CN103901390A - 用于数字化电能表检测的表源一体化检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于数字化电能表检测的表源一体化检测装置，包括模拟/数字信号功率源模块、模/数标准表模块和控制显示模块；模拟/数字信号功率源模块包括噪声谐波仿真源、第一函数值生成器、第一D/A数模转换器、第一信号放大单元、第一功率驱动单元、第二函数值生成器、第二D/A数模转换器、第二信号放大单元和第二功率驱动单元；模/数标准表模块包括信号调理单元、A/D模数转换器、DSP单元、IEC61850/FT3数据调制器、误差计算器；本发明提供了一种表源一体化数字化电能表校验装置，把数表检测标准与模拟功率源进行集成化，具备多种信号源功能，满足了数字化变电站其它测量设备的调试、检测需求。

Description

用于数字化电能表检测的表源一体化检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及电能表检测领域，尤其涉及一种用于数字化电能表检测的表源一体化检测装置及检测方法。

背景技术

随着IEC61850 智能化变电站数字化标准的问世及相应技术的发展，数字化、网络化电能表随之诞生。因此如何检测数字化电能表、如何保证检测的可靠性、如何方便检测电能表、如何经济检验电能表就成了广大计量人员关心的问题。目前数字化电能表检测通过相应标准表即无源装置并借助于功率源方能实现其检测，当采用虚拟功率源时，一般通过标准表自身软件功能发生信号，直接输出；而当采用实时信号功率源时，则需配置一个模拟功率源，为实现其检测，需组建一个系统，也使检测系统复杂化。此外表、源装置属性不明确，功能混乱给人们计量工作造成很多误会，甚至产生电气事故。

例如，现有技术CN103336264公开了一种基于模拟量检测的数字化电能表量值溯源系统，包括：模拟电能装置、模拟标准电能表、模拟标准功率表、电压电流转换报文模块、标准功率计算及标准电能生成模块、3 个误差计算模块，使得数字化电能表的量值溯源到模拟量计量标准上，但是配置了一个模拟功率源，检测标准很难完全一致，增加了成本，同时，检测复杂。

发明内容

为解决现有技术问题，本发明提供了一种表源一体化数字化电能表校验装置，把数表检测标准与模拟功率源进行集成化，组成数字化电能表检验装置，同时把模拟电工功率信号、模拟电子功率信号、虚拟IEC61850数字功率信号、实时IEC61850数字功率信号进行统一化、功能模块化，多源合一，满足变电站各类设备仿真输出的需求。

本发明的技术方案为：用于数字化电能表检测的表源一体化检测装置，包括模拟/数字信号功率源模块、模拟/数字标准表模块和控制显示模块。

模拟/数字信号功率源模块包括噪声谐波仿真源、第一函数值生成器、第一D/A数模转换器、第一信号放大单元、第一功率驱动单元、第二函数值生成器、第二D/A数模转换器、第二信号放大单元和第二功率驱动单元；第一函数值生成器、第一D/A数模转换器、第一信号放大单元和第一功率驱动单元依次顺序连接；第二函数值生成器、第二D/A数模转换装置、第二信号放大单元和第二功率驱动单元依次顺序连接；噪声谐波仿真源均与第一D/A数模转换器、第二D/A数模转换器的信号输出接口相连接。

模拟/数字标准表模块包括信号调理单元、A/D模数转换器、DSP单元、IEC61850/FT3数据调制器、误差计算器；信号调理单元包括第一信号调理单元和第二信号调理单元，第一信号调理单元、第二信号调理单元的输入接口分别与第一功率驱动单元、第二功率驱动单元相连接， 第一信号调理单元、第二信号调理单元的输出接口均与A/D模数转换器相连接，A/D模数转换器、DSP单元、误差计算器依次顺序连接。

本装置为一多功能信号源：第一功率驱动单元和第二功率驱动单元的信号输出口为模拟电工信号功率源输出口；第一信号调理单元、第二信号调理单元的输出口为模拟电子信号功率源输出口； IEC61850/FT3数据调制器输出口即为数字信号功率源输出口，DSP单元的脉冲输出口为标准电能脉冲输出接口。可以满足变电站各类设备仿真输出的需求。

控制显示模块包括显示及人机交互单元、微处理器和接口单元，显示及人机交互单元、接口单元均与微处理器相连接，微处理器与DSP单元相连接，IEC61850/FT3数据调制器与接口单元相连接。

第一D/A数模转换器接收3路电压数字信号生成三相模拟电压量；第二D/A数模转换装置接收3路电流信号，生成三相模拟电流量。相应地，A/D模数转换器接收6路模拟信号，分别为三相电压信号和三相电流信号。

A/D模数转换器、IEC61850/FT3数据调制器、微处理器与DSP单元通过内部数据总线连接，A/D模数转换器也可以接受来自DSP单元的同步脉冲，实现三相电压信号和三相电流信号同步采样。

接口单元包括USB接口、RS232接口和以太网接口，USB接口、RS232接口、以太网接口均与微处理器相连接。显示及人机交互单元包括显示屏、按键、键盘和鼠标。

接口单元的数字信号源接口与外接交换机相连接，交换机与多个被检测数字化电能表相连接。

一种用于数字化电能表检测的表源一体化检测方法，包括以下步骤，

S01，采样函数值生成：第一函数值生成器和第二函数值生成器分别生成设定采样频率的三相电压和三相电流采样值，即实现了A/D采样值的仿真；

S02，数字信号转换为模拟信号：将步骤S01所述三相电压和三相电流的采样函数值分别发送给第一D/A数模转换器和第二D/A数模转换器，转换为三相模拟电压信号和三相模拟电流信号；

S03，噪声、谐波合成：噪声谐波仿真源输出噪声、谐波信号与步骤S02输出的三相模拟电压信号和三相模拟电流信号合成后，通过第一信号放大单元、第一功率驱动单元输出混合模拟电压信号，为模拟电子信号源的电压信号，通过第二信号放大单元、第一功率驱动单元输出混合模拟电流信号，为模拟电子信号源的电流信号；本步骤还包括模拟电子信号发生：第一功率驱动单元输出的电压信号、第二功率驱动单元输出的电流信号分别发送到第一信号调理单元、第二信号调理单元后，输出模拟电子信号，提供模拟电子功率信号源；

S04，标准表计量：步骤S03输出的模拟电压信号、模拟电流信号分别发送到第一信号调理单元、第二信号调理单元后，通过A/D模数转换器转换成数字量，A/D模数转换器通过内部数据总线将所述数字量传输至DSP单元，DSP单元对接受到的数字量数据进行数据运算，计算出相应电压、电流、功率、相位电工参数和累积的电能值，将电能脉冲发送给误差计算器及电能脉冲外部输出接口；

S05，数字化电能表检测，DSP单元接收到A/D模数转换器发送的数字量后，同时发送给IEC61850/FT3数据调制器，IEC61850/FT3数据调制器完成IEC61850/FT3协议数据转换后，生成数字功率信号源，通过接口单元、外界交换机发送给被检测数字化电能表，数字化电能表的脉冲输出口与误差计算器的被测数字化电能表脉冲输入接口相连接，误差计算器比较步骤S04中DSP单元输出的标准电能脉冲信号和被测数字化电能表输出的电能脉冲信号，从而得出被检数字化电能表与标准电能表间的误差。

较优地，步骤S04后，还包括以下步骤，DSP单元将接收到的数字量发送到微处理器，微处理器控制显示及人机交互单元显示DSP单元计算出的电压、电流、功率、相位电工参数和累积的电能值。

本发明有益效果包括，首先，本专利提供了一种表源一体化数字化电能表校验装置，把数表检测标准与功率源进行集成化，组成数字化电能表（包括其他类型电能表）检验装置，同时把模拟电工功率信号、模拟电子功率信号、虚拟IEC61850数字功率信号、实时IEC61850数字功率信号进行统一化、功能模块化，并增加电子互感器FT3协议输出数字信号功能及现场各种数据事件仿真功能，从而该装置具备多种功能，也满足了数字化变电站其它测量设备（电子互感器、模拟/数字合并单元、数字化测控装置）的调试、检测需求，其模拟功率源功能还可用于传统测量设备的检验。

进一步地，本申请为表源一体化装置，具备模拟及多种数字信号输出功能及模拟、数表检验功能；既可对模拟器具进行计量，又可对数字化变电站各种数字设备进行计量；充分发挥数字化功能通过软件实现优势及利用模拟信号自身变换环节，在传统功率源的基础上，方便地实现了变电站电子信号设备及各类数字化设备检测的需求。

进一步地，本申请是一种优化的技术方案，硬件最少，成本最低。表源一体化简化了溯源系统结构，使装置更加紧凑，可实现校验仪、电能表的溯源/传递需求。

附图说明

图1为本发明用于数字化电能表检测的表源一体化检测装置的结构示意图；

图2为本发明用于数字化电能表检测的表源一体化检测装置与被测电能表连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，用于数字化电能表检测的表源一体化检测装置，其特征在于，包括模拟/数字信号功率源模块、模/数标准表模块和控制显示模块。

模拟/数字信号功率源模块包括噪声谐波仿真源、第一函数值生成器、第一D/A数模转换器、第一信号放大单元、第一功率驱动单元、第二函数值生成器、第二D/A数模转换器、第二信号放大单元和第二功率驱动单元；第一函数值生成器、第一D/A数模转换器、第一信号放大单元和第一功率驱动单元依次顺序连接；第二函数值生成器、第二D/A数模转换装置、第二信号放大单元和第二功率驱动单元依次顺序连接；噪声谐波仿真源均与第一D/A数模转换器、第二D/A数模转换器的信号输出接口相连接。

模/数标准表模块包括信号调理单元、A/D模数转换器、DSP单元、IEC61850/FT3数据调制器、误差计算器；信号调理单元包括第一信号调理单元和第二信号调理单元，第一信号调理单元、第二信号调理单元的输入接口分别与第一功率驱动单元、第二功率驱动单元相连接， 第一信号调理单元、第二信号调理单元的输出接口均与A/D模数转换器相连接，A/D模数转换器、DSP单元、误差计算器依次顺序连接，IEC61850/FT3数据调制器与DSP单元相连接，第一函数值生成器和第二函数值生成器均与IEC61850/FT3数据调制器相连接，EC61850/FT3数据调制器把代表信号采样值（函数值）的二进制数值转化为符合IEC61850/FT3通讯协议的通讯代码。

控制显示模块包括显示及人机交互单元、用于控制显示及人机交互单元的微处理器和接口单元，显示及人机交互单元、接口单元均与微处理器相连接，微处理器与DSP单元相连接，IEC61850/FT3数据调制器与接口单元相连接。

第一D/A数模转换器接收3路电压数字信号生成三相模拟电压量；第一D/A数模转换装置接收3路电流数字信号，生成三相模拟电流量。

A/D模数转换器接收6路信号，分别为三相电压信号和三相电流信号。

A/D模数转换器、IEC61850/FT3数据调制器、微处理器与DSP单元通过内部数据总线连接。

接口单元包括USB接口、RS232接口和以太网接口，USB接口、RS232接口、以太网接口均与微处理器相连接。

显示及人机交互单元包括显示屏、按键、键盘和鼠标。

接口单元与外接交换机相连接，交换机与8个被检测数字化电能表相连接。

如图2所示，一种用于数字化电能表检测的表源一体化检测方法，包括以下步骤，

S01，采样函数值生成：第一函数值生成器和第二函数值生成器通过函数运算分别生成设定采样频率的三相电压和三相电流采样值，即实现了A/D采样值的仿真；

S02，数字信号转换为模拟信号：将步骤S01所述三相电压和三相电流的采样函数值分别发送给第一D/A数模转换器和第二D/A数模转换器，转换为三相模拟电压信号和三相模拟电流信号；

S03，噪声、谐波合成：噪声谐波仿真源输出噪声、谐波信号与步骤S02输出的三相模拟电压信号和三相模拟电流信号合成后，通过第一信号放大单元、第一功率驱动单元输出混合模拟电压信号，为模拟电工信号源的电压信号；通过第二信号放大单元、第二功率驱动单元输出混合模拟电流信号，为模拟电工信号源的电流信号；

本步骤还包括模拟电子信号发生：第一功率驱动单元输出的电压信号、第二功率驱动单元输出的电流信号分别发送到第一信号调理单元、第二信号调理单元后，输出对应的模拟电子电压、电流（电流也是以电压信号型式）信号，提供模拟电子功率信号源；

S04，标准表计量：步骤S03输出的模拟电压信号、模拟电流信号分别发送到第一信号调理单元、第二信号调理单元后，通过A/D模数转换器转换成数字量，A/D模数转换器通过内部数据总线将所述数字量传输至DSP单元，DSP单元对接受到的数字量数据进行数据运算，计算出相应电压、电流、功率、相位电工参数和累积的电能值，将标准电能脉冲发送给误差计算器及电能脉冲外部输出接口；

S05，数字化电能表检测，DSP单元接收到A/D模数转换器发送的数字量后，同时发送给IEC61850/FT3数据调制器，IEC61850/FT3数据调制器完成IEC61850/FT3协议数据转换后，生成数字功率信号源，通过接口单元、外界交换机发送给被检测数字化电能表，数字化电能表的脉冲输出口与误差计算器的被测数字化电能表脉冲输入接口相连接，误差计算器比较步骤S04中DSP单元输出的标准电能脉冲信号和被测数字化电能表输出的电能脉冲信号，从而得出被检数字化电能表与标准电能表间的误差。

较优地，步骤S04后，还包括以下步骤，DSP单元将接收到的数字量发送到微处理器，微处理器控制显示及人机交互单元显示DSP单元计算出的电压、电流、功率、相位电工参数和累积的电能值。

以上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 (10)

1.用于数字化电能表检测的表源一体化检测装置，其特征在于，包括模拟/数字信号功率源模块、模拟/数字电能标准表模块；

所述模拟/数字信号功率源模块包括噪声谐波仿真源、第一函数值生成器、第一D/A数模转换器、第一信号放大单元、第一功率驱动单元、第二函数值生成器、第二D/A数模转换器、第二信号放大单元和第二功率驱动单元；所述第一函数值生成器、第一D/A数模转换器、第一信号放大单元和第一功率驱动单元依次顺序连接；所述第二函数值生成器、第二D/A数模转换装置、第二信号放大单元和第二功率驱动单元依次顺序连接；所述噪声谐波仿真源均与第一D/A数模转换器、第二D/A数模转换器的信号输出接口相连接；

所述模拟/数字电能标准表模块包括信号调理单元、A/D模数转换器、DSP单元、IEC61850/FT3数据调制器、误差计算器；所述信号调理单元包括第一信号调理单元和第二信号调理单元，所述第一信号调理单元、第二信号调理单元的输入接口分别与第一功率驱动单元、第二功率驱动单元相连接， 所述第一信号调理单元、第二信号调理单元的输出接口均与所述A/D模数转换器相连接，所述A/D模数转换器、DSP单元、误差计算器依次顺序连接；IEC61850/FT3数据调制器与DSP单元相连接；

所述第一功率驱动单元和第二功率驱动单元的信号输出口为模拟电工信号输出口；

所述第一信号调理单元、第二信号调理单元的输出口为模拟电子信号输出口；

所述IEC61850/FT3数据调制器输出口为数字信号输出口。

2.根据权利要求1所述的用于数字化电能表检测的表源一体化检测装置，其特征在于，还包括控制显示模块，所述控制显示模块包括显示及人机交互单元、微处理器和接口单元，所述显示及人机交互单元、接口单元均与微处理器相连接，所述微处理器与DSP单元相连接，所述IEC61850/FT3数据调制器与接口单元相连接。

3.根据权利要求1所述的用于数字化电能表检测的表源一体化检测装置，其特征在于，所述第一D/A数模转换器接收3路电压数字信号；所述第二D/A数模转换装置接收3路电流数字信号；所述A/D模数转换器接收6路信号，分别为三相电压信号和三相电流信号。

4.根据权利要求1所述的用于数字化电能表检测的表源一体化检测装置，其特征在于， 所述A/D模数转换器、IEC61850/FT3数据调制器、微处理器与DSP单元通过内部数据总线连接。

5.根据权利要求2所述的用于数字化电能表检测的表源一体化检测装置，其特征在于， 所述接口单元包括USB接口、RS232接口和以太网接口，所述USB接口、RS232接口、以太网接口均与所述微处理器相连接。

6.根据权利要求2所述的用于数字化电能表检测的表源一体化检测装置，其特征在于， 所述显示及人机交互单元包括显示屏、按键、键盘和鼠标。

7.根据权利要求2所述的用于数字化电能表检测的表源一体化检测装置，其特征在于， 所述接口单元与外接交换机输入端相连接，所述交换机输出端与被检测数字化电能表相连接。

8.一种用于数字化电能表检测的表源一体化检测方法，其特征在于，包括以下步骤，

S01，采样函数值生成：第一函数值生成器和第二函数值生成器分别生成设定采样频率的三相电压和三相电流采样值，即实现了A/D采样值的仿真；

S02，数字信号转换为模拟信号：将步骤S01所述三相电压和三相电流的采样函数值分别发送给第一D/A数模转换器和第二D/A数模转换器，转换为三相模拟电压信号和三相模拟电流信号；

S03，噪声、谐波合成：噪声谐波仿真源输出噪声、谐波信号与步骤S02输出的三相模拟电压信号和三相模拟电流信号合成后，通过第一信号放大单元、第一功率驱动单元输出混合模拟电压信号，为模拟电子信号源提供电压信号，同时，通过第二信号放大单元、第一功率驱动单元输出混合模拟电流信号，为模拟电子信号源提供电流信号；

S04，标准表计量：步骤S03输出的模拟电压信号、模拟电流信号分别发送到第一信号调理单元、第二信号调理单元后，通过A/D模数转换器转换成数字量，A/D模数转换器通过内部数据总线将所述数字量传输至DSP单元，DSP单元对接受到的数字量数据进行数据运算，计算出相应电压、电流、功率、相位电工参数和累积的电能值，将电能脉冲发送给误差计算器及电能脉冲外部输出接口；

S05，数字化电能表检测，DSP单元接收到A/D模数转换器发送的数字量后，同时发送给IEC61850/FT3数据调制器，IEC61850/FT3数据调制器完成IEC61850、FT3协议数据转换后，生成数字功率信号源，通过接口单元、外界交换机发送给被检测数字化电能表，数字化电能表的脉冲输出口与误差计算器的被测数字化电能表脉冲输入接口相连接，误差计算器比较步骤S04中DSP单元输出的脉冲信号和被测数字化电能表输出的脉冲信号，从而计算出标准电能表与数字化电能表电能误差。

9.根据权利要求8所述的一种用于数字化电能表检测的表源一体化检测方法，其特征在于，还包括模拟电子信号输出：步骤S03输出的模拟电压信号、模拟电流信号分别发送到第一信号调理单元、第二信号调理单元后，输出模拟电子信号，提供模拟电子功率信号源。

10.根据权利要求8所述的一种用于数字化电能表检测的表源一体化检测方法，其特征在于，步骤S04后，还包括以下步骤，DSP单元将接收到的数字量发送到微处理器，微处理器控制显示及人机交互单元显示DSP单元计算出的电压、电流、功率、相位电工参数和累积的电能值。

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