专利名称：低压集抄系统实验室仿真检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低压集抄系统实验室仿真检测装置。
背景技术：
从上个世纪末开始，我国电力系统以前所未有的速度迅猛发展，配合国家经济发展的需要，智能电网的建设已在各电网公司已全面铺开，智能电网的很重要的一个建设环节就是电力用户用电信息采集系统的建立。电力用户用电信息采集系统是对电力用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的系统。电力用户用电信息采集系统的一个重要组成部分就是低压集抄系统。低压集抄系统是指对包括低压商业、小动力、办公、居民等用户用电信息的采集。如图1所示，该低压集抄系统由电能表、采集器、集中器、主站系统组成。电能表用于计量用户的用电信息，采集器通过RS485或PLC (电力载波)通讯方式从电能表采集用电信息、然后通过PLC通讯方式上传至集中器，集中器通过GPRS通讯方式上传到主站管理系统。电力载波通讯(PLC)是利用电力线做为信息传输介质，将所需要传递的信息进行高速传输的技术，其具有高可靠性、抗破坏能力强、不用架设专用线路的特点而得到迅猛发展，这种通讯方式是低压集抄系统最常用的通讯手段之一，众多生产厂商已推出了各种型号的载波通讯电能表、采集终端、集中器，广泛应用于电力部门电量计量及电力用户用电信息采集系统。在220V/380V的低压电力线上进行信号传输，存在配电变压器对载波信号的隔离作用、电力线上各种干扰信号对载波通讯的干扰、电力线上负载对载波信号的衰减、不同载波信号之间的相互干扰、电力线路阻抗变化等诸多问题，常常因为这些问题而导致用电信息无法传输、传输错误、传输距离不够远等问题而使整个系统无法工作。整个集抄系统在如此复杂的现场环境下，系统内的电能表、集中器、采集器能否按设计指标正常工作？其下行和上行通讯的抗干扰能力如何？接收灵敏度指标是否达标？ 信号在传输过程是否丢失及变动？整个系统对信息抄收的成功率是否合格？如何进行检测？是电力计量管理部门急待解决的问题。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种对低压集抄系统内各个独立的采集设备及整个低压集抄系统进行综合测试、可在实验室环境下评估该系统在现场环境下的数据采集及通讯能力的低压集抄系统实验室仿真检测装置。本发明所采用的技术方案是一种低压集抄系统实验室仿真检测装置，包括电源、 被测产品组、设备基本参数测试单元、载波发射测试单元、接收灵敏度测试单元、干扰信号仿真模组、中继路由仿真模组、无功补偿仿真模组、线路阻抗仿真模组以及用于控制上述测试单元及仿真模组的控制系统，所述被测产品组包括依次通讯连接的电能表、采集器、集中器，所述被测产品组与所述设备基本参数测试单元、载波发射测试单元、接收灵敏度测试单元、干扰信号仿真模组、中继路由仿真模组、无功补偿仿真模组、线路阻抗仿真模组以及控制系统电连接，所述电源与所述干扰信号仿真模组、中继路由仿真模组、无功补偿仿真模组、线路阻抗仿真模组以及控制系统电连接，上述各个测试单元及仿真模组均与控制系统电连接并通过该控制系统传输数据至测试装置主站平台。 所述设备基本参数测试单元包括功耗测试电路、选频及电平测试电路、基本通讯功能检测单元、中继功能检测及数据转发功能检测电路，所述功耗测试电路包括电压采样模块、电流采样模块、电能计量芯片、CPU，所述电压采样模块与电流采样模块并接后与所述电能计量芯片连接，所述电能计量芯片连接CPU，所述电压采样利用电压互感器进行电压采样，所述电流采样利用电流互感器进行电流采样，所述电能计量芯片完成电量累积、储存并同时将电量转换成相应的脉冲输出至CPU，所述CPU对电量信息进行处理并上传至主站管理端。 所述选频及电平测试电路包括被测仪表、选频电平表和处理器，所述选频电平表与处理器电连接，所述被测仪表和选频电平表通过选通和滤波电路与交流220V电压连接， 利用选频电平表捕捉载波通讯信号，并将测试结果输出至处理器，处理器对采集到的信号进行处理运算得到被测载波信号的中心频率及通讯波特率。所述中继功能检测及数据转发功能检测电路包括辅助载波仪表、载波信号衰减器、被测载波仪表、主站控制软件和开关K1、开关K2，所述辅助载波仪表、载波信号衰减器、 被测载波仪表、主站控制软件依次连接，所述开关Kl与所述载波信号衰减器并联，所述开关K2与所述被测载波仪表并联，断开开关K1，合上开关K2，调整载波信号衰减器的衰减量， 使主站控制软件可以直接抄读到辅助载波仪表中的电量信息，然后调整载波信号衰减器的衰减量，直到主站控制软件不能抄读到辅助载波仪表中的电量信息，断开开关K2，主站控制软件应能通过被测载波仪表抄读辅助载波仪表中的电量信息，断开开关K2，合上开关K1， 主站控制软件应能通过被测载波仪表抄读辅助载波仪表中的电量信息。所述接收灵敏度测试单元包括载波信号发生器、可调载波信号衰减器和电子切换开关，所述载波信号发生器、可调载波信号衰减器、电子切换开关依次电连接，所述电子切换开关有多个输出端口可选择连接于所述被测载波仪表。所述干扰信号仿真模组包括微处理器、干扰信号发生器、选择开关，所述微处理器、干扰信号发生器、选择开关依次连接，所述干扰信号发生器可发出各种电器的干扰信号经选择开关连接于所述电能表、采集器、集中器的PLC网络上。所述线路阻抗仿真模组包括微处理器、负载阻抗仿真模块、选择开关，所述微处理器、负载阻抗仿真模块、选择开关依次连接，所述负载阻抗仿真模块仿真出的各种电器的阻抗信号经选择开关连接于所述电能表、采集器、集中器的PLC网络上。本发明的有益效果是由于本发明它包括被测产品组、设备基本参数测试单元、 载波发射测试单元、接收灵敏度测试单元、干扰信号仿真模组、中继路由仿真模组、无功补偿仿真模组、线路阻抗仿真模组、上述测试单元及仿真模组的控制系统、测试装置主站平台及控制软件、电源，所述被测产品组包括电能表、采集器、集中器，所述被测产品组与所述设备基本参数测试单元、载波发射测试单元、接收灵敏度测试单元、干扰信号仿真模组、中继路由仿真模组、无功补偿仿真模组、线路阻抗仿真模组以及控制系统电连接，所述电源与所述干扰信号仿真模组、中继路由仿真模组、无功补偿仿真模组、线路阻抗仿真模组以及控制系统电连接，所述测试单元及仿真模组控制系统与所述测试装置主站平台及控制软件电连接，所以本发明是一种对低压集抄系统内各个独立的采集设备及整个低压集抄系统进行综合测试、可在实验室环境下评估该系统在现场环境下的数据采集及通讯能力的低压集抄系统实验室仿真检测装置。


图1是一种常见的低压集抄系统示意图 图2是本发明电路结构方框示意图3是本发明功耗测试电路结构框图； 图4是本发明选频及电平测试电路结构框图； 图5是本发明基本通讯功能检测单元框图； 图6是本发明中继功能检测及数据转发功能检测电路框图； 图7是本发明载波发射电平测试单元结构框图； 图8是本发明接收灵敏度测试单元原理框图； 图9是本发明干扰信号仿真模组原理框图； 图10是本发明线路阻抗仿真模组原理框图； 图11是本发明中继深度对载波影响的测试接线图。
具体实施例方式如图2至图11所示，本发明包括被测产品组、设备基本参数测试单元、载波发射测试单元、接收灵敏度测试单元、干扰信号仿真模组、中继路由仿真模组、无功补偿仿真模组、 线路阻抗仿真模组、测试单元及仿真模组的控制系统、测试装置主站平台及控制软件、电源，所述被测产品组包括电能表、采集器、集中器，所述控制系统包括各单元控制电路、微处理器、串口服务器，所述电源包括程控三相源、净化稳压电源，所述被测产品组与所述设备基本参数测试单元、载波发射测试单元、接收灵敏度测试单元、干扰信号仿真模组、中继路由仿真模组、无功补偿仿真模组、线路阻抗仿真模组、控制系统电连接，所述电源与所述干扰信号仿真模组、中继路由仿真模组、无功补偿仿真模组、线路阻抗仿真模组、控制系统电连接，所述测试单元及仿真模组控制系统与所述测试装置主站平台及控制软件电连接。下面就本实施例的各部分作进一步详细说明
(1)设备基本参数测试单元由功耗测试电路、选频及电平测试电路、基本通讯功能检测单元、中继功能检测及数据转发功能检测电路等部分组成。功耗测试电路用于测试组成低压集抄系统的电能表、采集器、集中器的静态及动态功耗，电压采样利用电压互感器对工作电压进行采样。电流采样利用电流互感器对工作电流进行采样。电能计量芯片完成电量累积、储存，并同时将电量转换成相应的脉冲输出之微处理器(CPU)，微处理器(CPU) 对电量信息进行处理并上传至主站管理端。中心频率及通讯波特率检测说明利用选频电平表捕捉载波通讯信号，并将测试结果输出至CPU，CPU对采集到的信号进行处理运算，得到被测载波信号的中心频率及通讯波特率。
基本通讯功能检测单元由RS485通讯网络、电力载波通讯网络、GPRS通讯网络组成并连接测试装置主站平台，测试装置主站平台的主站控制软件通过RS485通讯网络及DL/T 698. 41通讯协议发出抄表指令，分别读取电能表、采集器、集中器内的电量信息， 检测RS485通讯模式下的抄表数据完整率及抄收成功率。主站控制软件通过电力载波通讯(PLC)网络及DL/T 698. 41通讯协议发出抄表指令，分别读取电能表、采集器、集中器内的电量信息，检测电力载波通讯模式下的抄表数据完整率及抄收成功率。主站控制软件通过GPRS通讯网络及DL/T 698. 41通讯协议发出抄表指令，读取集中器内的电量信息，检测 GPRS通讯模式下的抄表数据完整率及抄收成功率。主站控制软件通过GPRS通讯网络及DL/ T 698. 41通讯协议向集中器发出抄表指令，集中器内的控制软件通过电力载波通讯(PLC) 网络及DL/T 698. 42通讯协议向采集器发出抄表指令，采集器通过RS485通讯网络及DL/ T645协议读取电能表内的电量信息，检测整个低压集抄系统的抄表数据完整率及抄收成功率。中继功能检测说明断开开关K1，合上开关K2，调整载波信号衰减器的衰减量，使主站控制软件可以直接抄读到辅助载波仪表中的电量信息，然后调整载波信号衰减器的衰减量，直到主站控制软件不能抄读到辅助载波仪表中的电量信息，断开开关K2，主站控制软件应能通过被测载波仪表抄读辅助载波仪表中的电量信息。数据转发功能检测说明断开开关K2，合上开关K1，主站控制软件应能通过被测载波仪表抄读辅助载波仪表中的电量信息。(2)载波发射电平测试单元测试载波电能表、采集器、集中器的最大载波信号发射电平。利用选频电平表捕捉载波通讯信号，并将测试结果输出至CPU，CPU对采集到的信号进行处理运算，得到被测载波信号的最大发射电平。(3)接收灵敏度测试单元测试载波电能表、采集器、集中器的载波信号接收灵敏度，测试说明载波信号发生器按相关国家标准输出标准的载波信号，可调载波信号衰减器将此信号分为不同电平大小的数个档位，主站控制软件控制电平切换开关，从电平最大档依此向小电平档进行切换，且在每个档位抄读载波信号发生器的相关信息，依此来判断被测载波仪表的载波信号接收灵敏度。(4)干扰信号仿真模组在实验室环境下仿真低压供电网常见的电力负载，在微处理器的控制下，干扰信号发生器可产生低压电力线路上常见负载，如洗衣机、电视机、电吹风、电冰箱、空调、电梯等在电力线路上产生的具有其特征的干扰信号，主站控制软件控制干扰源切换开关，将不同的干扰源引入测试回路，分别测试这些电力负载所产生的干扰信号对载波通讯的影响。(5)线路阻抗仿真模组电力线载波通道的输出/入阻抗变化很大，低压供电网常见的电力负载，如洗衣机、电视机、电吹风、电冰箱、空调、电梯等会使电力线路载波通道的输入阻抗发生改变，负载阻抗仿真模块在微处理器的控制下可仿真产生相应电器负载对电力线路载波通道输入阻抗的影响，主站控制软件控制输入阻抗切换开关，将不同类型的影响量引入测试回路，分别测试这些影响量对载波通讯的影响。(6)中继路由仿真模组仿真测试通讯速率、中继深度的改变对载波通讯的影响。 通过主站控制软件改变载波仪表之间通讯波特率，测试在不同波特率通讯时抄读数据的误码率和成功率。在载波仪表之间加入不同数量的中继器，测试不同的中继深度对载波通讯的影响。(7)无功补偿仿真模组无功补偿会改变电力线路的功率因数，无功补偿仿真模组可仿真实际的无功补偿方式改变试验回路的功率因数以及对载波通讯的影响。(8)控制上述测试单元及仿真模组的控制系统由微处理器、串口服务器、各单元控制电路、底层嵌入式控制软件组成，对各个测试单元电路及仿真模组进行控制。(9)测试装置主站平台及控制软件主站服务器及应用软件。(10)被测产品组包括电能表、采集器、集中器以及低压集抄系统。(11)电源包括净化稳压电源和程控三相源，净化稳压电源为测试装置提供净化稳压后的供电电源。程控三相源为测试装置提供相应的供电电源与负载电流。
权利要求
1.一种低压集抄系统实验室仿真检测装置，其特征在于它包括电源、被测产品组、设备基本参数测试单元、载波发射测试单元、接收灵敏度测试单元、干扰信号仿真模组、中继路由仿真模组、无功补偿仿真模组、线路阻抗仿真模组以及用于控制上述测试单元及仿真模组的控制系统，所述被测产品组包括依次通讯连接的电能表、采集器、集中器，所述被测产品组与所述设备基本参数测试单元、载波发射测试单元、接收灵敏度测试单元、干扰信号仿真模组、中继路由仿真模组、无功补偿仿真模组、线路阻抗仿真模组以及控制系统电连接，所述电源与所述干扰信号仿真模组、中继路由仿真模组、无功补偿仿真模组、线路阻抗仿真模组以及控制系统电连接，上述各个测试单元及仿真模组均与控制系统电连接并通过该控制系统传输数据至测试装置主站平台。
2.根据权利要求1所述的低压集抄系统实验室仿真检测装置，其特征在于所述设备基本参数测试单元包括功耗测试电路、选频及电平测试电路、基本通讯功能检测单元、中继功能检测及数据转发功能检测电路，所述功耗测试电路包括电压采样模块、电流采样模块、 电能计量芯片和CPU，所述电压采样模块与电流采样模块并接后与所述电能计量芯片连接， 所述电能计量芯片连接CPU。
3.根据权利要求2所述的低压集抄系统实验室仿真检测装置，其特征在于所述选频及电平测试电路包括被测仪表、选频电平表和处理器，所述选频电平表与处理器电连接，所述被测仪表和选频电平表通过选通和滤波电路与交流220V电压连接。
4.根据权利要求2所述的低压集抄系统实验室仿真检测装置，其特征在于所述中继功能检测及数据转发功能检测电路包括辅助载波仪表、载波信号衰减器、被测载波仪表和开关K1、开关K2，所述辅助载波仪表、载波信号衰减器、被测载波仪表依次串联后并连接至测试装置主站平台，所述开关Kl与所述载波信号衰减器并联，所述开关K2与所述被测载波仪表并联。
5.根据权利要求1所述的低压集抄系统实验室仿真检测装置，其特征在于所述接收灵敏度测试单元包括载波信号发生器、可调载波信号衰减器和电子切换开关，所述载波信号发生器、可调载波信号衰减器、电子切换开关依次电连接，所述电子切换开关有多个输出端口可选择连接于所述被测载波仪表。
6.根据权利要求1所述的低压集抄系统实验室仿真检测装置，其特征在于所述干扰信号仿真模组包括微处理器、干扰信号发生器、选择开关，所述微处理器、干扰信号发生器、 选择开关 依次连接，所述干扰信号发生器可发出各种电器的干扰信号经选择开关连接于所述电能表、采集器、集中器的PLC网络上。
7.根据权利要求1所述的低压集抄系统实验室仿真检测装置，其特征在于所述线路阻抗仿真模组包括微处理器、负载阻抗仿真模块、选择开关，所述微处理器、负载阻抗仿真模块、选择开关依次连接，所述负载阻抗仿真模块仿真出的各种电器的阻抗信号经选择开关连接于所述电能表、采集器、集中器的PLC网络上。
全文摘要
本发明公开了一种低压集抄系统实验室仿真检测装置，旨在提供一种对低压集抄系统内各个独立的采集设备及整个低压集抄系统进行综合测试、可在实验室环境下评估该系统在现场环境下的数据采集及通讯能力的低压集抄系统实验室仿真检测装置。它包括被测产品组、设备基本参数测试单元、载波发射测试单元、接收灵敏度测试单元、干扰信号仿真模组、中继路由仿真模组、无功补偿仿真模组、线路阻抗仿真模组、测试单元及仿真模组控制系统、测试装置主站平台及控制软件、电源。本发明利用软、硬件仿真技术，对低压集抄系统内各个独立的采集设备及整个低压集抄系统进行综合测试，可在实验室环境下评估该系统在现场环境下的数据采集及通讯能力。
文档编号G01R31/00GK102401864SQ201110361590
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者叶华艺, 朱亚军, 王幼军, 蔡春元, 陈劲游 申请人:广东电网公司中山供电局, 珠海市科荟电器有限公司