CN111090003A - 一种基于北斗/gps时钟的同步直流电能计量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于北斗/GPS时钟的同步直流电能计量系统，主要包括基于北斗/GPS模块的时钟同步直流集中器、基于北斗/GPS模块的时钟同步直流电能表和直流分流器或者直流互感器；所述系统以时钟同步直流集中器为核心，以多台时钟同步直流电能表作为底层结构，构成同步直流电能计量系统，实现直流配电网台区或者直流充电站的电能计量。本发明实现了精确时钟同步直流电能计量功能，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

一种基于北斗/GPS时钟的同步直流电能计量系统
技术领域
本发明涉及电能计量技术领域，尤其涉及电力系统直流电网、直流充电站的电能计量系统，主要提出了一种基于北斗/GPS模块时钟的同步直流电能计量系统。
背景技术
随着电动汽车大力推广应用，直流快速充电站建设已经进入快速期，直流电能计量是保证电动汽车用户充电交易公平、公正的核心环节。目前只在直流充电桩上安装了普通的直流电能表，直流充电站尚未有电能计量系统，对直流计量器具的监控、直流桩计量信息采集带来了非常不利影响。同时，随着直流配电网络系统的建设，非常有必要研究直流电能计量系统，确保直流计量的准确性、可靠性。
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模块时钟的同步直流电能计量系统。
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时钟的同步直流电能计量系统，主要包括基于北斗/GPS模块的时钟同步直流集中器、基于北斗/GPS模块的时钟同步直流电能表和直流分流器或者直流互感器；所述系统以时钟同步直流集中器为核心，以多台时钟同步直流电能表作为底层结构，构成同步直流电能计量系统，实现直流配电网台区或者直流充电站的电能计量。
进一步的，所述时钟同步直流集中器、时钟同步直流电能表均配置有北斗/GPS模块，通过北斗/GPS秒脉冲对晶振进行同步驯化，实现电流、电压同步采集，电能的同步计量；以北斗/GPS模块输出的秒脉冲为基准，触发直流电流、直流电压的同步采集、同步计量功能，并按1分钟为最小存储间隔，存储直流电流、电压采样值及电能计量值。
进一步的，所述时钟同步直流电能表以北斗/GPS时钟为基准，通过对每秒直流电能值的累加计算，获得带时标的直流电能值，并按照约定的时刻及时间间隔存储直流电能值或者直流电流、直流电压的瞬时采样值。
进一步的，所述时钟同步直流集中器根据电能采集方案，定时采集其结构下的多个时钟同步直流电能表的电能数据、直流测量数据、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；同时，时钟同步直流集中器具备同步电流电压采集、同步电能计量功能。
进一步的，所述时钟同步直流集中器和时钟同步直流电能表均包括通信部分和计量部分构成，所述时钟同步直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系统主站传输信息，所述下行通信模块主要用于与下行直流电能表的信息通信，所述数据处理模块主要响应主站要求，召测、存储、转发直流电能表各类数据，所述数据存储模块用于存储直流电能表的定期上传、召测的电参数。
进一步的，所述时钟同步直流集中器的计量部分包括晶振驯化模块、直流电流采样模块、直流电压采样模块、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，获得与北斗/GPS时钟同步的晶振信号，该晶振信号用于直流电流取样模块、直流电压取样模块实现同步采样功能；所述直流电流取样模块、电压取样模块均与所述信号调理模块连接，对直流电流、电压的高准确度、同步采样，最终输出数字化的电流、电压信号；以上采样信号作为处理芯片的输入信号，所述处理芯片以接入的同步时钟信号为基准，采用瞬时直流电流、直流电压相乘后累加算法，获得直流同步全波电能值，所述存储模块主要用于存储直流电流、电压的实时采样值，以及带时标的直流电能值。
进一步的，所述时钟同步直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，与所述直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直流电能计量数据的分类、定时转发。
进一步的，所述时钟同步直流电能表的计量部分包括晶振驯化模块、直流电流采样模块、直流电压采样模块、信号调理模块、处理芯片、存储模块，与所述直流集中器的计量部分主要差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，上述直流集中器计量准确度应满足0.2级要求。
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直流电能计量功能，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时钟的同步直流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时钟的同步直流电能计量系统，该系统结构如图1所示，主要包括基于北斗/GPS模块的时钟同步直流集中器、基于北斗/GPS模块的时钟同步直流电能表和直流分流器或者直流互感器。
该系统以时钟同步直流集中器为核心，以多台时钟同步直流电能表作为底层结构，构成同步直流电能计量系统，实现直流配电网台区或者直流充电站的电能计量。
直流分流器或者直流互感器将直流大电流的转换为直流小电压，实现直流大电流测量；直流大电压测量一般采用直流电阻分压实现电压测量，输入到时钟同步直流集中器或者时钟同步直流电能表。
时钟同步直流集中器、时钟同步直流电能表配置了北斗/GPS模块，通过北斗/GPS秒脉冲对晶振进行同步驯化，实现电流、电压同步采集，电能的同步计量；以北斗/GPS模块输出的秒脉冲为基准，触发直流电流、直流电压的同步采集、同步计量功能，并按1分钟为最小存储间隔，存直流储电流、电压采样值及电能计量值。
在正常状态下，时钟同步直流电能表以北斗/GPS秒脉冲为采样基准，同步采集直流大电压、以及直流分流器或者直流互感器输出直流小电压，实现直流电流、电压的同步采集，以及直流电能的同步计量，并按照约定时刻及时间间隔冻结电能数据。
时钟同步直流集中器根据电能采集方案，定时采集其结构下的多个时钟同步直流电能表的电能数据、直流测量数据、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。同时，时钟同步直流集中器具备同步电流电压采集、同步电能计量功能。
该系统中时钟同步直流集中器、时钟同步直流电能表均包括通信部分和计量部分构成，即通信部分与计量部分在结构上完全独立。
时钟同步直流集中器的通信部分包括北斗/GPS模块、上行通信(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(4G模块)主要用于与用电信息采集系统主站传输信息，下行通信模块(微功率或宽带载波模块)主要用于与下行直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。数据处理模块主要响应主站要求，召测、存储、转发直流电能表各类数据。数据存储模块用于存储直流电能表的定期上传、召测的电参数。
时钟同步直流集中器的电能计量部分包括晶振驯化模块、直流电流采样模块、直流电压采样模块、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，获得与北斗/GPS时钟同步的晶振信号，该晶振信号用于直流电流取样模块、直流电压取样模块实现同步采样功能；直流电流、电压取样模块与所述信号调理模块连接，对直流电流、电压的高准确度、同步采样，最终输出数字化的电流、电压信号；以上采样信号作为处理芯片的输入信号，处理芯片以接入的同步时钟信号为基准，采用瞬时直流电流、直流电压相乘后累加算法，获得直流同步全波电能值。数据存储模块主要用于存储直流电流、电压的实时采样值，以及带时标的直流电能值。
时钟同步直流电能表与时钟同步直流集中器结构类似，其通信部分包括北斗/GPS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，与上述直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直流电能计量数据的分类、定时转发；其计量部分包括晶振驯化模块、直流电流采样模块、直流电压采样模块、信号调理模块、处理芯片、存储模块，与与上述直流集中器计量部分主要差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，上述直流集中器计量准确度应满足0.2级要求。
实施过程：
(1)时钟同步直流电能表以北斗/GPS时钟为基准，通过对每秒直流电能值的累加计算，获得带时标的直流电能值，并按照约定的时刻及时间间隔存储直流电能值或者直流电流、直流电压的瞬时采样值。
(2)时钟同步直流集中器在实现北斗/GPS时钟同步直流计量的基础上，按照约定的时刻及时间间隔，通过下行通信模块召测直流电能表存储的直流电能计量数据，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要求，召测时钟同步直流集中器、时钟同步直流电能表的直流电流、直流电压、直流功率、直流电能等实时测量值，或者直流电流、直流电压的瞬时采样值，实现对同步直流集中器、时钟同步直流电能表测量结果的监测及其运行运行状态的监控。
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 (8)

1.一种基于北斗/GPS时钟的同步直流电能计量系统，其特征在于：主要包括基于北斗/GPS模块的时钟同步直流集中器、基于北斗/GPS模块的时钟同步直流电能表和直流分流器或者直流互感器；所述系统以时钟同步直流集中器为核心，以多台时钟同步直流电能表作为底层结构，构成同步直流电能计量系统，实现直流配电网台区或者直流充电站的电能计量。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗/GPS时钟的同步直流电能计量系统，其特征在于：所述时钟同步直流集中器、时钟同步直流电能表均配置有北斗/GPS模块，通过北斗/GPS秒脉冲对晶振进行同步驯化，实现电流、电压同步采集，电能的同步计量；以北斗/GPS模块输出的秒脉冲为基准，触发直流电流、直流电压的同步采集、同步计量功能，并按1分钟为最小存储间隔，存储直流电流、电压采样值及电能计量值。
3.根据权利要求1所述的一种基于北斗/GPS时钟的同步直流电能计量系统，其特征在于：所述时钟同步直流电能表以北斗/GPS时钟为基准，通过对每秒直流电能值的累加计算，获得带时标的直流电能值，并按照约定的时刻及时间间隔存储直流电能值或者直流电流、直流电压的瞬时采样值。
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗/GPS时钟的同步直流电能计量系统，其特征在于：所述时钟同步直流集中器根据电能采集方案，定时采集其结构下的多个时钟同步直流电能表的电能数据、直流测量数据、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；同时，时钟同步直流集中器具备同步电流电压采集、同步电能计量功能。
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗/GPS时钟的同步直流电能计量系统，其特征在于：所述时钟同步直流集中器和时钟同步直流电能表均包括通信部分和计量部分构成，所述时钟同步直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系统主站传输信息，所述下行通信模块主要用于与下行直流电能表的信息通信，所述数据处理模块主要响应主站要求，召测、存储、转发直流电能表各类数据，所述数据存储模块用于存储直流电能表的定期上传、召测的电参数。
6.根据权利要求5所述的一种基于北斗/GPS时钟的同步直流电能计量系统，其特征在于：所述时钟同步直流集中器的计量部分包括晶振驯化模块、直流电流采样模块、直流电压采样模块、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，获得与北斗/GPS时钟同步的晶振信号，该晶振信号用于直流电流取样模块、直流电压取样模块实现同步采样功能；所述直流电流取样模块、电压取样模块均与所述信号调理模块连接，对直流电流、电压的高准确度、同步采样，最终输出数字化的电流、电压信号；以上采样信号作为处理芯片的输入信号，所述处理芯片以接入的同步时钟信号为基准，采用瞬时直流电流、直流电压相乘后累加算法，获得直流同步全波电能值，所述存储模块主要用于存储直流电流、电压的实时采样值，以及带时标的直流电能值。
7.根据权利要求6所述的一种基于北斗/GPS时钟的同步直流电能计量系统，其特征在于：所述时钟同步直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，与所述直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直流电能计量数据的分类、定时转发。
8.根据权利要求7所述的一种基于北斗/GPS时钟的同步直流电能计量系统，其特征在于：所述时钟同步直流电能表的计量部分包括晶振驯化模块、直流电流采样模块、直流电压采样模块、信号调理模块、处理芯片、存储模块，与所述直流集中器的计量部分主要差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，所述直流集中器计量准确度应满足0.2级要求。
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