杜斌

【摘 要】隨著數(shù)字化電能表越來(lái)越廣泛用于智能變電站電能計(jì)量系統(tǒng)，研究一套完備的校準(zhǔn)規(guī)范變得日趨重要，論文針對(duì)數(shù)字化電能表校準(zhǔn)項(xiàng)目和誤差成因進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)對(duì)基于數(shù)字化功率源和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表法校驗(yàn)技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行討論。并對(duì)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的全數(shù)字式電能表的誤差檢定裝置進(jìn)行立項(xiàng)研究，解決了基于IEC61850-9-1和IEC61850-9-2LE標(biāo)準(zhǔn)的全數(shù)字式電能表的檢定問(wèn)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(yàn)；數(shù)字化電能表校驗(yàn)裝置；溯源

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

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

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。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

DSP的計(jì)算軟件運(yùn)行于一專用嵌入式實(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。

【參考文獻(xiàn)】

【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(cè)與儀表，2014（23）：45.

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