一种用于电能表的校验系统

技术领域

本发明涉及电力检测技术领域，尤其涉及一种用于电能表的校验系统。

背景技术

随着我国电网计量设备接入规模的不断扩大，传统现场校验技术已经无法满足目前大规模现场运行计量设备校验的需要。当前的电能计量及校检设备，主要是基于50Hz全波的计量设备，面向的是电网作为主要供能来源。电网作为主要供电来源，供电稳定，电压和频率变化缓慢且不存在高频谐波干扰。随着风电、光伏等高比例新能源的接入，电网的供电形式已经由单一供电来源，变成多种供能形式结合的形式。同时电网上的负荷，也变成了高谐波含量的非周期非线性负荷，电能计量的模型种类多样，传统的电能计量产品已经无法满足高比例新能源接入的计量要求，需要针对高比例新能源计量要求，建立一套新能源计量产品的现场校准设备、以及相关的规范和要求。

现有的校验技术标准数字功率源法按照设定的电压、电流、频率、采样率和相位，采用正弦函数产生符合IEC61850-9-1标准的数据帧，通过网络发送给被检数字电能表，数字电能表实时累积电能，并按照既定脉冲常数发出电能脉冲，误差计算环节比较理论电能值和被检电能表的累积电能值，从而计算出被检数字电能表的误差，这种方法只能检查数据传输是否存在丢帧，以及软件设计上是否有明显的错误。新能源并网后导致电网环境更加复杂，谐波、低功率因数、潮流变化等因素会对电能表的计量精度产生影响。传统的电能表现场校验仪已经无法满足高比例新能源接入情况下的电能表校验要求。

发明内容

本发明旨在提供一种用于电能表的校验系统，以解决上述技术问题，可以模拟实际信号在采样过程中产生的各种不确定性，兼顾潮流频繁切换带来的计量问题，避免在潮流频繁切换时会出现电量累计不准的问题；同时新能源并网后避免产生谐波与电能质量问题，使电能表的计量不受影响；在新能源并网后的复杂用电环境中，电能表的计量与费控功能不受威胁，可以模拟真正电能产生的过程和机理。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于电能表的校验系统，包括：

电能表检验切换模块，自行切换并检验电能表的三相三线模式和三相四线模式；

误差和走字校验模块，进行电能表计量误差和日计时误差的检验以及走字校验；

电能质量分析模块，分析测量整次谐波、间谐波和非同频谐波的含量，并以频谱图的形式显示。

上述方案中，可以模拟实际信号在采样过程中产生的各种不确定性，兼顾潮流频繁切换带来的计量问题，避免在潮流频繁切换时会出现电量累计不准的问题；同时新能源并网后避免产生谐波与电能质量问题，使电能表的计量不受影响；在新能源并网后的复杂用电环境中，电能表的计量与费控功能不受威胁，可以模拟真正电能产生的过程和机理。

进一步的，所述电能表检验切换模块通过光电采样器或脉冲线切换并检验三相三线模式和三相四线模式。

进一步的，所述电能表检验切换模块的切换流程为：

在现场现验过程中，选择三相三线模式，自动控制电能表的继电器将采集板的参考电压切换到B相电压，计量方式由三相四线模式自动切换为三相三线模式。

进一步的，三相四线模式自动切换为三相三线模式的过程具体为：

继电器默认状态将电压VN接入采集板计量电路参考点AGND，电压VN为参考相实现三相四线计量；继电器动作后，电压VB接入采集板计量电路参考点AGND，B相作为参考电压实现三相三线计量；

在进行三相三线模式下的现场校验工作时，继电器切换后，等同于将B相电压接入到采集板参考电压。

进一步的，所述误差和走字校验模块通过检测三相三线模式下的电能表的电能脉冲或光电脉冲，在设定脉冲个数间隔内实时采集电压电流进行电量计量，将计量结果进行误差校验；通过检测电能表输出的秒脉冲，校准电能表输出秒脉冲的准确度；

所述误差和走字校验模块通过实时采集电压电流对电量进行计量，按照固定时间周期输出当前电量结果，并根据脉冲常数输出电能脉冲。

进一步的，三相三线模式根据设置的脉冲常数输出电能脉冲或秒脉冲，实现电能表的电能脉冲/秒脉冲输入和光电采样器的脉冲输入。

进一步的，所述电能表的电能脉冲/秒脉冲输入过程具体为：

脉冲输入信号为高电平或无输入时，三极管导通，由于上拉电阻使得输出脉冲为高电平；脉冲输入信号为低电平时，三极管不导通，输出脉冲为低电平；

当输入脉冲输入信号时，输出脉冲会同步产生一个脉冲信号，经过RC电路后接入DSP进行采样计量；

DSP输出脉冲输出信号，驱动输入脉冲产生一个同步的脉冲信号，实现脉冲的输出；

脉冲输出信号为低电平时，三极管不导通，由于上拉电阻使得脉冲输入信号为高电平；

脉冲输出信号为高电平时，三极管导通，脉冲输入信号为低电平。

进一步的，光电采样器的脉冲输入过程具体为：

光电采样器接入时，脉冲输入信号默认为低电平，光电脉冲接收到灯亮时，光电采样器输出高电平；

被测的电能表脉冲灯闪烁一次，光电采样器产生一个脉冲信号；当光电采样器采样信号接入脉冲输出信号时，实现光电脉冲信号的采样。

进一步的，所述电能质量分析模块通过采集电压和电流数据，对数据进行分析处理，得到电压、电流的有效值和相关电能参数，实现谐波次数2～63次的测量，并以频谱图的形式进行显示。

进一步的，所述相关电能参数包括相位、频率、有功/无功/视在功率、相序分量、不平衡度和谐波。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的系统模块示意图；

图2为本发明一实施例提供的三相三线切换继电器原理图；

图3为本发明一实施例提供的误差和走字校验模块的功能框图；

图4为本发明一实施例提供的脉冲输入输出原理图；

图5为本发明一实施例提供的电能质量分析模块的功能框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，本实施例提供了一种用于电能表的校验系统，包括：

电能表检验切换模块，自行切换并检验电能表的三相三线模式和三相四线模式；

误差和走字校验模块，进行电能表计量误差和日计时误差的检验以及走字校验；

电能质量分析模块，分析测量整次谐波、间谐波和非同频谐波的含量，并以频谱图的形式显示。

上述方案中，本发明涉及的适应新能源现场的电能表的校验系统除具备基础校验功能外，针对新能源应用场景进行设计优化，通过搭建高性能的硬件平台，包括选择高性能采样芯片，提高ADC采样频率、提升MCU运算性能和数据存储能力等。特别的，本发明能通过光电采样器和脉冲线两种电能脉冲采样的方式现场检验三相三线有功电能表、三相三线无功电能表、三相四线有功电能表、三相四线无功电能表，可以自动进行三相四线与三相三相电能表检验切换；能通过光电采样器和脉冲线两种电能脉冲采样的方式检验各种电能表计量误差、日计时误差，并具备走字校验功能；具有电能质量分析功能，除了基本的电压、电流、相位、频率、有功功率、无功功率、视在功率、不平衡度、功率因数等参数的计显示，还支持整次谐波、间谐波、非同频谐波含量的分析测量，谐波测量次数为2～63次，频谱分辨能力优于5Hz，并以频谱图的形式进行显示；可以模拟实际信号在采样过程中产生的各种不确定性，兼顾潮流频繁切换带来的计量问题，避免在潮流频繁切换时会出现电量累计不准的问题；同时新能源并网后避免产生谐波与电能质量问题，使电能表的计量不受影响；在新能源并网后的复杂用电环境中，电能表的计量与费控功能不受威胁，可以模拟真正电能产生的过程和机理。

进一步的，所述电能表检验切换模块通过光电采样器或脉冲线切换并检验三相三线模式和三相四线模式。

进一步的，所述电能表检验切换模块的切换流程为：

在现场现验过程中，选择三相三线模式，自动控制电能表的继电器将采集板的参考电压切换到B相电压，计量方式由三相四线模式自动切换为三相三线模式。

请参见图2，传统现场校验进行三相三接接线时，往往将B相电压接到仪器的N相上，即A相、C相以B相为参考电压。本发明摒弃传统需要用户手动将B相接入N相的过程，只需要在系统现场校验过程中，选择三相三模式即可，仪器内部自动用继电器将采集板参考电压切换到B相电压，计量方式由三相四线自动切换为三相三线。

进一步的，三相四线模式自动切换为三相三线模式的过程具体为：

继电器默认状态将电压VN接入采集板计量电路参考点AGND，电压VN为参考相实现三相四线计量；继电器动作后，电压VB接入采集板计量电路参考点AGND，B相作为参考电压实现三相三线计量；

在进行三相三线模式下的现场校验工作时，继电器切换后，等同于将B相电压接入到采集板参考电压。

上述方案中，继电器默认状态将电压VN接入采集板计量电路参考点AGND，VN为参考相实现三相四线计量；继电器动作后，电压VB接入采集板计量电路参考点AGND，B相作为参考电压实现三相三线计量；在进行三相三接线环境下的现场校验工作时，继电器切换后，相当于代替用户将B相电压接入到采集板参考电压。虽然不需要用户将B相电压接入N相，但依旧需要用户根据实际环境，选择三相电能表现场校验仪接线模式，故此过程要分析：当三相四线接入时，误将三相电能表现场校验仪模式设置为三相三模式，即继电器动作，此时A/C相以B相为参考，电压显示为线电压，但无电气安全风险；当三相三线接入时，N相悬空，若三相电能表现场校验仪设置为三相四线模式，由于N相悬空，三相电压无参考，但依旧无电气安全风险。

请参见图3，所述误差和走字校验模块通过检测三相三线模式下的电能表的电能脉冲或光电脉冲，在设定脉冲个数间隔内实时采集电压电流进行电量计量，将计量结果进行误差校验；通过检测电能表输出的秒脉冲，校准电能表输出秒脉冲的准确度；

所述误差和走字校验模块通过实时采集电压电流对电量进行计量，按照固定时间周期输出当前电量结果，并根据脉冲常数输出电能脉冲。

进一步的，三相三线模式根据设置的脉冲常数输出电能脉冲或秒脉冲，实现电能表的电能脉冲/秒脉冲输入和光电采样器的脉冲输入。

上述方案中，根据脉冲输入输出定义，输出/输入电压小于等于≤3.3V，输出/输入电流小于等于≤10mA。系统根据设置的脉冲常数输出电能脉冲和秒脉冲，可实现电能表的电能脉冲/秒脉冲输入、光电采样器的脉冲输入。

进一步的，所述电能表的电能脉冲/秒脉冲输入过程具体为：

脉冲输入信号为高电平或无输入时，三极管导通，由于上拉电阻使得输出脉冲为高电平；脉冲输入信号为低电平时，三极管不导通，输出脉冲为低电平；

当输入脉冲输入信号时，输出脉冲会同步产生一个脉冲信号，经过RC电路后接入DSP进行采样计量；

DSP输出脉冲输出信号，驱动输入脉冲产生一个同步的脉冲信号，实现脉冲的输出；

脉冲输出信号为低电平时，三极管不导通，由于上拉电阻使得脉冲输入信号为高电平；

脉冲输出信号为高电平时，三极管导通，脉冲输入信号为低电平。

进一步的，光电采样器的脉冲输入过程具体为：

光电采样器接入时，脉冲输入信号默认为低电平，光电脉冲接收到灯亮时，光电采样器输出高电平；

被测的电能表脉冲灯闪烁一次，光电采样器产生一个脉冲信号；当光电采样器采样信号接入脉冲输出信号时，实现光电脉冲信号的采样。

请参见图4，M_Pluse+信号为高电平或无输入时，VT8导通，由于上拉电阻R174使得Pluse1+为高电平；M_Pluse+信号为低电平时，VT8不导通，Pluse1+为低电平；当M_Pluse+输入脉冲信号时，Pluse1+会同步产生一个脉冲信号，经过RC电路后接入DSP进行采样计量，秒脉冲输入过程相同。

Pulse_DSPOUT由DSP输出标准脉冲信号，驱动VT9在M_Pluse+产生一个同步的脉冲信号，实现脉冲信号输出；Pulse_DSPOUT信号为低电平时，VT9不导通，由于上拉电阻R207使得M_Pluse+为高电平；Pulse_DSPOUT信号为高电平时，VT9导通，M_Pluse+为低电平。

光电脉冲采样器接入时，脉冲输入默认为低电平，光电脉冲接收到灯亮时，光电脉冲采样器输出高电平。被测电表脉冲灯闪烁一次，光电脉冲采样器产生一个脉冲信号。当光电脉冲采样器采样信号接入M_Pluse+，可实现光电脉冲信号的采样。

进一步的，所述电能质量分析模块通过采集电压和电流数据，对数据进行分析处理，得到电压、电流的有效值和相关电能参数，实现谐波次数2～63次的测量，并以频谱图的形式进行显示。

进一步的，所述相关电能参数包括相位、频率、有功/无功/视在功率、相序分量、不平衡度和谐波。

请参见图5，本发明的电能质量分析模块的功能实现主要通过软件模块实现，电能质量分析计算功能通过采集电压、电流数据，对数据进行分析处理，得到电压、电流的有效值和相位、频率、有功/无功/视在功率、相序分量、不平衡度、谐波等电能参数，可实现谐波次数2～63次的测量，频谱分辨能力优于5Hz，并以频谱图的形式进行显示。可将分析结果进一步处理进行变比分析和错接线检测，分析结果数据周期性推送给主控单元，其中变比分析功能过采集被测电流互感器一二次侧电流数据来分析实际变比值与铭牌值的对应关系；错接线功能通过对被测电压、电流相位关系的计算实现对电能表实际接线与理论接线的偏差分析，并给出实际接线图，能判别包括但不限于以下错误接线情况：逆相序、电压/电流回路反接、电压/电流回路断开，以及以上错误接线的组合，可对常见的48种错误接线作出正确判断。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。