数字化电能表检测功能的新型模拟标准表的设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——具有数字化电能表检测功能的新型模拟标准表及检测方法。该专利由国家电网公司申请，并于2016年11月2日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及电能表计量及测试领域，具体是具有数字化电能表检测功能的新型模拟标准表及检测方法。

发明背景

随着IEC61850 智能化变电站数字化标准的问世及相应技术的发展，数字化、网络化电能表随之诞生。因此如何确立其检测规范、如何检测数字化电能表、如何对其检测标准进行溯源等也就成了广大计量人员关心的问题。然而电能表检测标准/装置都属于模拟量领域，对数字化电能表没有相应标准，在技术及计量溯源方面存在难以解决的问题，因此无法对数字化电能表实现垂直计量、溯源。

现有技术中，目前对于数字化电能表检测只能采用同类数表“表—表”比对模式，所谓的标准数字化电能表也是自说自话，其标准性难以有效验证，因此比对的结果缺乏科学性、法律效力。

专利CN201607526公开了一种用于测试数字化电能表装置，实现数字功率源输出，使用了标准脉冲板作为标准比较，仍旧使用的是“表—表”比对模式，其标准性难以有效验证。专利CN103048638公开了一种电能数字量信号多功能检验装置，包括数字功率源和脉冲单元，实现数字式信号发送输出、检测外部连接的被检信号源的标准值计算，但是不具备实时信号源功能和模拟功率源。

模拟电能表计量检测体系则是非常成熟、规范的体系，如果能够利用模拟计量体系实现数字电能表检测，则可以实现一标二用、节省计量成本又可实现数字化电能表的检测。

发明内容

为解决现有技术问题，实现数字化电能表模拟标准检测方法，本发明提供了一种具有数字化电能表检测功能的新型模拟标准表及检测方法。

本发明的技术方案为：一种具有数字化电能表检测功能的新型模拟标准表，包括A/D模数转换器、 DSP单元、IEC61850数据调制器、IEC61850/FT3数据解调器、误差计算器。较优地，还包括显示及人机交互单元、用于控制显示及人机交互单元的微处理器和接口单元。

A/D模数转换器、IEC61850数据调制器、IEC61850/FT3数据解调器、微处理器、误差计算单元均与DSP单元相连接，显示及人机交互单元、接口单元与微处理器相连接；DSP单元的脉冲输出接口、被测数字化电能表的脉冲输出接口均与误差计算器的输入接口相连接。

A/D模数转换器、DSP单元相连接用于模拟电能表的校验/标准溯源；A/D模数转换器与IEC61850数据调制器相连接用于数字化电能表离线检测；IEC61850/FT3解调器与DSP单元相连接用于现场数字化电能表在线核查比较、电子式互感检验和DSP计算功能验证。通过IEC61850输入/输出口、电能脉冲输入/输出口、模拟信号通道可组成计量溯源/传递、核查系统，完成数表标准溯源体系/量值传递网络体系。

DSP单元包括信号分析模块、电参数计算模块和电能计算模块，信号分析模块、电参数计算模块与电能计算模块相连接；A/D模数转换器、 IEC61850数据调制器、IEC61850/FT3数据解调器与信号分析模块相连接，误差计算器与电能计算模块相连接，电参数计算模块和电能计算模块与微处理器相连接。通过DSP单元的信号分析及IEC61850/FT3数据解调器，可以实现数字输出电子互感器检验功能，同时，DSP单元和显示及人机交互单元实现了三相电气参数电压、电流、频率、相位、功率等参数测量及同步显示功能。

A/D模数转换器、IEC61850数据调制器、IEC61850数据解调器与DSP单元通过数据总线连接，数据传输速度快。较优地，显示及人机交互单元、接口单元与微处理器通过数据总线连接，DSP单元与微处理器之间通过数据总线连接。 A/D模数转换器为6路，分别接收三相电压、三相电流模拟信号，实现了三相电压、电流模拟信号输入接口。

接口单元包括USB接口、RS232接口和以太网接口，USB接口、RS232接口、以太网接口均与微处理器相连接，通过接口单元，本发明能够与外接设备进行数据传输。显示及人机交互单元包括显示屏、按键、键盘和鼠标，方便数字化电能表的检测。

一种具有数字化电能表检测功能的新型模拟标准表可以实现的检测包括以下步骤：模拟电能表校验/标准溯源；数字化电能表离线检测；模拟电能表与数字化电能表同步校验。

本发明还包括数字化电能表在线检测：现场合并单元将电压、电流数据报文发送给IEC61850/FT3数据解调器和在线数字化电能表，IEC61850/FT3数据解调器接收到IEC61850报文，还原出原始信号采样值，所述原始信号采样值通过DSP单元进行电能计算后，转换为脉冲信号，发送给误差计算器，同时，在线数字化电能表接收现场合并单元发送的电压、电流数据报文后，将计量后的电能脉冲信号发送给误差计算器，误差计算器比较所述在线数字化电能表输出的脉冲信号和本步骤所述的DSP单元输出的脉冲信号，进行电能误差计算。

本发明还包括DSP单元计量性能验证，虚拟标准源将IEC61850/FT3报文发送至IEC61850/FT3数据解调器，IEC61850/FT3数据解调器接收到IEC61850/FT3报文，还原出原始信号采样值，所述原始信号采样值通过DSP单元进行电能计量并发出相应电能脉冲给误差计算器，同时虚拟标准源输出标准电能脉冲至误差计算器， 误差计算器比较所述DSP单元计量的电能脉冲和来自虚拟标准源的标准电能脉冲，对DSP单元电能计算模块精度进行验证。

本发明有益效果包括，具备标准模拟、数字电能表功能，实现模拟电能表与数字化电能表同步校验，通过模拟标准表的计量方法，对数字化电能表进行检测，打破了数字化电能表的相互比较的方法，科学合理，可靠性及准确度比较高。

进一步地，本发明既可离线校验电能表，又可在线检验电能表，能够被广泛运用实验室和现场环境。此外，本发明既满足了溯源计量管理要求又避免了设置数字化标准问题，完全采用模拟标准表溯源/传递模式，是一种优化的技术方案，内部DSP作为模拟、数字共同标准，极大简化了系统结构，硬件最少，成本最低。