數(shù)字化電能表校準(zhǔn)技術(shù)研究及測(cè)試技術(shù)探索

杜斌

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司晉中供電公司，山西 晉中 030600）

1 數(shù)字化電能表概述

國(guó)內(nèi)一些廠商及研究機(jī)構(gòu)對(duì)數(shù)字化電能表校驗(yàn)方法進(jìn)行了大量的研究，研究產(chǎn)品主要包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化電能表校驗(yàn)儀和實(shí)驗(yàn)室數(shù)字化電能表校驗(yàn)儀，現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化電能表在現(xiàn)場(chǎng)合并單元網(wǎng)絡(luò)報(bào)文狀態(tài)下計(jì)量準(zhǔn)確度校驗(yàn)。數(shù)字化電能表本質(zhì)為一個(gè)純數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備、IT設(shè)備。對(duì)于數(shù)字化電能表校驗(yàn)方法研究，目前行業(yè)內(nèi)主要有：①采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源法；②采用數(shù)字化功率源和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表法；③采用模擬功率源和標(biāo)準(zhǔn)模擬電能表法[1]。

2 數(shù)字化電能表校驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)方案

數(shù)字化電能表校驗(yàn)裝置由數(shù)字化功率源、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、數(shù)據(jù)處理裝置、工控機(jī)組成。

2.1 技術(shù)原理

數(shù)字化電能計(jì)量表可以使用標(biāo)注三相交流電壓、電流的電能計(jì)量表，檢定電源、傳統(tǒng)的電能脈沖數(shù)據(jù)分析、同時(shí)兼容IEC61850數(shù)字通信規(guī)約數(shù)字流、輸出接口標(biāo)準(zhǔn)電能計(jì)量表。本智能表目前采用了表源分離的結(jié)構(gòu)，新型的模數(shù)式標(biāo)準(zhǔn)電能表采用了直接模-數(shù)轉(zhuǎn)換方案。具體地，由微處理器控制多通道模擬-數(shù)字信號(hào)處理裝置，對(duì)電壓和電流幅值、相位、波形等信息采樣，根據(jù)芯片植入算法就算出相關(guān)電氣參數(shù)，電壓值、電流值、功率值、電能值[2]。

2.2 硬件原理

2.2.1 信號(hào)采集

本儀器采用高阻分壓和CT采集，滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入量程范圍，對(duì)相位、頻率的鎖相參數(shù)要求。

2.2.2 頻率監(jiān)控

對(duì)頻率的監(jiān)控是鎖相環(huán)（PLL）實(shí)現(xiàn)的。鎖相環(huán)由壓控振蕩器，鑒相器、分頻器等監(jiān)測(cè)回路組成。

2.2.3 GPS時(shí)鐘同步

本裝置1PPS輸出和IRIG-B碼輸出的規(guī)約模式作為同步校時(shí)單元，本儀器對(duì)兩種輸入信號(hào)均可接收。

2.2.4 數(shù)字-模擬信號(hào)電路處理

經(jīng)過(guò)采樣的信號(hào)進(jìn)入低通濾波器，再進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號(hào)處理，A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率和鎖相器和同步時(shí)鐘鎖匹配，再進(jìn)入DSP芯片進(jìn)行處理。

2.2.5 數(shù)字信號(hào)處理

本裝置采用雙處理器，分別使用DSP、ARM。在采集端輸入開(kāi)關(guān)量狀態(tài)，輸出端有報(bào)警和控制信號(hào)。

2.2.6 通信規(guī)約

本裝置的ARM芯片負(fù)責(zé)人機(jī)對(duì)話及通信控制。本檢測(cè)儀采用百兆光纖傳輸技術(shù)、分別采用IEC61850-9-1和IEC61850-9-2LE信號(hào)的輸入與輸出，并同時(shí)輸出與其完全等價(jià)的電能脈沖。

表1 新型模數(shù)式標(biāo)準(zhǔn)電能表對(duì)DTSD341（1200579805）9-1全數(shù)字表測(cè)試結(jié)果

2.3 軟件設(shè)計(jì)

DSP的計(jì)算軟件運(yùn)行于一專(zhuān)用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上。這種新型的模數(shù)式標(biāo)準(zhǔn)電能表的原理為，輸入的三相交流電壓,,和三相交流電流,,，進(jìn)入信號(hào)預(yù)處理裝置和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，再將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)入DSP處理器中處理，完成和電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格依照IEC61850通信規(guī)約組幀，形成與開(kāi)關(guān)脈沖相匹配的電能脈沖，按照IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)中信息，符合IEC61850-9-1和IEC61850-9-2LE標(biāo)準(zhǔn)的全數(shù)字式電能表進(jìn)行量值傳遞。

3 應(yīng)用測(cè)試

省計(jì)量權(quán)威機(jī)構(gòu)與本項(xiàng)目的新型模數(shù)式標(biāo)準(zhǔn)電能表分別對(duì)某公司的 IEC61850-9-2LE DTSD341（1200579908）和IEC61850-9-1 DTSD341(1200579805）全數(shù)字電能表進(jìn)行比對(duì)測(cè)試，結(jié)果高度一致。詳見(jiàn)表1。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹數(shù)字化電能表計(jì)量準(zhǔn)確度及功能檢測(cè)項(xiàng)目和分析數(shù)字化電能表誤差產(chǎn)生原因，重點(diǎn)針對(duì)數(shù)字化電能表校驗(yàn)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表量值溯源方法分析討論，給出基于數(shù)字化功率源和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表校驗(yàn)方法的校驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)方案。本裝置開(kāi)展電能表算法標(biāo)準(zhǔn)化、可靠性驗(yàn)證及密鑰管理等方面研究，建立數(shù)字化電能表計(jì)量新標(biāo)準(zhǔn)[2]。不僅適應(yīng)了IEC61850-9-1和IEC61850-9-2LE智能電表檢定，也避免了電能計(jì)量過(guò)程量值傳遞誤差。檢定基于IEC61850-9-1和IEC61850-9-2LE標(biāo)準(zhǔn)的全數(shù)字式電能表的歷史，大大節(jié)省了人力物力，并且隨著基于IEC61850的全數(shù)字式電能表檢定數(shù)量的不斷增多，節(jié)約增效的效果將更加顯著。