CN207528905U - 一种数字电能表校验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数字电能表校验装置，它包括标准数字功率源（1），标准数字功率源（1）通过光口与被检数字表（7）连接，被检数字表（7）的电能脉冲输出端与电能脉冲采集计时装置（3）或电能脉冲采集计数装置（4）连接，电能脉冲采集计时装置（3）或电能脉冲采集计数装置（4）通过第二串口与上位机连接；被检数字表（7）的计时秒脉冲输出端与标准时钟计时装置（6）连接；标准时钟计时装置（6）通过第三串口与上位机（5）连接；上位机（5）分别通过第一串口和以太网接口与准数字功率源（1）连接；解决了现有技术不能准确的反映出被校数字表的计量准确度和不能对采用的标准数字电能表的精度进行检定以及溯源等问题。

Description

一种数字电能表校验装置

技术领域

本实用新型属于数字电能表校验技术，尤其涉及一种数字电能表校验装置。

背景技术：

随着智能电网的快速发展，数字化变电站将成为未来变电站建设的趋势。数字化变电站以IEC61850通信协议为基础，可实现变电站的信息共享与智能设备之间的互操作，并实现对变电站信息的实时监测与计量保护等功能。在数字化变电站中，传统的电能计量体系已不再适用，取而代之的是数字电能计量系统。数字电能计量系统由电子式互感器、合并单元、数字化电能表等组成，相较于传统电能计量系统中的电磁式互感器与电子式电能表，数字电能计量系统具有显著的优势：没有磁饱和现象，线性度好；抗电磁干扰能力强；传输过程中的误差较小等。数字化电能表作为数字电能计量系统的终端装置，担任着电能贸易结算的重要功能。其计量电能量的准确性关乎供电方与消费者的经济利益，具有极其重要的意义。

根据校验时采用的信号源不同，数字化电能表校验装置大致可分为模拟信号源类型与数字功率源类型。模拟信号源输出的电压电流信号一路经标准模拟电能表计量标准电能，另一路经信号调理、A/D转换与协议组帧等模块输出数据给被校数字化电能表进行电能计量。再通过误差计算模块得到数字表计量电能的误差。但是在被校数字表计量的误差中，含有前面A/D转换等模块的误差，不能准确的反映出被校数字表的计量准确度。采用数字功率源的校验装置分为两种，一种是直接使用标准数字功率源，按照配置给标准数字功率源的参数计算得到理论电能值，被校数字化电能表计量的电能与理论值作比较得出误差。另一种采用数字功率源的校验装置是将数字功率源输出的数据经网络交换机广播后分别传输给标准数字电能表与被校数字表进行电能计量，直接得出误差。上述两种数字功率源的检验装置中，对采用的标准数字电能表的精度如何检定以及溯源存在问题。

实用新型内容：

本实用新型要解决的技术问题：提供一种数字电能表校验装置，以解决现有技术的数字电能表校验采用模拟信号源输出的电压电流信号一路经标准模拟电能表计量标准电能，另一路经信号调理、A/D转换与协议组帧等模块输出数据给被校数字化电能表进行电能计量。再通过误差计算模块得到数字表计量电能的误差。但是在被校数字表计量的误差中，含有前面A/D转换等模块的误差，不能准确的反映出被校数字表的计量准确度；采用数字功率源的校验装置直接使用标准数字功率源，按照配置给标准数字功率源的参数计算得到理论电能值，被校数字化电能表计量的电能与理论值作比较得出误差或将数字功率源输出的数据经网络交换机广播后分别传输给标准数字电能表与被校数字表进行电能计量，直接得出误差；不能对采用的标准数字电能表的精度进行检定以及溯源等问题。

本实用新型技术方案：

一种数字电能表校验装置，它包括标准数字功率源，标准数字功率源通过光口与被检数字表连接，被检数字表的电能脉冲输出端与电能脉冲采集计时装置或电能脉冲采集计数装置连接，电能脉冲采集计时装置或电能脉冲采集计数装置通过第二串口与上位机连接；被检数字表的计时秒脉冲输出端与标准时钟计时装置连接；标准时钟计时装置通过第三串口与上位机连接；上位机分别通过第一串口和以太网接口与标准数字功率源连接。

标准数字功率源包括异步收发传输器，异步收发传输器与处理器连接，处理器与网口连接，时隙发生器分别与处理器与网口连接。

被检数字表包括发光二极管，发光二极管与光耦三极管光连接，外接电源与上拉电阻连接，上拉电阻与光耦三极管的集电极端连接。

电能脉冲采集计时装置包括FPGA模块，高精度恒温晶振和晶振时钟溯源端口与FPGA模块连接。

本实用新型的有益效果：

本实用新型标准数字功率源的采样值数据生成，相较于常用的查表法具有更高的准确度，其除了能完成基本试验条件设置，还能模拟多种异常工况及A/D设备的影响；标准数字表为上位机，能完成标准电能计算，具有检验时间少、检验精度高的特点；

本实用新型对被校数字表进行测试，能根据被校数字表的结构与工作特点进行，电路结构简单，等全面对其计量准确度进行校验和评估，实用性更好；解决了现有技术的数字电能表校验采用模拟信号源输出的电压电流信号一路经标准模拟电能表计量标准电能，另一路经信号调理、A/D转换与协议组帧等模块输出数据给被校数字化电能表进行电能计量。再通过误差计算模块得到数字表计量电能的误差。但是在被校数字表计量的误差中，含有前面A/D转换等模块的误差，不能准确的反映出被校数字表的计量准确度；采用数字功率源的校验装置直接使用标准数字功率源，按照配置给标准数字功率源的参数计算得到理论电能值，被校数字化电能表计量的电能与理论值作比较得出误差或将数字功率源输出的数据经网络交换机广播后分别传输给标准数字电能表与被校数字表进行电能计量，直接得出误差；不能对采用的标准数字电能表的精度进行检定以及溯源等问题。

附图说明：

图1是本实用新型一种整体结构示意图；

图2为本实用新型另一种整体结构示意图；

图3为本实用新型标准数字功率源结构示意图；

图4为本实用新型被检数字表电能脉冲采集计时装置结构示意图；

图5为本实用新型标准时钟计时装置结构示意图。

具体实施方式：

一种数字电能表校验装置，它包括标准数字功率源1，标准数字功率源1通过光口与被检数字表7连接，被检数字表7的电能脉冲输出端与电能脉冲采集计时装置3或电能脉冲采集计数装置4连接，电能脉冲采集计时装置3或电能脉冲采集计数装置4通过第二串口与上位机连接；被检数字表7的计时秒脉冲输出端与标准时钟计时装置6连接；标准时钟计时装置6通过第三串口与上位机5连接；上位机5分别通过第一串口和以太网接口与标准数字功率源1连接。

标准数字功率源1包括异步收发传输器15，异步收发传输器15与处理器12连接，处理器12与网口13连接，时隙发生器14分别与处理器12与网口13连接。

被检数字表7包括发光二极管71，发光二极管71与光耦三极管72光连接，外接电源与上拉电阻73连接，上拉电阻73与光耦三极管72的集电极端连接。

电能脉冲采集计时装置3包括FPGA模块，高精度恒温晶振31和晶振时钟溯源端口与FPGA模块连接。

为了便于本领域技术人员进一步了解本实用新型技术方案，现对原理进行解释说明：

本实用新型中：标准数字功率源1与上位机5连接通讯，标准数字功率源1通过串口接收上位机5发出的配置命令，标准数字功率源1按接收的配置命令生成相应的离散电压电流波形数据，上述离散电压电流波形数据按协议进行组帧并按设定的时间间隔进行数据发送以实现输出符合9-2协议的电压电流数据。标准数字功率源1输出的符合9-2协议的电压电流数据经光口连接的通讯线直接传输给被校数字表7进行电能计量。

本实用新型中，被校数字表7电能脉冲输出机制为：被校数字表7内设有发光二极管71，当电能量累积到一个脉冲对应值时，发光二极管71导通产生光信号传递给光耦三极管72。但在被检数字表7内部并没有光耦三极管72的直流偏置电源，需给被检数字表7脉冲输出端口加外接5V直流偏置电源以及上拉电阻73，上拉电阻73大小约为1k欧，上拉电阻73与光耦三极管72集电极端连接， 5V直流偏置电源用于给发光二极管71和光耦三极管72提供工作电源。当累积电能量满足一定值时，光耦三极管72导通，此时输出为低电平；当电能量未达到一个脉冲对应值时，光耦三极管72截止，输出高电平。

本实用新型，标准时钟计时装置6与被校数字表7计时秒脉冲输出端连接，标准时钟计时装置6用于采集被校数字表7输出设定数量秒脉冲时间误差信息并发送给上位机5。例如标准时钟计时装置6采集到被校数字表7输出60个秒脉冲的时间为T1， T1的单位为秒，T1与60的差即为标准时钟计时装置6所采集到的被校数字表7输出60个秒脉冲时间误差信息并发送给上位机5。在标准时钟计时装置6中具有高精度晶振，由被检数字表7输出的低频秒脉冲控制高频计时脉冲计数，计算得到被校数字表7输出设定数量秒脉冲所用的时间。为达到更高的计时精度，标准时钟计时装置6采用的晶振为50MHz，输出的高频脉冲也为50MHz，计时偏差不超过20ns。

本实用新型，电能脉冲采集计时装置3用于电能脉冲计数以及时间信息采集，电能脉冲采集计时装置3与被校数字表7电能脉冲输出端连接，电能脉冲采集计时装置3将采集的该被校数字表7电能脉冲计数以及时间信息发送给上位机5。电能脉冲采集计时装置3对输出电能脉冲的上升沿进行检测计数。高精度恒温晶振31输出的脉冲经FPGA分频后作为高频计时脉冲。由被检数字表7输出的低频电能脉冲控制高频计时脉冲计数，进一步得到计数脉冲时所对应的时间，然后将时间信息传输至上位机5。

除了采用电能脉冲采集计时装置3外，还可以采用电能脉冲采集计数装置4来替代电能脉冲采集计时装置3。电能脉冲采集计数装置4也可以用于电能脉冲计数以及时间采集，电能脉冲采集计数装置4与上述电能脉冲采集计时装置3工作原理类似。电能脉冲采集计数装置4与被校数字表电7电能脉冲输出端连接，电能脉冲采集计数装置4将采集的该被校数字表电7电能脉冲计数以及时间信息发送给上位机5。

本实用新型，标准数字功率源1包括FPGA控制器11，标准数字功率源1通过异步收发传输器15接收上位机5发送的通信参数信息以及采样值数据信息，FPGA控制器11上的处理器12将接收的信息按协议进行组帧并输出，处理器12输出的数据流被分配至双口RAM存储器，处理器12与10M网口13进行乒乓操作，将双口RAM存储器上存储的数据包按时序依次发出，FPGA控制,11上的时隙发生器14每间隔设定时间产生一个脉冲用以控制处理器12输出数据的时间以及乒乓操作中的时序。

本实用新型，在上位机5根据设定的频率、采样率、有效值、谐波、噪声等信息得到相应的波形数组，上位机将通信参数信息以及采样值数据传输给标准数字功率源，标准数字功率源按上位机配置生成相应的离散电压电流波形，相较于常用的查表法具有更高的准确度。将每一采样点数据按IEC61850-9-2协议进行组帧，并按一定的时间间隔将数据发出（例如采样率为4000Hz时，时间间隔为250us），能实现各网络参数与通道信息的设置。网络参数包括目的MAC地址、源MAC地址、APPID、SVID等通信参数；通道信息包括三相电压电流的基波及各次谐波有效值、噪声大小、通道序列号、相序、相位、频率等。除此之外，标准数字功率源还能模拟多种采样值数据丢失（即丢帧）工况、基本网络通信参数不匹配、数字电能计量系统中A/D转换时的数据量化过程。

本实用新型，标准数字表以上位机5为载体，嵌入标准电能算法及协议解析函数。上位机5可通过网口接收数字功率源1发回的标准通道9-2协议数据，完成数据解析及标准电能功率计算的功能。除此之外，上位机5为整个硬件系统中的控制设备，具有与其他硬件设备进行通信的接口（主要包括网卡与扩展串口）以及个人电脑的基本功能。

Claims (4)

1.一种数字电能表校验装置，它包括标准数字功率源（1），其特征在于：标准数字功率源（1）通过光口与被检数字表（7）连接，被检数字表（7）的电能脉冲输出端与电能脉冲采集计时装置（3）或电能脉冲采集计数装置（4）连接，电能脉冲采集计时装置（3）或电能脉冲采集计数装置（4）通过第二串口与上位机连接；被检数字表（7）的计时秒脉冲输出端与标准时钟计时装置（6）连接；标准时钟计时装置（6）通过第三串口与上位机（5）连接；上位机（5）分别通过第一串口和以太网接口与标准数字功率源（1）连接。

2.根据权利要求1所述的一种数字电能表校验装置，其特征在于：标准数字功率源（1）包括异步收发传输器（15），异步收发传输器（15）与处理器（12）连接，处理器（12）与网口（13）连接，时隙发生器（14）分别与处理器（12）与网口（13）连接。

3.根据权利要求1所述的一种数字电能表校验装置，其特征在于：被检数字表（7）包括发光二极管（71），发光二极管（71）与光耦三极管（72）光连接，外接电源与上拉电阻（73）连接，上拉电阻（73）与光耦三极管（72）的集电极端连接。

4.根据权利要求1所述的一种数字电能表校验装置，其特征在于：电能脉冲采集计时装置（3）包括FPGA模块，高精度恒温晶振（31）和晶振时钟溯源端口与FPGA模块连接。