CN204129207U - 电能计量设备现场校验仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电能计量设备现场校验仪，基于FPGA和ADS8556的方案进行高精度电能计量模块设计和波形逼真显示。自定义FPGA内部NIOSII软核处理器，具有FPU浮点运算模块、触摸控制模块、大屏幕液晶控制模块、八通道串口模块等。通过无线模块与附近基站进行通信以对现场终端附近的GPRS信号环境进行检测。可以更换不同厂家的电力载波模块对现场低压电力线载波通信情况进行检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及电能校验领域，特别是涉及电能计量设备现场校验仪。
背景技术
随着智能电网技术在国内的快速发展与应用，用电信息采集系统日趋成熟，但其终端设备因安装在各种复杂的环境中特别是偏远地区，安装地点偏僻、现场环境复杂对用电终端设备的应用产生了较明显的影响。常常由于各种原因导致现场各种终端设备不能良好的工作，影响整个系统的正常使用。
如图1所示，目前市场上针对终端校验的设备只具有很有限的功能，对电能表进行校验或对集中器进行校验。而能同时对电度表、集中器、采集器及专变终端进行校验的便携式校验仪目前在国内外市场上还未见到。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本实用新型提供一种电能计量设备现场校验仪。电能计量设备现场校验仪实现对现场设备进行校验、测试的仪器从而能在现场快速找到问题终端的故障原因进行修复提高工作效率。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
电能计量设备现场校验仪，该校验仪包括FPGA中央处理模块，与该中央处理模块连接的FPGA外围接口模块、FPGA电源管理模块和电能计量模块。
所述FPGA外围接口模块连接有GPRS/GPS模块、蓝牙模块。
所述FPGA外围接口模块通过磁隔离模块与端口扩展模块，该端口扩展模块连接有485主机、485从机、脉冲输入模块、脉冲输出模块或PLC模块。
所述电能计量模块包括：依次连接的电压电流有效值测量模块、功率测量模块、电能脉冲输出模块、相位测量模块、增益及相位调整模块。
本实用新型的优点在于：
1）采用大容量FPGA结合六通道并行16位模数转换器 ADS8556，实际采样频率600kSPS实现了每通道4096点的高分辨率采样，既能够在现场准确计算电能误差，又能够实现电压、电流波形的逼真显示。
2）自定义FPGA内部NIOS II 软核处理器，具有FPU浮点运算模块、触摸控制模块、大屏幕液晶控制模块、八通道串口模块等。
3）通过无线模块与附近基站进行通信以对现场终端附近的GPRS信号环境进行检测。
4）可以更换不同厂家的电力载波模块对现场低压电力线载波通信情况进行检测。
附图说明
图1：传统电能计量设备结构原理图；
图2：本实用新型电能计量装置结构原理图；
图3：本实用新型外观示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例来详细说明本发明的具体实施方式：
如图2-3所示，本实用新型电能计量设备现场校验仪包括FPGA中央处理模块，与该中央处理模块连接的FPGA外围接口模块、FPGA电源管理模块和电能计量模块。电能计量设备现场校验仪，基于FPGA(现场可编程门阵列)和ADS8556（模数转换芯片）的方案进行高精度电能计量模块设计和波形逼真显示。自定义FPGA内部NIOS II 软核处理器，具有FPU(浮点运算模块)、触摸控制模块、大屏幕液晶控制模块、八通道串口模块等。通过无线模块与附近基站进行通信以对现场终端附近的GPRS信号环境进行检测。可以更换不同厂家的电力载波模块对现场低压电力线载波通信情况进行检测。
电能计量装置中的电能计量算法基于准同步采样算法，其采样原理是等间隔采样和周期迭代过程，从而获得了接近“理想同步采样”的测量准确度。准同步采样最显著的特点是其采样周期不要求与信号周期严格同步，这在实际同步采样难以实现真正同步的场合具有很大的优越性。准同步采样的另一个特点是其测量装置不仅不比同步采样复杂，相反有所简化。准同步采样与采样的起点无关，因此可在任意时刻对信号进行采样，对被测信号的频率的要求仅为预先知道一个近似值，允许信号频率在一定的范围内变化而不影响测量结果的精确性，正因为如此，准同步采样测量装置可省去同步采样装置中结构较复杂的同步环节，在电网电压、功率测量中利用准同步算法，不但可获得极高的准确性，而且测量装置也极其简单。
本实用新型以FPGA硬件模块实现IIR滤波器，从而实现对电压电流有效值计算、有功功率计算、无功功率计算功能。
电能计量设备现场校验仪系统工作过程说明：
1）FPGA内部NIOS II软核处理器通过AVALON总线管理外围接口模块、电源模块、电能计量模块；
2）FPGA外部接口模块具有独立的触摸控制、多通道高速串口通信、RTC接口、磁隔离IO扩展管理、USB通信模块；磁隔离将外部接口和FPGA物理隔离，有效的保护FPGA不受外部恶劣环境影响；
3）电源管理模块控制各个模块的电源开关,及时关闭暂时不用的功能模块供电，有效的降低功耗，延长电池续航时间；
4）电能计量模块，包括电压电流有效值测量模块、功率测量模块、电能脉冲输出模块、相位测量模块、增益及相位调整模块外部采样电路输出的数字电压电流信号，通过电压增益乘法器调整因为元器件精度造成的误差；电压电流经过数字乘法器和直流低通滤波器、功率增益乘法器，输出有功功率信号，通过电能累加器和脉冲输出模块，输出功率脉冲信号；过零脉冲信号经过相位调整单元和相位计算单元，输出准确的初始相位信号和频率信号。
电能计量设备现场校验仪具有以下功能：
1）校验功能：可现场校验专变采集终端、电子式单、三相电能表、集中器等设备；同时可以校验有功、无功脉冲并显示误差；
2）查线功能：可显示电参数矢量图，现场查找三相三线、三相四线终端的接线错误；
3）485和红外功能：使用485和红外通讯口抄读多功能电能表数据；
4）遥控检测功能：可通过控制端口并使用相应的命令检测设备的控制功能；
5）遥信检测功能：双路开关量输出，与设备遥信端子连接可查询设备控制状态；
6）载波检测功能：可更换不同种类载波从节点模块，与集中器主节点进行电力载波通信，检测主节点载波通信功能；
7）实时记录功能：内嵌实时时钟及中文操作系统，可存储1000组现场测试数据；
8）GPRS信号强度检测功能：检测设备所在位置的GPRS接收信号强度和信道位错误率。
本实用新型具有如下效果：
其一，能够有效提高现场校验电能计量设备的效率，高分辨率触摸屏，极大程度方便了现场应用。
其二，磁隔离IO将外部接口和FPGA核心物理隔离，有效的保护FPGA不受外部恶劣环境影响。
其三，钳型互感器通过模拟开关与PGA（Programmable Gain Amplifier）可编程增益放大器连接，通过高速并行ADC采样、计算、设置合适的放大增益，从而能够准确测量出微弱电流信号，在现场负荷较小时，依然能够进行准确校验 。
其四，载波模块可拔插设计，满足对不同载波模块的集中进行检测的需要。
其五，具有频率计和脉冲波形发生器功能，可通过界面设置输出脉冲个数、频率、占空比等信息，在现场可替代示波器测量脉冲。
应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.电能计量设备现场校验仪，其特征在于，该校验仪包括FPGA中央处理模块，与该中央处理模块连接的FPGA外围接口模块、FPGA电源管理模块和电能计量模块。
2.根据权利要求1所述的电能计量设备现场校验仪，其特征在于，所述FPGA外围接口模块连接有GPRS/GPS模块、蓝牙模块。
3.根据权利要求1所述的电能计量设备现场校验仪，其特征在于，所述FPGA外围接口模块通过磁隔离模块与端口扩展模块，该端口扩展模块连接有485主机、485从机、脉冲输入模块、脉冲输出模块或PLC模块。
4.根据权利要求1所述的电能计量设备现场校验仪，其特征在于，所述电能计量模块包括：依次连接的电压电流有效值测量模块、功率测量模块、电能脉冲输出模块、相位测量模块、增益及相位调整模块。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105448078A (zh) * | 2015-12-04 | 2016-03-30 | 中国电力科学研究院 | 一种用电信息采集设备检测装置 |
| CN107884740A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-04-06 | 国网天津市电力公司电力科学研究院 | 电能计量装置现场检验智能管理系统 |
| CN111123191A (zh) * | 2020-03-26 | 2020-05-08 | 芯海科技（深圳）股份有限公司 | 电能表、电能表校准装置、校表台与电能表校准方法 |
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