高精度智能電能計量系統的設計

胡德清

摘要：電能發電生產，并且由供電部門對其進行配送，最終為企業和用戶提供電能。可見電能就是電力企業所經營的一種商品，但是如何對電能實行經計算，關系著很多技術以及經濟問題。其中采取營業性的計費方式是合理公正的計費保證，其關系著電業部門和用戶間的經濟利益。[1]對此提升電能的正確劑量，對于發送、生產、供電和使用等各個對象都是十分關鍵的。

關鍵詞：高精度 智能電能計量 計量系統 設計

中圖分類號：TM933.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0183-01

準確性提升電能計量有著十分重要的意義，使用各種方法減少電能計量裝置出現的誤差是當前急需要解決的一個問題。電能的計量綜合誤差中有著電能表和電壓互感器的誤差、電壓互感器和電壓互感器二次回路壓降等的誤差。自重電能表誤差能夠克服高精度原件中的缺陷，電壓互感器誤差減少方法是匝數補償。[2]電壓互感器二次回路壓降引起的誤差長時間內不能被關注，同時不能實現有效控制。實際上，電壓互感二次回路壓降造成的誤差較大。為此要想提升電能計量準確度，減少電能計量誤差造成的經濟損失，采取的處理方式為減少電壓互感器二次回路壓降。

1 高精度智能化電能計量系統

該項目的關鍵是實現對高精度電能計量系統的設計，并應用在變電站中。在系統中使用模塊設計法。設計采集計量裝置和綜合通信裝置。模塊化設計比較簡便，同時滿足了智能電網智能儀表的要求。如果其中的某個裝置發生了故障，則不需要對其系統進行更換，降低系統使用和升級的成本。采集裝置要安裝在變電站內的計量回路中，其中控制室的通信裝置可以實現串行口進而將其擴充成更多的采集裝置，接受上傳的數據。

綜合裝置能夠保證提供和用戶相交互的界面，接受用戶操作指令。主要的作用是對實時數據進行顯示，保存和管理歷史數據、記錄故障和時間、傳輸變電站的網絡層數據。

2 設計和裝置相應的采集計量系統

在對采集計量裝置進行設計中需要對下列問題進行考慮，采集計量裝置的對象是電網信號，因此要實行信號輸入和信號調理。設計要求電網內電壓、電流信號每周進行256點周期采樣，這一需要可以滿足模數轉換器的采樣速率。并且還能夠采集三相電壓和電流信號燈，通過模數轉換器可以實現多通道的同步采樣。實行多路數的采集、處理以及綜合通信裝置、傳輸數據等。

2.1 計量裝置的硬件設計

該項目內的高精度只能電能計量系統內所采集的劑量裝置功能框圖如下圖2所示，為了對上述要求進行滿足，采用德州儀器（TI）公司的16位高速6通道模數轉換器-ADS8365和54x系列芯片，借助DSP的優秀數據處理能力，實現對其中的三相電壓和電流信號進行采集和處理，并且通過VC5409多通道緩沖串口以及電光轉換模塊HFBR1414完成綜合通信裝置數據傳輸。DSP內集成RAM容量有限，因此對SRAM實行擴展中，可以很好的擴展DSP數據空間。為了啟動DSP，要外擴FLASH下實現對程序代碼存儲，方便DSP在通電后能夠實現內部程序的自主運行。最大程度的減小非同步采樣的誤差，同時提供硬件鎖相對采樣脈沖信號。

模數轉換器ADC為采集計量核心，其性能對整個系統性能和精度具有決定性的影響。本文的設計系統采樣指標為：

系統計量精度要在0.5級之上，并且其理論分辨率至少要比精度要求高出一個數量級，同時對其他因素實行綜合考慮，要選取16模數轉換器。

在奈奎斯特采樣的定理可知，采樣頻率大于被采樣頻率2倍，采樣結果可以體現原信號特征。實際應用中，采樣頻率為原始信號5～10倍。對濾波的計量要求進行考慮，要被測量2～21次，這樣采樣頻率至少是50×21×5=5.25KHz，并且要對模數轉換器的轉換留出一定的時間，頻率不能過高，因此設定的采樣頻率是12.8KHz。采樣觸發是在模數轉換器針對輸入時鐘信號實行分頻后得到采樣觸發信號，這種信號被確定后，采樣頻率也被確定，工作時間比較容易更改，并且還存在同步誤差。

2.2 采集計量的裝置軟件

采集計量裝置內使用的主要是采集量化后三相電壓、三相電流處理，得出參數值，經過MCBSPSS的接口電光實行轉換，將原始數據和計算的結果輸送至綜合裝置內，總體流程從下圖1。

主程序先要針對DSP中引腳功能和中斷實行初始化，設置DSP運行頻率、復用初始地址和相應引腳是GPIO。中斷采樣后選取有效信號通道， PLL輸入，完成采集周期，實施數據計算，最后在DSP的MCBSPSS光電變換后，傳送其到綜合通信裝置內。

采集計量裝置并測量，先要通過HCF4051選取同步信號，將其作為鎖相環輸入信號。判斷通道內信號的有效性方法是：若通道采集值長期比較小或該值為0，代表了同步信號出現了故障，無法被當做鎖相環輸入，選擇下一通道，直至找出更合適通道，VC5409通用I0數量少，切換于VC5409內McBSP引腳復用I0口，在CPLD中的6進制計數器下對HCF4051實行控制HCF4051的ABC端，進而對相應的通道進行選擇。

數據完成了對子程序數據的采集會。ADS8365片選信號ADCS在VC5409地址引腳和IO空間選通信號IS產生于CPLD。CPLD內的SPSIG引腳和HOLD[A、B、C]相互連接，對6路的信號同步采樣進行控制。

3 電能計量和電力參數測量方法

4 結語

文章對高精度智能電能計量系統的系統設計和構造進行了詳細的闡述，并且對相應的用電量計算方法進行了提出，在實際的應用中只需要將相應的數字輸送進去就能夠獲得相應用電量的精確化計量。

參考文獻

[1]李灝.高精度智能電能計量系統設計[D].華北電力大學，2011.10～26.

[2]李楠.智能高精度三相電能計量系統的設計[J].自動化技術與應用，2015，09：86-88+116.