一种数字式标准电能表的制作方法

本实用新型涉及机电技术领域，尤其涉及一种数字化电能计量技术中的数字式标准电能表。

背景技术：

我国变电站自动化技术经过多年的发展，技术已基本成熟。随着数字化技术的发展，大量的电子式电流互感器和电子式电压互感器在新的数字化变电站得到大量的应用。 2009年国家电网公司一系列数字化变电站技术标准的制定标志着数字化变电站建设已由科技项目走向工程实践阶段。2011年更是开始了智能变电站的建设。随着我国智能变电站建设的开始，光纤式互感器在智能变电站内的应用也越来越多，伴随着智能电网建设步伐的加快，电网电能的计量正快速向自动化、信息化、互动化方向发展。作为智能电能计量产品的光纤式电能表也得到大量的应用。

数字式电能表经由光纤以太网接收电子式互感器及其合并单元的光纤数据，实现数字化互感器的电能计量，在数据采集和数据分析计量上已与传统电能表有了质的区别；而在电能表的计量功能、显示功能、数据输出、脉冲输出等方面，又必须符合国内对于电能表的技术要求；从计量管理的角度，电能表的现场检测作为电能表管理的一个环节，是必不可少的。研发高质量、高性能的数字式标准电能表是今后技术的发展趋势，现有的数字式电能表不能定量分析数字化计量各影响因素对数字化计量准确度的影响，不能对采集的电参量数据进行分析和处理，为了解决此问题，研发了一种数字式标准电能表。

技术实现要素：

本申请提供一种数字式标准电能表，以解决现有的数字式电能表不能定量分析数字化计量各影响因素对数字化计量准确度的影响，不能对采集的电参量数据进行分析和处理的问题。

本申请实施例提供一种数字式标准电能表，包括光纤通信器、中央处理器、串行通信器、同步信号协调器、电源、脉冲采集器、数字式计量器、功率放大器、D/A数模转换器、以太网通讯器、上位机、A/D模数转换器、电压表和电流表，所述电压表的输出端与所述A/D模数转换器的输入端电连接，所述电压表将采集的电压数据传输至所述 A/D模数转换器，所述电流表的输出端与所述A/D模数转换器的输入端电连接，所述电流表将采集的电流数据传输至所述A/D模数转换器，所述A/D模数转换器的输出端与所述光纤通信器的输入端电连接，所述A/D模数转换器将数字信号传输至所述光纤通信器，所述光纤通信器的输出端与所述中央处理器的输入端电连接，所述光纤通信器将数据信号传输至所述中央处理器，所述中央处理器的输出端与所述以太网通讯器的输入端电连接，所述中央处理器将检测数据传输至所述以太网通讯器，所述以太网通讯器的输出端与所述上位机的输入端电连接，所述以太网通讯器将检测数据通过以太网传输至所述上位机，所述中央处理器的输出端与所述D/A数模转换器的输入端电连接，所述中央处理器将数字信号传输至所述D/A数模转换器，所述D/A数模转换器的输出端与所述功率放大器的输入端电连接，所述D/A数模转换器将模拟信号传输至所述功率放大器，所述功率放大器的输出端与所述数字式计量器的输入端电连接，所述功率放大器将模拟信号放大后传输至所述数字式计量器，所述脉冲采集器的输出端与所述数字式计量器的输入端电连接，所述脉冲采集器将脉冲数据传输至数字式计量器，所述中央处理器的输出端与所述脉冲采集器的输入端电连接，所述脉冲采集器将脉冲数据传输至所述中央处理器，所述中央处理器的输入端分别与所述同步信号协调器的输出端和所述电源的输出端电连接，所述电源将电能传输至所述中央处理器，所述同步信号协调器将信号传输至所述中央处理器。

可选的，所述中央处理器包括微处理器、时序控制器、快闪存储器、同步动态随机存储器、RS接口器、以太网控制器、串行外设接口、中断标志寄存器和监测器，所述微处理器分别与所述时序控制器、所述快闪存储器、同步动态随机存储器、RS接口器、以太网控制器、串行外设接口、中断标志寄存器和监测器电连接。

可选的，所述微处理器201的型号为MPC8247。

可选的，所述时序控制器202的控制芯片的型号为DS1306。

可选的，所述以太网通讯器10的型号为AFBR 5803ATZ。

由以上技术方案可知，本申请本数字式标准电能表芯片是中央处理器，通过电流表和电压表采集电流、电压、相位角(矢量)，由A/D模数转换器，将模拟量转换为数字量，通过光纤通信器和串行通信器传输给电表中央处理器，由中央处理器完成成有功和无功电量发出脉冲信号再和数字式电能表的脉冲信号比对，完成误差计算，并完成计量。 D/A数模转换器是将数字信号转换为模拟信号，可以和现有技术中常规电流、电压进行比对。上位机通过以太网通信器连接中央处理器，控制数字信号的计算、收发和检测，实用新型所述的数字式标准电能表可以定量分析数字化计量各影响因素对数字化计量准确度的影响，可以对采集的电参量数据的分析和处理。本实用新型具有：电压幅值准确度、电流幅值准确度、电压幅频特性、电流幅频特性好，质量高，输出总谐波畸变率小于0.5％，带负载能力较好。

附图说明

为更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的系统结构示意图；

图2为本申请实施例提供的中央处理器结构示意图。

附图说明：1、光纤通信器，2、中央处理器，201、微处理器，202、时序控制器， 203、快闪存储器，204、同步动态随机存储器，205、RS232接口器，206、以太网控制器，207、串行外设接口，208、中断标志寄存器，209、监测器，3、串行通信器，4、同步信号协调器，5、电源，6、脉冲采集器，7、数字式计量器，8、功率放大器，9、D/A 数模转换器，10、以太网通讯器，11、上位机，12、A/D模数转换器，13、电压表，14、电流表。

具体实施方式

请参阅图1、图2，为本申请实施例提供的一种数字式标准电能表，包括光纤通信器 1、中央处理器2、串行通信器3、同步信号协调器4、电源5、脉冲采集器6、数字式计量器7、功率放大器8、D/A数模转换器9、以太网通讯器10、上位机11、A/D模数转换器12、电压表13和电流表14，所述电压表13的输出端与所述A/D模数转换器12的输入端电连接，所述电压表13将采集的电压数据传输至所述A/D模数转换器12，所述电流表14的输出端与所述A/D模数转换器12的输入端电连接，所述电流表14将采集的电流数据传输至所述A/D模数转换器12，所述A/D模数转换器12的输出端与所述光纤通信器1的输入端电连接，所述A/D模数转换器12将数字信号传输至所述光纤通信器1，所述光纤通信器1的输出端与所述中央处理器2的输入端电连接，所述光纤通信器1将数据信号传输至所述中央处理器2，所述中央处理器2的输出端与所述以太网通讯器10 的输入端电连接，所述中央处理器2将检测数据传输至所述以太网通讯器10，所述以太网通讯器10的输出端与所述上位机11的输入端电连接，所述以太网通讯器10将检测数据通过以太网传输至所述上位机11，所述中央处理器2的输出端与所述D/A数模转换器 9的输入端电连接，所述中央处理器2将数字信号传输至所述D/A数模转换器9，所述 D/A数模转换器9的输出端与所述功率放大器8的输入端电连接，所述D/A数模转换器 9将模拟信号传输至所述功率放大器8，所述功率放大器8的输出端与所述数字式计量器 7的输入端电连接，所述功率放大器8将模拟信号放大后传输至所述数字式计量器7，所述脉冲采集器6的输出端与所述数字式计量器7的输入端电连接，所述脉冲采集器6将脉冲数据传输至数字式计量器7，所述中央处理器2的输出端与所述脉冲采集器6的输入端电连接，所述脉冲采集器6将脉冲数据传输至所述中央处理器2，所述中央处理器2 的输入端分别与所述同步信号协调器4的输出端和所述电源5的输出端电连接，同步信号协调器4主要是将数字信号准确和时间对应，减小误差，电源5是提供供电，使数字式标准表正常运行，所述电源5将电能传输至所述中央处理器2，所述同步信号协调器4 将信号传输至所述中央处理器2。电源5采用开关电源模块设计，电源模块的性能要求如下：输入电压：220V，交直流两用，输入电压范围：-120％--+120％UN。输出电压： 5V偏差范围：4.85－－－5.15V。输出电流：2A，电源5是提供供电，使数字式标准表正常运行。

中央处理器2最核心器件是Freescale公司生产的具有32位RISC嵌入式双处理器结构的PowerPC系列芯片MPC8247，CPU工作时钟为66MHz；同时采用两片 MT48LC4M16A2芯片外扩16Mx32bit的SDRAM；采用一片AM29LV081B外扩 8MbitFLASH，用来固化程序；另外还包括SPI总线、WATCHDOG回路以及大量的接收控制口线，构成一个小型嵌入式的计算机系统，来完成数据处理和分析及相应的通信、控制功能。

在智能变电站建设中，电子式互感器3和其他的站内光纤通信一般采用多模850nm 光纤，数字式计量(测量)整体测试仿真系统的光纤通信器1也采用这种模式，选用AVAGO 公司的AFBR 5803ATZ作为主要元件来实习光纤信号的接收和发送。

脉冲采集器6，对数字化电能表的电能计量的准确性检测，根据电能表的检测规程，一般都是通过检测低频校验脉冲的方式来实现。数字式计量(测量)整体测试仿真系统须设计有脉冲输入回路来接收被检测电能表的低频校验脉冲，根据电能表校验脉冲的特点，脉冲输入回路必须为有源设计。

为了实现装置自身的准确性检定，需要把装置自身累积的电能以脉冲形式发送至更高精度等级的标准表，标准表通过计数单位时间内的脉冲数(对应电表电能计量值)与自身的电能累积量比较，得到装置电能计量的精度等级，装置设计有脉冲输出回路，为防止引入外部干扰，在脉冲输出端口设计有光耦进行隔离。

以太网通讯器10数字式计量(测量)整体测试仿真系统通过以太网通讯器10与上位机进行通信，实现上位机对装置的控制和仿真系统数据的人机交互。在硬件上以太网通讯器10直接使用MPC8247的以太网通信口，接口采用RJ45接口和专用通信线缆。

串行通信器3，数字式计量(测量)整体测试仿真系统通过串行通信器3发送电子式互感器采集器的仿真数据，接收FT3数据，实现测试仿真系统和合并单元的串行数据通讯。在硬件上串行通信器3直接使用MPC8247的串行通信口，接口采用AVAGO公司的专用光纤接口元件接口和专用通信光纤。

AD模数转换器12主要完成对模拟量电流电压的采集，该功能通过美信公司的专业 AD数据转换芯片来实现，同时具备模数转换的前置数据处理回路，如滤波回路等。

D/A数模转换器9主要完成模拟量电流电压的输出，该功能通过专业D/A输出数据转换芯片来实现。

功率方大器8主要完成模拟量小电压输出到大电流电压的功率放大，该功能通过专门研制的功率方大器8来实现。

所述中央处理器2包括微处理器201、时序控制器202、快闪存储器203、同步动态随机存储器204、RS232接口器205、以太网控制器206、串行外设接口207、中断标志寄存器208 和监测器209，所述微处理器201分别与所述时序控制器202、所述快闪存储器203、同步动态随机存储器204、RS232接口器205、以太网控制器206、串行外设接口207、中断标志寄存器208和监测器209电连接。

所述微处理器201的型号为MPC8247，中央处理器2采用Freescale公司的MPC8247嵌入式微处理器，该处理器属于PowerQUICC II系列，包含一个基于PowerPC MPC603e的内核，和一个通信处理内核CPM。CPU工作时钟为66MHz；同时采用两片MT48LC4M16A2芯片外扩 16Mx32bit的SDRAM；采用一片AM29LV081B外扩8MbitFLASH，用来固化程序；另外还包括SPI 总线、WATCHDOG回路以及大量的接收控制口线，构成一个小型嵌入式的计算机系统，来完成数据处理和分析及相应的通信、控制功能。

所述时序控制器202的控制芯片的型号为DS1306，本系统CPU时钟采用DALLAS公司的实时时钟芯片DS1306，DS1306采用外接后备电源和外接晶体振荡器输出和闹钟中断申请功能，与主控器件的最少连接线为11方式或串行外围接口207方式。

所述以太网通讯器10的型号为AFBR 5803ATZ，AFBR 5803ATZ为用于快速以太网 (100Base-FX)/ATM/FDDI的125MBd MMF收发器。

由以上技术方案可知，本申请的工作原理及工作顺序，本实用新型所述的数字式标准电能表可以定量分析数字化计量各影响因素对数字化计量准确度的影响，可以对采集的电参量数据的分析和处理。现有技术中数字设备体积大、成本高，不利于携带。本实用新型相比现有技术，具有：电压幅值准确度、电流幅值准确度、电压幅频特性、电流幅频特性好，质量高，输出总谐波畸变率小于0.5％，带负载能力较好。数字式标准电能表芯片是中央处理器2，通过电流表14和电压表13采集电流、电压、相位角(矢量)，由A/D模数转换器12，将模拟量转换为数字量，通过光纤通信器1和串行通信器3传输给电表中央处理器2，由中央处理器2完成有功和无功电量发出脉冲信号再和数字式电能表的脉冲信号比对，完成误差计算，并完成计量。D/A数模转换器9是将数字信号转换为模拟信号，可以和现有技术中常规电流、电压进行比对。上位机11通过以太网通信器10连接中央处理器2，控制数字信号的计算、收发和检测。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。