數(shù)字化電能表檢測功能的新型模擬標(biāo)準(zhǔn)表的設(shè)計

今天為大家介紹一項國家發(fā)明授權(quán)專利——具有數(shù)字化電能表檢測功能的新型模擬標(biāo)準(zhǔn)表及檢測方法。該專利由國家電網(wǎng)公司申請，并于2016年11月2日獲得授權(quán)公告。

內(nèi)容說明

本發(fā)明涉及電能表計量及測試領(lǐng)域，具體是具有數(shù)字化電能表檢測功能的新型模擬標(biāo)準(zhǔn)表及檢測方法。

發(fā)明背景

隨著IEC61850 智能化變電站數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)的問世及相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化電能表隨之誕生。因此如何確立其檢測規(guī)范、如何檢測數(shù)字化電能表、如何對其檢測標(biāo)準(zhǔn)進行溯源等也就成了廣大計量人員關(guān)心的問題。然而電能表檢測標(biāo)準(zhǔn)/裝置都屬于模擬量領(lǐng)域，對數(shù)字化電能表沒有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)及計量溯源方面存在難以解決的問題，因此無法對數(shù)字化電能表實現(xiàn)垂直計量、溯源。

現(xiàn)有技術(shù)中，目前對于數(shù)字化電能表檢測只能采用同類數(shù)表“表—表”比對模式，所謂的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表也是自說自話，其標(biāo)準(zhǔn)性難以有效驗證，因此比對的結(jié)果缺乏科學(xué)性、法律效力。

專利CN201607526公開了一種用于測試數(shù)字化電能表裝置，實現(xiàn)數(shù)字功率源輸出，使用了標(biāo)準(zhǔn)脈沖板作為標(biāo)準(zhǔn)比較，仍舊使用的是“表—表”比對模式，其標(biāo)準(zhǔn)性難以有效驗證。專利CN103048638公開了一種電能數(shù)字量信號多功能檢驗裝置，包括數(shù)字功率源和脈沖單元，實現(xiàn)數(shù)字式信號發(fā)送輸出、檢測外部連接的被檢信號源的標(biāo)準(zhǔn)值計算，但是不具備實時信號源功能和模擬功率源。

模擬電能表計量檢測體系則是非常成熟、規(guī)范的體系，如果能夠利用模擬計量體系實現(xiàn)數(shù)字電能表檢測，則可以實現(xiàn)一標(biāo)二用、節(jié)省計量成本又可實現(xiàn)數(shù)字化電能表的檢測。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，實現(xiàn)數(shù)字化電能表模擬標(biāo)準(zhǔn)檢測方法，本發(fā)明提供了一種具有數(shù)字化電能表檢測功能的新型模擬標(biāo)準(zhǔn)表及檢測方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種具有數(shù)字化電能表檢測功能的新型模擬標(biāo)準(zhǔn)表，包括A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、 DSP單元、IEC61850數(shù)據(jù)調(diào)制器、IEC61850/FT3數(shù)據(jù)解調(diào)器、誤差計算器。較優(yōu)地，還包括顯示及人機交互單元、用于控制顯示及人機交互單元的微處理器和接口單元。

A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、IEC61850數(shù)據(jù)調(diào)制器、IEC61850/FT3數(shù)據(jù)解調(diào)器、微處理器、誤差計算單元均與DSP單元相連接，顯示及人機交互單元、接口單元與微處理器相連接；DSP單元的脈沖輸出接口、被測數(shù)字化電能表的脈沖輸出接口均與誤差計算器的輸入接口相連接。

A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、DSP單元相連接用于模擬電能表的校驗/標(biāo)準(zhǔn)溯源；A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器與IEC61850數(shù)據(jù)調(diào)制器相連接用于數(shù)字化電能表離線檢測；IEC61850/FT3解調(diào)器與DSP單元相連接用于現(xiàn)場數(shù)字化電能表在線核查比較、電子式互感檢驗和DSP計算功能驗證。通過IEC61850輸入/輸出口、電能脈沖輸入/輸出口、模擬信號通道可組成計量溯源/傳遞、核查系統(tǒng)，完成數(shù)表標(biāo)準(zhǔn)溯源體系/量值傳遞網(wǎng)絡(luò)體系。

DSP單元包括信號分析模塊、電參數(shù)計算模塊和電能計算模塊，信號分析模塊、電參數(shù)計算模塊與電能計算模塊相連接；A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、 IEC61850數(shù)據(jù)調(diào)制器、IEC61850/FT3數(shù)據(jù)解調(diào)器與信號分析模塊相連接，誤差計算器與電能計算模塊相連接，電參數(shù)計算模塊和電能計算模塊與微處理器相連接。通過DSP單元的信號分析及IEC61850/FT3數(shù)據(jù)解調(diào)器，可以實現(xiàn)數(shù)字輸出電子互感器檢驗功能，同時，DSP單元和顯示及人機交互單元實現(xiàn)了三相電氣參數(shù)電壓、電流、頻率、相位、功率等參數(shù)測量及同步顯示功能。

A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、IEC61850數(shù)據(jù)調(diào)制器、IEC61850數(shù)據(jù)解調(diào)器與DSP單元通過數(shù)據(jù)總線連接，數(shù)據(jù)傳輸速度快。較優(yōu)地，顯示及人機交互單元、接口單元與微處理器通過數(shù)據(jù)總線連接，DSP單元與微處理器之間通過數(shù)據(jù)總線連接。 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器為6路，分別接收三相電壓、三相電流模擬信號，實現(xiàn)了三相電壓、電流模擬信號輸入接口。

接口單元包括USB接口、RS232接口和以太網(wǎng)接口，USB接口、RS232接口、以太網(wǎng)接口均與微處理器相連接，通過接口單元，本發(fā)明能夠與外接設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸。顯示及人機交互單元包括顯示屏、按鍵、鍵盤和鼠標(biāo)，方便數(shù)字化電能表的檢測。

一種具有數(shù)字化電能表檢測功能的新型模擬標(biāo)準(zhǔn)表可以實現(xiàn)的檢測包括以下步驟：模擬電能表校驗/標(biāo)準(zhǔn)溯源；數(shù)字化電能表離線檢測；模擬電能表與數(shù)字化電能表同步校驗。

本發(fā)明還包括數(shù)字化電能表在線檢測：現(xiàn)場合并單元將電壓、電流數(shù)據(jù)報文發(fā)送給IEC61850/FT3數(shù)據(jù)解調(diào)器和在線數(shù)字化電能表，IEC61850/FT3數(shù)據(jù)解調(diào)器接收到IEC61850報文，還原出原始信號采樣值，所述原始信號采樣值通過DSP單元進行電能計算后，轉(zhuǎn)換為脈沖信號，發(fā)送給誤差計算器，同時，在線數(shù)字化電能表接收現(xiàn)場合并單元發(fā)送的電壓、電流數(shù)據(jù)報文后，將計量后的電能脈沖信號發(fā)送給誤差計算器，誤差計算器比較所述在線數(shù)字化電能表輸出的脈沖信號和本步驟所述的DSP單元輸出的脈沖信號，進行電能誤差計算。

本發(fā)明還包括DSP單元計量性能驗證，虛擬標(biāo)準(zhǔn)源將IEC61850/FT3報文發(fā)送至IEC61850/FT3數(shù)據(jù)解調(diào)器，IEC61850/FT3數(shù)據(jù)解調(diào)器接收到IEC61850/FT3報文，還原出原始信號采樣值，所述原始信號采樣值通過DSP單元進行電能計量并發(fā)出相應(yīng)電能脈沖給誤差計算器，同時虛擬標(biāo)準(zhǔn)源輸出標(biāo)準(zhǔn)電能脈沖至誤差計算器， 誤差計算器比較所述DSP單元計量的電能脈沖和來自虛擬標(biāo)準(zhǔn)源的標(biāo)準(zhǔn)電能脈沖，對DSP單元電能計算模塊精度進行驗證。

本發(fā)明有益效果包括，具備標(biāo)準(zhǔn)模擬、數(shù)字電能表功能，實現(xiàn)模擬電能表與數(shù)字化電能表同步校驗，通過模擬標(biāo)準(zhǔn)表的計量方法，對數(shù)字化電能表進行檢測，打破了數(shù)字化電能表的相互比較的方法，科學(xué)合理，可靠性及準(zhǔn)確度比較高。

進一步地，本發(fā)明既可離線校驗電能表，又可在線檢驗電能表，能夠被廣泛運用實驗室和現(xiàn)場環(huán)境。此外，本發(fā)明既滿足了溯源計量管理要求又避免了設(shè)置數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)問題，完全采用模擬標(biāo)準(zhǔn)表溯源/傳遞模式，是一種優(yōu)化的技術(shù)方案，內(nèi)部DSP作為模擬、數(shù)字共同標(biāo)準(zhǔn)，極大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件最少，成本最低。