數(shù)字化電能表校準技術(shù)研究及測試技術(shù)探索

杜斌

【摘 要】隨著數(shù)字化電能表越來越廣泛用于智能變電站電能計量系統(tǒng)，研究一套完備的校準規(guī)范變得日趨重要，論文針對數(shù)字化電能表校準項目和誤差成因進行分析，在此基礎(chǔ)上重點對基于數(shù)字化功率源和標準數(shù)字化電能表法校驗技術(shù)和實現(xiàn)方案進行討論。并對基于IEC61850標準的全數(shù)字式電能表的誤差檢定裝置進行立項研究，解決了基于IEC61850-9-1和IEC61850-9-2LE標準的全數(shù)字式電能表的檢定問題。

【Abstract】With the more and more widely application of digital electric energy meter in the electric energy metering system of smart substation， studying a complete set of calibration specifications has become increasingly important. This paper analyzes the calibration project and error cause of the digital electric energy meter. On this basis， the paper mainly discusses the calibration technology and implementation scheme based on digital power source and standard digital electric energy meter method. And it studies the error checking device of the all digital electric energy meter based on IEC61850 standard， which solves the calibration of all digital electric energy meter based on IEC61850-9-1 and IEC61850-9-2LE standard.

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化電能表；誤差；校驗；數(shù)字化電能表校驗裝置；溯源

【Keywords】digital electric energy meter； error； calibration； digital electric energy meter calibration device； traceability

【中圖分類號】TM933.4 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）08-0176-02

1 數(shù)字化電能表概述

國內(nèi)一些廠商及研究機構(gòu)對數(shù)字化電能表校驗方法進行了大量的研究，研究產(chǎn)品主要包括現(xiàn)場數(shù)字化電能表校驗儀和實驗室數(shù)字化電能表校驗儀，現(xiàn)場校驗儀可實現(xiàn)數(shù)字化電能表在現(xiàn)場合并單元網(wǎng)絡(luò)報文狀態(tài)下計量準確度校驗。數(shù)字化電能表本質(zhì)為一個純數(shù)字信號處理設(shè)備、IT設(shè)備。對于數(shù)字化電能表校驗方法研究，目前行業(yè)內(nèi)主要有：①采用標準數(shù)字功率源法；②采用數(shù)字化功率源和標準數(shù)字化電能表法；③采用模擬功率源和標準模擬電能表法[1]。

2 數(shù)字化電能表校驗裝置實現(xiàn)方案

數(shù)字化電能表校驗裝置由數(shù)字化功率源、標準數(shù)字化電能表、網(wǎng)絡(luò)交換機、數(shù)據(jù)處理裝置、工控機組成。

2.1 技術(shù)原理

數(shù)字化電能計量表可以使用標注三相交流電壓、電流的電能計量表，檢定電源、傳統(tǒng)的電能脈沖數(shù)據(jù)分析、同時兼容IEC61850數(shù)字通信規(guī)約數(shù)字流、輸出接口標準電能計量表。本智能表目前采用了表源分離的結(jié)構(gòu)，新型的模數(shù)式標準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)字信號處理裝置，對電壓和電流幅值、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，對相位、頻率的鎖相參數(shù)要求。

2.2.2 頻率監(jiān)控

對頻率的監(jiān)控是鎖相環(huán)（PLL）實現(xiàn)的。鎖相環(huán)由壓控振蕩器，鑒相器、分頻器等監(jiān)測回路組成。

2.2.3 GPS時鐘同步

本裝置1PPS輸出和IRIG-B碼輸出的規(guī)約模式作為同步校時單元，本儀器對兩種輸入信號均可接收。

2.2.4 數(shù)字-模擬信號電路處理

經(jīng)過采樣的信號進入低通濾波器，再進入模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行信號處理，A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率和鎖相器和同步時鐘鎖匹配，再進入DSP芯片進行處理。

2.2.5 數(shù)字信號處理

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

2.2.6 通信規(guī)約

本裝置的ARM芯片負責人機對話及通信控制。本檢測儀采用百兆光纖傳輸技術(shù)、分別采用IEC61850-9-1和IEC61850-9-2LE信號的輸入與輸出，并同時輸出與其完全等價的電能脈沖。

2.3 軟件設(shè)計

DSP的計算軟件運行于一專用嵌入式實時操作系統(tǒng)上。這種新型的模數(shù)式標準電能表的原理為，輸入的三相交流電壓，，和三相交流電流，，，進入信號預(yù)處理裝置和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，再將數(shù)字信號轉(zhuǎn)入DSP處理器中處理，完成和電能質(zhì)量的監(jiān)測，嚴格依照IEC61850通信規(guī)約組幀，形成與開關(guān)脈沖相匹配的電能脈沖，按照IEC61850通信標準規(guī)中信息，符合IEC61850-9-1和IEC61850-9-2LE標準的全數(shù)字式電能表進行量值傳遞。

3 應(yīng)用測試

省計量權(quán)威機構(gòu)與本項目的新型模數(shù)式標準電能表分別對某公司的IEC61850-9-2LE DTSD341（1200579908）和IEC61850-9-1 DTSD341（1200579805）全數(shù)字電能表進行比對測試，結(jié)果高度一致。詳見表1。

4 結(jié)語

本文介紹數(shù)字化電能表計量準確度及功能檢測項目和分析數(shù)字化電能表誤差產(chǎn)生原因，重點針對數(shù)字化電能表校驗技術(shù)及標準數(shù)字化電能表量值溯源方法分析討論，給出基于數(shù)字化功率源和標準數(shù)字化電能表校驗方法的校驗裝置設(shè)計方案。本裝置開展電能表算法標準化、可靠性驗證及密鑰管理等方面研究，建立數(shù)字化電能表計量新標準[2]。不僅適應(yīng)了IEC61850-9-1和IEC61850-9-2LE智能電表檢定，也避免了電能計量過程量值傳遞誤差。檢定基于IEC61850-9-1和IEC61850-9-2LE標準的全數(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。

【參考文獻】

【1】穆小星，段梅梅，張健.數(shù)字化電能表溯源探究與分析[J].電測與儀表，2014（23）：45.

【2】申莉，甘依依，孫國學(xué)，等.數(shù)字化電能表校準技術(shù)研究及應(yīng)用[J].電測與儀表，2014（24）：89-95.