本發(fā)明涉及一種基于電網(wǎng)仿真的多光口數(shù)字化電能表校驗(yàn)系統(tǒng)及方法，屬于智能電網(wǎng)儀器設(shè)備測(cè)試領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)字化變電站的建設(shè)數(shù)量和規(guī)模不斷增大，數(shù)字化電能計(jì)量技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)電能計(jì)量系統(tǒng)相比，數(shù)字化電能計(jì)量系統(tǒng)誤差環(huán)節(jié)少、計(jì)量二次回路接線簡(jiǎn)單，符合信息化和數(shù)字化要求。理想情況下，數(shù)字化變電站的全站設(shè)備由時(shí)鐘系統(tǒng)控制工作步調(diào)，所有采樣數(shù)據(jù)經(jīng)交換機(jī)組網(wǎng)，不同應(yīng)用設(shè)備從交換機(jī)獲取所需數(shù)據(jù)，其中電能計(jì)量方案如圖1所示。但是在實(shí)際運(yùn)行中，時(shí)常發(fā)生同步信號(hào)丟失故障，而且交換機(jī)傳輸數(shù)據(jù)存在延時(shí)和抖動(dòng)，嚴(yán)重影響了繼電保護(hù)裝置正常運(yùn)行，威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，q/gdw383-2009《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定，保護(hù)不依賴同步對(duì)時(shí)。所以，對(duì)于變電站繼電保護(hù)應(yīng)用而言，采樣值傳輸均采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，跨間隔保護(hù)的采樣數(shù)據(jù)采用插值法實(shí)現(xiàn)同步，但電能計(jì)量應(yīng)用仍然采用經(jīng)交換機(jī)組網(wǎng)的方式傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)同步信號(hào)丟失時(shí)，由于采樣數(shù)據(jù)非同步，電能表計(jì)量誤差往往非常大。如圖2為一種典型的內(nèi)橋接線應(yīng)用場(chǎng)景，多用于110kv變電站的主接線，測(cè)量互感器一般配置母線pt1、母線pt2、線路ct1、線路ct2、內(nèi)橋ct0，。在圖2中，根據(jù)電路理論，高壓側(cè)計(jì)量點(diǎn)1在計(jì)算電能時(shí)，電壓取自母線電壓并列，電流為線路ct1和內(nèi)橋ct0的和電流。顯然，當(dāng)線路ct1和內(nèi)橋ct0因采樣同步信號(hào)丟失而造成采樣不同步時(shí)，計(jì)算的和電流會(huì)存在誤差。為了應(yīng)對(duì)這種跨間隔計(jì)量情況，有文獻(xiàn)報(bào)道了一種適用于跨間隔的計(jì)量方案，相應(yīng)的電能表采用多光口數(shù)字化電能表。

針對(duì)多光口數(shù)字化電能表的誤差校驗(yàn)，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)和科研單位做了一些研究，然而存在兩個(gè)重要問題尚未解決。一是目前已有文獻(xiàn)公開的校驗(yàn)方法在理論上不完全正確，使得校驗(yàn)合格的多光口數(shù)字化電能表仍然不能滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求；二是校驗(yàn)裝置與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景割裂，校驗(yàn)方法與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，使得校驗(yàn)結(jié)果說服力不足。

綜上所述，目前符合實(shí)際應(yīng)用要求的多光口數(shù)字化電能表校驗(yàn)系統(tǒng)及方法尚處于空白，有必要提出一種應(yīng)用場(chǎng)景能夠可視化配置的校驗(yàn)系統(tǒng)及方法，確保數(shù)字化電能表在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)準(zhǔn)確可靠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于電網(wǎng)仿真的多光口數(shù)字化電能表校驗(yàn)系統(tǒng)及方法，解決了目前多光口數(shù)字化電能表缺乏校驗(yàn)設(shè)備和方法的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于電網(wǎng)仿真的多光口數(shù)字化電能表校驗(yàn)系統(tǒng)，包括上位機(jī)、主機(jī)、從機(jī)、對(duì)時(shí)系統(tǒng)和數(shù)字化電能表校驗(yàn)儀；

所述上位機(jī)根據(jù)多光口數(shù)字化電能表的具體應(yīng)用場(chǎng)景配置電網(wǎng)仿真模型和仿真參數(shù)，利用電網(wǎng)仿真軟件生成仿真的電壓/電流數(shù)字量信號(hào)，上位機(jī)將仿真的電壓/電流數(shù)字量信號(hào)通過通信接口發(fā)送到主機(jī)；

所述主機(jī)接收上位機(jī)生成的仿真電壓/電流數(shù)字量信號(hào)和仿真參數(shù)，并根據(jù)仿真參數(shù)對(duì)電壓/電流數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行插值計(jì)算，生成電壓/電流采樣值數(shù)據(jù)，然后通過通信接口發(fā)送至從機(jī)；

所述從機(jī)有4個(gè)，包括1個(gè)母線電壓從機(jī)、2個(gè)分電流從機(jī)以及1個(gè)和電流從機(jī)；所述母線電壓從機(jī)接收主機(jī)發(fā)送的母線電壓采樣值數(shù)據(jù)，所述分電流從機(jī)接收主機(jī)發(fā)送的分電流采樣值數(shù)據(jù)，所述母線電壓采樣值數(shù)據(jù)和分電流采樣值數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)發(fā)到被校多光口數(shù)字化電能表；所述和電流從機(jī)接收主機(jī)發(fā)送的母線電壓采樣值數(shù)據(jù)與和電流采樣值數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)字化電能表校驗(yàn)儀；

所述對(duì)時(shí)系統(tǒng)用于同步校驗(yàn)上位機(jī)、主機(jī)和從機(jī)，使它們工作在同一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍；

所述數(shù)字化電能表校驗(yàn)儀接收和電流從機(jī)發(fā)送的母線電壓采樣值數(shù)據(jù)與和電流采樣值數(shù)據(jù)，計(jì)算出計(jì)量點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電能量；并且，所述數(shù)字化電能表校驗(yàn)儀接收被校多光口數(shù)字化電能表的電能脈沖，計(jì)算出被校多光口數(shù)字化電能表的計(jì)量誤差。

前述的上位機(jī)在校驗(yàn)系統(tǒng)工作于ieee1588對(duì)時(shí)模式時(shí)，作為主時(shí)鐘下發(fā)時(shí)刻信息；所述主機(jī)和從機(jī)在校驗(yàn)系統(tǒng)工作于ieee1588對(duì)時(shí)模式時(shí)，作為從時(shí)鐘跟蹤主時(shí)鐘時(shí)刻。

前述的主機(jī)采用可視化配置方式搭建電網(wǎng)仿真模型，或者采用編程方式搭建電網(wǎng)仿真模型。

前述的通信接口為網(wǎng)口或串口。

前述的插值計(jì)算采用高次拉格朗日插值算法。

前述的從機(jī)的硬件系統(tǒng)采用fpga作為主控芯片，所述從機(jī)控制電壓/電流采樣值數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)刻，并且支持模擬實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸過程中的各種典型工況；所述典型工況包括丟幀、錯(cuò)序、采樣值異?；驘o效。

前述的對(duì)時(shí)系統(tǒng)采用無線或有線同步方式，同步信號(hào)采用pps、irig-b碼或者ieee1588。

基于電網(wǎng)仿真的多光口數(shù)字化電能表校驗(yàn)系統(tǒng)的校驗(yàn)方法，包括以下步驟：

1），根據(jù)被校多光口數(shù)字化電能表的具體應(yīng)用場(chǎng)景，在上位機(jī)上配置電網(wǎng)仿真模型和仿真參數(shù)；

2），在上位機(jī)上運(yùn)行電網(wǎng)仿真軟件，得到仿真的電壓/電流數(shù)字量信號(hào)，發(fā)送到主機(jī)；

3），主機(jī)接收到仿真的電壓/電流數(shù)字量信號(hào)，根據(jù)設(shè)置的仿真參數(shù)，采用插值算法計(jì)算得到電壓/電流采樣值數(shù)據(jù)，發(fā)送到從機(jī)；

4），從機(jī)接收到電壓/電流采樣值數(shù)據(jù)后，以精確到納秒級(jí)的時(shí)刻發(fā)送至被校多光口數(shù)字化電能表和數(shù)字化電能表校驗(yàn)儀；

5），數(shù)字化電能表校驗(yàn)儀計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)電能量，再根據(jù)被校多光口數(shù)字化電能表輸出的電能脈沖，計(jì)算得到被校多光口數(shù)字化電能表的計(jì)量誤差。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了多光口數(shù)字化電能表應(yīng)用場(chǎng)景可視化配置；

（2）本發(fā)明真正實(shí)現(xiàn)了在非同步采樣情況下測(cè)試多光口數(shù)字化電能表的計(jì)量誤差測(cè)試；

（3）本發(fā)明計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)電能所采用的數(shù)據(jù)源本來就是和電流，提高了校驗(yàn)結(jié)果的可信度。

附圖說明

圖1為采樣數(shù)據(jù)同步的計(jì)量方案結(jié)構(gòu)圖；

圖2為需要跨間隔計(jì)量的內(nèi)橋接線示意圖；

圖3為本發(fā)明的多光口數(shù)字化電能表誤差校驗(yàn)系統(tǒng)框圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如2所示，為了計(jì)量高壓側(cè)計(jì)量點(diǎn)1的電能，安裝一塊多光口數(shù)字化電能表，根據(jù)電路理論，高壓側(cè)計(jì)量點(diǎn)1在計(jì)算電能時(shí)，電壓取自母線電壓并列，電流為線路ct1和內(nèi)橋ct0的和電流。

如圖3所示，本發(fā)明的基于電網(wǎng)仿真的多光口數(shù)字化電能表校驗(yàn)系統(tǒng)，包括上位機(jī)、主機(jī)、4個(gè)從機(jī)、對(duì)時(shí)系統(tǒng)、數(shù)字化電能表校驗(yàn)儀。

其中，上位機(jī)有兩個(gè)作用，一是作為電網(wǎng)仿真軟件的運(yùn)行平臺(tái)，可根據(jù)多光口數(shù)字化電能表的具體應(yīng)用場(chǎng)景配置電網(wǎng)仿真模型和仿真參數(shù)，仿真參數(shù)包括采樣率、各間隔之間的采樣非同步時(shí)間、采用何種插值算法等。生成仿真的電壓/電流數(shù)字量信號(hào)，通過通信接口發(fā)送到主機(jī)；二是在校驗(yàn)系統(tǒng)工作于ieee1588對(duì)時(shí)模式時(shí)，作為主時(shí)鐘下發(fā)時(shí)刻信息。電網(wǎng)仿真軟件推薦采用可視化配置方式搭建電網(wǎng)仿真模型，也可采用編程方式。為了保證后續(xù)計(jì)算采樣值更精確，仿真生成的電壓/電流數(shù)字量信號(hào)每周波點(diǎn)數(shù)應(yīng)足夠，例如每周波400個(gè)點(diǎn)。所述上位機(jī)與主機(jī)之間的通信方式可以采用網(wǎng)口、串口或者其他方式。

主機(jī)接收上位機(jī)生成的電壓/電流數(shù)字量信號(hào)和仿真參數(shù)，并根據(jù)仿真參數(shù)對(duì)電壓/電流數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行重新計(jì)算，生成電壓/電流采樣值數(shù)據(jù)，然后通過網(wǎng)口或串口發(fā)送至從機(jī)。主機(jī)在校驗(yàn)系統(tǒng)工作于ieee1588對(duì)時(shí)模式時(shí)，作為從時(shí)鐘跟蹤主時(shí)鐘時(shí)刻。

從機(jī)有4個(gè)，包括1個(gè)母線電壓從機(jī)、2個(gè)分電流從機(jī)以及1個(gè)和電流從機(jī)。母線電壓從機(jī)用于接收主機(jī)發(fā)送的母線電壓采樣值數(shù)據(jù)，分電流從機(jī)用于接收主機(jī)發(fā)送的分電流采樣值數(shù)據(jù)，母線電壓采樣值數(shù)據(jù)和分電流采樣值數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)發(fā)到被校多光口數(shù)字化電能表，采樣值數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)刻被從機(jī)精確控制，從機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)可以模擬實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸過程中的各種典型工況，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)采樣間隔的數(shù)據(jù)源。和電流從機(jī)用于接收主機(jī)發(fā)送的母線電壓采樣值數(shù)據(jù)與和電流采樣值數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)字化電能表校驗(yàn)儀。從機(jī)在校驗(yàn)系統(tǒng)工作于ieee1588對(duì)時(shí)模式時(shí)，作為從時(shí)鐘跟蹤主時(shí)鐘時(shí)刻。從機(jī)的硬件系統(tǒng)采用fpga作為主控芯片，可以精確控制數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)刻，并且可以模擬實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸過程中的各種典型工況，例如丟幀、錯(cuò)序、采樣值異常或無效等。

以圖2內(nèi)橋接線為具體應(yīng)用場(chǎng)景為例，主機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)置的采樣率、不同間隔的采樣非同步時(shí)間和選用的插值算法等參數(shù)，將上位機(jī)生成的電壓/電流數(shù)字量信號(hào)采用插值算法計(jì)算出母線1的電壓采樣值數(shù)據(jù)，發(fā)送到母線電壓從機(jī)（#1從機(jī)），計(jì)算出進(jìn)線1的電流采樣值數(shù)據(jù)，發(fā)送到#2從機(jī)，計(jì)算出內(nèi)橋開關(guān)的電流采樣值數(shù)據(jù)，發(fā)送到#3從機(jī)，#2從機(jī)和#3從機(jī)均屬于分電流從機(jī)。同時(shí)主機(jī)還計(jì)算出高壓側(cè)計(jì)量點(diǎn)的電流采樣值數(shù)據(jù)，發(fā)送到和電流從機(jī)（#4從機(jī)）。為了保證電壓/電流采樣值數(shù)據(jù)的精確性，應(yīng)選擇合適的插值算法，例如高次拉格朗日插值算法。所述主機(jī)與從機(jī)之間的通信方式可以采用網(wǎng)口、串口或者其他方式。

對(duì)時(shí)系統(tǒng)用于同步校驗(yàn)系統(tǒng)的上位機(jī)、主機(jī)和從機(jī)，使它們工作在同一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍。同步方式可以采用無線或有線同步方式，同步信號(hào)可以采用pps、irig-b碼或者ieee1588等。

數(shù)字化電能表校驗(yàn)儀接收和電流從機(jī)發(fā)送的母線電壓采樣值數(shù)據(jù)與和電流采樣值數(shù)據(jù)，計(jì)算出計(jì)量點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電能量。并且，數(shù)字化電能表校驗(yàn)儀接收被校多光口數(shù)字化電能表的電能脈沖，從而計(jì)算出被校多光口數(shù)字化電能表的計(jì)量誤差。

基于電網(wǎng)仿真的多光口數(shù)字化電能表校驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)多光口數(shù)字化電能表進(jìn)行校驗(yàn)的方法，包括以下步驟：

步驟一，根據(jù)被校多光口數(shù)字化電能表的具體應(yīng)用場(chǎng)景，在上位機(jī)上配置電網(wǎng)仿真模型和仿真參數(shù)；

步驟二，在上位機(jī)上運(yùn)行電網(wǎng)仿真軟件，得到電壓/電流數(shù)字量信號(hào)，發(fā)送到主機(jī)；

步驟三，主機(jī)接收到電壓/電流數(shù)字量信號(hào)，根據(jù)設(shè)置的仿真參數(shù)，采用插值算法計(jì)算得到電壓/電流采樣值數(shù)據(jù)，發(fā)送到從機(jī)；

步驟四，從機(jī)接收到電壓/電流采樣值數(shù)據(jù)后，以精確到納秒級(jí)的時(shí)刻發(fā)送至被校多光口數(shù)字化電能表和數(shù)字化電能表校驗(yàn)儀；

步驟五，數(shù)字化電能表校驗(yàn)儀計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)電能量，再根據(jù)被校多光口數(shù)字化電能表輸出的電能脈沖，計(jì)算得到被校多光口數(shù)字化電能表的計(jì)量誤差。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。