基于GMRP協(xié)議的數(shù)字電能表遠程在線誤差測試系統(tǒng)研究

張英+劉金權+蔚曉明+張建民

摘 要： 介紹了基于GMRP協(xié)議的三相數(shù)字式電能表的遠程在線測試使用環(huán)境、工作原理和誤差測試方法。遠程在線誤差測試采用網(wǎng)絡技術、誤差測試技術相結合，實現(xiàn)了數(shù)字電能表遠程測試，節(jié)省了測試費用，提高了測試效率。

關鍵詞： 數(shù)字電能表； 在線遠程誤差測試； GMRP； 脈沖采集

中圖分類號： TN915.853?34； TP399 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）03?0155?02

Study on remote online error testing system for digital electricity energy meter

based on GMRP protocol

ZHANG Ying1， LIU Jin?quan2， WEI Xiao?ming1， ZHANG Jian?min1

（1. Measurement Center of Shanxi Electric Power Company， State Grid Cooperation of China， Taiyuan 030001， China；

2. Henan Xuji Metering Co.， Ltd.， Xuchang 461000， China.）

Abstract： The remote online testing operating environment， work principle and error measurement method of three phase digital electricity energy meters based on GMRP protocol is introduced. The network technology combined with error testing technology is used to realize the digital electricity energy meters remote test， which saves the test cost and improves the test efficiency.

Keywords：digital electricity energy meters； online remote error test； GMRP； pulse acquisition

0 引 言

隨著智能變電站的推廣應用，越來越多的基于IEC61850標準的數(shù)字化電能表，本文簡稱電能表，被用于電能計量。相比傳統(tǒng)的電子式電能表，數(shù)字電能表的檢驗更加復雜，不僅需要正確的網(wǎng)絡接線，還需要對網(wǎng)絡和電能表數(shù)據(jù)模型配置，這對檢驗人員提出了更高的要求，造成檢驗困難。與此同時，數(shù)字電能表采用網(wǎng)絡化數(shù)字輸入，數(shù)字輸出，為遠程檢驗提供了技術實現(xiàn)可能。結合使用需求和數(shù)字電能表的技術特點，研究與推廣數(shù)字電能表遠程在線誤差測試系統(tǒng)，簡稱遠程誤差測試系統(tǒng)[1]，既能夠節(jié)省了大量的人力，物力，又能夠實現(xiàn)快速校驗，減少智能電網(wǎng)的計量錯誤。

1 遠程在線誤差測量系統(tǒng)原理

根據(jù)電能表誤差計算公式，電能表誤差=[（電表計量電能值-真實值）真實值。]因此，如果能夠得到電能表計量電能和信號源輸出電能的真實值，則可以計算出電能表誤差[2]。電能表電能測量通過累加電能表輸出電能脈沖可以得到一段時間內(nèi)的電能量。電能真實值采用比被測電能表計量精度更高等級的標準表或者標準源得到。

遠程在線檢驗系統(tǒng)通過網(wǎng)絡交換，在電能表工作期間，實現(xiàn)數(shù)字標準電能表接收數(shù)據(jù)與被測電能表接收數(shù)據(jù)包相同，然后采集標準電能表和被測電能表的電能量，判定電能表的誤差，然后經(jīng)網(wǎng)絡傳輸?shù)竭h程監(jiān)視系統(tǒng)。

在變電站計量系統(tǒng)中，通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)控制標準表接收不同合并器的采樣值，進行計量，同時，誤差計算模塊采集對應部分的電能量脈沖和標準表電能量脈沖，計算被測電能表的誤差。當誤差出現(xiàn)異常時，將異常情況上報給遠方檢測主站。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

2 遠程誤差測試系統(tǒng)關鍵技術研究

在實現(xiàn)遠程誤差測試過程中，為了實現(xiàn)標準表與不同的被測電能表相比對，需要實現(xiàn)采樣值能夠根據(jù)需要自動接入標準表中，使標準表與被測表接收數(shù)據(jù)相同，然后選擇被測表電能脈沖與標準表脈沖比對，計算誤差，并將誤差上傳到遠方測試主站。

圖1 遠程誤差測試系統(tǒng)站內(nèi)系統(tǒng)示意圖

2.1 遠程在線采樣通道切換模塊

在實現(xiàn)遠程誤差測試過程中，當需要切換被測電能表時，標準表需要切換采樣值報文接收，以保持與被測電能表接收數(shù)據(jù)相同[3]。當遠程需要測試某一塊電能表時，遠程后臺將該塊的電能表通信參數(shù)下發(fā)給標準表，主要參數(shù)有組播源IP地址，數(shù)據(jù)報文標識，采樣值通道對應消息等。標準表然后向交換機發(fā)送申請加入被測電能表采樣值廣播組信息。交換機一旦收到申請加入信息，就會將收到該信息的端口加入到該組播組中。同時，交換機將申請加入信息發(fā)送到虛擬局域網(wǎng)（VLAN）中所有其他主機上，其中一臺主機為組播源，向外組播采樣值信息，交換機將采樣值信息通過先前加入到該組播組的端口發(fā)送出去，標準表接收到采樣值報文[4]。標準表根據(jù)下發(fā)的數(shù)據(jù)報文標識，采樣值通道對應消息等配置參數(shù)，計算測試通路的電能值，然后與被測電能表進行電能比較，計算出被測電能表誤差。

此外交換機會周期性發(fā)送GMRP查詢，如果標準表想留在組播組中，它就會響應GMRP查詢，在該情況下，交換機沒有任何操作；如果標準表需要離開組播組，它既可以發(fā)送一個leave信息也可以不響應周期性GMRP查詢[5]。一旦交換機在計時器設定期間收到主機leave信息或沒有收到響應信息，它便從組播組中刪除該主機，標準電能表不再接收到采樣值。當測試結束時，電能表發(fā)送離開消息，離開原廣播組，結束本次測量。

2.2 脈沖采集與誤差計算模塊

當切換被測電能表時，需要切換到對應的電能脈沖輸出通路，進行脈沖誤差比對[6]。因模擬開關具有體積小，價格便宜、接觸可靠的優(yōu)點，同時又能夠滿足脈沖采集導通電阻，在本系統(tǒng)中采用多路模擬開關[6]AD7501。AD7501具有8路輸入[S1，S2，…，S8，]1路輸出OUT，3個地址線A1，A2，A3和使能端EN。芯片可以通過地址選擇實現(xiàn)輸出8路輸入中的任意1路。芯片工作示意圖如圖2所示。通過控制EN管腳實現(xiàn)多個芯片并聯(lián)，實現(xiàn)更多的采樣通道接入，本系統(tǒng)能夠實現(xiàn)32塊被測表脈沖采樣。

圖2 AD7501原理示意圖

2.3 遠程控制與誤差采集

根據(jù)測試要求，選擇被測電能表的檔案，通過網(wǎng)絡傳輸給標準表，然后標準表根據(jù)測試參數(shù)進行測試。在遠程后臺和標準表的數(shù)據(jù)傳輸常采用無線公網(wǎng)方式進行傳輸，具有適用范圍廣，組網(wǎng)方便的優(yōu)點。

3 結 語

通過本測試系統(tǒng)，對變電站進行了誤差校驗，驗證本測試系統(tǒng)能夠方便地實現(xiàn)遠程校驗，避免了停電校驗和現(xiàn)場配置工作，具有很高的經(jīng)濟和社會效益。

參考文獻

[1] 陳卓婭，秦楠，趙富海，等.電能計量裝置遠程在線檢測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電測與儀表，2008，45（6）：27?30.

[2] 唐濤濤.電能表的誤差發(fā)生分析與解決辦法[J].現(xiàn)代測量與實驗室管理，2011，19（3）：13?15.

[3] 王輝，毛瑩.變電站電能計量裝置遠程在線檢測系統(tǒng)的設計[J].中國科技博覽，2010（1）：153?154.

[4] 高翔.數(shù)字化變電站應用技術[M].北京：中國電力出版社，2008.

[5] 李晶，段斌，周江龍，等.基于GMRP的變電站發(fā)布/訂閱通信模型設計[J].電網(wǎng)技術，2008，32（16）：16?20.

[6] ADI公司.AD7501使用手冊[M].USA：ADI公司，2009.

摘 要： 介紹了基于GMRP協(xié)議的三相數(shù)字式電能表的遠程在線測試使用環(huán)境、工作原理和誤差測試方法。遠程在線誤差測試采用網(wǎng)絡技術、誤差測試技術相結合，實現(xiàn)了數(shù)字電能表遠程測試，節(jié)省了測試費用，提高了測試效率。

關鍵詞： 數(shù)字電能表； 在線遠程誤差測試； GMRP； 脈沖采集

中圖分類號： TN915.853?34； TP399 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）03?0155?02

Study on remote online error testing system for digital electricity energy meter

based on GMRP protocol

ZHANG Ying1， LIU Jin?quan2， WEI Xiao?ming1， ZHANG Jian?min1

（1. Measurement Center of Shanxi Electric Power Company， State Grid Cooperation of China， Taiyuan 030001， China；

2. Henan Xuji Metering Co.， Ltd.， Xuchang 461000， China.）

Abstract： The remote online testing operating environment， work principle and error measurement method of three phase digital electricity energy meters based on GMRP protocol is introduced. The network technology combined with error testing technology is used to realize the digital electricity energy meters remote test， which saves the test cost and improves the test efficiency.

Keywords：digital electricity energy meters； online remote error test； GMRP； pulse acquisition

0 引 言

隨著智能變電站的推廣應用，越來越多的基于IEC61850標準的數(shù)字化電能表，本文簡稱電能表，被用于電能計量。相比傳統(tǒng)的電子式電能表，數(shù)字電能表的檢驗更加復雜，不僅需要正確的網(wǎng)絡接線，還需要對網(wǎng)絡和電能表數(shù)據(jù)模型配置，這對檢驗人員提出了更高的要求，造成檢驗困難。與此同時，數(shù)字電能表采用網(wǎng)絡化數(shù)字輸入，數(shù)字輸出，為遠程檢驗提供了技術實現(xiàn)可能。結合使用需求和數(shù)字電能表的技術特點，研究與推廣數(shù)字電能表遠程在線誤差測試系統(tǒng)，簡稱遠程誤差測試系統(tǒng)[1]，既能夠節(jié)省了大量的人力，物力，又能夠實現(xiàn)快速校驗，減少智能電網(wǎng)的計量錯誤。

1 遠程在線誤差測量系統(tǒng)原理

根據(jù)電能表誤差計算公式，電能表誤差=[（電表計量電能值-真實值）真實值。]因此，如果能夠得到電能表計量電能和信號源輸出電能的真實值，則可以計算出電能表誤差[2]。電能表電能測量通過累加電能表輸出電能脈沖可以得到一段時間內(nèi)的電能量。電能真實值采用比被測電能表計量精度更高等級的標準表或者標準源得到。

遠程在線檢驗系統(tǒng)通過網(wǎng)絡交換，在電能表工作期間，實現(xiàn)數(shù)字標準電能表接收數(shù)據(jù)與被測電能表接收數(shù)據(jù)包相同，然后采集標準電能表和被測電能表的電能量，判定電能表的誤差，然后經(jīng)網(wǎng)絡傳輸?shù)竭h程監(jiān)視系統(tǒng)。

在變電站計量系統(tǒng)中，通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)控制標準表接收不同合并器的采樣值，進行計量，同時，誤差計算模塊采集對應部分的電能量脈沖和標準表電能量脈沖，計算被測電能表的誤差。當誤差出現(xiàn)異常時，將異常情況上報給遠方檢測主站。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

2 遠程誤差測試系統(tǒng)關鍵技術研究

在實現(xiàn)遠程誤差測試過程中，為了實現(xiàn)標準表與不同的被測電能表相比對，需要實現(xiàn)采樣值能夠根據(jù)需要自動接入標準表中，使標準表與被測表接收數(shù)據(jù)相同，然后選擇被測表電能脈沖與標準表脈沖比對，計算誤差，并將誤差上傳到遠方測試主站。

圖1 遠程誤差測試系統(tǒng)站內(nèi)系統(tǒng)示意圖

2.1 遠程在線采樣通道切換模塊

在實現(xiàn)遠程誤差測試過程中，當需要切換被測電能表時，標準表需要切換采樣值報文接收，以保持與被測電能表接收數(shù)據(jù)相同[3]。當遠程需要測試某一塊電能表時，遠程后臺將該塊的電能表通信參數(shù)下發(fā)給標準表，主要參數(shù)有組播源IP地址，數(shù)據(jù)報文標識，采樣值通道對應消息等。標準表然后向交換機發(fā)送申請加入被測電能表采樣值廣播組信息。交換機一旦收到申請加入信息，就會將收到該信息的端口加入到該組播組中。同時，交換機將申請加入信息發(fā)送到虛擬局域網(wǎng)（VLAN）中所有其他主機上，其中一臺主機為組播源，向外組播采樣值信息，交換機將采樣值信息通過先前加入到該組播組的端口發(fā)送出去，標準表接收到采樣值報文[4]。標準表根據(jù)下發(fā)的數(shù)據(jù)報文標識，采樣值通道對應消息等配置參數(shù)，計算測試通路的電能值，然后與被測電能表進行電能比較，計算出被測電能表誤差。

此外交換機會周期性發(fā)送GMRP查詢，如果標準表想留在組播組中，它就會響應GMRP查詢，在該情況下，交換機沒有任何操作；如果標準表需要離開組播組，它既可以發(fā)送一個leave信息也可以不響應周期性GMRP查詢[5]。一旦交換機在計時器設定期間收到主機leave信息或沒有收到響應信息，它便從組播組中刪除該主機，標準電能表不再接收到采樣值。當測試結束時，電能表發(fā)送離開消息，離開原廣播組，結束本次測量。

2.2 脈沖采集與誤差計算模塊

當切換被測電能表時，需要切換到對應的電能脈沖輸出通路，進行脈沖誤差比對[6]。因模擬開關具有體積小，價格便宜、接觸可靠的優(yōu)點，同時又能夠滿足脈沖采集導通電阻，在本系統(tǒng)中采用多路模擬開關[6]AD7501。AD7501具有8路輸入[S1，S2，…，S8，]1路輸出OUT，3個地址線A1，A2，A3和使能端EN。芯片可以通過地址選擇實現(xiàn)輸出8路輸入中的任意1路。芯片工作示意圖如圖2所示。通過控制EN管腳實現(xiàn)多個芯片并聯(lián)，實現(xiàn)更多的采樣通道接入，本系統(tǒng)能夠實現(xiàn)32塊被測表脈沖采樣。

圖2 AD7501原理示意圖

2.3 遠程控制與誤差采集

根據(jù)測試要求，選擇被測電能表的檔案，通過網(wǎng)絡傳輸給標準表，然后標準表根據(jù)測試參數(shù)進行測試。在遠程后臺和標準表的數(shù)據(jù)傳輸常采用無線公網(wǎng)方式進行傳輸，具有適用范圍廣，組網(wǎng)方便的優(yōu)點。

3 結 語

通過本測試系統(tǒng)，對變電站進行了誤差校驗，驗證本測試系統(tǒng)能夠方便地實現(xiàn)遠程校驗，避免了停電校驗和現(xiàn)場配置工作，具有很高的經(jīng)濟和社會效益。

參考文獻

[1] 陳卓婭，秦楠，趙富海，等.電能計量裝置遠程在線檢測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電測與儀表，2008，45（6）：27?30.

[2] 唐濤濤.電能表的誤差發(fā)生分析與解決辦法[J].現(xiàn)代測量與實驗室管理，2011，19（3）：13?15.

[3] 王輝，毛瑩.變電站電能計量裝置遠程在線檢測系統(tǒng)的設計[J].中國科技博覽，2010（1）：153?154.

[4] 高翔.數(shù)字化變電站應用技術[M].北京：中國電力出版社，2008.

[5] 李晶，段斌，周江龍，等.基于GMRP的變電站發(fā)布/訂閱通信模型設計[J].電網(wǎng)技術，2008，32（16）：16?20.

[6] ADI公司.AD7501使用手冊[M].USA：ADI公司，2009.

摘 要： 介紹了基于GMRP協(xié)議的三相數(shù)字式電能表的遠程在線測試使用環(huán)境、工作原理和誤差測試方法。遠程在線誤差測試采用網(wǎng)絡技術、誤差測試技術相結合，實現(xiàn)了數(shù)字電能表遠程測試，節(jié)省了測試費用，提高了測試效率。

關鍵詞： 數(shù)字電能表； 在線遠程誤差測試； GMRP； 脈沖采集

中圖分類號： TN915.853?34； TP399 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）03?0155?02

Study on remote online error testing system for digital electricity energy meter

based on GMRP protocol

ZHANG Ying1， LIU Jin?quan2， WEI Xiao?ming1， ZHANG Jian?min1

（1. Measurement Center of Shanxi Electric Power Company， State Grid Cooperation of China， Taiyuan 030001， China；

2. Henan Xuji Metering Co.， Ltd.， Xuchang 461000， China.）

Abstract： The remote online testing operating environment， work principle and error measurement method of three phase digital electricity energy meters based on GMRP protocol is introduced. The network technology combined with error testing technology is used to realize the digital electricity energy meters remote test， which saves the test cost and improves the test efficiency.

Keywords：digital electricity energy meters； online remote error test； GMRP； pulse acquisition

0 引 言

隨著智能變電站的推廣應用，越來越多的基于IEC61850標準的數(shù)字化電能表，本文簡稱電能表，被用于電能計量。相比傳統(tǒng)的電子式電能表，數(shù)字電能表的檢驗更加復雜，不僅需要正確的網(wǎng)絡接線，還需要對網(wǎng)絡和電能表數(shù)據(jù)模型配置，這對檢驗人員提出了更高的要求，造成檢驗困難。與此同時，數(shù)字電能表采用網(wǎng)絡化數(shù)字輸入，數(shù)字輸出，為遠程檢驗提供了技術實現(xiàn)可能。結合使用需求和數(shù)字電能表的技術特點，研究與推廣數(shù)字電能表遠程在線誤差測試系統(tǒng)，簡稱遠程誤差測試系統(tǒng)[1]，既能夠節(jié)省了大量的人力，物力，又能夠實現(xiàn)快速校驗，減少智能電網(wǎng)的計量錯誤。

1 遠程在線誤差測量系統(tǒng)原理

根據(jù)電能表誤差計算公式，電能表誤差=[（電表計量電能值-真實值）真實值。]因此，如果能夠得到電能表計量電能和信號源輸出電能的真實值，則可以計算出電能表誤差[2]。電能表電能測量通過累加電能表輸出電能脈沖可以得到一段時間內(nèi)的電能量。電能真實值采用比被測電能表計量精度更高等級的標準表或者標準源得到。

遠程在線檢驗系統(tǒng)通過網(wǎng)絡交換，在電能表工作期間，實現(xiàn)數(shù)字標準電能表接收數(shù)據(jù)與被測電能表接收數(shù)據(jù)包相同，然后采集標準電能表和被測電能表的電能量，判定電能表的誤差，然后經(jīng)網(wǎng)絡傳輸?shù)竭h程監(jiān)視系統(tǒng)。

在變電站計量系統(tǒng)中，通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)控制標準表接收不同合并器的采樣值，進行計量，同時，誤差計算模塊采集對應部分的電能量脈沖和標準表電能量脈沖，計算被測電能表的誤差。當誤差出現(xiàn)異常時，將異常情況上報給遠方檢測主站。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

2 遠程誤差測試系統(tǒng)關鍵技術研究

在實現(xiàn)遠程誤差測試過程中，為了實現(xiàn)標準表與不同的被測電能表相比對，需要實現(xiàn)采樣值能夠根據(jù)需要自動接入標準表中，使標準表與被測表接收數(shù)據(jù)相同，然后選擇被測表電能脈沖與標準表脈沖比對，計算誤差，并將誤差上傳到遠方測試主站。

圖1 遠程誤差測試系統(tǒng)站內(nèi)系統(tǒng)示意圖

2.1 遠程在線采樣通道切換模塊

在實現(xiàn)遠程誤差測試過程中，當需要切換被測電能表時，標準表需要切換采樣值報文接收，以保持與被測電能表接收數(shù)據(jù)相同[3]。當遠程需要測試某一塊電能表時，遠程后臺將該塊的電能表通信參數(shù)下發(fā)給標準表，主要參數(shù)有組播源IP地址，數(shù)據(jù)報文標識，采樣值通道對應消息等。標準表然后向交換機發(fā)送申請加入被測電能表采樣值廣播組信息。交換機一旦收到申請加入信息，就會將收到該信息的端口加入到該組播組中。同時，交換機將申請加入信息發(fā)送到虛擬局域網(wǎng)（VLAN）中所有其他主機上，其中一臺主機為組播源，向外組播采樣值信息，交換機將采樣值信息通過先前加入到該組播組的端口發(fā)送出去，標準表接收到采樣值報文[4]。標準表根據(jù)下發(fā)的數(shù)據(jù)報文標識，采樣值通道對應消息等配置參數(shù)，計算測試通路的電能值，然后與被測電能表進行電能比較，計算出被測電能表誤差。

此外交換機會周期性發(fā)送GMRP查詢，如果標準表想留在組播組中，它就會響應GMRP查詢，在該情況下，交換機沒有任何操作；如果標準表需要離開組播組，它既可以發(fā)送一個leave信息也可以不響應周期性GMRP查詢[5]。一旦交換機在計時器設定期間收到主機leave信息或沒有收到響應信息，它便從組播組中刪除該主機，標準電能表不再接收到采樣值。當測試結束時，電能表發(fā)送離開消息，離開原廣播組，結束本次測量。

2.2 脈沖采集與誤差計算模塊

當切換被測電能表時，需要切換到對應的電能脈沖輸出通路，進行脈沖誤差比對[6]。因模擬開關具有體積小，價格便宜、接觸可靠的優(yōu)點，同時又能夠滿足脈沖采集導通電阻，在本系統(tǒng)中采用多路模擬開關[6]AD7501。AD7501具有8路輸入[S1，S2，…，S8，]1路輸出OUT，3個地址線A1，A2，A3和使能端EN。芯片可以通過地址選擇實現(xiàn)輸出8路輸入中的任意1路。芯片工作示意圖如圖2所示。通過控制EN管腳實現(xiàn)多個芯片并聯(lián)，實現(xiàn)更多的采樣通道接入，本系統(tǒng)能夠實現(xiàn)32塊被測表脈沖采樣。

圖2 AD7501原理示意圖

2.3 遠程控制與誤差采集

根據(jù)測試要求，選擇被測電能表的檔案，通過網(wǎng)絡傳輸給標準表，然后標準表根據(jù)測試參數(shù)進行測試。在遠程后臺和標準表的數(shù)據(jù)傳輸常采用無線公網(wǎng)方式進行傳輸，具有適用范圍廣，組網(wǎng)方便的優(yōu)點。

3 結 語

通過本測試系統(tǒng)，對變電站進行了誤差校驗，驗證本測試系統(tǒng)能夠方便地實現(xiàn)遠程校驗，避免了停電校驗和現(xiàn)場配置工作，具有很高的經(jīng)濟和社會效益。

參考文獻

[1] 陳卓婭，秦楠，趙富海，等.電能計量裝置遠程在線檢測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電測與儀表，2008，45（6）：27?30.

[2] 唐濤濤.電能表的誤差發(fā)生分析與解決辦法[J].現(xiàn)代測量與實驗室管理，2011，19（3）：13?15.

[3] 王輝，毛瑩.變電站電能計量裝置遠程在線檢測系統(tǒng)的設計[J].中國科技博覽，2010（1）：153?154.

[4] 高翔.數(shù)字化變電站應用技術[M].北京：中國電力出版社，2008.

[5] 李晶，段斌，周江龍，等.基于GMRP的變電站發(fā)布/訂閱通信模型設計[J].電網(wǎng)技術，2008，32（16）：16?20.

[6] ADI公司.AD7501使用手冊[M].USA：ADI公司，2009.