一种基于iec61850的数字式电能表现场检测仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种基于IEC61850的数字式电能表现场检测仪，包括信号源和标准电能表、信号输出回路、A/D采样芯片、误差计算分析、微处理器和显示器组成。其中，所述信号源和标准电能表由数字信号源、信号调整回路、标准电能表、标准表逻辑组成。本实用新型采用信息采集、传输、处理和输出全过程数字化高效处理，具有电磁兼容性能优越，信息传输通道都可自检、可靠性高、管理自动化、准确度等级高等优点，并且能按照国际标准IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE对现场运行的数字式电能表进行现场检测。
【专利说明】—种基于IEC61850的数字式电能表现场检测仪
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电力测量领域，尤其涉及一种基于IEC61850的数字式电能表现场检测仪。
【背景技术】
[0002]数字化变电站以及电子式互感器的应用已经到了大量工程实践阶段，国内外厂商都已经在数字化变电站领域做出了大量的研究工作，电子式互感器输出标准以及建立在此标准基础上的单间隔产品均已在2009年颁布，但迟迟没有颁布数字式电能表检定标准或规范。数字式电能表在理想状态下的运行误差很小，但实际上，由于存在以下原因，还是会给数字式电能表带来一定的误差。
[0003](I)不同采样点数对计量的影响。因为数字化变电站对实际的电压、电流信号(不可能是理想化的周期信号)的不同周期采样的点数会有不同，故需考虑检测电能表计量准确度受采样点数不同的影响；
[0004](2)谐波影响。电能计量上对谐波的处理，是通过FFT分析实现的，不同的采样点数也影响FFT分析的结果，因此，需考虑检测数字式电能表电能计量的准确度也会受谐波的影响；
[0005](3)电压电流额定值对量化系数的影响。各种电压、电流互感器输出规格对应的计量量化系数不同，抽象出量化的数学模型，根据电压、电流的实际额定值计算出相应的量化系数，而不需要根据不同的用户规格修改程序。需考虑被检数字式电能表计量电能的准确度受额定电压的影响；
[0006](4)容错处理。数字式电能表在未收到合并单元发来的数据包，或收到的数据信息不合理时，就须要作相应的容错处理。因此，需考虑被检数字式电能表计量电能的准确度受容错能力的影响问题。
[0007]数字化的计量技术我国一直走在国际前列，已经推出多种数字式电能表产品，并已有相应的检测手段。但目前的数字式电能表的校验体系还不能达到和传统电子式电能表一致，尤其是在现场检测领域。当前的数字式电表校验仪大都利用数字式电能表的数字接收特性，更改电能表检测仪的数据发生系统，电能表检测仪输出模拟的电流、电压给数字式电能表，在接收到数字电能表输出的脉冲后并与自己计算出的电量进行比较，算出电表误差，但利用此方法有两个缺陷:(1)受环境、光纤、设备输出模拟电流和电压的影响很大；
(2)不能对实际运行中的数字式电能表进行校验。
【发明内容】
[0008]本实用新型的目的旨在克服上述现有技术的缺陷，提出了一种基于IEC61850的数字式电能表现场检测仪。本实用新型采用信息采集、传输、处理和输出全过程数字化高效处理，具有电磁兼容性能优越，信息传输通道都可自检、可靠性高、管理自动化、准确度等级闻等优点。
[0009]一种基于IEC61850的数字式电能表现场检测仪，其特征在于，包括信号源和标准电能表、信号输出回路、A/D采样芯片、误差计算分析、微处理器和显示器组成；其中，信号源和标准电能表由数字信号源、信号调整回路、标准电能表、标准表逻辑组成。
[0010]数字信号源和信号调整回路连接，标准电能表和标准表逻辑连接，信号调整回路连接有标准表逻辑和信号输出回路；微处理器连接有显示器、信号源和标准表、误差计算分析，误差计算分析和A/D采样芯片连接；检测仪通过以太网连接被检数字式电能表，被检数字式电能表输出接口通过以太网连接到高速A/D采用芯片。
[0011]现场运行的数字式电能表对应的合并单元具有APDU映射报文输出接口，并且合并单元的APDU映射报文输出接口通过光纤或以太网与检测仪相连，数字式电能表脉冲输出端子通过双绞线接至检测仪脉冲输入端子。
[0012]所述A/D采样芯片采用美国Agilent Technologies公司的高速32bit的并行A/D采样芯片，2048kSP/s的采样速度，保证了每0.02秒采样1024点的实时性要求；微处理器采用ARM公司ARM10E，1.25MIPS/MHz的速度，确保数据实时测量、计算和分析。
[0013]本实用新型所述显示器，优选为满足国军标GJB4和GJB151A要求的_40°C?70°C宽温军用液晶显示器，以便能在中国东北极端寒冷地区和海南炎热潮湿地区户外使用。
[0014]本实用新型提出的解决办法可以进行现场检测，只接收IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE采样值数据与电能表的电量脉冲，不对外发送任何数据，不会影响到数字式电能表实际计量数据，并且检测具有较高的准确度。
[0015]本实用新型所达到的有益效果:
[0016]本实用新型基于IEC61850的数字式电能表现场检测仪，将合并单元的APDU映射报文输出接口实时IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE报文、电能表的脉冲输出信号同时接入电能表检测仪，并进行比较，可实现数字式电能表的现场检测。
[0017]并且克服现有数字式电能表现场检测仪只有IEC61850-9-1报文的技术缺陷，增加了对国际新增标准IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE报文的解析。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型的结构示意图；
[0019]图2是本实用新型现场检测数字式电能表的原理图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图详细说明本实用新型。
[0021]—种基于IEC61850的数字式电能表现场检测仪,包括信号源和标准电能表、信号输出回路、A/D采样芯片、误差计算分析、微处理器和显示器。其中，所述信号源和标准电能表由数字信号源、信号调整回路、标准电能表、标准表逻辑组成。
[0022]所述数字信号源和信号调整回路连接，标准电能表和标准表逻辑连接，信号调整回路连接有标准表逻辑和信号输出回路，所述微处理器连接有显示器、信号源和标准表、误差计算分析，所述误差计算分析和A/D采样芯片连接。检测仪通过以太网连接被检数字式电能表，被检数字式电能表输出接口通过以太网连接到高速A/D采用芯片。
[0023]现场运行的数字式电能表对应的合并单元具有APDU映射报文输出接口，并且合并单元的APDU映射报文输出接口通过光纤或以太网与检测仪相连，数字式电能表脉冲输出端子通过双绞线接至检测仪脉冲输入端子。
[0024]所述A/D采样芯片采用美国Agilent Technologies公司的高速32bit的并行A/D采样芯片，2048kSP/s的采样速度，保证了每0.02秒采样1024点的实时性要求；微处理器采用ARM公司ARM10E，1.25MIPS/MHz的速度，确保数据实时测量、计算和分析。
[0025]本实用新型所述数字信号源采用高速32bitDAC模块以上百kHz的速率输出符合IEC60044-7/8标准的数字化正弦电压和电流信号，再通过信号调理回路进行幅值调整、滤波整形。经调理后的数字化正弦电压和电流信号再通过信号输出回路缓冲后通过以太网到达带模拟接口的数字式电能表的输入端。同时所述数字信号源发出的数字化正弦电压和电流信号经过信号调理回路、标准表逻辑到达标准电能表，与标准电能表同步。
[0026]被检数字式电能表收到所述数字化正弦电压和电流信号后，经过采样并编码为符合IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、ffiC61850-9_2LE协议的协议帧输出到网络端口，通过以太网到达本实用新型所述A/D采样芯片，高速采样后经多模/单模光信号转换电路将这些符合IEC61850协议的信号转换为低频信号送入所述误差计算分析。经过标准电能表高频脉冲与被检电能表累计低频电能输出脉冲进行比较得出误差值。本实用新型由微处理器控制，可提供实现常规测试点的基本误差外，还能进行走字、启动、潜动、失压、断相、协议符合性、随机丢帧等功能的检测，检测结果由微处理器发送至显示器。
[0027]本实用新型微处理器采用ARM公司ARM10E，1.25MIPS/MHz的速度，确保数据实时测量、计算和分析。
[0028]本实用新型所述显示器，优选为满足国军标GJB4和GJB151A要求的_40°C?70°C宽温军用液晶显示器，以便能在中国东北极端寒冷地区和海南炎热潮湿地区户外使用。
[0029]使用本实用新型在现场对数字式电能表进行检测时，需要现场安装的合并单元具有APDU映射报文输出接口，本实用新型通过光纤以太网口接收实际运行数字式电能表所对应的合并单元APDU映射报文输出接口所发出的IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE报文，同时本实用新型接收数字式电能表所发出的电量脉冲，当收到第一个脉冲后本实用新型根据所接收到的IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE报文后，对报文进行解析，采用能量积分法计算电量得出实时的电压电流量。同时，本实用新型根据所接收到电能表所发出的脉冲输出信号计算出电能表在一段时间之内所累积的电量，比较两者之间的电量，得出电表误差。
[0030]本实用新型与合并单元之间的APDU映射报文输出接口通过以太网光纤连接，最高可支持100K的数据采样率。数字式电能表的脉冲输出端子连接至本实用新型脉冲输入端子，采用双绞线连接。
[0031]本实用新型提出的解决办法可以进行现场检测，只接收IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE采样值数据与电能表的电量脉冲，不对外发送任何数据，不会影响到数字式电能表实际计量数据，并且检测具有较高的准确度。
【权利要求】
1.一种基于IEC61850的数字式电能表现场检测仪，其特征在于，包括信号源和标准电能表、信号输出回路、A/D采样芯片、误差计算分析、微处理器和显示器组成；其中，信号源和标准电能表由数字信号源、信号调整回路、标准电能表、标准表逻辑组成。
2.根据权利要求1所述的一种基于IEC61850的数字式电能表现场检测仪，其特征在于:数字信号源和信号调整回路连接，标准电能表和标准表逻辑连接，信号调整回路连接有标准表逻辑和信号输出回路；微处理器连接有显示器、信号源和标准表、误差计算分析，误差计算分析和A/D采样芯片连接；检测仪通过以太网连接被检数字式电能表，被检数字式电能表输出接口通过以太网连接到高速A/D采用芯片。
3.根据权利要求2所述的一种基于IEC61850的数字式电能表现场检测仪，其特征在于:现场运行的数字式电能表对应的合并单元具有APDU映射报文输出接口，并且合并单元的APDU映射报文输出接口通过光纤或以太网与检测仪相连，数字式电能表脉冲输出端子通过双绞线接至检测仪脉冲输入端子。
4.根据权利要求1所述的一种基于IEC61850的数字式电能表现场检测仪，其特征在于:所述A/D采样芯片采用美国Agilent Technologies公司的高速32bit的并行A/D采样芯片，2048kSP/s的采样速度，每0.02秒采样1024点；微处理器采用ARM公司ARM10E，1.25MIPS/MHZ的速度，确保数据实时测量、计算和分析。
【文档编号】G01R35/04GK204065394SQ201420148230
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】沈鑫, 曹敏 申请人:云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院, 云南电网公司技术分公司