专利名称：数字化电能表校验装置及系统的制作方法
技术领域：
本实用新型关于电力系统中数字化多功能电能表的测量技术，尤其涉及一种数字 化电能表校验装置及系统。
背景技术：
目前，数字化电能表已经在数字化变电站挂网运行，该数字化电能表是遵循 IEC61850-9-1数字化变电站通信规约，具有数字信号输入接口，应用于数字化变电站的新 型电能表。由于数字化电能表的输入端口为数字接口，而传统的模拟校验装置不能提供数字 校验信号，因此无法用于数字化电能表的校验。

实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种用于数字化电能表校验的校验装置，使得遵循 IEC61850标准的数字化电能表能够得到校验，该装置包括数字信号发生单元，数字信号 分转单元，检验标准生成单元，检验结果生成单元以及至少一个检验接口 ；数字信号发生单 元通过数字信号分转单元与校验标准生成单元和校验接口相连接，校验结果生成单元分别 与校验标准生成单元和校验接口相连接；其中，数字信号发生单元根据电力系统模型生成 测试数字信号，并将测试数字信号发送给数字信号分转单元；数字信号分转单元将测试数 字信号分转到校验标准生成单元和校验接口 ；检验标准生成单元接收信号分转单元发来的 测试数字信号，生成测试标准数据；校验接口接收信号分转单元发来的测试数字信号，将测 试数字信号传输到被测数字化电能表并采集被测数字化电能表生成的测试数据；校验结果 生成单元根据测试标准数据和测试数据生成校验结果。同时，本使用新型还公开了一种用于数字化电能表校验的校验系统，包括数字化 电能表校验装置以及数字化电能表，其中，数字化电能表校验装置包括数字信号发生单 元，数字信号分转单元，检验标准生成单元，检验结果生成单元以及至少一个检验接口 ；数 字信号发生单元通过数字信号分转单元与校验标准生成单元和校验接口相连接，校验结果 生成单元分别与校验标准生成单元和校验接口相连接；其中，数字信号发生单元根据电力 系统模型生成测试数字信号，并将测试数字信号发送给数字信号分转单元；数字信号分转 单元将测试数字信号分转到校验标准生成单元和校验接口 ；检验标准生成单元接收所述信 号分转单元发来的测试数字信号，生成测试标准数据；校验接口接收所述信号分转单元发 来的测试数字信号，将测试数字信号传输到被测数字化电能表并采集被测数字化电能表生 成的测试数据；校验结果生成单元根据测试标准数据和测试数据生成校验结果。通过本实用新型可以实现对数字量输入电能表进行校验，从而解决了数字量输入 电能表无法校验的问题。

图1为数字量电能表校验装置的结构示意图；图2为数字量电能表校验系统对被测表进行校验的示意图；图3为实施例中数字信号发生装置的结构示意图；图4为数字信号发生装置的信号参数设置单元的结构示意图；图5为数字信号发生装置的帧格式设置单元的结构示意图；图6为本实用新型对被测电能表进行校验的流程；图7为本实用新型数字量电能表校验系统结构示意图；图8为本实用新型数字量电能表校验装置的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合本实用新型 实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在此，本实施 例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，但不作为对本实用新型的限定。一种数字量电能表校验装置，如图1所示，为本实用新型一种数字量电能表校验 装置的示意图。其中10为本实用新型数字量电能表校验系统。包括数字信号发生单元101， 数字信号分转单元102，校验标准生成单元103、校验结果生成单元104以及校验接口 105。数字信号发生单元101通过数字信号分转单元102与校验标准生成单元103和校 验接口 104相连接，校验结果生成单元104分别与校验标准生成单元103和校验接口相连 接；数字信号发生单元101根据电力系统模型生成测试数字信号，并将测试数字信号发送 给数字信号分转单元102 ；数字信号分转单元102将测试数字信号分转到校验标准生成单 元103和校验接口 105 ；检验标准生成单元103接收信号分转单元102发来的测试数字信 号，生成测试标准数据；校验接口 105接收信号分转单元102发来的测试数字信号，将测试 数字信号传输到被测数字化电能表并采集所述的被测数字化电能表生成的测试数据；校验 结果生成单元104根据测试标准数据和测试数据生成校验结果。本实用新型中具有至少一个校验接口，可根据被测表的数量或实际情况对校验接 口的数目进行扩展。本实用新型的数字电能表校验装置还包括主控计算机，用于对数字信号发生装置 进行参数设置，即可通过设置不同的参数变量，模拟不同的电网运行状况，并可以控制数字 标准表的输出的高频功率脉冲的频率，接收误差计算设备生成的计算结果；还包括功率脉 冲采集单元，用于采集被测数字化电能表生成的测试数据，并通过电光转换单元，实现被测 表与信号分转单元及校验结果生成单元之间的数据传输。。如图2所示，为采用本实用新型数字电能表校验装置对被测表进行校验的示意 图。在本实施例中，200为本实用新型数字量电能表校验装置，包括，主控计算机201，数 字信号发生装置202 (即数字信号发生单元101)，网络交换机203 (即数字信号分转单元 102)，标准表204 (及校验标准生成单元103)，误差计算器205 (即校验结果生成单元104) 以及电光转换装置206 (即校验接口 105)。网络交换机203用于接收并转发数字信号发生 装置202输出的数据帧(即为信号分转装置102)。同时，本实用新型中的数字电能表校验 装置还包括电源模块，用于为该装置提供稳定的工作电源。[0021 ] 数字信号发生装置202生成数字校验信号，本实施例中，数字信号发生装置202的 主芯片采用的是具有网络MAC层设备和异步串行通信口的数字信号处理器。其中其MAC层 设备通过连接外部的物理层芯片构成数据输出的网络通道，其UART端口用于与辅助MCU通 信。本实施例的中由数字信号发生装置生成的校验信号遵循了 IEC61850-9-1协议标准，且 数据帧的具体格式可根据实现的要求配置，并且输出数字信号所代表的电压、电流信号的 幅值和相位可以根据实际要求设置并修改，因此可用于检验符合上述协议标准的各种实现 方式的数字化电能表。如图3所示为本实施例中基于三相电力系统模型的数字信号发生装置202的结 构示意图，该装置包括信号参数设置单元301、信号模型生成单元302、采样参数设置单元 303、采样数据生成单元304、帧格式设置单元305以及数字信号输出单元306。通过信号参数设置单元301对数字信号的包括电压、电流、功率和频率在内的信 号参数进行设置，通过采样参数设置单元303对采样率进行设置；信号模型生成单元302根 据存储的三相电力数学模型和由信号参数设置单元301设置好的信号参数生成数字信号 模型，输出建立的数字信号模型的数据；采样数据生成单元304根据设置的采样率对数字 信号模型进行采样，生成采样数据；通过帧格式设置单元305对输出的数据的帧格式进行 设置；数字信号输出单元306将采样数据按照设置好的输出数据帧格式组帧输出。其中三相电力模型公式如下式⑴、⑵所示
Ua = Aua cos(2*7T*f*t + a) ‘Ub = Aub cos(2*7r*/*f + a—
2*兀、
UC=AUC cos(2*n:*f*t + a + -^-)
) i—i
c-
Ia^Aiacos(2*7T*f*t + /3)
2*71
< Ib=Aib cos(2*7V*f*t + /3一~—)(2)
2*k
Ic = Alc cos(2 * ^ * f *t + +如图4所示，其中，信号参数设置单元301包括电压分相调节模块3011、电流分相 调节模块3012、功率分相调节模块3013、频率调节模块3014以及参数显示模块3015。通过电压分相调节模块3011对数字信号的各相电压幅值进行调节，并可根据实 际需要对其中的各相电压幅值分别进行调节；通过电流分相调节模块3012对数字信号的 电流幅值进行设置调节，亦可根据实际需要对其中的各相电压幅值分别进行设置调节；通 过功率分相调节模块3013对数字信号的各相功率因数分别进行设置调节；通过频率调节 模块3014对数字信号的频率进行设置调节；通过参数显示调节模块3015，对信号参数的显 示形式进行调节。可预设该装置的三相电力模型的各相电压的初始值均为Un、变化步长为均Un%，
6各相电流的初始值为In，变化步长均为In%，根据实际需要，可通过变化步长对各相电压 的初始值Un和电流的初始值In进行增加或减小调节，从而设定模型的各相电压幅值、电流 幅值，即设定电力系统模型中的各相电压幅值4皿人^ 。，电流幅值^、‘為。；同样可设置 该装置三相电力模型的频率初始值为fn，变化步长为fn%，以fn%的频率步长变化调节频 率初始值，从而设定上述公式中的f;设三相模型中的各相的相角差为0 = a-0，模型中 各相cos e =+1.0，通过调节0设置装置的三相电力模型的功率因数。完成模型中各参数的设置后，信号模型生成单元302生成数字信号模型。通过采 样设置单元303对采样率进行设置，并通过采用设置单元303的采样点数设置模块设置应 用服务ASDU数和采样点数，采样数据生成单元304根据设置的采样率和采样点数对生成的 数字信号模型进行采样，生成采样数据。如图3所示，帧格式设置单元305包括数据帧类型选择模块3051，协议包类型设 置模块3052以及目的地址设置模块3053。采样数据生成单元304生成采样数据后，数据帧类型选择模块3051对采集的电压 数据和电流数据是否同包进行选择，确定对电压/电流数据进行打包后，协议包类型设置 模块3052根据IEC61850标准设置协议包类型，目的地址设置模块3053设置接收数据包的 设备的MAC地址。数字信号输出单元306将采样数据按照设置好的输出数据帧格式组帧输 出，生成符合IEC61850标准的三相电力系统模型的数字信号。本实用新型实施例通过基于三相电力系统数学模型的数字信号发生装置，生成符 合IEC61850标准的数字信号，通过该装置生成的数字信号中的各参数可灵活设置，能模拟 电网不同的运行状况，可为数字化电能表校验提供全范围的测试信号。如图6所示，为本实用新型数字化电能表校验系统对被测的数字化电能表进行校 验的步骤流程，下面结合图2对本实用新型进一步详细说明。步骤S601，设置信号参数；本实施例中将一主控计算机201连接数字信号发生装 置202，通过主控计算机设置数字信号发生装置202的参数，包括对数字信号发生装置202 生成数字信号的电压、电流、功率和频率在内的信号参数进行设置、对输出数据的采样率进 行设置以及对输出数据的帧格式进行设置。步骤S602，数字信号发生装置202根据主控计算机201设置的信号参数，模拟电网 运行状况，模拟电网运行情况并生成符合标准的代表电网运行状况的数字信号，为被测电 表207和标准表提供符合IEC61850标准的数字信号；步骤S603，标准表204接收到数字信号发生装置生成的数字信号，对所述的数字 信号进行电能计量计算，生成标准表204的高频功率脉冲。步骤S604，获取被测表208对所述的数字信号进行电能计量计算生成的功率脉 冲。步骤S605，误差计算，误差计算装置205对接收到的数字标准表202的高频功率脉 冲及被测的数字化电能表的功率脉冲进行误差计算，生成误差计算结果。步骤S606，返回校验结果，误差计算装置205将生成的误差计算结果返回主控计 算机201。如图2所示，网络交换机203将数字信号发生装置202生成的数字信号分转成多 路信号，同时供多个被测表使用，同时数字标准表204也可以通过网络交换机203接收数字信号发生装置202生成的数字信号；电光转换设备206，将上述的数字信号由电信号数据帧 转换为光信号数据帧，信号通过光纤传输给具有光纤接口的数字量输入电能表；误差计算 设备205接收被测表208发送的功率脉冲及标准表204发送的功率脉冲，根据标准表204 的标准数据及被测表的被测数据，生成校验结果；误差计算设备205将生成的校验结果返 回主控计算机201。通过一功率脉冲采集模块(即脉冲功率采集单元)采集被测数字化电 能表生成的测试数据通过本实用新型的数字量输入电能表校验系统实现了数字量输入电能表校验测 试，所能进行的测试项目包括数字量输入电能表计量准确度测试、协议符合性测试、影响量 测试、表计多功能测试以及通信异常状态的模拟测试。其中协议符合性测试是指检验被测 表计是否符合IEC61850-9-1协议标准。协议符合性测试校验装置输出符合相关协议标准的数据帧，检验被测表计能否 正确的接收并解析数据帧，并且根据接收到的数据帧包含的采样数据计算出的电参量与校 验装置设置的电参量间的误差值在一定的范围内，则可以认定被测表计符合相关的协议标 准。影响量测试是指某些电参量的改变对被测表计计量准确度的影响。影响量测试 校验装置改变一些电参量参数，如输出信号的频率，检验被测表计在不同的信号频率下的 计量准确度。表计多功能测试是指与多功能电能表相关的功能测试。通信异常状态测试是指检验被测表计在数据传输异常时的处理能力。通信异常状 态测试通信异常状态测试主要包括丢帧测试和通道异常状态测试。丢帧测试模拟数据帧 丢失的情况，检验被测表计在该情况下的处理能力。通道异常状态测试是设置数据帧的某 一通道的数据无效，检验被测表计在处理该通道数据的能力。同时主控计算机还可同时连接数字标准表204以及被测的数字化电能表208，通 过连接数字化标准表204控制数字标准表的高频功率脉冲的输出频率，从而控制校验的准 确性。同时主控计算机201还可通过通信总线抄读被测的数字化电能表的计算数据和状态 数据，控制表记检测流程，状态数据即被测表采集的电力系统的各路的电能数据信息。通过本实用新型实施例对数字量输入电能表进行校验，可以校验遵循IEC61850-9 协议标准的各种实现方式的电能表，从而解决了数字量输入电能表无法校验的问题。所以， 利用本校验装置对数字量输入电能表进行校验不但能保证其生产质量也可以提高其运行 的可靠性，确保其满足相关标准的要求，同时为数字化变电站内电能表电能计算的可溯源 性提供的有效的保证。如图7所示，本实用新型还提供了一种数字化电能表校验系统70，该系统包括数 字化电能表校验装置10以及电能表20，其中，数字化电能表校验装置10包括数字信号发 生单元101，数字信号分转单元102，检验标准生成单元103，检验结果生成单元104以及至 少一个检验接口 105 ；数字信号发生单元101通过数字信号分转单元102与校验标准生成单元103和校 验接口 104相连接，校验结果生成单元104分别与校验标准生成单元103和校验接口相连 接；数字信号发生单元101根据电力系统模型生成测试数字信号，并将测试数字信号发送 给数字信号分转单元102 ；数字信号分转单元102将测试数字信号分转到校验标准生成单元103和校验接口 105 ；检验标准生成单元103接收信号分转单元102发来的测试数字信 号，生成测试标准数据；校验接口 105接收信号分转单元102发来的测试数字信号，将测试 数字信号传输到被测数字化电能表并采集所述的被测数字化电能表生成的测试数据；校验 结果生成单元104根据测试标准数据和测试数据生成校验结果。如图8所示，本实用新型的数字化电能表校验装置还包括挂表架802，通过主控计 算机801对数字信号发生装置进行参数设置，通过校验接口 804实现该装置与被测表805 之间的连接通信，误差计算器803接收数字标准表(此图未标示)生成的标准数据对采集 的被测表805的测试数据进行校验，并将校验结果返回主控计算机801，实现了对被测表的 校验。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保 护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。
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权利要求一种数字化电能表校验装置，其特征在于，所述的装置包括数字信号发生单元，数字信号分转单元，检验标准生成单元，检验结果生成单元以及至少一个检验接口；所述的数字信号发生单元通过所述的数字信号分转单元与所述的校验标准生成单元和校验接口相连接，所述的校验结果生成单元分别与所述的校验标准生成单元和校验接口相连接；其中，所述的数字信号发生单元根据电力系统模型生成测试数字信号，并将所述的测试数字信号发送给所述的数字信号分转单元；所述的数字信号分转单元将所述的测试数字信号分转到校验标准生成单元和校验接口；所述的检验标准生成单元接收所述信号分转单元发来的测试数字信号，生成测试标准数据；所述的校验接口接收所述信号分转单元发来的测试数字信号，将所述的测试数字信号传输到被测数字化电能表并采集所述的被测数字化电能表生成的测试数据；所述的校验结果生成单元根据所述的测试标准数据和测试数据生成校验结果。
2.如权利要求1所述的数字化电能表校验装置，其特征在于，所述的装置还包括主控 单元，对所述的数字信号发生单元进行参数设置。
3.如权利要求2所述的数字化电能表校验装置，其特征在于，所述的对所述的数字信 号发生单元进行参数设置包括对数字信号的包括电压、电流、功率和频率在内的信号参数 进行设置、对输出数据的采样率进行设置以及对输出数据的帧格式进行设置。
4.如权利要求1所述的数字化电能表校验装置，其特征在于，所述的信号分转单元为 网络交换机。
5.如权利要求1所述的数字化电能表校验装置，其特征在于，所述的装置还包括功率 脉冲采集单元，与所述的校验接口和误差结果生成单元相连接，用于采集所述的被测数字 化电能表生成的测试数据。
6.如权利要求1所述的数字化电能表校验装置，其特征在于，所述的装置还包括电光 转换单元，将所述的数字信号发生装置的电信号数据帧转换为光信号数据帧。
7.如权利要求1所述的数字化电能表校验装置，其特征在于，所述的系统还包括电源 模块，为所述的数字化电能表校验系统中的各个装置供电。
8.如权利要求7所述的数字化电能表校验装置，其特征在于，所述的装置还包括挂表 架，装载被测数字化电能表。
9.一种数字化电能表校验系统，其特征在于，所述的系统包括数字化电能表校验装 置以及电能表，其中，所述的数字化电能表校验装置包括数字信号发生单元，数字信号分 转单元，检验标准生成单元，检验结果生成单元以及至少一个检验接口 ；所述的数字信号发生单元通过所述的数字信号分转单元与所述的校验标准生成单元 和校验接口相连接，所述的校验结果生成单元分别与所述的校验标准生成单元和校验接口 相连接；其中，所述的数字信号发生单元根据电力系统模型生成测试数字信号，并将所述的测试数字 信号发送给所述的数字信号分转单元；所述的数字信号分转单元将所述的测试数字信号分 转到校验标准生成单元和校验接口 ；所述的检验标准生成单元接收所述信号分转单元发来 的测试数字信号，生成测试标准数据；所述的校验接口接收所述信号分转单元发来的测试 数字信号，将所述的测试数字信号传输到被测数字化电能表并采集所述的被测数字化电能表生成的测试数据；所述的校验结果生成单元根据所述的测试标准数据和测试数据生成校验结果。
专利摘要本实用新型公开了一种数字化电能表校验装置，该装置包括数字信号发生单元，数字信号分转单元，检验标准生成单元，检验结果生成单元以及至少一个检验接口；数字信号发生单元通过数字信号分转单元与校验标准生成单元和校验接口相连接，校验结果生成单元分别与校验标准生成单元和校验接口相连接；数字信号发生单元根据电力系统模型生成测试数字信号并将该信号发送给数字信号分转单元；数字信号分转单元将测试数字信号分转到校验标准生成单元和校验接口；检验标准生成单元接收测试数字信号生成测试标准数据；校验接口接收测试数字信号并将其传输到被测数字化电能表使其生成测试数据；校验结果生成单元根据测试标准数据和测试数据生成校验结果。
文档编号G01R35/00GK201583642SQ20092027819
公开日2010年9月15日 申请日期2009年12月22日 优先权日2009年12月22日
发明者孙丽霞, 宋雨虹, 彭楚宁, 李顺昕, 杨晓科, 肖志华, 袁瑞铭, 鲁观娜 申请人:华北电力科学研究院有限责任公司;威胜集团有限公司