數字化電能表校準技術研究及測試技術探索

杜斌

（國網山西省電力公司晉中供電公司，山西 晉中 030600）

1 數字化電能表概述

國內一些廠商及研究機構對數字化電能表校驗方法進行了大量的研究，研究產品主要包括現場數字化電能表校驗儀和實驗室數字化電能表校驗儀，現場校驗儀可實現數字化電能表在現場合并單元網絡報文狀態下計量準確度校驗。數字化電能表本質為一個純數字信號處理設備、IT設備。對于數字化電能表校驗方法研究，目前行業內主要有：①采用標準數字功率源法；②采用數字化功率源和標準數字化電能表法；③采用模擬功率源和標準模擬電能表法[1]。

2 數字化電能表校驗裝置實現方案

數字化電能表校驗裝置由數字化功率源、標準數字化電能表、網絡交換機、數據處理裝置、工控機組成。

2.1 技術原理

數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、傳統的電能脈沖數據分析、同時兼容IEC61850數字通信規約數字流、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構，新型的模數式標準電能表采用了直接模-數轉換方案。具體地，由微處理器控制多通道模擬-數字信號處理裝置，對電壓和電流幅值、相位、波形等信息采樣，根據芯片植入算法就算出相關電氣參數，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，滿足模數轉換器輸入量程范圍，對相位、頻率的鎖相參數要求。

2.2.2 頻率監控

對頻率的監控是鎖相環（PLL）實現的。鎖相環由壓控振蕩器，鑒相器、分頻器等監測回路組成。

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 數字-模擬信號電路處理

經過采樣的信號進入低通濾波器，再進入模數轉換器進行信號處理，A/D轉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。在采集端輸入開關量狀態，輸出端有報警和控制信號。

2.2.6 通信規約

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、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。

表1 新型模數式標準電能表對DTSD341（1200579805）9-1全數字表測試結果

2.3 軟件設計

DSP的計算軟件運行于一專用嵌入式實時操作系統上。這種新型的模數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,,，進入信號預處理裝置和模數轉換裝置，再將數字信號轉入DSP處理器中處理，完成和電能質量的監測，嚴格依照IEC61850通信規約組幀，形成與開關脈沖相匹配的電能脈沖，按照IEC61850通信標準規中信息，符合IEC61850-9-1和IEC61850-9-2LE標準的全數字式電能表進行量值傳遞。

3 應用測試

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

4 結語

本文介紹數字化電能表計量準確度及功能檢測項目和分析數字化電能表誤差產生原因，重點針對數字化電能表校驗技術及標準數字化電能表量值溯源方法分析討論，給出基于數字化功率源和標準數字化電能表校驗方法的校驗裝置設計方案。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，建立數字化電能表計量新標準[2]。不僅適應了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標準的全數字式電能表的歷史，大大節省了人力物力，并且隨著基于IEC61850的全數字式電能表檢定數量的不斷增多，節約增效的效果將更加顯著。