一种电能质量在线比对标准测量装置的制作方法

本实用新型涉及电力设备检测技术领域，具体涉及一种电能质量在线比对标准测量装置。

背景技术：

电能质量在线监测装置的运行管理是电能质量技术监督的工作内容之一。电能质量在线监测装置在恶劣的电磁环境中长期运行后，难免会由于元器件的老化、失效而导致装置的可靠性、测量准确度下降，进而产生大量无效、异常数据，因此需要对其进行定期检测。

目前，电能质量在线监测装置检测通常是基于标准源法来实现，并主要有以下两种实现方式：1、将电能质量在线监测装置拆下送到实验室，然后控制标准源输出指定参数的电能质量信号到电能质量监测装置，最后将电能质量监测装置的测量结果与标准信号进行比对，从而判断该装置的测量准确度是否合格。而该方式的缺点在于将电能质量在线监测装置来回拆装需要开多次工作票，加之运输麻烦、耗时，使得完成一次送检需要耗费较长的时间，工作效率十分低下，严重影响了监测装置的正常工作。2、将标准源携带到现场，然后将电能质量在线监测装置拆下来进行现场检测。该方式的缺点在于标准源(如：FLUKE 6100系列)通常体积大不宜携带，仪器十分精密容易损坏，有时还需要携带若干台标准源一起构成一个三相回路进行检测。虽然一些便携式标准源(如：Omicron公司生产的CMC系列标准源)方便易用，但是其输出信号的准确度较低，特别是对于一些高次谐波信号的产生并不理想，因此必然会影响监测装置的检测结果。

综上所述，现有技术存在诸多不足，而且由于电能质量在线监测装置具有数量众多、安装分散的特点，如果按照现有技术对其进行定期检测，必然需要投入极大的人力和物力，因此可实现性差，使得定期检测工作难以有效开展。可见，有必要研究一种使用方便、可靠的电能质量在线监测装置的检测装置，大大降低电能质量在线监测装置的检测难度，提高检测效率，同时减少人力和物力成本，使得电能质量在线监测装置的定期检测工作能够有效开展，从而保证各项电能质量指标的测量准确度，真正地将电能质量技术监督工作落到实处，为电网的安全、稳定、经济运行保驾护航。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种电能质量在线比对标准测量装置，具体技术方案如下：

一种电能质量在线比对标准测量装置包括同步采样模块、微控制器模块、外部存储模块、接口模块、输入输出模块、辅助模块、电源模块；所述同步采集模块用于对三相电压、电流进行调理、锁相、采样并将采样数据传输至微控制器模块；所述微控制器模块用于与电能质量在线监测装置进行同步对时，计算电能质量指标；所述外部存储模块用于扩展数据存储；所述接口模块用于提供串口、以太网接口、USB接口；所述输入输出模块用于数据输入与数据输出；所述辅助模块用于提供时钟、系统配置及内部电源检测；所述电源模块用于提供电源；所述同步采样模块、外部存储模块、接口模块、输入输出模块、辅助模块、电源模块分别与微控制器模块连接；所述微控制器模块包括IEEE1588精密时钟同步协议、智能变电站IEC61850规约。

进一步，所述同步采样模块包括信号调理单元、A/D采样单元、过零检测单元、锁相环单元；所述信号调理单元分别与A/D采样单元、过零检测单元连接，所述过零检测单元与锁相环单元连接，所述锁相环单元、A/D采样单元分别与微控制器模块连接。

进一步，所述外部存储模块包括FLASH和SDRAM存储器。

进一步，所述接口模块包括串口、以太网接口、USB接口；所述串口包括RS233串口、RS485串口。

进一步，所述输入输出模块包括按键、指示灯和LCD模块；所述按键、指示灯用于实现数据输入，所述LCD模块用于实现数据输出。

进一步，所述辅助模块包括时钟单元、系统配置单元、电源电量检测单元；所述时钟单元用于提供时钟数据；所述系统配置单元用于配置系统参数；所述电源电量检测单元用于检测电源电量的剩余情况。

进一步，所述电源模块包括DC-DC电压转换单元。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供了一种电能质量在线比对标准测量装置，该装置满足IEEE1588协议，能完成精密时钟同步授时，利用IEC61850通信规约实现数据传输，实现被检的电能质量监测装置在无需拆除情况下，完成在线比对各项电能质量指标精度的测试，本实用新型非常适合用于检测已安装现场且运行一段时间后的电能质量监测装置的精度，因电能质量监测装置经过入网测试后安装在在线比对变电站现场，长时间运行易造成精度下降，若拆除电能质量监测装置送实验室检测麻烦，同时变电站还存在电压回路短路、电流回路开路等安全风险。本实用新型能最大程度地提高现场工作的安全性，解决了电能质量监测装置无法校准的困难，实现检测数据自动上传，在不改变被检的电能质量监测装置接线、短时终止被检的电能质量监测装置正常工作的情况下，完成对被检的电能质量监测装置的现场检测，提高了检测效率、减少了人力和物力成本，使得电能质量监测装置的定期检测工作能够有效开展。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中同步采样模块中的信号调理单元的原理示意图；

图3为本实用新型中同步采样模块中的过零检测单元、锁相环单元的原理示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，一种电能质量在线比对标准测量装置包括同步采样模块、微控制器模块、外部存储模块、接口模块、输入输出模块、辅助模块、电源模块；同步采集模块用于对三相电压、电流进行调理、锁相、采样并将采样数据传输至微控制器模块；微控制器模块用于与电能质量在线监测装置进行同步对时，计算电能质量指标；外部存储模块用于扩展数据存储；接口模块用于提供串口、以太网接口、USB接口；输入输出模块用于数据输入与数据输出；辅助模块用于提供时钟、系统配置及内部电源检测；电源模块用于提供电源；同步采样模块、外部存储模块、接口模块、输入输出模块、辅助模块、电源模块分别与微控制器模块连接。

同步采样模块包括信号调理单元、A/D采样单元、过零检测单元、锁相环单元；信号调理单元分别与A/D采样单元、过零检测单元连接，过零检测单元与锁相环单元连接，锁相环单元、A/D采样单元分别与微控制器模块连接。信号调理单元的原理示意图如图2所示，信号调理电路包括电压回路和电流回路，电压回路采用精密电阻分压将电压互感器二次侧57.74V电压信号变成5V电压信号，电流回路采用高精度电流传感器HIOKI有源探头CT6700将电流互感器二次侧5A电流信号变成5V电压信号，再将上述的5V电压信号送入运算放大器OP07芯片，建立跟随以提高输入阻抗，降低输出阻抗提高带负载能力，限流电阻Ri和取样电阻Rs均为2.5kΩ，为防止高频信号在A/D采样过程中造成频谱混叠，设计抗混叠滤波器所使用运算放大器采用AD706芯片；A/D采样单元采用高精度16位A/D转换芯片AD7606，满足三相电压、电流的采样。过零检测单元、锁相环单元的原理示意图如图3所示，过零检测单元采用双电压比较芯片LM393，锁相环单元采用芯片CD4046。

微控制器模块包括美国德州仪器(TI)的DSP+ARM工业处理器OMAPL138，双核主频为456MHz，内部集成了强大的多媒体处理单元，数字信号处理DSP可以实现电能质量谐波、不平衡、闪变、电压偏差和频率偏差等指标的计算和分析，ARM用于实现IEEE1588精密时钟同步协议、智能变电站IEC61850规约的运行，本实施例优选地采用Linux操作系统。

外部存储模块包括FLASH和SDRAM存储器，通过OMAPL138的接口EMIFA与微控制器模块连接。外部存储模块扩展出5路片选信号，5路片选信号分别为CS1、CS2、CS3、CS4、CS5，外部存储模块分别使用片选信号CS1和片选信号CS3扩展外部FLASH和标准SD接口，所使用地址宽度为A0~A23，数据宽度为D0~D15，外部FLASH采用三星512Mbyte工业级NAND FLASH芯片K9F1G08U0D。同时通过OMAPL138的接口DDR2接口实现OMAPL138与不同SDRAM存储器设备的连接，外部SDRAM存储器采用镁光128Mbyte工业级DDR2芯片MT47H64M16HR-25EIT:H，所使用地址宽度为A0~A13，数据宽度为D0~D15。

接口模块包括串口、以太网接口、USB接口；串口包括RS233串口、RS485串口。串口主要用于设备调试，属于内部开发调试使用，通过MAX3232串口电平转换芯片得到RS233串口，通过ISO3082DW串口转换芯片得到RS485串口；以太网主要用于设备通信、数据传输，采用SMSC的LAN8710网卡芯片，可以自适应10/100M网络，内部已经包含了耦合线圈，因此不必另接网络变压器，使用普通的直连或交叉网线至路由器或者交换机；USB主要应用于各种不同设备或移动设备间的连接，进行数据交换，实现USB Host1.1接口，与普通PC的USB接口一致，可以接键盘、鼠标、U盘等常见USB外设。

输入输出模块包括按键、指示灯和LCD模块；按键、指示灯用于实现数据输入，LCD模块用于实现数据输出。按键设计有13路按键，指示灯设计有3路指示灯，可满足数字、字母、确定/取消等功能数据输入。LCD模块采用群创7寸TFT液晶屏模块AT070TN83，可实现与OMAPL138的连接。

辅助模块包括时钟单元、系统配置单元、电源电量检测单元；时钟单元用于提供时钟数据；系统配置单元用于配置系统参数；电源电量检测单元用于检测电源的电量剩余情况。时钟单元包括OMAPL138芯片内部自带RTC时钟控制器和实时时钟芯片DS1307，OMAPL138芯片内部自带RTC时钟控制器可以在底板装上电池即可使用，实时时钟芯片DS1307可以记录年、月、日、时、分、秒等信息。系统配置单元采用配置有I2C总线接口和EEPROM的AT24C02C芯片，容量为256Bytes，地址是0xA0。电源电量检测单元采用电池电量测量芯片LTC2943，可直接测量5V电池，实现1%以内的电荷、电压、电流和温度测量准确度。上述芯片功能均采用I2C总线实现通信。

电源模块提供装置所需的电源，采用5V和3.3V供电，包括3个DC-DC电压转换单元，DC-DC电压转换单元包括转换率高的DC-DC核心电压转换电源芯片，可实现本实用新型低功耗的功能。

本实用新型的工作原理为：由微控制器模块控制同步采样模块，启动采集采样三相电压电流信号，采集的数据存于外部存储模块的SDRAM存储器，达到数据分析长度后由微控制器模块进行电能质量指标计算分析，将分析结果存储于外部存储模块的FLASH，最后由微控制器模块接收外部命令将电能质量指标分析结果通过接口模块上传至电能质量监测装置在线比对系统，输入输出模块及辅助模块主要用于配置设置、数据导出、状态显示等作用，电源模块为整个装置提供各模块所需的工作电源。电能质量监测装置在线比对系统包括网络交换机，检测主机，被检的电能质量监测装置和本实用新型分别通过以太网与网络交换机连接，网络交换机通过以太网与检测主机连接，被检的电能质量监测装置、本实用新型、网络交换机支持精密时钟同步协议IEEE1588。在现场检定的情况下，被检的电能质量监测装置和本实用新型的同步采样模块连接至同一监测点，同时获取监测点的电能质量数据，通过微控制器模块的IEEE1588协议完成与被检的电能质量监测装置进行精密时钟同步授时，利用IEC61850通信规约实现数据传输，微控制器模块将同步采样模块采样得到的电能质量数据进行计算处理得到各项电能质量指标，然后本实用新型和被检的电能质量监测装置将获得的电能质量指标数据上传至检测主机。检测主机对被检的电能质量监测装置和本实用新型获取监测点的电能质量数据的各项电能质量指标进行在线比对精度差异，如此则完成了与被检的电能质量监测装置在线比对，从而实现对被检的电能质量监测装置的检定。

本实用新型不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。