本发明涉及一种智能电能表在线监测及远程控制系统。
背景技术：
作为国民经济支柱产业的电力企业，其生产特点是发电厂发电、供电部门供电、用户用电这几个环节连成一个大系统。在这个过程中，电能作为一种商品被生产、销售和使用。电能计量是电能作为商品进行交换的＂称杆子＂，是电力企业和用电客户、电网和发电厂、电网和电网之间进行考核以及经济结算的依据。电能计量的精度与电力系统供需双方的经济利益息息相关。
电子式电能表是电能计量的重要工具，关系着千家万户的利益。其具有测量精度高、可进行电量数据自动采集实现、远程抄表和多费率分时计量等特点，因此该系列产品在电力系统中迅速增加。我国电子式电能表的产量已跃居全球第一。但我国整体的电子式电能表的技术含量、可靠性水平与国际上的知名品牌相比还有较大的差距。电能表是“电”这种特殊商品的计量器具，同时又是电费结算依据，需要每天每小时不间断工作。而电子式电能表却因为由集成电路和太多的电子元器件组成，各种因素的变化就可能使其中之一失效，导致电能表不计量或电量计算错误，从而引起电能计量纠纷。所以，从维护电力用户和供电企业利益的角度出发，电子式电能表的计量稳定性非常重要。电表厂家和技术机构研制一块在实验室环境下满足基本误差要求和多功能要求的电子式电能表就目前的科技水平来说已不难。但要在恶劣的环境条件和电气条件下，使电子式电能表长期正常工作、准确计量，就需要对电能表的许多相关技术作深入的研究。
安装在现场的电子式电能表常常出现液晶显示屏乱码、数据丢失、不计电量、程序错误等现象。但当该表拆离现场，送回标准实验室进行测试时有些故障会消失或不再复现。因此，对于电能表在现场实际运行工况下的计量性能进行实测和分析具有重要的意义。
在国外，可靠性研究始于美国，而日本是可靠性工程的后起之秀。产品的可靠性研究在国外经历了萌芽阶段（40 年代)、创建阶段( 50 年代)、全面发展阶段( 60 年代)、成熟阶段( 70 年代)以及深入发展阶段( 80 年代以来)，使得可靠性涉及到了各类产品之中。近年来，国际可靠性技术研究的热点主要有：无维修使用期( MFOP)、可靠性指标体系及其验证、加强软件可靠性设计、实施集成化结构设计、实施网络化管理等方面。在电能计量与能效管理领域，英国的燃气和电力行业监管机构 OFGEM( The Office of Gas and Electricity Markets)依据德国西门子的SN29500作为本国电能表的可靠性评价标准。但是 OFGEM 只评价经过较长时间、批量生产的电能表的可靠性，即利用专门的可靠性软件分析工具，预计分析电能表的可靠寿命，通过定时定数截尾加速老化寿命试验验证电能表的可靠寿命。目前 IEEE 也在讨论 IEC62059( 电能计量装置可信性) 标准并发布了部分内容，在电能计量可靠性国际标准方面迈出了重要的一步。然而，IEEE关于电子式电能表可靠性的标准方法是基于在实验室内对计量设备的老化试验，这种评价方法环境过于简单，无法全面复现电能表在现场的实际运行环境。
国内对于电子式电能表的质量评价主要有JJG596-2012《电子式电能表检定规程》、Q/GDW1364-2013《单相智能电能表技术规范》、Q/GDW1827-2013《三相智能电能表技术规范》等一系列检定规程、规范。这些规程规范的是在从前机械式电能表的基础上建立起来的，其中的一些检测项目，尤其是误差检定点的选择并不能完全满足检定的需要。
另外，由于现今的电子式电能表一般都采用单片机进行数据处理，所以电子式电能表的可靠性主要体现在软件可靠性和硬件可靠性两个方面。硬件可靠性主要体现在当外部环境恶劣（比如温度、湿度超出正常范围、电压不稳定等）及长期带电运行而电能表内的各类电子元器件均正常工作而不失效。软件可靠性主要表现在当电能表在实验室检定过程中由于检定原理和检定方法不严密造成的测量误差时检定数据结果准确可靠。因此，有必要建立实际环境下，智能电能表在线监测系统，从而对电子式电能表在现场实际运行环境下的计量性能进行全面的分析。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种智能电能表在线监测及远程控制系统，实现对智能电能表更有效和准确的实时在线监测和远程控制。
本发明的技术方案如下：
智能电能表在线监测及远程控制系统，它包括自动监控检测系统、自动负荷控制系统和保护系统，其特征在于：自动监控检测系统包含电能表校验装置、网络摄像机、以太网交换机和挂表架；自动负荷控制系统包含网路继电器和上位机控制系统；保护系统包含空气开关；电能表校验装置包含计算机、信号源、程控功率源、标准电能表和误差处理器，校验装置内部各模块间采用RS-485总线形式，由信号源统一控制各模块工作；电能表校验装置与上位机之间的通讯采用RS232接口，通过上位机控制校验装置进行校表工作，同时完成误差采集、判断、化整、存储和打印操作。
所述的信号源包括可编程数字逻辑阵列CPLD芯片、单片机MCU和D/A芯片；MCU按要求将正弦波基波或叠加的谐波值进行数字离散后存放在RAM中，频率基准发生器通过计算器将存放在RAM中的正弦波数字量输入至D/A转换器，分别得到互相间具有一定相位关系的数字合成正弦信号，再经过有源低通滤波，成为失真度小于0.2%的电压和电流信号，作为电压和电流的信号输入至功率放大器；信号源的幅值调节采用16位D/A转换器，使调节细度达到小于0.01%的满度。
信号源产生的电压和电流标准正弦信号，分别通过各自的反馈补偿调整电路送到电压功放和电流功放进行功率放大，放大的正弦信号经电压输出变压器变压后送到被校表和标准电能表，放大的正弦电流信号通过升流变压器升流后由装置的电流输出端子输出，串接标准表和各被校表电流线圈后回到升流器；输出电压、电流信号经电流、电压反馈采样互感器采样，反馈回功放前级的反馈补偿调整电路；若装置产生报警信号反馈给信号源，通过信号源停止信号输出，并作报警提示。
标准电能表将被测电压和电流取样经各自的A/D模数转换器后，分别送到DSP数字处理系统，DSP做实时U、I运算，求出实际功率P、角度、功率因数等，由P控制频率发生器产生比例与P的高频脉冲输出，该脉冲为电能高脉冲，由分频器得到电能低频脉冲供检定标准表时使用，高、低频电能脉冲输出到接口，单片机和DSP进行实时通讯，通过液晶显示测量值。
在标准表和被检表都在连续运行的情况下，标准表的高频脉冲信号送入误差处理器，当被校表转完一定脉冲数时，误差处理器读出这段时间内累计的标准表的高频脉冲数作为实测高频脉冲数m，再与预置的高频脉冲数m0相比较。
本发明的经济效果在于：
第一、校验装置内部各模块间采用RS-485总线形式，由信号源统一控制各模块工作，这样既加强了整体的可靠性，又提高了装置的可扩充性。
第二、功率放大器采用了先进的脉宽调制技术，具有转换效率高、输出容量大、输出可靠性高、带载能力强、输出稳定等特点。并设计了完善的异常保护，主回路过流保护、器件过热保护、输出短路过载、输出开路保护等，使功率放大器能长期稳定可靠工作。
第三、标准电能表采用最新数字电子技术，以DSP高速处理器为核心的智能型多功能高精度电能测量仪表。
第四、误差处理器采用单独的MCU控制，数据处理能力强、运算速度快，计算机通过信号源对误差计算器进行通讯，完成对误差的测量和误差数据的采集。误差处理器能实现电能误差计算、走字试验、启动/潜动试验、时段投切误差试验、需量周期误差试验等功能。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明。
本发明的实施例包括自动监控检测系统、自动负荷控制系统和保护系统。自动监控检测系统包含电能表校验装置、网络摄像机、以太网交换机和挂表架；自动负荷控制系统包含网路继电器和上位机控制系统；保护系统包含空气开关。
使用时，挂表架和网络摄像机放置在室外，电能表校验装置、网络继电器和以太网交换机放置在室内，每套校验装置包含计算机、信号源、程控功率源、标准电能表和误差处理器等单元，在计算机的控制下，信号源产生设定的电压、电流信号送至功率源，功率源提供被校表、标准电能表所需的电压和电流信号，标准表电能表把实际的电能转化为高频信号输出至误差系统，误差处理器接受高频脉冲信号，并与理论脉冲数比较得出电能误差，电能误差数据在本地显示，也可以由通讯读取。网络摄像机实时监控电能表的运行状态，网络继电器可以远程控制电能表的通断状态。每套校验装置配置一台温度传感器，带通讯接口，与计算机相连。
每套校验装置包含计算机、信号源、程控功率源、标准电能表和误差处理器，校验装置内部各模块间采用RS-485总线形式，由信号源统一控制各模块工作，这样既加强了整体的可靠性，又提高了装置的可扩充性，信号源是校验装置的数据交换中心，是整个校验装置的运行中枢，由它统一控制各模块工作。校验装置与上位机之间的通讯采用RS232接口，通过上位机可以控制校验装置进行所有校表工作，同时完成误差采集、判断、化整、存储和打印等操作。网络摄像机安装在离户外挂表单元2米的地方，可以实时监控电能表的运行状态，以及液晶显示。网路继电器安装在以太网交换机的后面，执行上位机发送的通断命令。
信号源采用了先进的数字调频、调幅、调相的数字合成信号技术，由功能强大的可编程数字逻辑阵列CPLD芯片、单片机MCU、D/A芯片等组成。MCU按要求将正弦波基波或叠加的谐波值进行数字离散后存放在RAM中，频率基准发生器通过计算器将存放在RAM中的正弦波数字量输入至D/A转换器，分别得到互相间具有一定相位关系的数字合成正弦信号。再经过有源低通滤波，成为失真度小于0.2%的电压和电流信号，作为电压和电流的信号输入至功率放大器。信号源的幅值调节采用16位D/A转换器，使调节细度达到小于0.01%的满度。
作为功率源的功率放大器的原理是：信号源产生的电压和电流标准正弦信号，分别通过各自的反馈补偿调整电路送到电压功放和电流功放进行功率放大。放大的正弦信号经电压输出变压器变压后送到被校表和标准电能表。放大的正弦电流信号通过升流变压器升流后由装置的电流输出端子输出，串接标准表和各被校表电流线圈后回到升流器。输出电压、电流信号经电流、电压反馈采样互感器采样，反馈回功放前级的反馈补偿调整电路。若装置产生报警信号可迅速反馈给信号源，通过信号源停止信号输出，并作报警提示。
标准电能表工作原理：将被测电压和电流取样经各自的A/D模数转换器后，分别送到DSP数字处理系统，DSP做实时U、I运算，求出实际功率P、角度、功率因数等，由P控制频率发生器产生比例与P的高频脉冲输出，该脉冲为电能高脉冲，由分频器得到电能低频脉冲供检定标准表时使用，高、低频电能脉冲输出到接口：同时单片机和DSP进行实时通讯，通过液晶显示测量值。
本发明误差处理器采用国家标准规定的标准电能表法中的“高频脉冲预置法”检定电能表，计算被校电能表的相对误差γ（%）。在标准表和被检表都在连续运行的情况下，标准表的高频脉冲信号送入误差处理器，当被校表转完一定脉冲数时，误差处理器读出这段时间内累计的标准表的高频脉冲数作为实测高频脉冲数m，再与预置的高频脉冲数m0相比较。