CN110940854B - 一种基于北斗/gps时钟的交流同步电能计量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于北斗/GPS时钟的交流同步电能计量系统，主要由基于北斗/GPS模块时钟的同步交流集中器、基于北斗/GPS模块时钟的同步交流电能表构成；所述同步交流集中器主要功能是实现交流配电网台区的时钟同步电能计量，同时采集交流配电网台区内所有同步交流电能表的电能计量数据；所述同步交流电能表主要功能为时钟同步电能计量以及与同步交流集中器通信功能。本发明实现了精确时钟同步交流电能计量功能，解决了常规计量装置无法同步计量的难题，为需求响应电能计量提供了装置基础，同时也实现了对用户电能表的计量准确度的在线检测功能。
Description
技术领域
本发明涉及电能计量技术领域，尤其涉及交流同步电能计量。
背景技术
在我国大力推进售电侧改革的背景下，电力改革将形成发电公司、多家售电公司、电网公司以及电力用户多环节市场，加强需求侧响应技术与售电侧市场的融合，形成供需互动、互通互联的良好氛围，需要更加精确的时钟电能计量装置，确保与实际需求对应时段的电量计量的准确性，满足实时需求响应的要求。
具有精确实时、分时段电能计量系统是电力需求侧响应实施价格激励措施的基础，从而实现精确测量、收集、分析、运用电力实时消费数据及能效管理，对生产性负荷的流程进行优化，以及非生产性负荷进行自动化改造，改变负荷特性，实施精细化的电能管理，主动开展需求响应，更合理地利用电能、减小能耗，实现成本效益的最大化。
同时，用户与售电公司、售电公司与电网公司的电费结算需要基于精确时钟的电能计量装置，确保电费结算的准确性与可靠性。为了减少由于计量装置问题导致的纠纷，需要加强售电公司用户计量装置的现场检测工作，但带来的工作量是巨大的，而且存在安全风险。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于北斗/GPS时钟的交流同步电能计量系统。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于北斗/GPS时钟的交流同步电能计量系统，主要由基于北斗/GPS模块时钟的同步交流集中器、基于北斗/GPS模块时钟的同步交流电能表构成；所述同步交流集中器主要功能是实现交流配电网台区的时钟同步电能计量，同时采集交流配电网台区内所有同步交流电能表的电能计量数据；所述同步交流电能表主要功能为时钟同步电能计量以及与同步交流集中器通信功能。
进一步的，所述同步交流电能表、同步交流集中器的时钟同步电能计量功能，以北斗/GPS模块时钟为计量时钟，同步电能计量功能，并按1秒钟为最小存储间隔，对所计算电能计量值打上绝对时标，实现精确实时、分时段电能计量。
进一步的，所述同步交流集中器和同步交流电能表均包括通信部分和计量部分，所述同步交流集中器的通信部分包括北斗/GPS模块、上行通信模块、下行通信模块、数据存储模块、数据处理模块，所述北斗/GPS模块主要提供基准时钟信息，包含秒脉冲、分脉冲、B码以及位置信息，所述上行通信模块主要用于与用电信息采集主站系统传输信息；所述下行通信模块主要用于与同步交流电能表的信息通信，所述数据处理模块根据用电信息采集主站系统要求，召测、存储、转发交流电能表各类数据，所述数据存储模块用于存储交流电能表的交流上传、召测的电参数，所述同步交流集中器根据电能采集方案，定时采集其结构下的多个同步交流电能表的电能数据、交流测量数据、事件记录数据，以及特殊事件下的实时电流、电压采样值数据。
进一步的，所述同步交流集中器的计量部分包括晶振驯化模块、交流电流采样模块、交流电压采样模块、信号调理模块、处理芯片、存储模块，所述晶振驯化模块主要通过北斗/GPS模块的秒脉冲信号，对晶振信号进行驯化，得到与北斗/GPS秒脉冲同步的晶振信号，该信号用于交流电流采样模块、交流电压采样模块实现同步采样功能；所述交流电流采样模块、交流电压采样模块均与所述信号调理模块连接，对交流电流、电压进行高准确度、同步采样，最终输出数字化的电流、电压信号；以上数字化采样信号作为处理芯片的输入信号，所述处理芯片以同步时钟信号为基准，采用瞬时交流电流、交流电压相乘后累加算法，获得交流同步全波电能值，所述存储模块用于存储交流电流、电压的实时采样值，以及带时标的交流电能值。
进一步的，所述同步交流电能表的通信部分包括北斗/GPS模块、下行通信模块、数据存储模块、数据处理模块，与所述同步交流集中器的通信部分的主要区别是不具备上行通信模块，数据处理模块用于处理交流电能计量数据的分类、定时转发。
进一步的，所述同步交流电能表的计量部分包括晶振驯化模块、交流电流采样模块、交流电压采样模块、信号调理模块、处理芯片、存储模块，与所述同步交流集中器的计量部分主要区别在于其计量准确度要求较低，整体计量准确度满足1.0级要求即可，所述同步交流集中器计量准确度应满足0.2级要求。
进一步的，对比同一所述同步交流电能表，在不同时间的同一时间段的电能计量值，对用户需求响应产生的电能值进行精确对比，从而确定用户参与需求响应产生的经济效益。
进一步的，用电信息采集主站系统通过采集所述同步交流电能表与所述同步交流集中器，以北斗/GPS时钟为统一基准，对比在同一时间间隔，同步交流集中器与同步交流电能表电能值，实现对同步交流集中器、同步交流电能表测量结果的监测及运行状态的监控。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明实现了精确时钟同步交流电能计量功能，解决了常规计量装置无法同步计量的难题，为需求响应电能计量提供了装置基础，同时也实现了对用户电能表的计量准确度的在线检测功能。
附图说明
图1为本发明一种基于北斗/GPS时钟的交流同步电能计量系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明技术方案，并不限于本发明。
本发明提供一种技术方案：一种基于北斗/GPS时钟的交流同步电能计量系统，该系统结构如图1所示，主要由基于北斗/GPS模块时钟的同步交流集中器、基于北斗/GPS模块时钟的同步交流电能表构成。该系统中同步交流集中器、同步交流电能表均包括通信部分和计量部分，即通信部分与计量部分在结构上完全独立。
同步交流电能表主要功能为时钟同步电能计量以及与同步交流集中器通信功能；时钟同步电能计量以北斗/GPS模块时钟为计量时钟，通过北斗/GPS秒脉冲触发交流电能信号的同步电能计量功能，并按1秒钟为最小间隔，对所计算电能计量值打上绝对时标；与同步交流集中器通信功能主要通过下行通信模块实现，如宽带载波HPLC或者微功率无线通信模块，将电能表采集的交流电流、电压，以及电能计量值上传至同步交流集中器。
同步交流集中器主要功能是实现交流配电网台区的电能计量，同时采集交流配电网台区内所有同步交流电能表的电能计量数据。同步交流集中器计量功能以北斗/GPS模块时钟为计量基准时钟，实现交流电流、交流电压的同步采集、电能的同步计量功能；其采集功能是通过通信模块实现的，包含上行通信模块，即通过无线公网，如4G或5G信道，与用电信息采集主站系统通信；下行通信模块，即通过宽带载波HPLC或者微功率无线通信等方式，与同步交流电能表进行通信。
同步交流集中器的计量部分包括晶振驯化模块、交流电流采样模块、交流电压采样模块、信号调理模块、处理芯片、存储模块，晶振驯化模块主要通过北斗/GPS模块的秒脉冲信号，对晶振信号进行驯化，得到与北斗/GPS秒脉冲同步的晶振信号，该信号用于交流电流采样模块、交流电压采样模块实现同步采样功能；交流电流采样模块、交流电压采样模块均与信号调理模块连接，对交流电流、电压进行高准确度、同步采样，最终输出数字化的电流、电压信号；以上数字化采样信号作为处理芯片的输入信号，处理芯片以同步时钟信号为基准，采用瞬时交流电流、交流电压相乘后累加算法，获得交流同步全波电能值，存储模块用于存储交流电流、电压的实时采样值，以及带时标的交流电能值。
同步交流集中器的通信部分包括北斗/GPS模块、上行通信模块(4G模块)、下行通信模块(微功率或宽带载波模块)、数据存储模块、数据处理模块。北斗/GPS模块主要提供基准时钟信息，包含秒脉冲、分脉冲、B码以及位置信息。上行通信模块(4G模块)主要用于与用电信息采集主站系统传输信息；下行通信模块(微功率或宽带载波模块)主要用于与同步交流电能表的信息通信，通信模式有微功率无线、wifi或者宽带载波模式等。数据处理模块根据用电信息采集主站系统要求，召测、存储、转发交流电能表各类数据。数据存储模块用于存储交流电能表的交流上传、召测的电参数。同步交流集中器根据电能采集方案，定时采集其结构下的多个同步交流电能表的电能数据、交流测量数据、事件记录数据，以及特殊事件下的实时电流、电压采样值数据。
同步交流电能表与同步交流集中器结构类似，与上述交流集中器通信部分的主要区别是不具备上行通信模块(4G模块)，数据处理模块用于处理交流电能计量数据的分类、定时转发；与上述交流集中器计量部分主要区别在于其计量准确度要求较低，整体计量准确度满足1.0级要求即可，上述交流集中器计量准确度应满足0.2级要求。
本发明交流同步电能计量系统工作流程：
(1)时钟同步交流电能表以北斗/GPS时钟为时钟基准，通过对每秒交流电能值的累加交流，获得带时标的交流电能值，并按照约定的时间间隔，存储交流电能值、以及交流电流、电压的瞬时值。
(2)时钟同步交流集中器在实现北斗/GPS时钟同步电能计量的基础上，按照约定的时刻及时间间隔，召测交流电能表存储的交流电能计量数据，并进行存储、定期上传主站系统。
(3)用户通过主站系统下发指令，召测时钟同步交流集中器、交流电能表存储的带时标的交流电能、以及交流电压、交流电流的瞬时值。
(4)用电信息采集主站系统以北斗/GPS时钟为统一基准，对比在同一时间间隔，时钟同步交流集中器与时钟同步交流电能表电能值，实现对同步交流集中器、时钟同步交流电能表测量结果的监测及其运行运行状态的监控。
(5)用电信息采集主站系统通过对比同一时钟同步交流电能表，在不同时间、同一时间段的电能计量值(例如2019年10月1日14：00至16：00，2019年9月1日14：00至16：00等)，就可以对用户需求响应产生的电能值进行精确对比，从而确定用户参与需求响应产生的经济效益。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (1)
1.一种基于北斗/GPS时钟的交流同步电能计量系统，其特征在于：主要由基于北斗/GPS模块时钟的同步交流集中器、基于北斗/GPS模块时钟的同步交流电能表构成；所述同步交流集中器主要功能是实现交流配电网台区的时钟同步电能计量，同时采集交流配电网台区内所有同步交流电能表的电能计量数据；所述同步交流电能表主要功能为时钟同步电能计量以及与同步交流集中器通信功能；
所述同步交流电能表、同步交流集中器的时钟同步电能计量功能，以北斗/GPS模块时钟为计量时钟，同步电能计量功能，并按1秒钟为最小存储间隔，对所计算电能计量值打上绝对时标，实现精确实时、分时段电能计量；
所述同步交流集中器和同步交流电能表均包括通信部分和计量部分，所述同步交流集中器的通信部分包括北斗/GPS模块、上行通信模块、下行通信模块、数据存储模块、数据处理模块，所述北斗/GPS模块主要提供基准时钟信息，包含秒脉冲、分脉冲、B码以及位置信息，所述上行通信模块主要用于与用电信息采集主站系统传输信息；所述下行通信模块主要用于与同步交流电能表的信息通信，所述数据处理模块根据用电信息采集主站系统要求，召测、存储、转发交流电能表各类数据，所述数据存储模块用于存储交流电能表的交流上传、召测的电参数，所述同步交流集中器根据电能采集方案，定时采集其结构下的多个同步交流电能表的电能数据、交流测量数据、事件记录数据，以及特殊事件下的实时电流、电压采样值数据；
所述同步交流集中器的计量部分包括晶振驯化模块、交流电流采样模块、交流电压采样模块、信号调理模块、处理芯片、存储模块，所述晶振驯化模块主要通过北斗/GPS模块的秒脉冲信号，对晶振信号进行驯化，得到与北斗/GPS秒脉冲同步的晶振信号，该信号用于交流电流采样模块、交流电压采样模块实现同步采样功能；所述交流电流采样模块、交流电压采样模块均与所述信号调理模块连接，对交流电流、电压进行高准确度、同步采样，最终输出数字化的电流、电压信号；以上数字化采样信号作为处理芯片的输入信号，所述处理芯片以同步时钟信号为基准，采用瞬时交流电流、交流电压相乘后累加算法，获得交流同步全波电能值，所述存储模块用于存储交流电流、电压的实时采样值，以及带时标的交流电能值；
所述同步交流电能表的通信部分包括北斗/GPS模块、下行通信模块、数据存储模块、数据处理模块，与所述同步交流集中器的通信部分的主要区别是不具备上行通信模块，数据处理模块用于处理交流电能计量数据的分类、定时转发；
所述同步交流电能表的计量部分包括晶振驯化模块、交流电流采样模块、交流电压采样模块、信号调理模块、处理芯片、存储模块，与所述同步交流集中器的计量部分主要区别在于其计量准确度要求较低，整体计量准确度满足1.0级要求即可，所述同步交流集中器计量准确度应满足0.2级要求；
对比同一所述同步交流电能表，在不同时间的同一时间段的电能计量值，对用户需求响应产生的电能值进行精确对比，从而确定用户参与需求响应产生的经济效益；
用电信息采集主站系统通过采集所述同步交流电能表与所述同步交流集中器，以北斗/GPS时钟为统一基准，对比在同一时间间隔，同步交流集中器与同步交流电能表电能值，实现对同步交流集中器、同步交流电能表测量结果的监测及运行状态的监控。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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