CN105652231A - 一种电能表校验系统及其校验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电能表校验系统，所述校验系统包括并行连接的标准电能表和被测电能表，并行连接的所述标准电能表和所述被测电能表的两端分别连接功率源和下位机，所述功率源和所述下位机的另一端通过上位机相连接；所述下位机包括滤波器。本发明提供的电能表校验系统通过在下位机中加入滤波器，从而消除谐波对电能表的干扰，进而达到对数字计量系统进行准确校验的目的。本发明提供的电能表校验系统还增加实时时钟，从而达到标准表与待测表的数据同步，进而实现对数据的整合，同时还通过IEC61850协议和ZIGBEE的传递，将标准表与待测表的数据进行误差分析，同时达到控制功率源的作用，做到功率源输出自动化。

Description

一种电能表校验系统及其校验方法
技术领域
本发明涉及电气工程技术领域，更为具体地说，涉及一种电能表校验系统及其校验方法。
背景技术
国家计量法规定，用于贸易结算的关口电能计量装置必须接受强制检定。目前电能计量装置主要有电子式电能计量系统和数字计量系统两种，其中，电子式电能计量系统的工作方式为：电磁式互感器输出模拟电压信号和电流信号，通过二次电缆传送给电能表，电能表将模拟量转化为数字脉冲量，再经计数器累积计数计算出某段时间内的电能，但电子式电能计量系统会有较大的测量不确定度。数字计量系统的工作方式为：电子式互感器输出数字电压信号和电流信号，通过光纤传输到合并单元，合并单元按照IEC61850-9标准将电压电流信息组合成规范格式的数据帧，数字电能表接收此数据帧，直接进行数学计算得出电能。
EC61850标准是电力系统自动化领域唯一的全球通用标准，该标准使变电站的信息采集、传输处理和输出过程将全部实现数字化，同时也能够实现设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化和运行管理自动化。数字化式的计量方式由于采用光纤通道进行数字量传输，且能有效消除二次压降和模拟电能表的模拟/数字(A/D)转换误差，提高电能计量的准确度和稳定度，因而推广数字变电站技术能够引发电能计量技术的变革。
然而，数字化计量仍然存在很多的技术问题，如电子式互感器的误差稳定性和运行可靠性差，通信协议不一致，量值溯源和现场校验能力差，标准、规程和规范不一致等的问题，同时电能计量中的谐波电能也会对数字化计量产生较大的影响。由于存在上述问题，因此导致缺乏完整的数字计量量值传递体系，进而无法对数字计量系统进行校验。
发明内容
本发明的目的是提供一种电能表校验系统及其校验方法，以解决背景技术所述的由于谐波电能的影响而无法对数字计量系统进行校验的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种电能表校验系统，所述校验系统包括并行连接的标准电能表和被测电能表，并行连接的所述标准电能表和所述被测电能表的两端分别连接功率源和下位机，所述功率源和所述下位机的另一端通过上位机相连接；所述下位机包括滤波器。
优选地，所述滤波器包括与所述标准电能表相连接的第一滤波器以及与所述被测电能表相连接的第二滤波器。
优选地，所述下位机还包括与所述第一滤波器相连接的第一A/D转换器以及与所述第二滤波器相连接的第二A/D转换器。
优选地，所述下位机还包括实时时钟，所述实时时钟分别与所述第一A/D转换器和所述第二A/D转换器相连接。
优选地，所述下位机还包括数字信号处理器，所述数字信号处理器与所述实时时钟相连接。
优选地，所述下位机还包括存储器，所述存储器与所述数字信号处理器相连接。
优选地，所述上位机为PC处理器。
本发明还提供了一种电能表校验系统的校验方法，所述校验方法包括：
将输出功率源数据信号发送至功率源；
功率源将输出功率源数据转化为数据信号；
数据信号发送至标准电能表和被测电能表；
标准电能表和被测电能表分别将数据信号发送至下位机中的滤波器；
滤波器对数据信号进行滤波处理；
滤波处理后的数据发送至上位机；
上位机对发送来的数据进行误差分析，并将误差分析数据发送至功率源。
优选地，所述校验方法还包括：
标准电能表和被测电能表分别将数据信号发送至下位机中的第一滤波器和第二滤波器；
第一滤波器和第二滤波器分别对数据信号进行滤波处理，并分别发送至第一A/D转换器和第二A/D转换器；
第一A/D转换器和第二A/D转换器对滤波后数据进行转换，并分别发送至实时时钟；
实时时钟对转换后数据进行过滤和整合，并发送至数字信号处理器；
数字信号处理器对整合后数据进行调整，并发送至存储器；
存储器对调整后数据进行存储，并发送至上位机。
优选地，所述滤波处理为采用快速傅里叶变换算法进行处理，处理公式为
P h = Σ n = 2 ∞ 1 2 u n i n c o s ( Φ u n - Φ i u ) , ( n = 2 , 3 , 4 ... ) .
本发明提供了一种电能表校验系统，所述校验系统包括并行连接的标准电能表和被测电能表，并行连接的所述标准电能表和所述被测电能表的两端分别连接功率源和下位机，所述功率源和所述下位机的另一端通过上位机相连接；所述下位机包括滤波器。本发明提供的电能表校验系统通过在下位机中加入滤波器，从而消除谐波对电能表的干扰，进而达到对数字计量系统进行准确校验的目的。本发明提供的电能表校验系统还增加实时时钟，从而达到标准表与待测表的数据同步，进而实现对数据的整合，同时还通过IEC61850协议和ZIGBEE的传递，将标准表与待测表的数据进行误差分析，同时达到控制功率源的作用，做到功率源输出自动化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的电能表校验系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的电能表校验系统的另一种结构示意图；
图3是本发明实施例提供的电能表校验系统校验方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的电能表校验系统校验方法的另一个流程图。
具体实施方式
本发明实施例提供的电能表校验系统及其校验方法，解决了由于谐波电能的影响而无法对数字计量系统进行校验的问题。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中的技术方案作进一步详细的说明。
请参考附图1，附图1示出了本发明实施例提供的电能表校验系统的结构示意图。从附图1中能够看出本发明实施例提供的电能表校验系统包括并行连接的标准电能表和被测电能表，并行连接的所述标准电能表和所述被测电能表的两端分别连接功率源和下位机，所述功率源和所述下位机的另一端通过上位机相连接；所述下位机包括滤波器。
其中，功率源的两端分别连接上位机、标准电能表和被测电能表，功率源接收上位机通过ZIGBEE发出的本系统所需功率的指令以及标准电能表和被测电能表传回的数据信息，功率源在接收到上位机发出的指令后按照该指令输出功率至标准电能表和被测电能表。功率源接收上位机的指令遵循IEC61850协议。
下位机的两端分别连接标准电能表、被测电能表和上位机，而下位机包括滤波器，即滤波器的两端分别连接标准电能表、被测电能表和上位机。滤波器能够接收和返回标准电能表和被测电能表通过端口RS485发送过来的电压、电流和脉冲数据，此时的数据带有标准电能表和被测电能表的电压、电流和脉冲数据。滤波器按照快速傅里叶变换算法(FFT算法)对发送过来的电压、电流和脉冲数据进行滤波处理，并将处理后的不带有标准电能表和被测电能表的电压、电流和脉冲数据数字信号数据发送至上位机。在本发明实施例提供的电能表校验系统中增加滤波器，能够对谐波进行抑制或消除，从而消除谐波对电能表的干扰，进而达到对数字计量系统进行准确校验的目的。
上位机的两端分别连接下位机和功率源，上位机接收由滤波器发送过来的数字信号数据，对数字信号数据进行误差分析，并将误差分析整合后传回功率源。
相应的，本发明实施例还提供了电能表校验系统的校验方法，具体流程请参考附图3。本发明实施例提供的校验方法包括：
S101：将输出功率源数据信号发送至功率源；
S102：功率源将输出功率源数据转化为数据信号；
S103：数据信号发送至标准电能表和被测电能表；
S104：标准电能表和被测电能表分别将数据信号发送至下位机中的滤波器；
S105：滤波器对数据信号进行滤波处理；
S106：滤波处理后的数据发送至上位机；
S107：上位机对发送来的数据进行误差分析，并将误差分析数据发送至功率源。
上述校验方法具体的描述为：
S101：上位机通过ZIGBEE无线传输的方式将本系统所需的输出功率源数据信号指令发送至功率源；
S102：功率源将输出功率源数据转化为功率源需要输出的电压、电流和脉冲数据信号；
S103：功率源将电压、电流和脉冲数据信号分别发送至标准电能表和被测电能表；
S104：标准电能表和被测电能表通过端口RS485分别将发送过来的电压、电流和脉冲数据信号发送至下位机中的滤波器，此时的数据信号带有标准电能表和被测电能表的电压、电流和脉冲数据；
S105：滤波器对带有标准电能表和被测电能表的电压、电流和脉冲数据信号按照FFT算法进行滤波处理，处理公式为其中n为谐波的次数，Pn为第n次谐波的有用功率，un为电压第n次谐波分量的幅值，in为电流第n次谐波分量的幅值，为电压第n次谐波分量的初相角，为电流第n次谐波分量的初相角。
S106：滤波器将滤波处理后的数据发送至上位机，该数据的传输遵循IEC61850协议；
S107：上位机对发送来的数据进行误差分析，并将误差分析后的数据发送至功率源，从而完成一个循环。
请参考附图2，附图2示出了本发明实施例提供的电能表校验系统的另一种结构示意图。基于第一种电能表校验系统的结构，本发明实施例提供的电能表校验系统中的滤波器包括与标准电能表相连接的第一滤波器以及与被测电能表相连接的第二滤波器。第一滤波器对标准电能表发送过来的电压、电流和脉冲数据信号进行滤波处理，第二滤波器对被测电能表发送过来的电压、电流和脉冲数据信号进行滤波处理，从而使从两个电能表输出的电压、电流和脉冲数据不相干扰，有利于监控被测电能表的检测。
进一步，第一滤波器还与第一A/D转换器相连接，第二滤波器与第二A/D转换器相连接，这样的设置方式便于第一A/D转换器和第二A/D转换器分别对第一滤波器和第二滤波器发送过来的数据转换为便于计算机处理的数字信号，同时两者之间的数据也不会互相影响，更加有利于监控被测电能表的检测。
本发明实施例提供的电能表校验系统还包括实时时钟，该实时时钟分别与第一A/D转换器和第二A/D转换器相连接。实时时钟同时接收第一A/D转换器和第二A/D转换器发送过来的转换数据，并对两份转换数据进行过滤和整合，达到两路数据信息的实时同步性。实时时钟将整合后的一份数据发送至数字信号处理器进行处理。
进一步，本发明实施例提供的电能表校验系统还包括数字信号处理器(DSP)，DSP和实时时钟相连接。DSP通过汇编语言软件判断实时时钟整合后发送来的数据是否为一组同步数据，若为一组同步数据则进行筛选和调整，以达到异步数据同步化，保证数据的实时化。DSP将调整后的数据发送至存储器。
更进一步，本发明实施例提供的电能表校验系统还包括存储器(RAM)，RAM与DSP相连接。RAM对调整后的数据进行存储，并发送至上位机。
本发明实施例提供的电能表校验系统中的上位机为PC处理器。
基于本发明实施例提供的第二种电能表校验系统结构，本发明实施例还提供了电能表校验系统的校验方法，流程图请参考附图4。本发明实施例提供的电能表校验系统的校验方法为：
S201：将输出功率源数据信号发送至功率源；
S202：功率源将输出功率源数据转化为数据信号；
S203：数据信号发送至标准电能表和被测电能表；
S204：标准电能表和被测电能表分别将数据信号发送至下位机中的第一滤波器和第二滤波器；
S205：第一滤波器和第二滤波器分别对数据信号进行滤波处理，并分别发送至第一A/D转换器和第二A/D转换器；
S206：第一A/D转换器和第二A/D转换器对滤波后数据进行转换，并分别发送至实时时钟；
S207：实时时钟对转换后数据进行过滤和整合，并发送至数字信号处理器；
S208：数字信号处理器对整合后数据进行调整，并发送至存储器；
S209：存储器对调整后数据进行存储，并发送至上位机。
S210：上位机对发送来的数据进行误差分析，并将误差分析数据发送至功率源。
上述校验方法具体的描述为：
S201：上位机通过ZIGBEE无线传输的方式将本系统所需的输出功率源数据信号指令发送至功率源；
S202：功率源将输出功率源数据转化为功率源需要输出的电压、电流和脉冲数据信号；
S203：功率源将电压、电流和脉冲数据信号分别发送至标准电能表和被测电能表；
S204：标准电能表和被测电能表通过端口RS485分别将发送过来的电压、电流和脉冲数据信号发送至下位机中的第一滤波器和第二滤波器，此时的数据信号分别带有标准电能表和被测电能表的电压、电流和脉冲数据；
S205：第一滤波器和第二滤波器分别对带有标准电能表和被测电能表的电压、电流和脉冲数据信号按照FFT算法进行滤波处理，并将处理后的数据分别发送至第一A/D转换器和第二A/D转换器；
在按照FFT算法进行滤波处理时，所采用的处理公式为(n＝2,3,4...)，其中n为谐波的次数，Pn为第n次谐波的有用功率，un为电压第n次谐波分量的幅值，in为电流第n次谐波分量的幅值，为电压第n次谐波分量的初相角，为电流第n次谐波分量的初相角。
S206：第一A/D转换器和第二A/D转换器对滤波处理后的数据进行转换，转换为便于计算机处理的数字信号，同时第一A/D转换器和第二A/D转换器分别将转换后的数字信号发送至实时时钟；
S207：实时时钟对转换后数据进行过滤和整合，达到两路数据信息的实时同步性并将整合后的数据发送至DSP；
S208：DSP通过汇编语言软件判断实时时钟整合后发送来的数据是否为一组同步数据，若为一组同步数据则进行筛选和调整，以达到异步数据同步化，保证数据的实时化。DSP将调整后的数据发送至存储器；
S209：存储器对调整后数据进行存储，并在IEC61850协议下通过ZIGBEE无线传输的方式将调整后的数据发送至PC处理机的ZIGBEE中。
S210：PC处理机对存储器发送来的数据进行误差分析，并将误差分析数据发送至功率源，从而完成一个循环。
本发明提供的电能表校验系统通过在下位机中加入滤波器，从而消除谐波对电能表的干扰，进而达到对数字计量系统进行准确校验的目的。本发明提供的电能表校验系统还增加实时时钟，从而达到标准表与待测表的数据同步，进而实现对数据的整合，同时还通过IEC61850协议和ZIGBEE的传递，将标准表与待测表的数据进行误差分析，同时达到控制功率源的作用，做到功率源输出自动化。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电能表校验系统，其特征在于，所述校验系统包括并行连接的标准电能表和被测电能表，并行连接的所述标准电能表和所述被测电能表的两端分别连接功率源和下位机，所述功率源和所述下位机的另一端通过上位机相连接；所述下位机包括滤波器。
2.根据权利要求1所述的电能表校验系统，其特征在于，所述滤波器包括与所述标准电能表相连接的第一滤波器以及与所述被测电能表相连接的第二滤波器。
3.根据权利要求2所述的电能表校验系统，其特征在于，所述下位机还包括与所述第一滤波器相连接的第一A/D转换器以及与所述第二滤波器相连接的第二A/D转换器。
4.根据权利要求3所述的电能表校验系统，其特征在于，所述下位机还包括实时时钟，所述实时时钟分别与所述第一A/D转换器和所述第二A/D转换器相连接。
5.根据权利要求4所述的电能表校验系统，其特征在于，所述下位机还包括数字信号处理器，所述数字信号处理器与所述实时时钟相连接。
6.根据权利要求5所述的电能表校验系统，其特征在于，所述下位机还包括存储器，所述存储器与所述数字信号处理器相连接。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的电能表校验系统，其特征在于，所述上位机为PC处理器。
8.一种电能表校验系统的校验方法，其特征在于，所述校验方法包括：
将输出功率源数据信号发送至功率源；
功率源将输出功率源数据转化为数据信号；
数据信号发送至标准电能表和被测电能表；
标准电能表和被测电能表分别将数据信号发送至下位机中的滤波器；
滤波器对数据信号进行滤波处理；
滤波处理后的数据发送至上位机；
上位机对发送来的数据进行误差分析，并将误差分析数据发送至功率源。
9.根据权利要求8所述的电能表校验系统的校验方法，其特征在于，所述校验方法还包括：
标准电能表和被测电能表分别将数据信号发送至下位机中的第一滤波器和第二滤波器；
第一滤波器和第二滤波器分别对数据信号进行滤波处理，并分别发送至第一A/D转换器和第二A/D转换器；
第一A/D转换器和第二A/D转换器对滤波后数据进行转换，并分别发送至实时时钟；
实时时钟对转换后数据进行过滤和整合，并发送至数字信号处理器；
数字信号处理器对整合后数据进行调整，并发送至存储器；
存储器对调整后数据进行存储，并发送至上位机。
10.根据权利要求8或9所述的电能表校验系统的校验方法，其特征在于，所述滤波处理为采用快速傅里叶变换算法进行处理，处理公式为
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