数字化电能表校准技术研究及测试技术探索

杜斌

（国网山西省电力公司晋中供电公司，山西 晋中 030600）

1 数字化电能表概述

国内一些厂商及研究机构对数字化电能表校验方法进行了大量的研究，研究产品主要包括现场数字化电能表校验仪和实验室数字化电能表校验仪，现场校验仪可实现数字化电能表在现场合并单元网络报文状态下计量准确度校验。数字化电能表本质为一个纯数字信号处理设备、IT设备。对于数字化电能表校验方法研究，目前行业内主要有：①采用标准数字功率源法；②采用数字化功率源和标准数字化电能表法；③采用模拟功率源和标准模拟电能表法[1]。

2 数字化电能表校验装置实现方案

数字化电能表校验装置由数字化功率源、标准数字化电能表、网络交换机、数据处理装置、工控机组成。

2.1 技术原理

数字化电能计量表可以使用标注三相交流电压、电流的电能计量表，检定电源、传统的电能脉冲数据分析、同时兼容IEC61850数字通信规约数字流、输出接口标准电能计量表。本智能表目前采用了表源分离的结构，新型的模数式标准电能表采用了直接模-数转换方案。具体地，由微处理器控制多通道模拟-数字信号处理装置，对电压和电流幅值、相位、波形等信息采样，根据芯片植入算法就算出相关电气参数，电压值、电流值、功率值、电能值[2]。

2.2 硬件原理

2.2.1 信号采集

本仪器采用高阻分压和CT采集，满足模数转换器输入量程范围，对相位、频率的锁相参数要求。

2.2.2 频率监控

对频率的监控是锁相环（PLL）实现的。锁相环由压控振荡器，鉴相器、分频器等监测回路组成。

2.2.3 GPS时钟同步

本装置1PPS输出和IRIG-B码输出的规约模式作为同步校时单元，本仪器对两种输入信号均可接收。

2.2.4 数字-模拟信号电路处理

经过采样的信号进入低通滤波器，再进入模数转换器进行信号处理，A/D转换器的采样频率和锁相器和同步时钟锁匹配，再进入DSP芯片进行处理。

2.2.5 数字信号处理

本装置采用双处理器，分别使用DSP、ARM。在采集端输入开关量状态，输出端有报警和控制信号。

2.2.6 通信规约

本装置的ARM芯片负责人机对话及通信控制。本检测仪采用百兆光纤传输技术、分别采用IEC61850-9-1和IEC61850-9-2LE信号的输入与输出，并同时输出与其完全等价的电能脉冲。

表1 新型模数式标准电能表对DTSD341（1200579805）9-1全数字表测试结果

2.3 软件设计

DSP的计算软件运行于一专用嵌入式实时操作系统上。这种新型的模数式标准电能表的原理为，输入的三相交流电压,,和三相交流电流,,，进入信号预处理装置和模数转换装置，再将数字信号转入DSP处理器中处理，完成和电能质量的监测，严格依照IEC61850通信规约组帧，形成与开关脉冲相匹配的电能脉冲，按照IEC61850通信标准规中信息，符合IEC61850-9-1和IEC61850-9-2LE标准的全数字式电能表进行量值传递。

3 应用测试

省计量权威机构与本项目的新型模数式标准电能表分别对某公司的 IEC61850-9-2LE DTSD341（1200579908）和IEC61850-9-1 DTSD341(1200579805）全数字电能表进行比对测试，结果高度一致。详见表1。

4 结语

本文介绍数字化电能表计量准确度及功能检测项目和分析数字化电能表误差产生原因，重点针对数字化电能表校验技术及标准数字化电能表量值溯源方法分析讨论，给出基于数字化功率源和标准数字化电能表校验方法的校验装置设计方案。本装置开展电能表算法标准化、可靠性验证及密钥管理等方面研究，建立数字化电能表计量新标准[2]。不仅适应了IEC61850-9-1和IEC61850-9-2LE智能电表检定，也避免了电能计量过程量值传递误差。检定基于IEC61850-9-1和IEC61850-9-2LE标准的全数字式电能表的历史，大大节省了人力物力，并且随着基于IEC61850的全数字式电能表检定数量的不断增多，节约增效的效果将更加显著。