一種高精度三相電能在線計(jì)量檢定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力計(jì)量檢定領(lǐng)域，具體涉及一種高精度三相電能在線計(jì)量檢定
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對電力的需求越來越大，電能表作為供電企業(yè)和用電客戶交易的憑證，其準(zhǔn)確性直接關(guān)系到雙方的經(jīng)濟(jì)利益以及電力交易的公平性。目前我國使用的三相電能表等級一般為0.5級或0.2級，其校驗(yàn)方式一般采用離線方式，在特定負(fù)荷下進(jìn)行準(zhǔn)確度評價(jià)，而特定負(fù)荷不能夠很好地模擬現(xiàn)場負(fù)荷的實(shí)際情況，校驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性較差。電能表在長期使用過程中以及在特殊負(fù)荷(波動(dòng)負(fù)荷、沖擊負(fù)荷)下的計(jì)量準(zhǔn)確性會(huì)受到影響，可靠性及計(jì)量準(zhǔn)確性下降。
[0003]現(xiàn)有電能表能否滿足現(xiàn)場計(jì)量的要求需要進(jìn)行在線校驗(yàn)。因此，需要一種高精度的可以在線計(jì)量及校驗(yàn)的三相電能計(jì)量裝置，滿足現(xiàn)場電能計(jì)量以及電能表校驗(yàn)需求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種高精度三相電能在線計(jì)量檢定裝置，計(jì)量準(zhǔn)確性等級高于0.05級，具有高可靠性、高精度等特點(diǎn)。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案:一種高精度三相電能在線計(jì)量檢定裝置，包括電源管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、FPGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和ARM信息顯示及通訊系統(tǒng)，其特征在于:所述電源管理系統(tǒng)分別與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、FPGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和ARM信息顯示及通訊系統(tǒng)連接并提供電源，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集信號輸送到與之連接的FPGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)上，F(xiàn)PGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將計(jì)算分析后的信號輸送到與之連接的ARM信息顯示及通訊系統(tǒng)上，F(xiàn)PGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)上還連接有溫度傳感器和電能脈沖裝置，ARM信息顯示及通訊系統(tǒng)上連接有鍵盤控制系統(tǒng)、以太網(wǎng)接口、232串口通訊和液晶顯示屏。
[0006]所述電源管理系統(tǒng)包括220V開關(guān)電源、電池模塊、線性電源轉(zhuǎn)換模塊和高頻開關(guān)電源模塊，220V開關(guān)電源連接電池模塊并為其充電，線性電源轉(zhuǎn)換模塊和高頻開關(guān)電源模塊并聯(lián)且通過單刀雙擲開關(guān)連接電池模塊或220V開關(guān)電源。
[0007]所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，電壓傳感器通過電壓信號調(diào)理電路與A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，電流互感器通過電流信號調(diào)理電路與A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，電流鉗節(jié)點(diǎn)通過電流鉗信號調(diào)理電路與A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。
[0008]所述A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用的A/D轉(zhuǎn)換器為24位轉(zhuǎn)換器。
[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)效果:該裝置采用24位A/D芯片、高性能FPGA以及ARM進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、計(jì)算及顯示。裝置準(zhǔn)確度在不同環(huán)境溫度下的漂移通過溫度補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行了矯正。裝置的計(jì)量準(zhǔn)確性等級高于0.05級，具有高可靠性、高精度等特點(diǎn)，滿足了三相電能在線高精度計(jì)量及現(xiàn)場電能表校驗(yàn)的需求。
【附圖說明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是本實(shí)用新型電源管理系統(tǒng)示意圖；
[0012]圖3是本實(shí)用新型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖。
[0013]圖中標(biāo)號分別表示:1 一電源管理系統(tǒng)，2—數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，3—FPGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，4一ARM彳目息顯不及通訊系統(tǒng)，5一溫度傳感器，6一鍵盤控制系統(tǒng)，7一電能脈沖裝置，8一以太網(wǎng)接口，9一232串口通訊，10—液晶顯示屏，11—220V開關(guān)電源，12—電池模塊，13—電源轉(zhuǎn)換模塊，14一高頻開關(guān)電源模塊，21 —電壓傳感器，22 —電流互感器，23—電流鉗節(jié)點(diǎn)，24一電壓彳目號調(diào)理電路，25一電流彳目號調(diào)理電路，26一電流鑰'彳目號調(diào)理電路，27一A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明:
[0015]如圖1至圖3所示，一種高精度三相電能在線計(jì)量檢定裝置，包括電源管理系統(tǒng)1、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2、FPGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)3和ARM信息顯示及通訊系統(tǒng)4，其特征在于:所述電源管理系統(tǒng)I分別與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2、FPGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)3和ARM信息顯示及通訊系統(tǒng)4連接并提供電源，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2采集信號輸送到與之連接的FPGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)3上，F(xiàn)PGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)3將計(jì)算分析后的信號輸送到與之連接的ARM信息顯示及通訊系統(tǒng)4上，F(xiàn)PGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)3上還連接有溫度傳感器5和電能脈沖裝置7，ARM信息顯示及通訊系統(tǒng)4上連接有鍵盤控制系統(tǒng)6、以太網(wǎng)接口 8、232串口通訊9和液晶顯示屏10。
[0016]所述電源管理系統(tǒng)I包括220V開關(guān)電源11、電池模塊12、線性電源轉(zhuǎn)換模塊13和高頻開關(guān)電源模塊14，220V開關(guān)電源11連接電池模塊12并為其充電，線性電源轉(zhuǎn)換模塊13和高頻開關(guān)電源模塊14并聯(lián)且通過單刀雙擲開關(guān)連接電池模塊12或220V開關(guān)電源
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[0017]所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2包括A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)27，電壓傳感器21通過電壓信號調(diào)理電路24與A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)27連接，電流互感器22通過電流信號調(diào)理電路25與A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)27連接，電流鉗節(jié)點(diǎn)23通過電流鉗信號調(diào)理電路26與A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)27連接。
[0018]所述A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)27采用的A/D轉(zhuǎn)換器為24位轉(zhuǎn)換器。
[0019]本實(shí)用新型通過以下方式來實(shí)現(xiàn):
[0020]步驟一:信號采集系統(tǒng)由電壓傳感器、電流傳感器、電流鉗節(jié)點(diǎn)、信號調(diào)理電路以及A/D采集系統(tǒng)組成。為了滿足裝置準(zhǔn)確度的要求，傳感器的準(zhǔn)確度等級要求不小于0.02級。信號調(diào)理電路以及A/D采集系統(tǒng)的誤差小于I。
[0021](I)電壓傳感器采用高精度的電阻分壓傳感器，將輸入的電壓信號采用線性衰減到信號調(diào)理電路所允許的信號范圍。為了減小電壓傳感器間的電磁干擾，采用導(dǎo)磁率高的金屬進(jìn)行屏蔽，該屏蔽體采用單點(diǎn)接地方式連接到PE端。
[0022](2)電流傳感器采用互感線圈方式將O?120A大電流轉(zhuǎn)換到O?IA的小電流，然后通過高精密電阻進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)換。電流互感器需采用全金屬屏蔽方式，減小不同線圈間及外界的電磁干擾。
[0023](3)信號調(diào)理電路采用高精度的儀用放大器，采用差分輸入方式，消除信號中的共模干擾，將輸入信號調(diào)理到A/D轉(zhuǎn)換所需要的信號范圍。信號調(diào)理電路輸出的信號需經(jīng)過抗混疊濾波，然后輸入到A/D轉(zhuǎn)換器中。
[0024](4) A/D采集系統(tǒng)采用2片高精度的多通道的24位A/D分別對電壓、電流信號以及電流鉗信號進(jìn)行采集。A/D采集系統(tǒng)采樣頻率為25.6k，為了保證采集的同步性采用統(tǒng)一的脈沖進(jìn)行觸發(fā)，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過并口傳輸?shù)紽PGA中。該芯片的采集及時(shí)鐘控制由FPGA完成。
[0025]步驟二:FPGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對采集的電壓、電流信號進(jìn)行分析，計(jì)算相應(yīng)的電參數(shù)。根據(jù)各路測量信號的標(biāo)定的系統(tǒng)誤差，采用誤差修正方法，將消除各路測量信號中的系統(tǒng)誤差。通過采集裝置內(nèi)的溫度測量裝置，通過離線分析溫度對各路測量信號的影響，采用溫度誤差修正方式對各個(gè)傳感器以及信號調(diào)理電路的溫漂進(jìn)行校準(zhǔn)，減小溫漂對測量信號準(zhǔn)確性的影響。利用相應(yīng)的算法對所需要計(jì)量的電壓、電流、視在功率、有功功率、無功功率、頻率、相位角以及諧波等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)裝置工作在計(jì)量工作模式下時(shí)FPGA將計(jì)算的電能采用脈沖的方式進(jìn)行輸出；工作在檢定模式時(shí)對輸入的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。
[0026]步驟二:ARM彳目息顯不及通彳目系統(tǒng)主要功能是通彳目、顯不和控制。ARM主要米用winCE系統(tǒng)，通過SPI方式與FPGA進(jìn)行通信，將FPGA計(jì)算的參數(shù)傳輸?shù)紸RM中，并將鍵盤控制及操作命令傳輸?shù)紽PGA中。ARM還可以通過以太網(wǎng)口以及232串口接收其它終端傳輸過來的命令以及將信息傳輸?shù)狡渌K端。ARM通過液晶顯示屏顯示計(jì)量或者檢定的結(jié)果。ARM通過與時(shí)間模塊進(jìn)行通信，精確獲得系統(tǒng)時(shí)間。電源管理系統(tǒng)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn):該系統(tǒng)模塊提供精確的電源。系統(tǒng)采用單相220V供電，當(dāng)存在外接電源時(shí)，通過開關(guān)電源模塊給系統(tǒng)供電；當(dāng)無外接電源時(shí)，采用14.7V電池給系統(tǒng)供電。電源設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。通過開關(guān)電源模塊得到系統(tǒng)輸入所需要的15V電源，該電源既可以為電池充電，也可以為其它電源供電。采用單刀雙擲開關(guān)進(jìn)行開關(guān)電源與電池模塊之間的切換。線性電源模塊模擬電路提供±12V和5V，而高頻開關(guān)電源為數(shù)字電路提供5V、3.3V以及1.2V電源，針對不同模塊采用不同的電源信號。在地線的抗干擾設(shè)計(jì)中，模擬地和數(shù)字地分開，集中在某點(diǎn)采用0Ω電阻連接。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高精度三相電能在線計(jì)量檢定裝置，包括電源管理系統(tǒng)(I)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(2)、FPGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)(3)和ARM信息顯示及通訊系統(tǒng)(4)，其特征在于:所述電源管理系統(tǒng)(I)分別與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(2)、FPGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)(3)和ARM信息顯示及通訊系統(tǒng)(4)連接并提供電源，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(2)采集信號輸送到與之連接的FPGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)(3)上，F(xiàn)PGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)(3)將計(jì)算分析后的信號輸送到與之連接的ARM信息顯示及通訊系統(tǒng)(4)上，F(xiàn)PGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)(3)上還連接有溫度傳感器(5)和電能脈沖裝置(7)，ARM信息顯示及通訊系統(tǒng)⑷上連接有鍵盤控制系統(tǒng)(6)、以太網(wǎng)接口⑶、232串口通訊(9)和液晶顯示屏(10)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度三相電能在線計(jì)量檢定裝置，其特征在于:所述電源管理系統(tǒng)⑴包括220V開關(guān)電源(11)、電池模塊(12)、線性電源轉(zhuǎn)換模塊(13)和高頻開關(guān)電源模塊(14)，220V開關(guān)電源(11)連接電池模塊(12)并為其充電，線性電源轉(zhuǎn)換模塊(13)和高頻開關(guān)電源模塊(14)并聯(lián)且通過單刀雙擲開關(guān)連接電池模塊(12)或220V開關(guān)電源(11)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度三相電能在線計(jì)量檢定裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(2)包括A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(27)，電壓傳感器(21)通過電壓信號調(diào)理電路(24)與A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(27)連接，電流互感器(22)通過電流信號調(diào)理電路(25)與A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(27)連接，電流鉗節(jié)點(diǎn)(23)通過電流鉗信號調(diào)理電路(26)與A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(27)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高精度三相電能在線計(jì)量檢定裝置，其特征在于:所述A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(27)采用的A/D轉(zhuǎn)換器為24位轉(zhuǎn)換器。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種高精度三相電能在線計(jì)量檢定裝置，電源管理系統(tǒng)分別與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、FPGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和ARM信息顯示及通訊系統(tǒng)連接并提供電源，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集信號輸送到與之連接的FPGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)上，F(xiàn)PGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將計(jì)算分析后的信號輸送到與之連接的ARM信息顯示及通訊系統(tǒng)上，F(xiàn)PGA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)上還連接有溫度傳感器和電能脈沖裝置，ARM信息顯示及通訊系統(tǒng)上連接有鍵盤控制系統(tǒng)、以太網(wǎng)接口、232串口通訊和液晶顯示屏，裝置準(zhǔn)確度在不同環(huán)境溫度下的漂移通過溫度補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行了矯正，計(jì)量準(zhǔn)確性等級高于0.05級，具有高可靠性、高精度等特點(diǎn)，滿足了三相電能在線高精度計(jì)量及現(xiàn)場電能表校驗(yàn)的需求。
【IPC分類】G01R35/04
【公開號】CN204758814
【申請?zhí)枴緾N201520378632
【發(fā)明人】申莉, 畢偉, 葉利, 舒開旗, 甘依依, 李俊, 李帆, 汪司珂
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月3日