CN103323666A - 集成式电能计量模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成式电能计量模块，包括集成在一块插接板上采样单元、计量计费单元、通讯单元和脉冲输出单元，插接板插接在保护测控装置的机箱内，采样单元、计量计费单元、通讯单元和脉冲输出单元独立运行，插接板通过设置在其上的内部高速通讯接口与保护测控装置内的主控CPU相连接，用于获取数字采样数据和交换计量计费数据。本发明的集成式电能计量模块，既能支持间隔层的保护测控装置中传统的模拟量采集，也能够接收来自合并单元的数字化采样数据，由计量计费单元计算出有功电度、无功电度计量、电压、电流、功率因数、功率的测量功能，计量精度高，不受保护主控CPU的资源限制，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于变电站继电保护及计量技术领域，具体涉及一种集成传统和数字化计量功能的电能计量模块。
背景技术
传统的变电站均配置有独立的电能计量表计，传统计量和数字化计量由不同型号的表计实现，随着智能电网技术的日益成熟，国网公司的新一代智能变电站技术规范中要求间隔层的保护测控和测控装置实现间隔的数字化数据采集、操作控制和电能计量功能，由于智能电网规模的迅速扩大，新建、扩建、改造项目大幅增加，而传统变电站的配置还在保留，传统变电站与智能变电站在很长的一段时期内会大量共存，同一个变电站内需要同时存在数字化采样和传统采样，来满足间隔层的保护测控装置计量功能的需求，于是当前急需集成传统和数字化计量功能的计量模块，灵活配置于间隔层的保护测控装置机箱内，满足，传统模拟信号与智能变电站数字信号的测量。
发明内容
为了克服现有技术中的同一变电站内需要同时存在数字化采样和传统采样，来满足间隔层的保护测控装置计量功能的需求的问题，本发明的集成式电能计量模块，既能支持间隔层的保护测控装置中传统的模拟量采集，也能够接收来自合并单元的数字化采样数据，无任何物理调整元件、集成信号数字运算、数字滤波、数字误差修正、数字调校，对温度影响不敏感，稳定性高的特点，具有有功电度、无功电度计量、电压、电流、功率因数、功率的测量功能，计量精度高，具有良好的应用前景。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种集成式电能计量模块，其特征在于：包括集成在一块插接板上采样单元、计量计费单元、通讯单元和脉冲输出单元，插接板插接在保护测控装置的机箱内，所述采样单元、计量计费单元、通讯单元和脉冲输出单元独立运行，所述插接板设有内部高速通讯接口，并通过高速通讯接口与保护测控装置内的主控CPU相连接，用于获取数字采样数据和交换计量计费数据，所述计量计费单元包括有功电能量计量电路、无功电能量计量电路和视在电能量计量电路；所述脉冲输出单元设有有功电能量校验脉冲、无功电能量校验脉冲和视在电能量校验脉冲三路校验脉冲输出端，并与计量计费单元相连接。
前述的集成式电能计量模块，其特征在于：所述通讯单元为RS485串口通信模块，通讯协议符合DL/T645标准，通过内部高速通讯接口将电能数据传输给保护测控装置内的主控CPU，并通过保护测控装置内的主控CPU的以太网接口DL/T 860.81 站控层 MMS 网络报文与符合MMS规范的主站交换数据。
前述的集成式电能计量模块，其特征在于：所述采样单元包括模拟采样电路和数字采样电路，所述模拟采样电路设有6 路19位AD转换器、三组电压互感器和三组电流互感器，电网三相电通过对应的电压互感器、电流互感器分别与AD转换器相连接；所述数字采样电路支持DL/T 860.92或GB/T 20840.8的输出格式，数字采样电路通过内部高速通讯接口与保护测控装置内的主控CPU相连接。
前述的集成式电能计量模块，其特征在于：所述有功电能量校验脉冲、无功电能量校验脉冲和视在电能量校验脉冲的占空比为50%，最宽高电平可调。
本发明的有益效果是：本发明的集成传统及数字化计量功能的计量模块，是变电站的保护测控装置的独立模块，根据工程需要安装于保护测控装置内，合理增加装置的集成度，省去独立计量表计的安装，既能支持间隔层的保护测控装置中传统的模拟量采集，也能够接收来自合并单元的数字化采样数据，无任何物理调整元件、集成信号数字运算、数字滤波、数字误差修正、数字调校，对温度影响不敏感，稳定性高的特点，具有有功电度、无功电度计量、电压、电流、功率因数、功率的测量功能，计量精度高，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的集成式电能计量模块的系统框图。
图2是本发明的模拟采样电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，集成式电能计量模块，包括集成在一块插接板上采样单元、计量计费单元、通讯单元和脉冲输出单元，插接板插接在保护测控装置的机箱内，所述采样单元、计量计费单元、通讯单元和脉冲输出单元均独立于保护测控装置内的主控CPU运行，实现采样功能、计量计费功能、通讯功能和脉冲输出功能。
所述采样单元包括模拟采样电路和数字采样电路，如图2所示，模拟采样电路本模块内部集成了6路19位AD转换器，电流通道有效值在0.1mV至500mV的范围内线性误差小于0.1%；电压通道有效值在0.2mV至500mV的范围内线性误差小于0.1%；每路AD转换器的交流输入由管脚VxP和VxN输入，以GND为中心，不需要偏置电压， UA与UN是电网的电压，图中的电压互感器为1：1的变换器（如2mA：2mA），通过电阻RR1和RR2将电网电压变换为电流，再通过RR10,RR11将隔离电流变换为采样电压，RV20为压敏电阻，抑制差模浪涌，电流互感器是5A到2.5mA的变换器，电压输入电路中电阻 RR32为1.2K 和电容CC9为 0.01uF 构成了抗混叠滤波器，其结构和参数要讲究对称，并采用温度性能较好的元器件，从而保证电表获得良好的温度特性，电流输入电路类似不再阐述；所述数字采样电路支持DL/T 860.92或GB/T 20840.8的输出格式，数字采样电路通过内部高速通讯总线接口与保护测控装置内的主控CPU相连接，数字采样电路通过内部总线复用技术实现数据传输，具体实现包括１）物理层，ＨＤＬＣ差分传输，３.３Ｖ电平；2.5M波特率，周期为400ns，上升沿发送；２）链路层，每200us发送一个FT3报文，每个FT3报文包含一个采样点的信息，共40个字节，FT3报文的输出数据的采样率为5Khz，即每周波100点，线路空闲状态电平为1，两桢数据之间的最小空闲间隔为60us，150个空闲位（18.75bytes）；两个字节的开始字节：0x0564，数据分为两组，第一组由18个字节用户数据和对应的1个字节校验码组成，第二组由18个字节用户数据和对应的1个字节校验码组成，校验码产生算法：求和取反；３）应用层，设有16位采样计数器，并设有内部规约内容，数字采样电路每一桢数据共40个字节，按照2.5M波特率，需要128us的传输时间，考虑150个idle位（60us） ，总共为188us的传输时间，小与一个发送周期200us，满足带宽要求。
计量计费单元包括有功电能量计量电路、无功电能量计量电路和视在电能量计量电路，实现有功电度、无功电度计量、电压、电流、功率因数、功率的测量功能，且计量计费单元支持协议DL/T 645-1997、DL/T 645-2007、MMS，可准确测量到含41次谐波的有功、无功和视在功率、电能支持增益及相位补偿，小电流非线性补偿，运行环境温度测量，适用三相三线和三相四线模式，能够同步采样数据，可分次谐波分析功能，功能强大，计量精度高，在输入动态工作范围（3000：1）内，非线性测量误差小于0.1%。
所述脉冲输出单元的主要功能是实现电能表的检定，为兼容传统和数字采样，本脉冲输出单元使用相同的电路输出脉冲，设有有功电能量校验脉冲、无功电能量校验脉冲和视在电能量校验脉冲三路脉冲，脉冲采用PWM输出方式，软件上进行V-F变换后通过PWM控制器输出，所述有功电能量校验脉冲、无功电能量校验脉冲和视在电能量校验脉冲的占空比为50%，最宽高电平可调。
所述通讯单元为RS485串口通信模块，通讯协议符合DL/T645《多功能电能表通信规约》标准，通过内部高速通讯接口将电能数据传输给主控CPU，通过主控CPU的以太网接口实现DL/T 860.81 站控层 MMS 网络报文与符合MMS规范的主站交换数据。
综上所述，本发明的集成传统及数字化计量功能的计量模块，是变电站的保护测控装置的独立模块，根据工程需要安装于保护测控装置内，合理增加装置的集成度，省去独立计量表计的安装，既能支持间隔层的保护测控装置中传统的模拟量采集，也能够接收来自合并单元的数字化采样数据，无任何物理调整元件、集成信号数字运算、数字滤波、数字误差修正、数字调校，对温度影响不敏感，稳定性高的特点，具有有功电度、无功电度计量、电压、电流、功率因数、功率的测量功能，计量精度高，具有良好的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.集成式电能计量模块，其特征在于：包括集成在一块插接板上采样单元、计量计费单元、通讯单元和脉冲输出单元，插接板插接在保护测控装置的机箱内，所述采样单元、计量计费单元、通讯单元和脉冲输出单元独立运行，所述插接板设有内部高速通讯接口，并通过高速通讯接口与保护测控装置内的主控CPU相连接，用于获取数字采样数据和交换计量计费数据，所述计量计费单元包括有功电能量计量电路、无功电能量计量电路和视在电能量计量电路；所述脉冲输出单元设有有功电能量校验脉冲、无功电能量校验脉冲和视在电能量校验脉冲三路校验脉冲输出端，并与计量计费单元相连接。
2.根据权利要求1所述的集成式电能计量模块，其特征在于：所述通讯单元为RS485串口通信模块，通讯协议符合DL/T645标准，通过内部高速通讯接口将电能数据传输给保护测控装置内的主控CPU，并通过保护测控装置内的主控CPU的以太网接口DL/T 860.81 站控层 MMS 网络报文与符合MMS规范的主站交换数据。
3.根据权利要求1所述的集成式电能计量模块，其特征在于：所述采样单元包括模拟采样电路和数字采样电路，所述模拟采样电路设有6 路19位AD转换器、三组电压互感器和三组电流互感器，电网三相电通过对应的电压互感器、电流互感器分别与AD转换器相连接；所述数字采样电路支持DL/T 860.92或GB/T 20840.8的输出格式，数字采样电路通过内部高速通讯接口与保护测控装置内的主控CPU相连接。
4.根据权利要求1所述的集成式电能计量模块，其特征在于：所述有功电能量校验脉冲、无功电能量校验脉冲和视在电能量校验脉冲的占空比为50%，最宽高电平可调。
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