一种基于电网仿真的多光口数字化电能表校验系统及方法与流程

本发明涉及一种基于电网仿真的多光口数字化电能表校验系统及方法，属于智能电网仪器设备测试领域。

背景技术：

随着智能电网的发展，数字化变电站的建设数量和规模不断增大，数字化电能计量技术得到广泛应用。与传统电能计量系统相比，数字化电能计量系统误差环节少、计量二次回路接线简单，符合信息化和数字化要求。理想情况下，数字化变电站的全站设备由时钟系统控制工作步调，所有采样数据经交换机组网，不同应用设备从交换机获取所需数据，其中电能计量方案如图1所示。但是在实际运行中，时常发生同步信号丢失故障，而且交换机传输数据存在延时和抖动，严重影响了继电保护装置正常运行，威胁电网安全稳定运行。因此，q/gdw383-2009《智能变电站技术导则》规定，保护不依赖同步对时。所以，对于变电站继电保护应用而言，采样值传输均采用点对点方式，跨间隔保护的采样数据采用插值法实现同步，但电能计量应用仍然采用经交换机组网的方式传输数据。当同步信号丢失时，由于采样数据非同步，电能表计量误差往往非常大。如图2为一种典型的内桥接线应用场景，多用于110kv变电站的主接线，测量互感器一般配置母线pt1、母线pt2、线路ct1、线路ct2、内桥ct0，。在图2中，根据电路理论，高压侧计量点1在计算电能时，电压取自母线电压并列，电流为线路ct1和内桥ct0的和电流。显然，当线路ct1和内桥ct0因采样同步信号丢失而造成采样不同步时，计算的和电流会存在误差。为了应对这种跨间隔计量情况，有文献报道了一种适用于跨间隔的计量方案，相应的电能表采用多光口数字化电能表。

针对多光口数字化电能表的误差校验，国内已经有企业和科研单位做了一些研究，然而存在两个重要问题尚未解决。一是目前已有文献公开的校验方法在理论上不完全正确，使得校验合格的多光口数字化电能表仍然不能满足现场应用需求；二是校验装置与实际应用场景割裂，校验方法与实际应用脱节，使得校验结果说服力不足。

综上所述，目前符合实际应用要求的多光口数字化电能表校验系统及方法尚处于空白，有必要提出一种应用场景能够可视化配置的校验系统及方法，确保数字化电能表在现场运行时准确可靠。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于电网仿真的多光口数字化电能表校验系统及方法，解决了目前多光口数字化电能表缺乏校验设备和方法的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于电网仿真的多光口数字化电能表校验系统，包括上位机、主机、从机、对时系统和数字化电能表校验仪；

所述上位机根据多光口数字化电能表的具体应用场景配置电网仿真模型和仿真参数，利用电网仿真软件生成仿真的电压/电流数字量信号，上位机将仿真的电压/电流数字量信号通过通信接口发送到主机；

所述主机接收上位机生成的仿真电压/电流数字量信号和仿真参数，并根据仿真参数对电压/电流数字量信号进行插值计算，生成电压/电流采样值数据，然后通过通信接口发送至从机；

所述从机有4个，包括1个母线电压从机、2个分电流从机以及1个和电流从机；所述母线电压从机接收主机发送的母线电压采样值数据，所述分电流从机接收主机发送的分电流采样值数据，所述母线电压采样值数据和分电流采样值数据均转发到被校多光口数字化电能表；所述和电流从机接收主机发送的母线电压采样值数据与和电流采样值数据，再转发到数字化电能表校验仪；

所述对时系统用于同步校验上位机、主机和从机，使它们工作在同一个时钟节拍；

所述数字化电能表校验仪接收和电流从机发送的母线电压采样值数据与和电流采样值数据，计算出计量点的标准电能量；并且，所述数字化电能表校验仪接收被校多光口数字化电能表的电能脉冲，计算出被校多光口数字化电能表的计量误差。

前述的上位机在校验系统工作于ieee1588对时模式时，作为主时钟下发时刻信息；所述主机和从机在校验系统工作于ieee1588对时模式时，作为从时钟跟踪主时钟时刻。

前述的主机采用可视化配置方式搭建电网仿真模型，或者采用编程方式搭建电网仿真模型。

前述的通信接口为网口或串口。

前述的插值计算采用高次拉格朗日插值算法。

前述的从机的硬件系统采用fpga作为主控芯片，所述从机控制电压/电流采样值数据发送时刻，并且支持模拟实际数据传输过程中的各种典型工况；所述典型工况包括丢帧、错序、采样值异常或无效。

前述的对时系统采用无线或有线同步方式，同步信号采用pps、irig-b码或者ieee1588。

基于电网仿真的多光口数字化电能表校验系统的校验方法，包括以下步骤：

1），根据被校多光口数字化电能表的具体应用场景，在上位机上配置电网仿真模型和仿真参数；

2），在上位机上运行电网仿真软件，得到仿真的电压/电流数字量信号，发送到主机；

3），主机接收到仿真的电压/电流数字量信号，根据设置的仿真参数，采用插值算法计算得到电压/电流采样值数据，发送到从机；

4），从机接收到电压/电流采样值数据后，以精确到纳秒级的时刻发送至被校多光口数字化电能表和数字化电能表校验仪；

5），数字化电能表校验仪计算标准电能量，再根据被校多光口数字化电能表输出的电能脉冲，计算得到被校多光口数字化电能表的计量误差。

本发明的有益效果是：

（1）本发明实现了多光口数字化电能表应用场景可视化配置；

（2）本发明真正实现了在非同步采样情况下测试多光口数字化电能表的计量误差测试；

（3）本发明计算标准电能所采用的数据源本来就是和电流，提高了校验结果的可信度。

附图说明

图1为采样数据同步的计量方案结构图；

图2为需要跨间隔计量的内桥接线示意图；

图3为本发明的多光口数字化电能表误差校验系统框图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如2所示，为了计量高压侧计量点1的电能，安装一块多光口数字化电能表，根据电路理论，高压侧计量点1在计算电能时，电压取自母线电压并列，电流为线路ct1和内桥ct0的和电流。

如图3所示，本发明的基于电网仿真的多光口数字化电能表校验系统，包括上位机、主机、4个从机、对时系统、数字化电能表校验仪。

其中，上位机有两个作用，一是作为电网仿真软件的运行平台，可根据多光口数字化电能表的具体应用场景配置电网仿真模型和仿真参数，仿真参数包括采样率、各间隔之间的采样非同步时间、采用何种插值算法等。生成仿真的电压/电流数字量信号，通过通信接口发送到主机；二是在校验系统工作于ieee1588对时模式时，作为主时钟下发时刻信息。电网仿真软件推荐采用可视化配置方式搭建电网仿真模型，也可采用编程方式。为了保证后续计算采样值更精确，仿真生成的电压/电流数字量信号每周波点数应足够，例如每周波400个点。所述上位机与主机之间的通信方式可以采用网口、串口或者其他方式。

主机接收上位机生成的电压/电流数字量信号和仿真参数，并根据仿真参数对电压/电流数字量信号进行重新计算，生成电压/电流采样值数据，然后通过网口或串口发送至从机。主机在校验系统工作于ieee1588对时模式时，作为从时钟跟踪主时钟时刻。

从机有4个，包括1个母线电压从机、2个分电流从机以及1个和电流从机。母线电压从机用于接收主机发送的母线电压采样值数据，分电流从机用于接收主机发送的分电流采样值数据，母线电压采样值数据和分电流采样值数据均转发到被校多光口数字化电能表，采样值数据的发送时刻被从机精确控制，从机在发送数据时可以模拟实际数据传输过程中的各种典型工况，从而实现多个采样间隔的数据源。和电流从机用于接收主机发送的母线电压采样值数据与和电流采样值数据，再转发到数字化电能表校验仪。从机在校验系统工作于ieee1588对时模式时，作为从时钟跟踪主时钟时刻。从机的硬件系统采用fpga作为主控芯片，可以精确控制数据发送时刻，并且可以模拟实际数据传输过程中的各种典型工况，例如丢帧、错序、采样值异常或无效等。

以图2内桥接线为具体应用场景为例，主机根据预先设置的采样率、不同间隔的采样非同步时间和选用的插值算法等参数，将上位机生成的电压/电流数字量信号采用插值算法计算出母线1的电压采样值数据，发送到母线电压从机（#1从机），计算出进线1的电流采样值数据，发送到#2从机，计算出内桥开关的电流采样值数据，发送到#3从机，#2从机和#3从机均属于分电流从机。同时主机还计算出高压侧计量点的电流采样值数据，发送到和电流从机（#4从机）。为了保证电压/电流采样值数据的精确性，应选择合适的插值算法，例如高次拉格朗日插值算法。所述主机与从机之间的通信方式可以采用网口、串口或者其他方式。

对时系统用于同步校验系统的上位机、主机和从机，使它们工作在同一个时钟节拍。同步方式可以采用无线或有线同步方式，同步信号可以采用pps、irig-b码或者ieee1588等。

数字化电能表校验仪接收和电流从机发送的母线电压采样值数据与和电流采样值数据，计算出计量点的标准电能量。并且，数字化电能表校验仪接收被校多光口数字化电能表的电能脉冲，从而计算出被校多光口数字化电能表的计量误差。

基于电网仿真的多光口数字化电能表校验系统对多光口数字化电能表进行校验的方法，包括以下步骤：

步骤一，根据被校多光口数字化电能表的具体应用场景，在上位机上配置电网仿真模型和仿真参数；

步骤二，在上位机上运行电网仿真软件，得到电压/电流数字量信号，发送到主机；

步骤三，主机接收到电压/电流数字量信号，根据设置的仿真参数，采用插值算法计算得到电压/电流采样值数据，发送到从机；

步骤四，从机接收到电压/电流采样值数据后，以精确到纳秒级的时刻发送至被校多光口数字化电能表和数字化电能表校验仪；

步骤五，数字化电能表校验仪计算标准电能量，再根据被校多光口数字化电能表输出的电能脉冲，计算得到被校多光口数字化电能表的计量误差。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。