CN106526526A - 一种数字化计量系统测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字化计量系统测试装置，所述测试装置包括：数字化计量综合测试仪、升流设备、升压设备；能够对数字化计量系统各环节的误差进行把控，从而测出数字化计量系统的整体误差与各环节误差间的关系，以消除数字化计量系统运行过程中的风险，实现了装置设计合理，能够准确对数字化计量系统进行测试的技术效果。

Description

一种数字化计量系统测试装置

技术领域

本发明涉及电力系统智能变电站数字化计量体系校验领域，具体地，涉及一种数字化计量系统测试装置。

背景技术

目前，智能变电站的发展已经进入到大面积工程应用阶段，随着电子式互感器、合并单元、数字化电能表等设备的大量应用，数字化计量系统已经成为智能变电站的关键组成部分。数字化计量系统的整体准确性受到互感器(包括电子式互感器和常规互感器)测量误差、合并单元采样或转换误差、数字化电能表算法误差以及数字化采样值传输系统丢帧或误码等多环节的共同影响。近年来已有较多关于数字化计量设备测试方法和装置的研究，各厂家已生产出多种型号的测试设备，并在智能变电站数字化计量系统的测试中进行了大量应用。然而，近几年智能变电站实际运行的经验表明，数字化计量系统在实际运行中仍存在很多问题，例如合并单元故障导致跳闸、线损指标超标、母线电量不平衡等等，其中大部分存在问题的案例中设备都经过检测并且合格，但在实际运行中仍存在准确度方面的缺陷，这些实例都暴露出已有测试手段仍存在诸多不足之处。

现有的数字化计量设备测试手段和方法仍旧沿袭了传统计量装置测试的思想，即对系统各个组成部分分别进行严格的测试，保证每个部分的准确性和可靠性，从而保证系统整体的准确可靠。这种思想割裂了系统中各个设备之间的关系，使之成为独立的个体，忽略了实际运行中设备之间的配合和相互影响。对于传统计量系统而言，设备之间界限清晰，采用模拟信号传输电气参量，系统结构并不复杂，因此能够通过各部分分别测试的方法保证整体的性能，但对于数字化计量系统而言，设备之间界限不再清晰，系统结构和信号传输过程都比较复杂，设备之间的配合和相互影响十分关键，因此将系统割裂开来分别进行测试的思想难以真实反映出实际运行可能存在的问题，尤其是无法真实反映3/2接线、级联等跨间隔计量方式下系统的整体准确性，从而导致数字化计量系统在现场运行中存在着很多不确定因素。

综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，现有的数字化计量系统测试方法存在测试不准确的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种数字化计量系统测试装置，解决了现有的数字化计量系统测试方法存在测试不准确的技术问题，实现了装置设计合理，能够准确对数字化计量系统进行测试的技术效果。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种数字化计量系统测试装置，其特征在于，所述测试装置包括：

数字化计量综合测试仪、升流设备、升压设备；其中：数字化计量综合测试仪发出模拟量信号，将模拟量信号接入升流设备和升压设备产生测试用的一次电流电压信号；一次电流信号串接于电流互感器，一次电压信号并接于电压互感器；电流、电压互感器输出接回至数字化计量综合测试仪，获得标准电参量信号，并计算获得标准电能信号作为测试装置的标准信号源；电流、电压互感器将电流电压信号送至合并单元输出数字电流电压信号，通过数字化计量综合测试仪采集电流电压信号同步实现电流、电压互感器的精度测试，并通过采集数字电流电压信号实现数字标准表的功能；

合并单元同时将数字电流电压信号传输至数字化电能表，数字化电能表输出电能脉冲信号，数字化计量综合测试仪采集数字化电能表的电能脉冲信号同步实现数字化电能表的实负载校验工作；数字化计量综合测试仪能够测试数字化电能表的异常处理效果。

其中，本申请提供了一种系统级测试装置来对数字化计量系统进行整体的测试，能够对数字化计量系统各环节的误差进行把控，从而测出数字化计量系统的整体误差与各环节误差间的关系，以消除数字化计量系统运行过程中的风险。这种装置尤其适用于智能变电站数字化计量系统跨间隔计量的情形。

其中，数字标准表接收MU发出的数字电压电流值，并计算电能，计算精度等级比被测的数字式电能表要高出2个精度等级，可以作为被测数字式电能表计量误差评定的参考标准。

进一步的，数字化计量综合测试仪通过模拟量标准表采集数字信号，将数字信号通过数字量发送模块经过报文控制模块生成仿真数字化网络传输异常工况信息，将生产的信息传输至数字化电能表，测试数字化电能表的异常处理。

进一步的，所述装置还包括上位机，所述上位机与数字化计量综合测试仪连接，用于控制模拟量信号幅值与相位角输出。

进一步的，所述数字化计量综合测试仪包括：CPU、功率放大器、模拟量标准表、数字量接收模块、数字量发送模块、报文控制模块、脉冲采集模块，其中：功率放大器、模拟量标准表、数字量接收模块、脉冲采集模块均与CPU连接，数字量发送模块与报文控制模块连接，报文控制模块、脉冲采集模块与数字化电能表连接。

进一步的，CPU发出模拟量信号，将二次信号接入到升流设备以及升压设备，产生测试用一次电流电压信号；次电流信号串接于电流互感器，一次电压信号并接于电压互感器；电流、电压互感器输出接回至模拟量标准表，获得标准电参量信号并计算获得标准电能信号作为测试装置的标准信号源；电流、电压互感器将电流电压信号送至合并单元输出数字电流电压信号，通过数字量接收模块采集电流电压信号同步实现电流、电压互感器的精度测试，模拟量标准表通过采集数字电流电压信号实现数字标准表的功能；合并单元同时将信号通过送至数字化电能表，数字化电能表通过输出电能脉冲信号，脉冲采集模块采集数字化电能表的电能脉冲信号同步实现数字化电能表的实负载校验工作；数字化计量综合测试仪通过模拟量标准表采集数字信号，将数字信号通过数字量发送模块经过报文控制模块生成仿真数字化网络传输异常工况信息，将生产的信息传输至数字化电能表，测试数字化电能表的异常处理。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、通过功率放大器以及升流升压系统搭建一次仿真系统实现数字化计量测试的一次电流电压信号源；测试装置通过程序控制功放输出，从而控制升压升流的大小，实现一次信号源的精确定量与自动控制，避免了目前通过手动调节调压器来控制升压升流的低效率且调节不准的方式。

2、测试精度高，采用模拟标准表接入标准电流电压互感器的信号作为整个测试系统的标准源信号。

3、同步性。在一次升流升压过程中同步过程中同时计算互感器、合并单元、网络传输以及数字化电能表的误差从而同步测试数字化计量系统的各环节误差。

4、增加报文控制模块，可以在报文中叠加错误信号来检测数字化计量系统的纠错性与适应性。

5、兼容性强，可以同时兼容电子式互感器与传统互感器搭建的数字化计量系统。

6、支持跨间隔计量测试，可同时接入多个间隔的互感器与合并单元信号，可支持跨间隔计量的系统级测试。

7、两种工作模式，可同时实现数字化电能表实负载与虚负载测试的需要。

该装置可以很好地测试数字化计量的各环节误差，数字化计量整系统误差的测试问题，为数字化计量进入计量体系建立理论依据，为智能变电站的大面积推广提供检测依据。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本申请中数字化计量系统测试装置的组成示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种数字化计量系统测试装置，解决了现有的数字化计量系统测试方法存在测试不准确的技术问题，实现了装置设计合理，能够准确对数字化计量系统进行测试的技术效果。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明的技术解决方案如附图1所示，本发明的技术解决方案为数字化计量系统综合测试仪发出三组100V/5A的模拟量信号，通过上位机软件来控制其幅值与相位角输出，将这些二次信号接入到两组升流设备以及一组升压设备，从而产生测试用的可控负载与功率因素一次电流电压信号。一次电流信号串接于标准电流互感器以及电子式或传统电流互感器，一次电压信号并接于标准电压互感器以及电子式或传统电压互感器。标准电流电压互感器输出接回至数字化计量综合测试仪，获得标准电流电压等电参量信号并计算获得标准电能信号作为整个数字化计量系统测试的标准信号源。电子式或传统互感器将电流电压信号送至数字量或模拟量合并单元输出IEC61850-9-2数字电流电压信号，通过数字化计量综合测试仪的数字采样模块采集电流电压信号同步实现电子式或传统电流互感器、电子式或传统电压互感器的整体精度测试，并通过采集这些数字电流电压信号实现数字标准表的功能。合并单元同时将信号通过网络传输系统送至数字化电能表，数字化电能表通过计量计算后输出电能脉冲信号，数字化计量综合测试系统采集数字化电能表的电能脉冲信号同步实现数字化电能表的实负载校验工作。数字化计量综合测试仪同时可以将通过标准表采集的数字信号通过数字量发送模块经过报文控制仿真数字化网络传输异常工况测试数字化电能表的异常处理效果。

模拟标准采集报文控制的跨间隔数字化计量系统测试的上位机软件在电脑上实现，软件采用labview编程，界面设计友好，操作简单，可以将数字化计量系统的整个测试过程进行记录并分析，从而得出数字化计量系统的整系统误差与各误差测量环节之间的关系。

整个测试系统具有两种工作模式。一是实负载测试数字化电能表接收来自合并单元的信号，在不改变现有数字化计量系统架构的情况下通过模拟标准信号作为系统的统一标准源测试数字化计量系统各环节误差。二是虚负载测试数字化电能表接收来自数字化计量测试仪的可控数字信号，利用模拟信号转发过程中存在的误差以及报文异常进行定量控制，从而测试数字化计量的整体误差与各环节之间的定量关系可以对现场计量异常进行实时仿真。

模拟标准采集报文控制的跨间隔数字化计量系统测试方法是一套数字化计量系统级测试设备，利用功放输出二次电流电压信号配上带标互的升流升压装置最终输出可控幅值与相位的一次电流与电压信号发送至被测数字化计量系统电子式或传统互感器，再利用模拟量标准表模块采集CT、PT标互输出的二次电流电压值，数字量接收模块接收来自合并单元的数字信号，数字量发送模块配上报文控制模块仿真网络传输异常状态，再采集数字化电能表的脉冲信号，从而实现数字化计量整系统地完整测试。

数字化计量综合测试仪主CPU采用摩托罗拉新一代POWER PC MPC8247，使装置的稳定性和运算速度得到可靠保证，光接收器件采用Agilent(安捷伦)公司的光接收器件，模拟量标准表采集模块采用AD公司的18位AD7691以确保整个测试系统的模拟量采样精度，功率放大器采用线性功放模块化直藕式电路以确保在整个测试过程的带负载能力以及长期测试过程的波形稳定度，数字量接收与发送以及报文控制模块以太网控制由XILEX公司的FPGA芯片来实现以确保IEC61850-9协议接收与发送的离散性精度控制可以精确到100ns，对时模块来获得精确时间参数，接口采用ST，光纤波长采用1310nm。同步信号采用高精度恒温精振以确保在没有外接同步信号源的情况下也可以完成测试。报文发送与接收模块采用双FPGA来实现，以确保数字源的可信度。

升流升压器为标准设备自带标准电压电流互感器，其二次输出精度优于0.01级以保证整个测试系统的系统精度，其升流升压值的大小根据测试被试系统的测试需要进行配置。

上位机分析的显示通过电脑实现，界面软件采用labview编程实现。电脑与数字化计量综合测试仪之间通过以太网通讯。可通过软件的配置自动在实负载与虚负载两种测试模式间切换。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

1、通过功率放大器以及升流升压系统搭建一次仿真系统实现数字化计量测试的一次电流电压信号源；测试装置通过程序控制功放输出，从而控制升压升流的大小，实现一次信号源的精确定量与自动控制，避免了目前通过手动调节调压器来控制升压升流的低效率且调节不准的方式。

2、测试精度高，采用模拟标准表接入标准电流电压互感器的信号作为整个测试系统的标准源信号。

3、同步性。在一次升流升压过程中同步过程中同时计算互感器、合并单元、网络传输以及数字化电能表的误差从而同步测试数字化计量系统的各环节误差。

4、增加报文控制模块，可以在报文中叠加错误信号来检测数字化计量系统的纠错性与适应性。

5、兼容性强，可以同时兼容电子式互感器与传统互感器搭建的数字化计量系统。

6、支持跨间隔计量测试，可同时接入多个间隔的互感器与合并单元信号，可支持跨间隔计量的系统级测试。

7、两种工作模式，可同时实现数字化电能表实负载与虚负载测试的需要。

该装置可以很好地测试数字化计量的各环节误差，数字化计量整系统误差的测试问题，为数字化计量进入计量体系建立理论依据，为智能变电站的大面积推广提供检测依据。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种数字化计量系统测试装置，其特征在于，所述测试装置包括：

数字化计量综合测试仪、升流设备、升压设备；其中：数字化计量综合测试仪发出模拟量信号，将模拟量信号接入升流设备和升压设备产生测试用的一次电流电压信号；一次电流信号串接于电流互感器，一次电压信号并接于电压互感器；电流、电压互感器输出接回至数字化计量综合测试仪，获得标准电参量信号，并计算获得标准电能信号作为测试装置的标准信号源；电流、电压互感器将电流电压信号送至合并单元输出数字电流电压信号，通过数字化计量综合测试仪采集电流电压信号同步实现电流、电压互感器的精度测试，并通过采集数字电流电压信号实现数字标准表的功能；

合并单元同时将数字电流电压信号传输至数字化电能表，数字化电能表输出电能脉冲信号，数字化计量综合测试仪采集数字化电能表的电能脉冲信号同步实现数字化电能表的实负载校验工作；数字化计量综合测试仪能够测试数字化电能表的异常处理效果。

2.根据权利要求1所述的数字化计量系统测试装置，其特征在于，数字化计量综合测试仪通过模拟量标准表采集数字信号，将数字信号通过数字量发送模块经过报文控制模块生成仿真数字化网络传输异常工况信息，将生产的信息传输至数字化电能表，测试数字化电能表的异常处理。

3.根据权利要求1所述的数字化计量系统测试装置，其特征在于，所述装置还包括上位机，所述上位机与数字化计量综合测试仪连接，用于控制模拟量信号幅值与相位角输出。

4.根据权利要求1所述的数字化计量系统测试装置，其特征在于，所述数字化计量综合测试仪包括：CPU、功率放大器、模拟量标准表、数字量接收模块、数字量发送模块、报文控制模块、脉冲采集模块，其中：功率放大器、模拟量标准表、数字量接收模块、脉冲采集模块均与CPU连接，数字量发送模块与报文控制模块连接，报文控制模块、脉冲采集模块与数字化电能表连接。

5.根据权利要求4所述的数字化计量系统测试装置，其特征在于，CPU发出模拟量信号，将二次信号接入到升流设备以及升压设备，产生测试用一次电流电压信号；次电流信号串接于电流互感器，一次电压信号并接于电压互感器；电流、电压互感器输出接回至模拟量标准表，获得标准电参量信号并计算获得标准电能信号作为测试装置的标准信号源；电流、电压互感器将电流电压信号送至合并单元输出数字电流电压信号，通过数字量接收模块采集电流电压信号同步实现电流、电压互感器的精度测试，模拟量标准表通过采集数字电流电压信号实现数字标准表的功能；合并单元同时将信号通过送至数字化电能表，数字化电能表通过输出电能脉冲信号，脉冲采集模块采集数字化电能表的电能脉冲信号同步实现数字化电能表的实负载校验工作；数字化计量综合测试仪通过模拟量标准表采集数字信号，将数字信号通过数字量发送模块经过报文控制模块生成仿真数字化网络传输异常工况信息，将生产的信息传输至数字化电能表，测试数字化电能表的异常处理。