杜斌

（國網(wǎng)山西省電力公司晉中供電公司，山西 晉中 030600）

1 數(shù)字化電能表概述

國內(nèi)一些廠商及研究機構對數(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)絡報文狀態(tài)下計量準確度校驗。數(shù)字化電能表本質為一個純數(shù)字信號處理設備、IT設備。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)絡交換機、數(shù)據(jù)處理裝置、工控機組成。

2.1 技術原理

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構，新型的模數(shù)式標準電能表采用了直接模-數(shù)轉換方案。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(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、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(shù)式標準電能表對DTSD341（1200579805）9-1全數(shù)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(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,,，進入信號預處理裝置和模數(shù)轉換裝置，再將數(shù)字信號轉入DSP處理器中處理，完成和電能質量的監(jiān)測，嚴格依照IEC61850通信規(guī)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(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 應用測試

省計量權威機構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，結果高度一致。詳見表1。

4 結語

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。