基于通信链路状态自检的数字化电能表的制作方法

本实用新型涉及一种基于通信链路状态自检的数字化电能表，属于电力系统智能变电站数字化计量技术领域。

背景技术：

目前，智能变电站以及数字化变电站的发展已经进入到大面积工程应用阶段，随着电子式互感器、合并单元以及智能单元的大量应用，数字量传输已经成为智能变电站采样值传输的主要方式。数字化电能表作为智能变电站的计量设备，其计量准确性、可靠性与安全性直接影响着智能变电站的推广与运行。现有的智能变电站数字化计量在运行过程中存在着一些电量不平衡的现象，现场一直都无从查起，电能表试验一切正常，这就给数字化电能表的在线检测提出了技术要求。数字化传输区别与模拟量传输的主要是在于数字量传输是一种值域稳定而时域离散的传输模式，所以其电能表的计量精度以及可靠性是由其通信链路来进行保障的，而数字化电能表的在线检测主要就是集中在通信链路的状态自检上面。

目前在运行的数字化电能表大都是仅仅实现数字化计量功能，通过光纤以太网接口读取来自于合并单元的IEC61850-9-2的数字量报文然后实现计量功能计算，可以实现报文自检，但并没有关于通信链路完整的检测。而数字化计量可靠性的影响因数主要是光功率降低、交换机的交换延时等原因造成的报文误码、丢帧、延时过长等可能会造成计量精度偏差。

所以从目前现状来看，需要一种能够实现通信链路自检的利用硬件的自检功能实现数字化电能表通信链路的自检从而提高数字化计量的可靠性以及准确性。

技术实现要素：

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种基于通信链路状态自检的数字化电能表。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于通信链路状态自检的数字化电能表，包括：光纤收发器，所述光纤收发器用于接收来自合并单元的光信号，并转化为电信号发送至PHY芯片；同时检测光信号功率值并存放至EEPROM中；EEPROM通过I2C总线与FPGA控制器相连接，用于将检测光信号功率值发送给FPGA控制器；所述PHY芯片另一端与FPGA控制器相连接，用于将IEC61850-9协议报文的电信号发送给FPGA控制器；所述FPGA控制器将IEC61850-9协议报文的电信号打上时标，并发送给PowerPC控制器，再将光信号功率值解析出的电流、电压数据，并将电流、电压数据及光信号功率值发发送给PowerPC控制器；所述PowerPC控制器用于读取电流电压数字量以及光功率值后，进行报文自检后，进行电量计算，并控制液晶面板对计算结果及光功率值信息进行显示。

作为优选方案，所述光纤收发器采用ASF85-24-X2-D光模块。

作为优选方案，所述PHY芯片采用LXT971A网络通讯接口。

作为优选方案，所述FPGA控制器采用XC3SD1800A现场可编程门阵列。

作为优选方案，所述PowerPC控制器采用MPC8247控制器。

作为优选方案，所述液晶面板采用MST-G240128DYSY液晶模块。

有益效果：本实用新型提供的基于通信链路状态自检的数字化电能表，为了提高智能变电站以及数字化变电站数字化计量的准确性与可靠性，并针对目前现有数字化电能表以及数字量传输的技术现状，开发出一套基于通信链路状态自检的数字化电能表，以满足电力系统用户对于智能变电站对于数字化计量准确性以及可靠性的需求。

为了解决智能变电站数字化电能异常难以检查的难题，针对智能变电站以及数字化变电站数字化采样的特点，符合IEC61850-9协议的规定，为了满足各个厂家数字量的数字化报文输出的差异性，所以本装置具有以下技术特征：

1、自适应性，按照IEC61850-9协议，模拟量传输是按照以太网协议格式传输，不需要导入系统模型自动解析IEC61850-9协议格式。

2、实时性好，采用FPGA同时采集电流电压值以及实时光功率值并打在同一个帧报文格式中，不会导致光功率检测的滞后性，为后端电量处理提供方便。

3、实时光功率检测，采用带光功率自检的光纤收发器，无需额外搭建光功率检测回路，简化数字化电能表的设计。

4、不改变原有数字化电能表的架构，不影响原有数字化电能表的计量性能。

5、具有光功率检测的后端补偿机制，不受偶尔一帧报文异常干扰的影响，不会增加现场运维人员的检修负担。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图1所示，一种基于通信链路状态自检的数字化电能表，包括：光纤收发器，光纤收发器用于接收来自合并单元的光信号，并转化为电信号发送至PHY芯片；同时检测光信号功率值并存放至EEPROM中；EEPROM通过I2C总线与FPGA控制器相连接，用于将检测光信号功率值发送给FPGA控制器；所述PHY芯片另一端与FPGA控制器相连接，用于将IEC61850-9协议报文的电信号发送给FPGA控制器；所述FPGA控制器将IEC61850-9协议报文的电信号打上时标，并发送给PowerPC控制器，再将光信号功率值解析出的电流、电压数据，并将电流、电压数据及光信号功率值发发送给PowerPC控制器；所述PowerPC控制器用于读取电流电压数字量以及光功率值后，进行报文自检后，进行电量计算，并控制液晶面板对计算结果及光功率值信息进行显示。

所述光纤收发器采用ASF85-24-X2-D光模块。ASF85-24-X2-D光模块接收IEC61850-9协议报文并转换成电信号发送给PHY芯片，同时，ASF85-24-X2-D光模块内置数字检测电路，可对输入光信号的光功率进行实时监测，并提供I2C的数字接口将监测信息上送。

所述PHY芯片采用Intel公司的LXT971A网络通讯接口。LXT971A符合IEEE标准，支持100Mb/s光纤接口。

所述FPGA控制器采用XILINX公司的XC3SD1800A现场可编程门阵列，用于接收并解析来自PHY芯片的以太网报文并打上精确时标，并接收来自光纤收发器的光功率监测信息，将解析出的电流、电压数据及光功率值发送给主控芯片MPC8247。

所述PowerPC控制器采用Freescale公司的MPC8247控制器。MPC8247由CPU和CPM双核组成，内置硬件乘法器，支持浮点功能。MPC8247读取电流电压数字数据以及光功率值后，进行报文自检及电量计算，并控制液晶面板对计算结果及光功率值等信息进行显示。

所述液晶面板采用TRULY公司的MST-G240128DYSY液晶模块，用于实现电能量、告警信息、事件报文等信息的显示。

实施例：

本实用新型为智能变电站数字化计量的通信链路的在线自检而开发的，通过光纤以太网接收来自电子式互感器合并单元的IEC61850-9协议，光纤收发器中集成了光纤收发模块与光功率检测模块。光纤收发模块接收来自于9-2协议并将数据发给PHY芯片，PHY芯片进行以太网解包后将数据发送至FPGA，FPGA接收来自PHY芯片的以太网报文并打上精确时标，同时虚拟一个I2C的总线接口读取光纤收发器内EEPROM的光功率值。将数据打包后发送至PowerPC，PowerPC完成电能量计算同时根据报文时标以及光功率值完成通信链路自检工作。

如图2所示，本实用新型工作过程具体步骤如下：

步骤1：光纤收发器接收来自合并单元的光信号。将完成光转电后将电信号发送至PHY芯片，同时检测光功率值并虚拟一个EEPROM的内存，将实时光功率值存放至EEPROM。

步骤2：PHY芯片读取光纤收发器的模拟信号后转换成数字信号。并以总线方式送至FPGA芯片。

步骤3：FPGA芯片从总线上读取PHY芯片的电流、电压数字信号，并打上时标，同时通过I2C的总线读取这一帧报文的光功率值。将电流电压值以及此刻的光功率值打在同一帧报文内上送至POWERPC。

步骤4：主芯片POWERPC读取电流电压数字量以及光功率值后，进行报文自检后，进行电量计算。

步骤5：报文、光功率自检逻辑。

步骤6：POWERPC根据这些状态量来进行电量补偿，并告警。

步骤7：将告警报文按IEC61850 MMS协议格式上送，并点亮液晶面板告警灯。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。