一种基于模拟溯源法的数字电能表校验装置制造方法及图纸

一种基于模拟溯源法的数字电能表校验装置，用于对基于ＩＥＣ６１８５０标准的电能表进行精度测试，装置包括：交流信号调理板、中央控制板和工控机，以及给装置供电的线性电源板；交流信号调理板将外接的标准功率源提供的三相电压、三相电流进行前端低失真转换，转换为满足后面中央控制板的ＡＤ模数转换器量限的电压信号；中央控制板完成功能包括交流信号采样、电能累积、ＩＥＣ６１８５０标准通信、误差计算和与工控机的数据交换；工控机用于开发人机界面，完成命令下达、数据通信和结果显示功能，与中央控制板通过串口交换命令和数据。本校验装置的自身精度达到０．０５级，量值可以直接向上溯源至更高等级的现有国家标准。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电能表校验装置，尤其涉及一种基于模拟溯源法的数字电能 表校验装置，用于对数字化变电站中应用的基于IEC61850标准的电能表误差测试。
技术介绍
作为电能计量设备，基于IEC61850标准的数字电能表还没有大规模用于变电站 或电厂，其很重要的原因是缺失对数字电能表进行误差测试的有效手段，所谓有效的手段 必须具备两个条件一是校验装置能够输出符合IEC61850标准的数据给被测电能表，并 且接收被测电能表的电能脉冲，测出被测电能表的误差；二是校验装置的精度等级至少为 0. 05级，且精度具有可溯源性。国内的电能表厂家和部分科研院所开展了基于数字溯源的校验技术研究，这种技 术的基本原理是校验装置内部模拟一个数字信号发生器，信号发生器的基准是一组数学 模型，校验装置将信号发生器的输出按IEC61850标准组帧发送给被测电能表，同时接收被 测电能表输出的电能脉冲，比较电能脉冲代表的电能量与基准电能量，即得到了被测电能 表的误差。这个技术的主要问题是信号发生器的基准本身的精度无法通过国家标准进行量 传，也就是说校验装置的精度只能依靠设计方的保证，而无法使用第三方的手段进行检定。
技术实现思路
本技术的目的，就在于提供一种基于模拟溯源法的数字电能表校验装置，校 验装置的量值可以直接向上溯源至更高等级的现有国家标准，如精度为0. 01级的C0M3000 标准电能表。为实现上述技术目的，本技术提供一种数字电能表校验装置(见附附图说明图1 的虚线框部分)，包括依次有数据线连接的交流信号调理板2、中央控制板3、工控机4以及 给装置供电的线性电源板5。其特征是所述的交流信号调理板2作用是将外接的标准功率源1提供的量值溯源和虚负荷 测试时所需要的三相电压、三相电流进行前端低失真转换，转换为满足后面中央控制板中 的交流采样单元量限的电压信号，交流信号调理板2包括电流调理回路、电流量程切换控 制回路和电压调理回路在电流调理回路，中央控制板根据输入电流的幅值大小动态改变零磁通电流互感 器的一次安匝数。由于继电器的开关通断容量有限，因此以两个开关并联、共用一个控制信 号组成一组继电器，每相输入的交流电流信号经三组继电器，进入零磁通电流互感器，零磁 通电流互感器一次匝数分四个档位，具有四个抽头和一个公共端；第一组继电器在前，其输 出端口 A与第二组继电器的输入端连接、输出端口 B与第三组继电器的输入端连接，第二、 第三组继电器的四个输出端口连接零磁通互感器的抽头；零磁通互感器的二次输出接入一 个电流/电压变换电路，变换电路设有一个高精度运算放大器，负输入端与输出端之间连 接有一个高精度电阻；电流量程切换控制回路含两块驱动芯片，用于驱动三相电流回路的共9组继电 器，其中第一驱动芯片用于驱动A相和B相电流量程切换的继电器，第二驱动芯片用于驱动 C相电流量程切换的继电器；两块驱动芯片的控制输入均为来自中央控制板并经过光电隔 离的控制信号；电压调理回路的作用为将标准功率源输出的交流电压低失真地转换为5V以内的 低电压信号，再送到中央控制板中的交流采样单元；输入的电压信号首先经过一个电阻分 压网络，分压网络由三个精密电阻组成，经分压后的电压信号接至一个可编程增益仪表放 大器，放大器的控制信号来自中央控制板，放大器的输出电压信号送到中央控制板的交流 采样单元。所述的中央控制板3完成功能包括交流采样、电能累积、IEC61850标准通信、误差 计算和与工控机的数据交换；中央控制板按照功能可划分为如下几个部分1)电源单元电源单元的输入电压为5V，取自线性电源板，电源单元含电源管理芯片进行电压 转换，分别转换为3. 3V、1. 25V和1. 8V电压供中央控制板的各单元；2)交流采样单元交流采样单元的作用是将模拟的交流信号(表征三相电压、电流)同步转换为数 字信号，然后将数字信号送入数字信号处理器DSP芯片(下面介绍)；模数转换器(AD)采 用具有八通道同步转换的转换芯片，信号在送到模数转换器之前经过共模转换和抗混叠滤 波处理；采用高精度差分放大器，将输入交流信号乘一个系数后叠加一个输入的共模电压， 处理后的差分信号送到模数转换器；模数转换器的共模电压输出经过一个同相跟随器后送 给差分放大器，作为差分放大器的共模电压输入；三相电流信号送到模数转换器的第1到第3输入通道，三相电压信号送到模数转 换器的第4到第6输入通道，模数转换器的参考电压来自电压参考芯片；模数转换器与DSP 芯片间的通信采用帧同步串口方式；3)数字信号处理器DSP单元数字信号处理器DSP单元主要包括一个数字信号处理器DSP芯片和外围时钟电 路，作为中央控制板的核心部分，本单元实现数据采集、数据处理和数据传输的功能，其内 部具有运算单元、控制单元、存储单元、数据总线和I/O接口 ；DSP芯片通过数据线与其他 单元连接；4)存储单元存储单元含存储器和闪存芯片，存储器用于在DSP芯片运行时存储程序代码和实 时数据；闪存芯片用于掉电后存储程序代码和参数数据；5) I/O 单元I/O单元主要实现DSP芯片外部总线复用，以及DSP芯片与工控机之间的RS232通 信接口 ；总线复用机制采用译码器、或非门和锁存器，串口通信控制器采用光耦隔离器进行 电平转换；6)电能脉冲单元中央控制板包含两路电能脉冲输入口( 一个为有功电能输入、一个为无功电能输 入)和两路电能脉冲输出口(一个为有功电能输出、一个为无功电能输出)。输入的电能脉冲经过光耦隔离器进行脉冲电平转换，再经两级驱动器转换最后送至DSP ；来自DSP的电能 脉冲输出经一级驱动后，送入光耦隔离器输入端，其输出经一级驱动后，作为输出脉冲；7)通信单元通信单元的作用是在虚负荷测试时将标准功率源输出的三相电压、电流以符合 IEC61850-9-1标准的帧发送给被测电能表；或在实负荷测试时，从电子式互感器的合并单 元接收实时电压、电流信号；本单元具有两个以太网RJ45接口(电口)和两个以太网光纤 SC接口(光口)，电口和光口由以太网控制器控制，共享一个MAC地址，构成通信单元；电口 和光口由以太网控制器控制，共享一个MAC地址，构成通信单元，以太网控制器命令接口和 数据接口与DSP芯片连接。所述的线性电源板的作用是将输入的220V交流电压转换为电子器件使用的直流 电压，信号调理板和中央控制板的交流采样单元中的放大器均为士 15V供电，继电器和光 电隔离器件的驱动电源为+12V，模数转换器需要三个电压源供电，模拟部分用5V，数字信 号处理内核用1.8V，I/O接口用3. 3V，士 15V、+12V和+5V电源取自线性电源板；线性电源 板采用一个具有多个抽头的、220V交流电压输入的变压器和三个桥式整流电路。4、所述的工控机用于开发人机界面，完成命令下达、数据通信和结果显示功能，与 中央控制板通过串口交换命令和数据。工控机的配件参数表为主板LX-801 (内存256M, IG电子硬盘，1电网口、2串口、2USB)CPUADM LX800液晶屛.AU8.4”液晶屛金属组合键盘S-PC7-M有益效果本技术的校验装置电能测量精度达到了 0. 05级，并且精度可以通 过传统标准电能表进行检定，确保了测试数据的有效性。以下结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模拟溯源法的数字电能表校验装置，包括依次有数据线连接的交流信号调理板（２）、中央控制板（３）、工控机（４）以及给装置供电的线性电源板（５），其特征是：所述的交流信号调理板（２）包括电流调理回路、电流量程切换控制回路和电压调理回路：在电流调理回路，由于继电器的开关通断容量有限，因此以两个开关并联、共用一个控制信号组成一组继电器，每相输入的交流电流信号经三组继电器，进入零磁通电流互感器，零磁通电流互感器一次匝数分四个档位，具有四个抽头和一个公共端；第一组继电器在前，其输出端口Ａ与第二组继电器的输入端连接、输出端口Ｂ与第三组继电器的输入端连接，第二、第三组继电器的四个输出端口连接零磁通互感器的抽头；零磁通互感器的二次输出接入一个电流／电压变换电路，变换电路设有一个高精度运算放大器，负输入端与输出端之间连接有一个高精度电阻；电流量程切换控制回路含两块驱动芯片，用于驱动三相电流回路的共９组继电器，其中第一驱动芯片用于驱动Ａ相和Ｂ相电流量程切换的继电器，第二驱动芯片用于驱动Ｃ相电流量程切换的继电器；两块驱动芯片的控制输入均为来自中央控制板并经过光电隔离的控制信号；电压调理回路的作用为将标准功率源输出的交流电压低失真地转换为５Ｖ以内的低电压信号，再送到中央控制板中的交流采样单元；输入的电压信号首先经过一个电阻分压网络，分压网络由三个精密电阻组成，经分压后的电压信号接至一个可编程增益仪用放大器，放大器的控制信号来自中央控制板，放大器的输出电压信号送到中央控制板的交流采样单元。...

【技术特征摘要】
一种基于模拟溯源法的数字电能表校验装置，包括依次有数据线连接的交流信号调理板(2)、中央控制板(3)、工控机(4)以及给装置供电的线性电源板(5)，其特征是所述的交流信号调理板(2)包括电流调理回路、电流量程切换控制回路和电压调理回路在电流调理回路，由于继电器的开关通断容量有限，因此以两个开关并联、共用一个控制信号组成一组继电器，每相输入的交流电流信号经三组继电器，进入零磁通电流互感器，零磁通电流互感器一次匝数分四个档位，具有四个抽头和一个公共端；第一组继电器在前，其输出端口A与第二组继电器的输入端连接、输出端口B与第三组继电器的输入端连接，第二、第三组继电器的四个输出端口连接零磁通互感器的抽头；零磁通互感器的二次输出接入一个电流/电压变换电路，变换电路设有一个高精度运算放大器，负输入端与输出端之间连接有一个高精度电阻；电流量程切换控制回路含两块驱动芯片，用于驱动三相电流回路的共9组继电器，其中第一驱动芯片用于驱动A相和B相电流量程切换的继电器，第二驱动芯片用于驱动C相电流量程切换的继电器；两块驱动芯片的控制输入均为来自中央控制板并经过光电隔离的控制信号；电压调理回路的作用为将标准功率源输出的交流电压低失真地转换为5V以内的低电压信号，再送到中央控制板中的交流采样单元；输入的电压信号首先经过一个电阻分压网络，分压网络由三个精密电阻组成，经分压后的电压信号接至一个可编程增益仪用放大器，放大器的控制信号来自中央控制板，放大器的输出电压信号送到中央控制板的交流采样单元。2.根据权利要求1所述的数字电能表校验装置，其特征是所述的中央控制板按照功 能可划分为如下几个部分1)电源单元电源单元的输入电压为5V，取自线性电源板，电源单元含电源管理芯片进行电压转换， 分别转换为3. 3V、1. 25V和1. 8V电压供中央控制板的各单元；2)交流采样单元交流采样单元的作用是将模拟的表征三相电压、电流交流信号同步转换为数字信号， 然后将数字信号送入数字信号处理器DSP芯片；模数转换器采用具有八通道同步转换的转 换芯片，信号在送到模数转换器之前经过共模转换和抗混叠滤波处理；采用高精度差分放 大器，将输入交...

【专利技术属性】
技术研发人员：周尚礼，林国营，孙卫明，
申请(专利权)人：广东电网公司电力科学研究院，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]