具有模拟量和数字量双路输出的动态畸变负荷功率源的制作方法

本实用新型属于电测仪器仪表领域，涉及电能计量表的校验测试仪器，具体为具有模拟量和数字量双路输出的动态畸变负荷功率源。

背景技术：

随着电力电子技术的发展及电力电子技术在各行各业中的应用，非线性、非周期性、冲击性以及波动性电力负荷大量增加，使电网中的动态畸变负荷容量越来越大，数量越来越多，而电网在实际运行状况下的负荷常常不是稳态的，而且畸变越来越大、波动规律不统一，而传统电能表的测试条件一般要求稳态功率源，波动负载下的计量精度往往得不到考核，而实际运行状况下的负荷常常不是稳态的，这就有可能造成这样的情况：电能表在实验室首检合格，挂网运行后检定不合格，拆下来送到实验室检定又是合格的。可见电能计量装置的准确性与合理性，直接关系到发、供、用电三方的经济利益。提高动态畸变负荷条件下的电能计量的准确度，是电力发、供、用电三方的共同的需要，也是复杂负荷条件下的科学、公平、合理计量原则的具体体现，因此，行业相关标准建议对电能表的测试需要增加非线性测试波形。尤其是随着智能站的发展，现场波形既有模拟波形也有数字波形，而这些数字波形并无专业的测试仪器，目前电能行业也无法解决数字非线性负载测试问题。

目前的现有技术中，一种动态畸变负荷测试系统（201710592259.3）是将上位机通过通讯控制器与内核存储器连接，使得用户可以根据实际需要预先将预置的动态波形在上位机下发至内核存储器，并由信号发生器从内核存储器中提取动态波形并进行拟合输出，此时输出的信号为模拟信号。同理一种基于高速DMA拟合的动态畸变功率源（201720725802.8）输出信号也是模拟信号，对于智能站输出的数字信号情况下，无法测试动态畸变负荷下的电能误差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有的电能计量表的校验测试仪器或系统无法产生数字非线性波形，从而导致电能计量表的测试仪器或系统在数字波动负载下的计量精度不准确的问题，提供了具有模拟量和数字量双路输出的动态畸变负荷功率源。

本实用新型解决其技术问题的技术方案是：具有模拟量和数字量双路输出的动态畸变负荷功率源，包括主控制器、DSP模块、人机交互模块、信号输出模块和存放有现场录制的实际波形数据的硬盘；所述人机交互模块与主控制器相连接；主控制器与硬盘双向通信；所述主控制器与DSP模块通过16条并行总线相连接；所述信号输出模块包括模拟信号输出模块和数字信号输出模块，所述模拟信号输出模块包括D/A转化器和功率放大器，D/A转化器的输出端连接至功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端为信号输出模块的模拟信号输出端；所述数字信号输出模块包括协议打包模块、网络接口模块和光通讯模块，所述协议打包模块的输出端通过网路接口模块连接至光通讯模块的输入端，所述光通讯模块的输出端为信号输出模块的数字信号输出端；所述DSP模块的信号输出端分别连接至D/A转化器和协议打包模块的信号输入端。

优选的，还包括USB接口，所述USB接口与主控制器间双向通信。主控制器可以将外部移动硬盘或是U盘内保存的现场录制的实际波形数据转存至主控制硬盘内。

优选的，所述人机交互模块包括按键模块和显示模块，主控制器与按键模块以及显示模块间均单向通信。

优选的，所述主控制器的型号为STM32F429IGT6。

优选的，所述DSP模块的型号为ADSP-21483。

优选的，所述协议打包模块的型号为K60P144M100SF2，所述网络接口模块的型号为DP83640，所述光通讯模块的型号为AFBR-5978Z。

优选的，所述按键模块至少包括数字键、方向键、状态键。按键模块设置有数字键、方向键、状态键等多种按键，用来向主控制器输入键值。

优选的，所述按键模块的型号为ZLG7290B。

主控制器负责对按键模块、显示模块、USB接口和硬盘的控制和数据交互；DSP模块有两种工作模式：一是根据按键模块输入的波形类型、设置的电压、电流有效值、初相角、频率、谐波次数等电参量信息，计算出输出波形的数字化离散点；二是DSP模块可以调用主控制器硬盘中可供回放的录波波形数据进行输出，硬盘中可供回放的录波波形数据为数字信号，主控制器把硬盘中的数字量信号读入主控制器内存中，然后再发送给DSP模块，DSP模块对接收到的数据进行变比计算分别转化为D/A转化器和协议打包模块的输入信号。用户可以通过按键模块选择需要输出的动态畸变波形类型，设置输出波形的频率、有效值、相位、谐波等参数，主控制器对输入信息进行处理判断，传输给DSP模块，DSP模块根据输入信息进行数字信号的合成，从而输出波形的数字化离散点；显示模块可以显示键盘模块输入的设置命令、调用的预置波形信息，并显示经过功率放大后的信号的大小、相位、频率以及光通讯模块输出的数字量信号等信息，显示输出异常信息，显示主控制器硬盘中可供回放的现场录制的实际波形数据，使用户直观了解标准源的状态，从而本实用新型所述的具有模拟量和数字量双路输出的动态畸变负荷功率源可以输出频率、相位及幅度可调高精度电压电流。

本实用新型所述的动态畸变负荷功率源可以输出数字信号和模拟信号。DSP 模块输出的动态畸变数字量信号通过SPI接口传输给D/A转化器转换为动态畸变模拟量小信号，然后由对应的输出接口输出到功率放大器的输入接口进行电压功率放大和电流功率放大，对应的满量程输出信号为100V和5A，此时信号输出模块输出的是模拟信号；DSP 模块输出的动态畸变数字量信号，协议打包模块根据设置的MAC地址、采样点数、ASDU等参数对数字化离散点进行打包，最后输出符合IEC61850-9-2协议的采样信号，该信号输入网络接口模块，按照物理层的编码规则把数据编码，然后把并行数据转化为串行数据输出至光通讯模块，光通讯模块将数据转化为光数字量信号。

根据上述工作过程中涉及到的主控制器和DSP模块的功能可知，实现所述主控制器和DSP模块相应功能的控制软件为本领域技术人员容易实现的。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本功率源一方面可以模拟输出各种预置的动态畸变波形，另一方面可以回放现场录制的波形；本功率源可以直接输出数字量信号和模拟量信号，既可以对传统的模拟量输入电能表进行动态畸变负荷检定，也可以对智能站中的数字化电能表进行动态畸变负荷检定；对各种模拟量输入电能表或数字量输入电能表的电压、电流、频率、谐波、闪变、间谐波、骤升骤降、三相不平衡度、动态畸变等多项功能进行全面检定。

附图说明

图1 本实用新型所述的具有模拟量和数字量双路输出的动态畸变负荷功率源的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

参见附图1，现对本实用新型提供的具有模拟量和数字量双路输出的动态畸变负荷功率源进行说明。

具有模拟量和数字量双路输出的动态畸变负荷功率源，如图1所示，包括主控制器、DSP模块、人机交互模块、信号输出模块和存放有现场录制的实际波形数据的硬盘；所述人机交互模块与主控制器相连接；主控制器与硬盘双向通信；所述主控制器与DSP模块通过16条并行总线相连接；所述信号输出模块包括模拟信号输出模块和数字信号输出模块，所述模拟信号输出模块包括D/A转化器和功率放大器，D/A转化器的输出端连接至功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端为信号输出模块的模拟信号输出端；所述数字信号输出模块包括协议打包模块、网络接口模块和光通讯模块，所述协议打包模块的输出端通过网路接口模块连接至光通讯模块的输入端，所述光通讯模块的输出端为信号输出模块的数字信号输出端；所述DSP模块的信号输出端分别连接至D/A转化器和协议打包模块的信号输入端。

进一步的，作为本实用新型所述的具有模拟量和数字量双路输出的动态畸变负荷功率源的一种具体实施方式，还包括USB接口，所述USB接口与主控制器间双向通信。主控制器可以将外部移动硬盘或是U盘内保存的现场录制的实际波形数据转存至主控制硬盘内。

进一步的，作为本实用新型所述的具有模拟量和数字量双路输出的动态畸变负荷功率源的一种具体实施方式，所述人机交互模块包括按键模块和显示模块，主控制器与按键模块以及显示模块间均单向通信。

进一步的，作为本实用新型所述的具有模拟量和数字量双路输出的动态畸变负荷功率源的一种具体实施方式，所述主控制器的型号为STM32F429IGT6。

进一步的，作为本实用新型所述的具有模拟量和数字量双路输出的动态畸变负荷功率源的一种具体实施方式，所述DSP模块的型号为ADSP-21483。

进一步的，作为本实用新型所述的具有模拟量和数字量双路输出的动态畸变负荷功率源的一种具体实施方式，所述协议打包模块的型号为K60P144M100SF2，所述网络接口模块的型号为DP83640，所述光通讯模块的型号为AFBR-5978Z。

进一步的，作为本实用新型所述的具有模拟量和数字量双路输出的动态畸变负荷功率源的一种具体实施方式，所述按键模块至少包括数字键、方向键、状态键。按键模块设置有数字键、方向键、状态键等多种按键，用来向主控制器输入键值。用户可以通过按键模块选择需要输出的动态畸变波形类型，设置输出波形的频率、有效值、相位、谐波等参数，主控制器对输入信息进行处理判断，传输给DSP模块，DSP模块对输入信息进行数字信号处理算法运算，从而输出波形的数字化离散点。

进一步的，作为本实用新型所述的具有模拟量和数字量双路输出的动态畸变负荷功率源的一种具体实施方式，所述按键模块的型号为ZLG7290B。

在具体实施方式中，所述显示模块的型号为NL6448BC20-21C；所述D/A转换器的型号为AD5790；所述功率放大器的型号为OPA541。

所述显示模块的SCLK±、D0±、D1±、D2±、D3±管脚分别与主控制器的P16-P21、P24-P27管脚相连；所述按键模块的RX、TX管脚分别与主控制器的P96、P97管脚相连；所述硬盘通过SATA接口的SATA_TX±、SATA_RX±管脚分别与主控制器的P171、P170、P169、P172管脚相连；所述USB接口的VCC、DATA-、DATA+、GND管脚分别与主控制器的P158、P156、P157、P159管脚相连；所述D/A转换器的SDO、SDIN、SCLK、SYNC管脚分别与DSP模块的P2.6、P2.7、P2.8、P2.9管脚连接；D/A转换器的Vout管脚通过模拟信号输入接口与功率放大器的Vin管脚连接，所述功率放大器的信号输出端为模拟信号输出端口；所述协议打包模块的EZP_DI、EZP_DO、EZP_CLK、EZP_CS管脚分别与DSP模块的P3.6、P3.7、P3.8、P3.9管脚连接，所述协议打包模块的P81、P83、P82、P84、P110、P128、P51、P52管脚分别连接于所述网络接口模块的MII接口的TX_ER、RX_ER、TX_EN、RX_DV、TX_CLK、RX_CLK、CRS、COL管脚，所述协议打包模块的P127、P131、P132、P133管脚分别连接于所述网络连接接口的MII接口的TXD[3:0]管脚，所述协议打包模块的P109、P106、P105、P104管脚分别连接于网络接口模块的MII接口的RXD[3:0] 管脚，所述网络接口模块的RD+、RD-管脚连接于光通讯模块的Tdata+、Tdata-管脚，所述光通讯模块的信号输出端为数字信号输出端口。

主控制器负责对按键模块、显示模块、USB接口和硬盘的控制和数据交互；DSP模块有两种工作模式：一是根据按键模块输入的波形类型、设置的电压、电流有效值、初相角、频率、谐波次数等电参量信息，计算出输出波形的数字化离散点；二是DSP模块可以调用主控制器硬盘中可供回放的录波波形数据进行输出，硬盘中可供回放的录波波形数据为数字信号，主控制器把硬盘中的数字量信号读入主控制器内存中，然后再发送给DSP模块，DSP模块对接收到的数据进行变比计算分别转化为D/A转化器和协议打包模块的输入信号。用户可以通过按键模块选择需要输出的动态畸变波形类型，设置输出波形的频率、有效值、相位、谐波等参数，主控制器对输入信息进行处理判断，传输给DSP模块，DSP模块通过输入信息进行数字信号的合成，从而输出波形的数字化离散点；显示模块可以显示键盘模块输入的设置命令、调用的预置波形信息，并显示经过功率放大后的信号的大小、相位、频率以及光通讯模块输出的数字量信号等信息，显示输出异常信息，显示主控制器硬盘中可供回放的现场录制的实际波形数据，使用户直观了解标准源的状态，从而本实用新型所述的具有模拟量和数字量双路输出的动态畸变负荷功率源可以输出频率、相位及幅度可调高精度电压电流。

本实用新型所述的动态畸变负荷功率源可以输出数字信号和模拟信号。DSP 模块输出的动态畸变数字量信号通过SPI接口传输给D/A转化器转换为动态畸变模拟量小信号，然后由对应的输出接口输出到功率放大器的输入接口进行电压功率放大和电流功率放大，对应的满量程输出信号为100V和5A，此时信号输出模块输出的是模拟信号；DSP 模块输出的动态畸变数字量信号，协议打包模块根据设置的MAC地址、采样点数、ASDU等参数对数字化离散点进行打包，最后输出符合IEC61850-9-2协议的采样信号，该信号输入网络接口模块，按照物理层的编码规则把数据编码，然后把并行数据转化为串行数据输出至光通讯模块，光通讯模块将数据转化为光数字量信号。

根据上述工作过程中涉及到的主控制器和DSP模块的功能可知，实现所述主控制器和DSP模块相应功能的控制软件为本领域技术人员容易实现的。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。