CN207164236U - 智能变电站计量二次回路计量装置综合误差离线测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电能计量测试技术领域，具体而言，涉及一种智能变电站计量二次回路计量装置综合误差离线测量系统；包括电压放线车、便携式电能计量二次回路检定装置和数字电能表脉冲无线发射端，电压放线车与PT端子箱连接，便携式电能计量二次回路检定装置与CT端子箱连接，电压放线车与电能计量二次回路检定装置之间连接，数字电能表脉冲无线发射端与被检数字电能表连接，数字电能表与交换机连接，交换机同时与PT端子箱和CT端子箱连接，构成回路；本系统直接输出模拟量进行测量，在离线条件下测量智能变电站计量二次回路计量装置的综合误差，简化现场检测工作复杂度，克服传统测量方法缺点，为智能变电站安全稳定运行提供了重要保障。

Description

智能变电站计量二次回路计量装置综合误差离线测量系统

技术领域

本实用新型涉及电能计量测试技术领域，具体而言，涉及智能变电站计量二次回路计量装置综合误差离线测量系统。

背景技术

随着IEC61850应用的进一步深入，目前国内已经建成了相当一部分智能变电站试点，基本都是“传统互感器+模拟量输入式合并单元”模式的智能变电站。

目前，对于智能变电站计量二次系统计量装置综合误差的检测还没有成熟的检测设备，普遍采用的方式是，变电站投运前对计量用电压、电流互感器进行升压、升流，通过观察数字表内信息来判断合并单元到数字表的计量二次回路数字信息传递是否通畅，对比数字表显示的电压电流值与互感器侧升压、升流值来粗略判断表计和其他二次回路计量装置的准确性。此种方式费时费力并且没有准确度可言，因此研发一种能够对智能变电站计量二次回路计量装置综合误差进行测量的装置势在必行。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本使用新型提供一种智能变电站计量二次回路计量装置综合误差离线测量系统，本系统可直接输出模拟量进行测量，可以在离线条件下测量智能变电站计量二次回路计量装置的综合误差，大大简化现场检测工作的复杂度，有效克服了传统测量方法的缺点，加快了工程现场的验收进度，节省了人力，为智能变电站安全稳定运行提供了重要保障。

为了解决上述技术问题，本实用采用的技术方案是：

智能变电站计量二次回路计量装置综合误差离线测量系统，包括PT端子箱、CT端子箱和主控室，所述CT端子箱依次通过便携式电能计量二次回路检定装置和电压放线车与PT端子箱连接，所述主控室包括交换机和数字电能表脉冲无线发射端，所述PT端子箱通过交换机与CT端子箱连接并构成回路，所述数字电能表脉冲无线发射端通过数字电能表与交换机连接，所述便携式电能计量二次回路检定装置包括三相交流模拟源、内置标准电能表、人机交互模块、存储模块和脉冲比较器，所述内置标准电能表、人机交互模块和存储模块分别与三相交流模拟源连接，所述脉冲比较器分别与内置标准电能表和三相交流模拟源连接，所述脉冲比较器还连接有射频接收模块。

所述人机交互模块包括液晶显示器、按键输入模块和USB接口，所述液晶显示器、按键输入模块和USB接口分别与三相交流模拟源连接。

所述三相交流模拟源包括数字信号处理器和数字功率放大器，所述数字信号处理器依次通过FPGA芯片和D/A转换器与数字功率放大器连接。

所述FPGA芯片采用XILINX公司的SPARTAN6FPGA。

所述数字信号处理器采用ADI公司的第四代SHARC处理器ADSP-21483，所述D/A转换器采用20bit、1ppm的数模转换器AD5791ARUZ。

所述数字电能表脉冲无线发射端包括射频同步发送模块和发射端FPGA芯片，所述数字电能表通过发射端FPGA芯片与射频同步发送模块连接。

所述射频接收模块采用TI公司的CC1100射频芯片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

（1）便携式电能计量二次回路检定装置中的三相交流模拟源和脉冲无线接收模块的创新性设计使得装置整体更加轻便、易于携带，同时降低了装置生产成本：

（2）用数字功率放大器、开关电源和低通滤波器来代替传统电压电流源中的线性功放、线性电源和电压电流互感器，使得设备体积小，重量轻，易携带。

（3）三相交流模拟源采用了无负反馈的放大电路和数字滤波技术，相频特性好；由于不需传统功放的静态电流消耗，所有能量几乎都是为电压电流输出而储备，加之无模拟放大、无负反馈的牵制，故具有更好的瞬态响应特性；无过零失真；能量转换效率极高，体积小，可靠性高；耗电量仅为同功率等级模拟放大器的三分之一；其电源使用效率高达90%以上，节约能源，也符合环保要求。

该系统的设计大大简化现场检测工作的复杂度，有效克服了传统测量方法的缺点，加快了工程现场的验收进度，节省了人力，为智能变电站安全稳定运行提供了重要保障。

附图说明

图1是本实用新型的工作原理图；

图2是本实用新型中便携式电能计量二次回路检定装置结构图；

图3是本实用新型中数字电能表脉冲无线发射端结构图；

图4是本实用新型的实验波形图；

图中：1为PT端子箱，2为电压放线车，3为便携式电能计量二次回路检定装置，31为液晶显示器，32为按键输入模块，33为USB接口，34为SD存储，35为数字信号处理器，36为FPGA芯片，37为脉冲比较器，38为D/A转换器，39为数字功率放大器，310为射频接收模块，311为内置标准电能表，4为CT端子箱，5为主控室，6为交换机，7为数字电能表，8为数字电能表脉冲无线发射端，81为射频同步发送模块，82为发射端FPGA芯片，83为充放电管理电源电路，84为锂聚合物电池。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1～2所示，智能变电站计量二次回路计量装置综合误差离线测量系统包括电压放线车2、便携式电能计量二次回路检定装置3和数字电能表脉冲无线发射端8。

便携式电能计量二次回路检定装置3包括三相交流模拟源、内置标准电能表311、射频接收模块310、人机交互模块和存储模块。在离线测量时为PT端子箱1、CT端子箱4模拟量输入合并单元提供电压、电流，并完成误差测量功能。

电压放线车2实现为PT端子箱1模拟量输入合并单元输入电压的功能。

测试智能变电站计量二次回路计量装置综合误差时，表计侧到合并单元侧距离较远，脉冲信号若通过电压放线车2传输一方面会造成信号衰减；另一方面在拉线过程中容易短路或者开路，危险性高。本实用新型采用无线射频同步技术解决测量综合误差时的脉冲传输问题。主控室5中数字电能表脉冲无线发射端8将被测数字电能表7的电能脉冲信号通过射频同步技术发送给便携式电能计量二次回路检定装置3，进而计算出综合误差，同时数字电能表7与交换机6连接，也可以实现在线实时检测误差的功能。

在离线状态下测量智能变电站计量二次回路计量装置综合误差时，电压放线车2与PT端子箱1连接提供三相交流电压，便携式电能计量二次回路检定装置3与CT端子箱4连接提供三相交流电流，电压放线车2与便携式电能计量二次回路检定装置3之间连接采集被检数字电能表7脉冲信号，利用射频同步发送模块81的CC1100射频芯片把编码后的电能脉冲信号发送给便携式电能计量二次回路检定装置3，便携式电能计量二次回路检定装置3通过内置标准电能表311计算出标准电能值，然后利用脉冲比较器37比较得出回路综合误差。

便携式电能计量二次回路检定装置3主要由三相交流模拟源、内置标准电能表311、射频接收模块310、人机交互模块和存储模块组成。其中三相交流模拟源和射频接收模块310的创新性设计使得装置整体更加轻便、易于携带，同时降低了装置生产成本。

传统的电压、电流源采用数字信号处理器、D/A转换器、线性功放、电压电流互感器和线性电源的组合方式，存在体积笨重、效率低、成本高、故障率高、不易携带的缺点。本实用新型采用数字功率放大器39、开关电源和低通滤波器来代替传统电压电流源中的线性功放、线性电源和电压电流互感器，数字信号处理器35、FPGA芯片36、D/A转换器38和数字功率放大器39之间依次连接，使得设备体积小，重量轻，易携带。

三相交流模拟源工作时利用开关电源把交流电整流为高压直流电；通过高速转换开关精确控制系统，将所需要输出的电压电流信号转换为PWM脉冲宽度调制信号。转换开关的工作频率设定200kHz；方波的宽度则是随着出信号的大小变化而改变的；输出波形通过低通滤波器把超高频滤除，仅留所需的低频电压电流信号。其优点是：由于采用了无负反馈的放大电路和数字滤波技术，相频特性好；由于不需传统功放的静态电流消耗，所有能量几乎都是为电压电流输出而储备，加之无模拟放大、无负反馈的牵制，故具有更好的瞬态响应特性；无过零失真；能量转换效率极高，体积小，可靠性高；耗电量仅为同功率等级模拟放大器的三分之一；其电源使用效率高达90%以上，节约能源，也符合环保要求。

内置标准电能表311用来测量由三相交流模拟源输出的三相电能并输出标准电能脉冲信号给脉冲比较器37。

射频接收模块310使用TI公司的CC1100射频芯片来实现无线射频信号接收，将电磁波频率设定为433MHz，选择透明传输GFSK调制方式。无线通讯距离可达500米，时间同步误差小于1μs，完全满足传输要求。

人机交互接口包括液晶显示器31、按键输入模块32和USB接口33，均与数字信号处理器35连接，用以显示测量结果和操作便携式电能计量二次回路检定装置3完成各项功能。

存储模块为SD存储34，与数字信号处理器35连接，用以储存测定的误差信息。

数字信号处理器35选择ADI公司的第四代SHARC处理器ADSP-21483，该DSP基于一款单指令多数据(SIMD)内核制成，支持32位定点和32/40位浮点算法格式，支持400 MHz内核时钟速度，而且内置了FIR、IIR和FFT加速器等额外的处理模块，可以大幅提升系统的整体性能。利用ADSP-21483的快速浮点数计算能力，实时计算六路信号每个周波的波形数据，能保证输出正弦波波形失真度在0.05%以内。

FPGA芯片36选择XILINX公司的SPARTAN6 FPGA。该FPGA提供全新且更高效的双寄存器6输入查找表(LUT)逻辑和一系列丰富的内置系统级模块。其锁相环PLL可消除时钟歪斜和占空比失真，可实现低抖动时钟控制，其频率综合器可实现倍频、分频和调相。利用SPARTAN6 FPGA的PLL可以根据需要产生精密时钟信号，来同步六路D/A转换器38，保证输出正弦波形的频率稳定性。操作时，通过按键输入模块32等输入设备或无线通讯方式，输入六路交流信号的频率、幅值、相位以及谐波等电参量到数字信号处理器35，数字信号处理器35对电参量进行归一化处理，按照等周期采样计算和离散量化处理六路波形数据，并把数据按顺序发给FPGA芯片36，同时发送频率值给FPGA芯片36。FPGA芯片36根据频率值，通过内部数字锁相环输出一个精密时钟信号，把六路波形同时送到D/A转换器38。通过数字功率放大器39（功率放大电路）输出所需要的六路交流信号。

D/A转换器38选择20bit、1ppm的模数转换器AD5791ARUZ。并采用可变增益放大器实现电平变换，以充分满足AD采样的输入电平要求，使得在各个量程范围内都能最大限度的使用AD的位数。

如图3所示，数字电能表脉冲无线发射端8由射频同步发送模块81、发射端FPGA芯片82、充放电管理电源电路83和锂聚合物电池84四部分组成。

数字电能表脉冲无线发射端8的脉冲输入端子接收被检数字电能表7的电能脉冲信号后将信后发送给发射端FPGA芯片82，发射端FPGA芯片82对信号进行压缩、编码后通过射频同步发送模块81将脉冲信号转换成电磁波信号发送给便携式电能计量二次回路检定装置3。

采用锂聚合物电池84为数字电能表脉冲无线发射端8供电，避免对测试结果产生干扰。

发射端FPGA82同样选择XILINX公司的SPARTAN6 FPGA。对收到的被检数字表电能表7的脉冲进行编码，驱动射频芯片将脉冲信号发送给便携式电能计量二次回路检定装置3。

射频同步发送模块81的射频芯片同样选择TI公司的CC1100芯片。

充放电管理电源电路83的电源选择LINEAR公司的LT3652和LTC2943作为充放电管理和电量监测方案。LTC2943以1%的精度准确测量锂聚合物电池的电压、电流、电量和温度，能够准确评估锂聚合物电池的充电状态，通过I2C接口与发射端FPGA芯片82进行通讯，实时将锂聚合物电池84的状态信息发送给低压侧数据接收终端。发射端FPGA芯片82通过I/O控制LT3652可实现智能充放电管理，从而保障高压互感器的安全可靠运行。

依据以上设计在实验室中对各部分进行检测，表1、表2为三相交流源检测结果，图4为射频模块实验结果，可以看出该离线测量系统符合设计要求。

三相交流源准确度评估

对三相交流源电压、电流、功率准确度及2min稳定度进行检验，检验结果见表1、2。

表1电压、电流准确度检测

表2功率检测

经实验室检测，该三线交流源电压、电流准确度符合0.1%，功率准确度符合0.1%，电压、电流稳定度符合0.05%/2min。

如图4所示，射频信号频率为433MHz，抖动小于1μs，离线测量系统符合要求。

上面仅对本实用新型的较佳实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.智能变电站计量二次回路计量装置综合误差离线测量系统，其特征在于：包括PT端子箱（1）、CT端子箱（4）和主控室（5），所述CT端子箱（4）依次通过便携式电能计量二次回路检定装置（3）和电压放线车（2）与PT端子箱（1）连接，所述主控室（5）包括交换机（6）和数字电能表脉冲无线发射端（8），所述PT端子箱（1）通过交换机（6）与CT端子箱（4）连接构成回路，所述数字电能表脉冲无线发射端（8）通过数字电能表（7）与交换机（6）连接，所述便携式电能计量二次回路检定装置（3）包括三相交流模拟源、内置标准电能表（311）、人机交互模块、存储模块和脉冲比较器（37），所述内置标准电能表（311）、人机交互模块和存储模块分别与三相交流模拟源连接，所述脉冲比较器（37）分别与内置标准电能表（311）和三相交流模拟源连接，所述脉冲比较器（37）还连接有射频接收模块（310）。

2.根据权利要求1所述的智能变电站计量二次回路计量装置综合误差离线测量系统，其特征在于：所述人机交互模块包括液晶显示器（31）、按键输入模块（32）和USB接口（33），所述液晶显示器（31）、按键输入模块（32）和USB接口（33）分别与三相交流模拟源连接。

3.根据权利要求1所述的智能变电站计量二次回路计量装置综合误差离线测量系统，其特征在于：所述三相交流模拟源包括数字信号处理器（35）和数字功率放大器（39），所述数字信号处理器（35）依次通过FPGA芯片（36）和D/A转换器（38）与数字功率放大器（39）连接。

4.根据权利要求3所述的智能变电站计量二次回路计量装置综合误差离线测量系统，其特征在于：所述FPGA芯片（36）采用XILINX公司的SPARTAN6FPGA。

5.根据权利要求3所述的智能变电站计量二次回路计量装置综合误差离线测量系统，其特征在于：所述数字信号处理器（35）采用ADI公司的第四代SHARC处理器ADSP-21483，所述D/A转换器（38）采用20bit、1ppm的数模转换器AD5791ARUZ。

6.根据权利要求1所述的智能变电站计量二次回路计量装置综合误差离线测量系统，其特征在于：所述数字电能表脉冲无线发射端（8）包括射频同步发送模块（81）和发射端FPGA芯片（82），所述数字电能表（7）通过发射端FPGA芯片（82）与射频同步发送模块（81）连接。

7.根据权利要求1所述的智能变电站计量二次回路计量装置综合误差离线测量系统，其特征在于：所述射频接收模块（310）采用TI公司的CC1100射频芯片。