CN103837854B - 一种基于ft3接口的数字电能表的校验装置 - Google Patents

一种基于ft3接口的数字电能表的校验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,包括:A/D采集模块、DSP处理模块、FPGA协处理模块、RS232通信模块、光电转换模块;所述A/D采集模块、DSP处理模块、FPGA协处理模块和光电转换模块,依次连接,所述RS232通信模块与DSP处理模块相连。可以实现虚拟检定,虚负荷检定等多种校验模式,兼容60044‑7/8以及《DL/T 282‑2012 合并单元技术条件》里的协议,可以全面考核数字化电能表的通信功能和容错能力。本发明的数字电能表的校验装置设计合理,结构简单,开发周期短,使用简单方便,可扩展性强,方便现场及实验室的检测工作,满足未来数字化变电站技术升级的需要。

Description

一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,属于电能仪表技术领域。
背景技术
[0002]在智能电网的发展中,智能变电站是智能电网的重要组成部分之一,而电能计量装置承担电网贸易结算和内部经济指标考核,为适应电力系统数字化发展的需要,基于IEC60044-7/8等通信协议的数字化电力系统得到了越来越多的应用,与此相应的全数字化电能计量系统也应运而生。全数字化电能计量系统的核心是数字化的电能表。与传统机械式、电子式电能表的最大的不同在于数字式电能表的信号输入是通过电子式互感器或者合并单元输出全数字信号,采用规定的标准通信协议进行传输的,而机械式、电子式电能表信号输入的是传统的模拟量,因此,数字化电能表的检定方式与传统的电能表不同。
[0003]在智能变电站内,数字化电能表已经得到了大量的运用,这对数字化电能表的校验提出了要求,而目前的市场上的校验装置,基本上只能检定采用IEC61850-9-1或者IEC61850-9-2/LE通信协议的数字式电能表,因此,开发出适应智能电网发展,适用于基于IEC60044-7/8的通信协议的数字电能表的校验装置成为迫切之需。
[0004] FT3是IEC60044-7/8标准中规定的帧格式,它是由国际电工委员会(IEC)制定出的电子式互感器标准,IEC 60044-7/8对电子式互感器的数字输出作出了统一规范。电子式互感器是电力系统中的重要设备,现阶段很多数字化电能表都支持FT3的光数字信号接入,FT3在电力系统中的应用也非常的广泛。
发明内容
[0005]目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,通过虚拟检定,虚负荷检定等多种校验模式,可以对智能变电站中采用IEC60044-7/8以及符合《DL/T 282-2012合并单元技术条件》等的FT3通信协议的数字式电能表进行准确度的校验。
[0006]技术方案:为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
[0007] —种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,其特征在于,包括:A/D采集模块、DSP处理模块、FPGA协处理模块、RS232通信模块、光电转换模块;所述A/D采集模块、DSP处理模块、FPGA协处理模块和光电转换模块,依次连接,所述RS232通信模块与DSP处理模块相连。
[0008]所述的一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,其特征在于:所述A/D采集模块在校验装置采用虚负荷检定的时候,把输入的三相交流电压Ua、Ub、Uc以及三相交流电流Ia、Ib、I c变成数字量发送到DSP处理模块。
[0009]所述的一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,其特征在于:所述DSP处理模块主要用于和上位机软件通信,接收A/D采集模块的数字量信号,实现数字滤波算法以及重采样算法,接收FT3接口的数字电能表的脉冲输入,输出数字量数据以及控制信号给FPGA协处理模块;和/或,所述DSP处理模块采用BF607。
[0010]所述的一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,其特征在于:FPGA协处理模块接收DSP处理模块的数字量数据以及控制信号,按照设定的速率,类型,模式来组帧打包,按设定的时序发送到光电转换模块;和/或,所述FPGA协处理模块采用M2GL010。
[0011]所述的一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,其特征在于:所述光电转换模块把电信号转成光信号发送到FT3接口的数字式电能表;和/或,所述光电转换模块为HFBR1414和逻辑门SN55451结合使用。
[0012]所述的一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,其特征在于:所述RS232通信模块负责DSP处理模块与终端系统通信,然后通过上位机软件配置系统参数,传输误差结果,控制检验过程;和/或,所述RS232通信模块为MAX3232及光电隔离器结合使用。
[0013]所述的一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,其特征在于:所述校验装置可设定为同步FT3格式或者异步FT3格式,同步FT3格式传输比特速率为2.5Mbit/s,5.0Mbit/s,7.5Mbit/s,10.0Mbit/s,15.0Mbit/s,20.0Mbit/s 中的一种;异步 FT3 格式传输比特速率为2Mbit/s ,4Mbit/s ,6Mbit/s ,8Mbit/s,12Mbit/s,16Mbit/s 中的一种。
[0014]有益效果:本发明提供的一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,可以实现虚拟检定,虚负荷检定等多种校验模式,兼容60044-7/8以及《DL/T 282-2012合并单元技术条件》里的协议,可以全面考核数字化电能表的通信功能和容错能力。本发明的数字电能表的校验装置设计合理,结构简单,开发周期短,使用简单方便,可扩展性强,方便现场及实验室的检测工作,满足未来数字化变电站技术升级的需要。与现有技术相比,具有以下有益效果:能够以一种简单明了的结构实现数字式电能表的精确检验,集成度高,可以简化硬件和软件的设计与实现,兼容各种标准的FT3接口的数字式电能表,可以仿真测试进行通信故障,时间控制能力强,而且可扩展性强和方便用户使用。
附图说明
[0015]图1为本发明一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置的系统框图;
[0016]图2为本发明的FT3同步通信数据流示意图;
[0017]图3为本发明的FT3异步通信数据流示意图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0019]如图1所示,为一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,包括A/D采集模块,DSP处理模块,FPGA协处理模块,RS232通信模块,光电转换模块;所述A/D采集模块、DSP处理模块、FPGA协处理模块和光电转换模块,依次连接,所述RS232通信模块与DSP处理模块相连。所述A/D采集模块采用TI公司的24位ADS1278高精度低噪声AD转换芯片以及512倍过采样技术,提高模拟量转换精度,减小系统误差;所述DSP处理模块采用ADI公司的BF607,该DSP处理器是高性能对称双核处理器,最大MAC运行速度可到2GHz,完全可以应对数字式电能表各种校验的需求;所述FPGA协处理模块采用美高森美的IGL002系列的M2GL010,该FPGA采用差异化的成本和功率优化的架构,提供了用于I/O扩展、桥接和协处理的较低成本的高度集成优质功能。
[0020] 所述光电转换模块用HFBR1414及大功率逻辑门SN55451结合使用;所述RS232通信模块采用MAX3232及光电隔离器结合使用;所述数字式电能表校验装置采用虚拟检定以及虚负荷检定等多种校验模式。
[0021]本发明的工作原理过程如下:当采用虚负荷检定的时候,A/D采集模块外接精确度等级为0.05%的模拟功率源的三相交流电压1^、1]13、1](3以及三相交流电流1&、113、1(3,RS232通信模块则接PC或者是工控机,光电转换模块的光信号通过光纤接到数字式电能表的输入,而数字式电能表的脉冲输出接DSP处理模块的脉冲输入;上位机控制软件通过RS232通信模块对DSP处理模块配置参数,A/D采集模块把模拟功率源输出的模拟信号转换成离散的数字量,然后采用SPORT接口形式把离散的数字量发送到DSP处理模块,DSP模块把这些接收到的数字量数据先经过FIR数字滤波后,然后重采样这些数字量一次后,以采样后的三相交流电压,三相交流电流的离散数字量为准,当做发送给数字式电能表的三相交流电压,三相交流电流的数字量数据,DSP处理模块把这些数字量信号存储到缓存中,当需要发送FT3帧数据的时候,DSP处理模块就会发送一个触发脉冲信号以及当前帧的三相交流电压,三相交流电流的离散数字量和控制命令到FPGA协处理模块。按照IEC60044-7/8以及《DL/T 282-2012合并单元技术条件》中FT3数据帧格式的规定,当FT3以同步方式传输数据流的时候,该数据流格式如图2所示,该格式采用的是曼彻斯特编码的方式,从低位转为高位为二进制“I”,从高位转移到低位为二进制“O” ;而当FT3以异步方式传输数据流的时候,该数据流的格式如图3所示,该格式采用工业标准的UART进行异步串行通信,每个字节由11位组成,I个启动位为“O”,8个数据位,I个偶校验位,I个停止位“I” ;当FPGA接收到触发信号以及数字量的数据和控制命令后,会按照控制命令的要求把接收到的数据按照需要的帧格式,输出模式,以及传输比特速率来发送数据流到光电转换模块,然后由光电转换模块把电信号转换成光信号通过光纤输出到数字式电能表;数字电能表按照相应的功率积分算法进行运算后输出的被检脉冲,然后DSP处理模块接收被检表所发出的电能脉冲,与重采样后算出的标准电量进行比较,从而得出被检数字式电能表的误差。
[0022 ]当采用虚拟检定模式的时候,则不需要模拟功率源输出三相交流电压Ua、Ub、Uc以及三相交流电流Ia,Ib、Ic到A/D采集模块,DSP处理模块采用采样算法拟合出电流电压波形数据的离散数字量,然后输出给FPGA协处理模块,而后通过光电转换模块传递给数字式电能表,数字式电能表则按照相应的功率积分算法把接收到的电能转换成脉冲给DSP处理模块计算得出被检数字式电能表的误差。这种虚拟检定的模式,本质上是对传输误码率以及数字式电能表软件算法设计的检验,作为一种全数字量的数据传递,受环境温度或长期工作导致精度漂移的可能性也不复存在,其试验结果具有很高的准确度。
[0023]以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,其特征在于,包括:A/D采集模块、DSP处理模块、FPGA协处理模块、RS232通信模块、光电转换模块;所述A/D采集模块、DSP处理模块、FPGA协处理模块和光电转换模块,依次连接,所述RS232通信模块与DSP处理模块相连; 所述A/D采集模块在校验装置采用虚负荷检定的时候,把输入的三相交流电压Ua、Ub、Uc以及三相交流电流Ia、Ib、Ic变成数字量发送到DSP处理模块; 所述DSP处理模块主要用于和上位机软件通信,接收A/D采集模块的数字量信号,实现数字滤波算法以及重采样算法,接收FT3接口的数字电能表的脉冲输入,输出数字量数据以及控制信号给FPGA协处理模块; FPGA协处理模块接收DSP处理模块的数字量数据以及控制信号,按照设定的速率、类型和模式来组帧打包,按设定的时序发送到光电转换模块; 所述光电转换模块把电信号转成光信号发送到FT3接口的数字电能表; 所述RS232通信模块负责DSP处理模块与终端系统通信,然后通过上位机软件配置系统参数,传输误差结果,控制检验过程; 所述校验装置设定为同步FT3格式或者异步FT3格式。
2.根据权利要求1所述的一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,其特征在于:所述DSP处理模块采用BF607。
3.根据权利要求1所述的一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,其特征在于:所述FPGA协处理模块采用M2GL010。
4.根据权利要求1所述的一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,其特征在于:所述光电转换模块为HFBR1414和逻辑门SN55451结合使用。
5.根据权利要求1所述的一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,其特征在于:所述RS232通信模块为MAX3232及光电隔离器结合使用。
6.根据权利要求1所述的一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,其特征在于:同步FT3格式传输比特速率为2.5Mbit/s,5.0Mbit/s,7.5Mbit/s,10.0Mbit/s,15.0Mbit/s,20.0Mb it/s 中的一种。
7.根据权利要求1至6任一项所述的一种基于FT3接口的数字电能表的校验装置,其特征在于:异步FT3格式传输比特速率为2Mbit/s,4Mbit/s,6Mbit/s,8Mbit/s,12Mbit/s,16Mbit/s 中的一种。
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