一種基于iec61850的數字式電能表現場檢測儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種基于IEC61850的數字式電能表現場檢測儀，包括信號源和標準電能表、信號輸出回路、A/D采樣芯片、誤差計算分析、微處理器和顯示器組成。其中，所述信號源和標準電能表由數字信號源、信號調整回路、標準電能表、標準表邏輯組成。本實用新型采用信息采集、傳輸、處理和輸出全過程數字化高效處理，具有電磁兼容性能優越，信息傳輸通道都可自檢、可靠性高、管理自動化、準確度等級高等優點，并且能按照國際標準IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE對現場運行的數字式電能表進行現場檢測。
【專利說明】—種基于IEC61850的數字式電能表現場檢測儀
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于電力測量領域，尤其涉及一種基于IEC61850的數字式電能表現場檢測儀。
【背景技術】
[0002]數字化變電站以及電子式互感器的應用已經到了大量工程實踐階段，國內外廠商都已經在數字化變電站領域做出了大量的研究工作，電子式互感器輸出標準以及建立在此標準基礎上的單間隔產品均已在2009年頒布，但遲遲沒有頒布數字式電能表檢定標準或規范。數字式電能表在理想狀態下的運行誤差很小，但實際上，由于存在以下原因，還是會給數字式電能表帶來一定的誤差。
[0003](I)不同采樣點數對計量的影響。因為數字化變電站對實際的電壓、電流信號(不可能是理想化的周期信號)的不同周期采樣的點數會有不同，故需考慮檢測電能表計量準確度受采樣點數不同的影響；
[0004](2)諧波影響。電能計量上對諧波的處理，是通過FFT分析實現的，不同的采樣點數也影響FFT分析的結果，因此，需考慮檢測數字式電能表電能計量的準確度也會受諧波的影響；
[0005](3)電壓電流額定值對量化系數的影響。各種電壓、電流互感器輸出規格對應的計量量化系數不同，抽象出量化的數學模型，根據電壓、電流的實際額定值計算出相應的量化系數，而不需要根據不同的用戶規格修改程序。需考慮被檢數字式電能表計量電能的準確度受額定電壓的影響；
[0006](4)容錯處理。數字式電能表在未收到合并單元發來的數據包，或收到的數據信息不合理時，就須要作相應的容錯處理。因此，需考慮被檢數字式電能表計量電能的準確度受容錯能力的影響問題。
[0007]數字化的計量技術我國一直走在國際前列，已經推出多種數字式電能表產品，并已有相應的檢測手段。但目前的數字式電能表的校驗體系還不能達到和傳統電子式電能表一致，尤其是在現場檢測領域。當前的數字式電表校驗儀大都利用數字式電能表的數字接收特性，更改電能表檢測儀的數據發生系統，電能表檢測儀輸出模擬的電流、電壓給數字式電能表，在接收到數字電能表輸出的脈沖后并與自己計算出的電量進行比較，算出電表誤差，但利用此方法有兩個缺陷:(1)受環境、光纖、設備輸出模擬電流和電壓的影響很大；
(2)不能對實際運行中的數字式電能表進行校驗。
【發明內容】
[0008]本實用新型的目的旨在克服上述現有技術的缺陷，提出了一種基于IEC61850的數字式電能表現場檢測儀。本實用新型采用信息采集、傳輸、處理和輸出全過程數字化高效處理，具有電磁兼容性能優越，信息傳輸通道都可自檢、可靠性高、管理自動化、準確度等級聞等優點。
[0009]一種基于IEC61850的數字式電能表現場檢測儀，其特征在于，包括信號源和標準電能表、信號輸出回路、A/D采樣芯片、誤差計算分析、微處理器和顯示器組成；其中，信號源和標準電能表由數字信號源、信號調整回路、標準電能表、標準表邏輯組成。
[0010]數字信號源和信號調整回路連接，標準電能表和標準表邏輯連接，信號調整回路連接有標準表邏輯和信號輸出回路；微處理器連接有顯示器、信號源和標準表、誤差計算分析，誤差計算分析和A/D采樣芯片連接；檢測儀通過以太網連接被檢數字式電能表，被檢數字式電能表輸出接口通過以太網連接到高速A/D采用芯片。
[0011]現場運行的數字式電能表對應的合并單元具有APDU映射報文輸出接口，并且合并單元的APDU映射報文輸出接口通過光纖或以太網與檢測儀相連，數字式電能表脈沖輸出端子通過雙絞線接至檢測儀脈沖輸入端子。
[0012]所述A/D采樣芯片采用美國Agilent Technologies公司的高速32bit的并行A/D采樣芯片，2048kSP/s的采樣速度，保證了每0.02秒采樣1024點的實時性要求；微處理器采用ARM公司ARM10E，1.25MIPS/MHz的速度，確保數據實時測量、計算和分析。
[0013]本實用新型所述顯示器，優選為滿足國軍標GJB4和GJB151A要求的_40°C?70°C寬溫軍用液晶顯示器，以便能在中國東北極端寒冷地區和海南炎熱潮濕地區戶外使用。
[0014]本實用新型提出的解決辦法可以進行現場檢測，只接收IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE采樣值數據與電能表的電量脈沖，不對外發送任何數據，不會影響到數字式電能表實際計量數據，并且檢測具有較高的準確度。
[0015]本實用新型所達到的有益效果:
[0016]本實用新型基于IEC61850的數字式電能表現場檢測儀，將合并單元的APDU映射報文輸出接口實時IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE報文、電能表的脈沖輸出信號同時接入電能表檢測儀，并進行比較，可實現數字式電能表的現場檢測。
[0017]并且克服現有數字式電能表現場檢測儀只有IEC61850-9-1報文的技術缺陷，增加了對國際新增標準IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE報文的解析。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0019]圖2是本實用新型現場檢測數字式電能表的原理圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖詳細說明本實用新型。
[0021]—種基于IEC61850的數字式電能表現場檢測儀,包括信號源和標準電能表、信號輸出回路、A/D采樣芯片、誤差計算分析、微處理器和顯示器。其中，所述信號源和標準電能表由數字信號源、信號調整回路、標準電能表、標準表邏輯組成。
[0022]所述數字信號源和信號調整回路連接，標準電能表和標準表邏輯連接，信號調整回路連接有標準表邏輯和信號輸出回路，所述微處理器連接有顯示器、信號源和標準表、誤差計算分析，所述誤差計算分析和A/D采樣芯片連接。檢測儀通過以太網連接被檢數字式電能表，被檢數字式電能表輸出接口通過以太網連接到高速A/D采用芯片。
[0023]現場運行的數字式電能表對應的合并單元具有APDU映射報文輸出接口，并且合并單元的APDU映射報文輸出接口通過光纖或以太網與檢測儀相連，數字式電能表脈沖輸出端子通過雙絞線接至檢測儀脈沖輸入端子。
[0024]所述A/D采樣芯片采用美國Agilent Technologies公司的高速32bit的并行A/D采樣芯片，2048kSP/s的采樣速度，保證了每0.02秒采樣1024點的實時性要求；微處理器采用ARM公司ARM10E，1.25MIPS/MHz的速度，確保數據實時測量、計算和分析。
[0025]本實用新型所述數字信號源采用高速32bitDAC模塊以上百kHz的速率輸出符合IEC60044-7/8標準的數字化正弦電壓和電流信號，再通過信號調理回路進行幅值調整、濾波整形。經調理后的數字化正弦電壓和電流信號再通過信號輸出回路緩沖后通過以太網到達帶模擬接口的數字式電能表的輸入端。同時所述數字信號源發出的數字化正弦電壓和電流信號經過信號調理回路、標準表邏輯到達標準電能表，與標準電能表同步。
[0026]被檢數字式電能表收到所述數字化正弦電壓和電流信號后，經過采樣并編碼為符合IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、ffiC61850-9_2LE協議的協議幀輸出到網絡端口，通過以太網到達本實用新型所述A/D采樣芯片，高速采樣后經多模/單模光信號轉換電路將這些符合IEC61850協議的信號轉換為低頻信號送入所述誤差計算分析。經過標準電能表高頻脈沖與被檢電能表累計低頻電能輸出脈沖進行比較得出誤差值。本實用新型由微處理器控制，可提供實現常規測試點的基本誤差外，還能進行走字、啟動、潛動、失壓、斷相、協議符合性、隨機丟幀等功能的檢測，檢測結果由微處理器發送至顯示器。
[0027]本實用新型微處理器采用ARM公司ARM10E，1.25MIPS/MHz的速度，確保數據實時測量、計算和分析。
[0028]本實用新型所述顯示器，優選為滿足國軍標GJB4和GJB151A要求的_40°C?70°C寬溫軍用液晶顯示器，以便能在中國東北極端寒冷地區和海南炎熱潮濕地區戶外使用。
[0029]使用本實用新型在現場對數字式電能表進行檢測時，需要現場安裝的合并單元具有APDU映射報文輸出接口，本實用新型通過光纖以太網口接收實際運行數字式電能表所對應的合并單元APDU映射報文輸出接口所發出的IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE報文，同時本實用新型接收數字式電能表所發出的電量脈沖，當收到第一個脈沖后本實用新型根據所接收到的IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE報文后，對報文進行解析，采用能量積分法計算電量得出實時的電壓電流量。同時，本實用新型根據所接收到電能表所發出的脈沖輸出信號計算出電能表在一段時間之內所累積的電量，比較兩者之間的電量，得出電表誤差。
[0030]本實用新型與合并單元之間的APDU映射報文輸出接口通過以太網光纖連接，最高可支持100K的數據采樣率。數字式電能表的脈沖輸出端子連接至本實用新型脈沖輸入端子，采用雙絞線連接。
[0031]本實用新型提出的解決辦法可以進行現場檢測，只接收IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE采樣值數據與電能表的電量脈沖，不對外發送任何數據，不會影響到數字式電能表實際計量數據，并且檢測具有較高的準確度。
【權利要求】
1.一種基于IEC61850的數字式電能表現場檢測儀，其特征在于，包括信號源和標準電能表、信號輸出回路、A/D采樣芯片、誤差計算分析、微處理器和顯示器組成；其中，信號源和標準電能表由數字信號源、信號調整回路、標準電能表、標準表邏輯組成。
2.根據權利要求1所述的一種基于IEC61850的數字式電能表現場檢測儀，其特征在于:數字信號源和信號調整回路連接，標準電能表和標準表邏輯連接，信號調整回路連接有標準表邏輯和信號輸出回路；微處理器連接有顯示器、信號源和標準表、誤差計算分析，誤差計算分析和A/D采樣芯片連接；檢測儀通過以太網連接被檢數字式電能表，被檢數字式電能表輸出接口通過以太網連接到高速A/D采用芯片。
3.根據權利要求2所述的一種基于IEC61850的數字式電能表現場檢測儀，其特征在于:現場運行的數字式電能表對應的合并單元具有APDU映射報文輸出接口，并且合并單元的APDU映射報文輸出接口通過光纖或以太網與檢測儀相連，數字式電能表脈沖輸出端子通過雙絞線接至檢測儀脈沖輸入端子。
4.根據權利要求1所述的一種基于IEC61850的數字式電能表現場檢測儀，其特征在于:所述A/D采樣芯片采用美國Agilent Technologies公司的高速32bit的并行A/D采樣芯片，2048kSP/s的采樣速度，每0.02秒采樣1024點；微處理器采用ARM公司ARM10E，1.25MIPS/MHZ的速度，確保數據實時測量、計算和分析。
【文檔編號】G01R35/04GK204065394SQ201420148230
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年3月28日 優先權日:2014年3月28日
【發明者】沈鑫, 曹敏 申請人:云南電力試驗研究院（集團）有限公司電力研究院, 云南電網公司技術分公司