实现校准; 其特征是所述校准系统的校准方法是: 在校准有功功率、无功功率和相位时,设置所述电能计量芯片工作在线性周期累加模式下,通过配置寄存器来使能和设置周期数,以电能计量芯片检测信号的上升沿过零来记录周期数,当记录的上升沿过零达到设置的周期数时,即产生线性周期中断控制信号,告知所述终端内部主处理器在所设周期数的时间内采样完成,此时将读取的电能计量芯片能量寄存器的数值作为所述芯片的测量值; 在给定的校准条件下,所述终端校准程序根据接收到的上位机校准命令按以下步骤进行:首先校准电压、电流和有功功率;然后校准无功功率;接着进行相位校准,对于不同电流大小划分档位分别对其进行相位校准,获得不同电流大小档位所对应的相位校准参数;最后保存所有校准参数; 所述相位校准是:在所述相位校准中,由上位机设置的校准条件为:电压U = 220V,功率因数cosO = 0.5,不同档位的电流值;由上位机控制不同电流档位从小到才依次自动切换,终端在线性周期累加模式下完成不同电流档位的相位校准。
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