一种高精度三相电能在线计量检定装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力计量检定领域，具体涉及一种高精度三相电能在线计量检定
目.0
【背景技术】
[0002]随着经济的快速发展，各行各业对电力的需求越来越大，电能表作为供电企业和用电客户交易的凭证，其准确性直接关系到双方的经济利益以及电力交易的公平性。目前我国使用的三相电能表等级一般为0.5级或0.2级，其校验方式一般采用离线方式，在特定负荷下进行准确度评价，而特定负荷不能够很好地模拟现场负荷的实际情况，校验的准确性和可靠性较差。电能表在长期使用过程中以及在特殊负荷(波动负荷、冲击负荷)下的计量准确性会受到影响，可靠性及计量准确性下降。
[0003]现有电能表能否满足现场计量的要求需要进行在线校验。因此，需要一种高精度的可以在线计量及校验的三相电能计量装置，满足现场电能计量以及电能表校验需求。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型根据现有技术的不足提供一种高精度三相电能在线计量检定装置，计量准确性等级高于0.05级，具有高可靠性、高精度等特点。
[0005]本实用新型的技术方案:一种高精度三相电能在线计量检定装置，包括电源管理系统、数据采集系统、FPGA数据分析系统和ARM信息显示及通讯系统，其特征在于:所述电源管理系统分别与数据采集系统、FPGA数据分析系统和ARM信息显示及通讯系统连接并提供电源，数据采集系统采集信号输送到与之连接的FPGA数据分析系统上，FPGA数据分析系统将计算分析后的信号输送到与之连接的ARM信息显示及通讯系统上，FPGA数据分析系统上还连接有温度传感器和电能脉冲装置，ARM信息显示及通讯系统上连接有键盘控制系统、以太网接口、232串口通讯和液晶显示屏。
[0006]所述电源管理系统包括220V开关电源、电池模块、线性电源转换模块和高频开关电源模块，220V开关电源连接电池模块并为其充电，线性电源转换模块和高频开关电源模块并联且通过单刀双掷开关连接电池模块或220V开关电源。
[0007]所述数据采集系统包括A/D数据采集系统，电压传感器通过电压信号调理电路与A/D数据采集系统连接，电流互感器通过电流信号调理电路与A/D数据采集系统连接，电流钳节点通过电流钳信号调理电路与A/D数据采集系统连接。
[0008]所述A/D数据采集系统采用的A/D转换器为24位转换器。
[0009]本实用新型的技术效果:该装置采用24位A/D芯片、高性能FPGA以及ARM进行数据采集、计算及显示。装置准确度在不同环境温度下的漂移通过温度补偿系统进行了矫正。装置的计量准确性等级高于0.05级，具有高可靠性、高精度等特点，满足了三相电能在线高精度计量及现场电能表校验的需求。
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型整体结构示意图；
[0011]图2是本实用新型电源管理系统示意图；
[0012]图3是本实用新型数据采集系统示意图。
[0013]图中标号分别表示:1 一电源管理系统，2—数据采集系统，3—FPGA数据分析系统，4一ARM彳目息显不及通讯系统，5一温度传感器，6一键盘控制系统，7一电能脉冲装置，8一以太网接口，9一232串口通讯，10—液晶显示屏，11—220V开关电源，12—电池模块，13—电源转换模块，14一高频开关电源模块，21 —电压传感器，22 —电流互感器，23—电流钳节点，24一电压彳目号调理电路，25一电流彳目号调理电路，26一电流钥'彳目号调理电路，27一A/D数据采集系统。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本实用新型进一步说明:
[0015]如图1至图3所示，一种高精度三相电能在线计量检定装置，包括电源管理系统1、数据采集系统2、FPGA数据分析系统3和ARM信息显示及通讯系统4，其特征在于:所述电源管理系统I分别与数据采集系统2、FPGA数据分析系统3和ARM信息显示及通讯系统4连接并提供电源，数据采集系统2采集信号输送到与之连接的FPGA数据分析系统3上，FPGA数据分析系统3将计算分析后的信号输送到与之连接的ARM信息显示及通讯系统4上，FPGA数据分析系统3上还连接有温度传感器5和电能脉冲装置7，ARM信息显示及通讯系统4上连接有键盘控制系统6、以太网接口 8、232串口通讯9和液晶显示屏10。
[0016]所述电源管理系统I包括220V开关电源11、电池模块12、线性电源转换模块13和高频开关电源模块14，220V开关电源11连接电池模块12并为其充电，线性电源转换模块13和高频开关电源模块14并联且通过单刀双掷开关连接电池模块12或220V开关电源
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[0017]所述数据采集系统2包括A/D数据采集系统27，电压传感器21通过电压信号调理电路24与A/D数据采集系统27连接，电流互感器22通过电流信号调理电路25与A/D数据采集系统27连接，电流钳节点23通过电流钳信号调理电路26与A/D数据采集系统27连接。
[0018]所述A/D数据采集系统27采用的A/D转换器为24位转换器。
[0019]本实用新型通过以下方式来实现:
[0020]步骤一:信号采集系统由电压传感器、电流传感器、电流钳节点、信号调理电路以及A/D采集系统组成。为了满足装置准确度的要求，传感器的准确度等级要求不小于0.02级。信号调理电路以及A/D采集系统的误差小于I。
[0021](I)电压传感器采用高精度的电阻分压传感器，将输入的电压信号采用线性衰减到信号调理电路所允许的信号范围。为了减小电压传感器间的电磁干扰，采用导磁率高的金属进行屏蔽，该屏蔽体采用单点接地方式连接到PE端。
[0022](2)电流传感器采用互感线圈方式将O?120A大电流转换到O?IA的小电流，然后通过高精密电阻进行电流电压转换。电流互感器需采用全金属屏蔽方式，减小不同线圈间及外界的电磁干扰。
[0023](3)信号调理电路采用高精度的仪用放大器，采用差分输入方式，消除信号中的共模干扰，将输入信号调理到A/D转换所需要的信号范围。信号调理电路输出的信号需经过抗混叠滤波，然后输入到A/D转换器中。
[0024](4) A/D采集系统采用2片高精度的多通道的24位A/D分别对电压、电流信号以及电流钳信号进行采集。A/D采集系统采样频率为25.6k，为了保证采集的同步性采用统一的脉冲进行触发，转换结果通过并口传输到FPGA中。该芯片的采集及时钟控制由FPGA完成。
[0025]步骤二:FPGA数据分析系统对采集的电压、电流信号进行分析，计算相应的电参数。根据各路测量信号的标定的系统误差，采用误差修正方法，将消除各路测量信号中的系统误差。通过采集装置内的温度测量装置，通过离线分析温度对各路测量信号的影响，采用温度误差修正方式对各个传感器以及信号调理电路的温漂进行校准，减小温漂对测量信号准确性的影响。利用相应的算法对所需要计量的电压、电流、视在功率、有功功率、无功功率、频率、相位角以及谐波等参数进行计算。当装置工作在计量工作模式下时FPGA将计算的电能采用脉冲的方式进行输出；工作在检定模式时对输入的脉冲进行计数。
[0026]步骤二:ARM彳目息显不及通彳目系统主要功能是通彳目、显不和控制。ARM主要米用winCE系统，通过SPI方式与FPGA进行通信，将FPGA计算的参数传输到ARM中，并将键盘控制及操作命令传输到FPGA中。ARM还可以通过以太网口以及232串口接收其它终端传输过来的命令以及将信息传输到其它终端。ARM通过液晶显示屏显示计量或者检定的结果。ARM通过与时间模块进行通信，精确获得系统时间。电源管理系统是系统设计的重点:该系统模块提供精确的电源。系统采用单相220V供电，当存在外接电源时，通过开关电源模块给系统供电；当无外接电源时，采用14.7V电池给系统供电。电源设计结构图如图2所示。通过开关电源模块得到系统输入所需要的15V电源，该电源既可以为电池充电，也可以为其它电源供电。采用单刀双掷开关进行开关电源与电池模块之间的切换。线性电源模块模拟电路提供±12V和5V，而高频开关电源为数字电路提供5V、3.3V以及1.2V电源，针对不同模块采用不同的电源信号。在地线的抗干扰设计中，模拟地和数字地分开，集中在某点采用0Ω电阻连接。
【主权项】
1.一种高精度三相电能在线计量检定装置，包括电源管理系统(I)、数据采集系统(2)、FPGA数据分析系统(3)和ARM信息显示及通讯系统(4)，其特征在于:所述电源管理系统(I)分别与数据采集系统(2)、FPGA数据分析系统(3)和ARM信息显示及通讯系统(4)连接并提供电源，数据采集系统(2)采集信号输送到与之连接的FPGA数据分析系统(3)上，FPGA数据分析系统(3)将计算分析后的信号输送到与之连接的ARM信息显示及通讯系统(4)上，FPGA数据分析系统(3)上还连接有温度传感器(5)和电能脉冲装置(7)，ARM信息显示及通讯系统⑷上连接有键盘控制系统(6)、以太网接口⑶、232串口通讯(9)和液晶显示屏(10)。2.根据权利要求1所述的一种高精度三相电能在线计量检定装置，其特征在于:所述电源管理系统⑴包括220V开关电源(11)、电池模块(12)、线性电源转换模块(13)和高频开关电源模块(14)，220V开关电源(11)连接电池模块(12)并为其充电，线性电源转换模块(13)和高频开关电源模块(14)并联且通过单刀双掷开关连接电池模块(12)或220V开关电源(11)。3.根据权利要求1所述的一种高精度三相电能在线计量检定装置，其特征在于:所述数据采集系统(2)包括A/D数据采集系统(27)，电压传感器(21)通过电压信号调理电路(24)与A/D数据采集系统(27)连接，电流互感器(22)通过电流信号调理电路(25)与A/D数据采集系统(27)连接，电流钳节点(23)通过电流钳信号调理电路(26)与A/D数据采集系统(27)连接。4.根据权利要求3所述的一种高精度三相电能在线计量检定装置，其特征在于:所述A/D数据采集系统(27)采用的A/D转换器为24位转换器。
【专利摘要】本实用新型提供一种高精度三相电能在线计量检定装置，电源管理系统分别与数据采集系统、FPGA数据分析系统和ARM信息显示及通讯系统连接并提供电源，数据采集系统采集信号输送到与之连接的FPGA数据分析系统上，FPGA数据分析系统将计算分析后的信号输送到与之连接的ARM信息显示及通讯系统上，FPGA数据分析系统上还连接有温度传感器和电能脉冲装置，ARM信息显示及通讯系统上连接有键盘控制系统、以太网接口、232串口通讯和液晶显示屏，装置准确度在不同环境温度下的漂移通过温度补偿系统进行了矫正，计量准确性等级高于0.05级，具有高可靠性、高精度等特点，满足了三相电能在线高精度计量及现场电能表校验的需求。
【IPC分类】G01R35/04
【公开号】CN204758814
【申请号】CN201520378632
【发明人】申莉, 毕伟, 叶利, 舒开旗, 甘依依, 李俊, 李帆, 汪司珂
【申请人】国家电网公司, 国网湖北省电力公司电力科学研究院
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月3日