CN111323741A - 一种间接接入式直流电能表检定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种间接接入式直流电能表检定装置及方法，包括上位机、微处理器、FPGA、电压检定回路、电流检定回路、变换模块、温补时标模块和误差计算模块，上位机与微处理器相连，电压检定回路与被检电能表的电压端子连接，电流检定回路与变换模块串联后与被检电能表的电流端子连接，电压检定回路与电流检定回路并联设置，FPGA分别与微处理器、电压检定回路、电流检定回路连接，且FPGA的一输出端与温补时标模块连接，其一输入端与误差计算模块连接，误差计算模块还分别与标准时钟基准模块、日计时脉冲模块和被检电能脉冲模块连接，日计时脉冲模块和被检电能脉冲模块均与被检电能表的脉冲输出端连接。本发明具有检定准确、检定效率较高的优点。

Description

一种间接接入式直流电能表检定装置及方法

技术领域

本发明涉及电能检定技术领域，特别是涉及一种间接接入式直流电能表检定装置及方法。

背景技术

直流电能表的应用领域非常广泛，比如电动汽车直流充换电、光伏发电、通信基站、直流牵引系统。基于计量的公平公正性，在这些直流用电领域，直流计量是必然选择，电能表的检定工作是保证电能计量器具准确的保证，随着电动汽车和新能源发电的快速发展，直流电能表快速检定装置市场潜力巨大。

直流电能表在测量直流电流时根据测量电流的大小分为直接接入式和间接接入式两种测量方式，在测试小电流时可以采用直接接入式，但在测试大电流时通常都采用间接接入式。但间接接入式电能表检定装置的最大难点就在于电压小信号的处理和小信号电压源不能连续平滑的输出技术问题，进而影响检定效率和检定的准确度。

故此，如何研发一种检定准确、检定效率较高且能实现电压小信号处理及小信号电压源连续平滑输出的间接接入式直流电能表检定装置及方法，成了本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种间接接入式直流电能表检定装置及方法，解决了上述技术问题。

一方面，本发明提供了一种间接接入式直流电能表检定装置，包括上位机、微处理器、FPGA、电压检定回路、电流检定回路、变换模块、温补时标模块和误差计算模块，所述上位机与微处理器相连，所述电压检定回路与被检电能表的电压端子连接，所述电流检定回路与变换模块串联后与被检电能表的电流端子连接，所述电压检定回路与电流检定回路并联设置，所述FPGA分别与微处理器、电压检定回路、电流检定回路连接，进行数据的双向传递，且所述FPGA的一输出端与温补时标模块连接，其一输入端与误差计算模块的输出端连接，所述误差计算模块的输入端分别与标准时钟基准模块的输出端、日计时脉冲模块的输出端和被检电能脉冲模块的输出端连接，所述日计时脉冲模块的输入端和被检电能脉冲模块的输入端均与被检电能表的脉冲输出端连接。

进一步地，所述电压检定回路包括电压调节型恒压单元、直流电压放大器、直流大电压输出端子、电压取样模块、A/D转换器和D/A转换器，所述电压调节型恒压单元的一输入端与FPGA连接，其输出端依次串联直流电压放大器、直流大电压输出端子、电压取样模块以及A/D转换器，所述A/D转换器的输出端连接到FPGA，所述D/A转换器的输入端与FPGA连接，其输出端和电压取样模块的输出端并联到电压调节信号模块后连接到电压调节型恒压单元的另一输入端，所述直流大电压输出端子与被检电能表的电压端子连接。

进一步地，所述电流检定回路包括直流小电压控制模块、D/A转换器、功率放大器、直流电流输出端子、电压取样模块和A/D转换器，所述直流小电压控制模块与FPGA连接，所述D/A转换器的输入端与FPGA连接，其输出端和电压取样模块的输出端并联到电压调节信号模块后连接到功率放大模块的输入端，所述功率放大模块的输出端依次串联直流小电压输出端子、电压取样模块以及A/D转换器，所述A/D转换器的输出端与FPGA连接，所述直流小电压输出端子通过变换模块与被检电能表的电流端子连接。

进一步地，所述直流小电压控制模块与FPGA通过RS232串口或RS485接口或RJ485接口通信连接。

进一步地，所述间接接入式直流电能表检定装置还包括异常报警模块，所述异常报警模块与FPGA的再一输入端连接。

进一步地，所述间接接入式直流电能表检定装置还包括分别与微处理器连接的操作台显示界面、EEPROM、各类通信接口和误差显示屏，所述微处理器与操作台显示界面、EEPROM、各类通信接口和误差显示屏进行数据的双向传递。

另一方面，本发明还提供一种间接接入式直流电能表检定方法，基于其上任一项所述的间接接入式直流电能表检定装置，所述检定方法包括如下步骤：

S1、开启上位机、间接接入式直流电能表检定装置和被检电能表；

S2、设置检定方法中的相关参数，所述相关参数包括设置的标准电压输出值、标准电流输出值以及被检电能表标准脉冲常数；

S3、上位机产生指令将标准电压和标准电流发送至微处理器，将标准脉冲常数发送并存储至误差计算模块；

S4、通过电压检定回路生成直流大电压输出信号，并将该直流大电压输出信号输入至被检直能电流表的电压端子；

S5、通过电流检定回路生成直流小电压输出信号，所述直流小电压输出信号通过变换模块后转化为直流电流信号，并将该直流电流信号输入至被检电能表的电流端子；

S6、通过被检电能脉冲模块实时获取检电能表的脉冲信号，且通过日计时脉冲模块计数被检电能表的脉冲输出端输出的脉冲信号的数量；

S7、通过标准时钟基准模块为误差计算模块提供标准时间；

S8、根据获取的标准脉冲常数和步骤S6获取的脉冲信号的数量通过误差计算模块进行脉冲比对，得到脉冲误差结果，且根据标准时间和被检电能表发送脉冲信号的实际时间，计算被检电能表的时间误差；

S9、将最终的脉冲误差结果反馈至微处理器换算成电能误差值，将步骤S6获取的脉冲信号反馈至微处理器换算成实时电能值，并将该电能误差值、实时电能值和时间误差发送至上位机。

本发明提供的间接接入式直流电能表检定装置及方法，通过电压检定回路生成被检电能表的大电压输出信号，通过电流检定回路生成被检电能表的小电压输出信号，并经变换模块将该小电压输出信号转化为被检电能表的输入电流信号，被检电能表输出脉冲信号，通过被检电能脉冲模块实时获取检电能表的脉冲信号，通过日计时脉冲模块计数被检电能表的脉冲输出端输出的脉冲信号的数量，再由误差计算模块根据提前存储的标准脉冲常数和从被检电能表输出的脉冲信号和脉冲信号数量，进行脉冲比对得到脉冲误差结果，将该脉冲误差结果和从被检电能表输出的脉冲信号反馈至微处理器换算成电能误差值和实时电能值发送至上位机，同时，还可通过标准时钟基准模块为误差计算模块提供标准时间，将该标准时间与被检电能表发送脉冲信号的实际时间，计算被检电能表的时间误差，具有检定准确、检定效率较高且能实现电压小信号处理及小信号电压源连续平滑输出的优点。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种间接接入式直流电能表检定装置的原理框图；

图2为本发明实施例提供的一种间接接入式直流电能表检定方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是根据本发明实施例提供的一种间接接入式直流电能表检定装置的原理框图。参见图1，一种间接接入式直流电能表检定装置包括上位机、微处理器、FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)、电压检定回路、电流检定回路、变换模块、温补时标模块和误差计算模块，该微处理器可为32位或64位的微处理器，通过电源模块供电，其中：

上位机与微处理器相连；

电压检定回路与被检电能表的电压端子连接，电压检定回路用于生成直流大电压输出信号，并将该直流大电压输出信号输入至被检直能电流表的电压端子，被检电能表通过辅助电源供电模块供电；

电流检定回路与变换模块串联后与被检电能表的电流端子连接，电流检定回路用于生成直流小电压输出信号，该小电压输出信号位12μV～4.2V，变换模块用于将该直流小电压输出信号转化为被检电能表的输入电流信号；

电压检定回路与电流检定回路并联设置；

FPGA分别与微处理器、电压检定回路、电流检定回路连接，进行数据的双向传递，且FPGA的一输出端与温补时标模块连接，其一输入端与误差计算模块的输出端连接；

误差计算模块的输入端分别与标准时钟基准模块的输出端、日计时脉冲模块的输出端和被检电能脉冲模块的输出端连接，日计时脉冲模块的输入端和被检电能脉冲模块的输入端均与被检电能表的脉冲输出端连接，误差计算模块用于根据提前存储的标准脉冲常数和从被检电能表输出的脉冲信号和脉冲信号数量，进行脉冲比对得到脉冲误差结果，被检电能脉冲模块用于实时获取检电能表的脉冲信号，日计时脉冲模块用于获取被检电能表的脉冲输出端输出的脉冲信号的数量，标准时钟基准模块用于为误差计算模块提供标准时间。

故此，该检定装置通过电压检定回路生成直流大电压输出信号，通过电流检定回路生成直流小电压输出信号，并经变换模块将该直流小电压输出信号转化为被检电能表的输入电流信号，被检电能表通过脉冲输出端子输出脉冲信号，经被检电能脉冲模块实时获取检电能表的脉冲信号，通过日计时脉冲模块计数被检电能表的脉冲输出端输出的脉冲信号的数量，再由误差计算模块根据提前存储的标准脉冲常数和从被检电能表输出的脉冲信号和脉冲信号数量，进行脉冲比对得到脉冲误差结果，将该脉冲误差结果和从被检电能表输出的脉冲信号反馈至微处理器换算成电能误差值和实时电能值发送至上位机，同时，还可通过标准时钟基准模块为误差计算模块提供标准时间，将该标准时间与被检电能表发送脉冲信号的实际时间，计算被检电能表的时间误差，具有检定准确、检定效率较高且能实现电压小信号处理及小信号电压源连续平滑输出的优点。

在进一步地技术方案中，电压检定回路具体包括电压调节型恒压单元、直流电压放大器、直流大电压输出端子、电压取样模块、A/D转换器和D/A转换器，其中：电压调节型恒压单元的一输入端与FPGA连接，其输出端依次串联直流电压放大器、直流大电压输出端子、电压取样模块以及A/D转换器，A/D转换器的输出端连接到FPGA，D/A转换器的输入端与FPGA连接，其输出端和电压取样模块的输出端并联到电压调节信号模块后连接到电压调节型恒压单元的另一输入端，直流大电压输出端子与被检电能表的电压端子连接；电流检定回路包括直流小电压控制模块、D/A转换器、功率放大器、直流电流输出端子、电压取样模块和A/D转换器，其中：直流小电压控制模块与FPGA连接，D/A转换器的输入端与FPGA连接，其输出端和电压取样模块的输出端并联到电压调节信号模块后连接到功率放大模块的输入端，功率放大模块的输出端依次串联直流小电压输出端子、电压取样模块以及A/D转换器，A/D转换器的输出端与FPGA连接，直流小电压输出端子通过变换模块与被检电能表的电流端子连接。需要说明的是，本实施例中FPGA优选通过RS485接口与直流小电压控制模块连接，但是并不仅限于此，还可通过RS232串口或RJ485接口通信连接，此处不一一列举。

同时，如图1所示，本发明的间接接入式直流电能表检定装置还包括异常报警模块、操作台显示界面、EEPROM(Electrically Erasable Programmable read only memory，带电可擦可编程只读存储器)、各类通信接口和误差显示屏，异常报警模块与FPGA的再一输入端连接，操作台显示界面、EEPROM、各类通信接口和误差显示屏分别与微处理器连接，其中，微处理器与操作台显示界面、EEPROM、各类通信接口和误差显示屏进行数据的双向传递。

如图2所示，本发明还提供了一种间接接入式直流电能表检定方法，该检定方法基于其上所述的间接接入式直流电能表检定装置，具体包括如下步骤：

S1、开启上位机、间接接入式直流电能表检定装置和被检电能表；

S2、设置检定方法中的相关参数，所述相关参数包括设置的标准电压输出值、标准电流输出值以及被检电能表标准脉冲常数；

S3、上位机产生指令将标准电压和标准电流发送至微处理器，将标准脉冲常数发送并存储至误差计算模块；

S4、通过电压检定回路生成直流大电压输出信号，并将该直流大电压输出信号输入至被检直能电流表的电压端子；

S5、通过电流检定回路生成直流小电压输出信号，所述直流小电压输出信号通过变换模块后转化为直流电流信号，并将该直流电流信号输入至被检电能表的电流端子；

S6、通过被检电能脉冲模块实时获取检电能表的脉冲信号，且通过日计时脉冲模块计数被检电能表的脉冲输出端输出的脉冲信号的数量；

S7、通过标准时钟基准模块为误差计算模块提供标准时间；

S8、根据获取的标准脉冲常数和步骤S6获取的脉冲信号的数量通过误差计算模块进行脉冲比对，得到脉冲误差结果，且根据标准时间和被检电能表发送脉冲信号的实际时间，计算被检电能表的时间误差；

S9、将最终的脉冲误差结果反馈至微处理器换算成电能误差值，将步骤S6获取的脉冲信号反馈至微处理器换算成实时电能值，并将该电能误差值、实时电能值和时间误差发送至上位机。

由于上述检定方法基于前述的间接接入式直流电能表检定装置，因此，该检定方法显然具有检定准确、检定效率较高且能实现电压小信号处理及小信号电压源连续平滑输出的优点，此处不在赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种间接接入式直流电能表检定装置，其特征在于，包括上位机、微处理器、FPGA、电压检定回路、电流检定回路、变换模块、温补时标模块和误差计算模块，所述上位机与微处理器相连，所述电压检定回路与被检电能表的电压端子连接，所述电流检定回路与变换模块串联后与被检电能表的电流端子连接，所述电压检定回路与电流检定回路并联设置，所述FPGA分别与微处理器、电压检定回路、电流检定回路连接，进行数据的双向传递，且所述FPGA的一输出端与温补时标模块连接，其一输入端与误差计算模块的输出端连接，所述误差计算模块的输入端分别与标准时钟基准模块的输出端、日计时脉冲模块的输出端和被检电能脉冲模块的输出端连接，所述日计时脉冲模块的输入端和被检电能脉冲模块的输入端均与被检电能表的脉冲输出端连接。

2.根据权利要求1所述的间接接入式直流电能表检定装置，其特征在于，所述电压检定回路包括电压调节型恒压单元、直流电压放大器、直流大电压输出端子、电压取样模块、A/D转换器和D/A转换器，所述电压调节型恒压单元的一输入端与FPGA连接，其输出端依次串联直流电压放大器、直流大电压输出端子、电压取样模块以及A/D转换器，所述A/D转换器的输出端连接到FPGA，所述D/A转换器的输入端与FPGA连接，其输出端和电压取样模块的输出端并联到电压调节信号模块后连接到电压调节型恒压单元的另一输入端，所述直流大电压输出端子与被检电能表的电压端子连接。

3.根据权利要求1所述的间接接入式直流电能表检定装置，其特征在于，所述电流检定回路包括直流小电压控制模块、D/A转换器、功率放大器、直流电流输出端子、电压取样模块和A/D转换器，所述直流小电压控制模块与FPGA连接，所述D/A转换器的输入端与FPGA连接，其输出端和电压取样模块的输出端并联到电压调节信号模块后连接到功率放大模块的输入端，所述功率放大模块的输出端依次串联直流小电压输出端子、电压取样模块以及A/D转换器，所述A/D转换器的输出端与FPGA连接，所述直流小电压输出端子通过变换模块与被检电能表的电流端子连接。

4.根据权利要求3所述的间接接入式直流电能表检定装置，其特征在于，所述直流小电压控制模块与FPGA通过RS232串口或RS485接口或RJ485接口通信连接。

5.根据权利要求1所述的间接接入式直流电能表检定装置，其特征在于，还包括异常报警模块，所述异常报警模块与FPGA的再一输入端连接。

6.根据权利要求1所述的间接接入式直流电能表检定装置，其特征在于，还包括分别与微处理器连接的操作台显示界面、EEPROM、各类通信接口和误差显示屏，所述微处理器与操作台显示界面、EEPROM、各类通信接口和误差显示屏进行数据的双向传递。

7.一种间接接入式直流电能表检定方法，其特征在于，基于权利要求1至6中任一项所述的间接接入式直流电能表检定装置，所述检定方法包括如下步骤：

S1、开启上位机、间接接入式直流电能表检定装置和被检电能表；

S2、设置检定方法中的相关参数，所述相关参数包括设置的标准电压输出值、标准电流输出值以及被检电能表标准脉冲常数；

S3、上位机产生指令将标准电压和标准电流发送至微处理器，将标准脉冲常数发送并存储至误差计算模块；

S4、通过电压检定回路生成直流大电压输出信号，并将该直流大电压输出信号输入至被检直能电流表的电压端子；

S5、通过电流检定回路生成直流小电压输出信号，所述直流小电压输出信号通过变换模块后转化为直流电流信号，并将该直流电流信号输入至被检电能表的电流端子；

S6、通过被检电能脉冲模块实时获取检电能表的脉冲信号，且通过日计时脉冲模块计数被检电能表的脉冲输出端输出的脉冲信号的数量；

S7、通过标准时钟基准模块为误差计算模块提供标准时间；

S8、根据获取的标准脉冲常数和步骤S6获取的脉冲信号的数量通过误差计算模块进行脉冲比对，得到脉冲误差结果，且根据标准时间和被检电能表发送脉冲信号的实际时间，计算被检电能表的时间误差；

S9、将最终的脉冲误差结果反馈至微处理器换算成电能误差值，将步骤S6获取的脉冲信号反馈至微处理器换算成实时电能值，并将该电能误差值、实时电能值和时间误差发送至上位机。

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