高精度智能电能计量系统的设计

胡德清

摘要：电能发电生产，并且由供电部门对其进行配送，最终为企业和用户提供电能。可见电能就是电力企业所经营的一种商品，但是如何对电能实行经计算，关系着很多技术以及经济问题。其中采取营业性的计费方式是合理公正的计费保证，其关系着电业部门和用户间的经济利益。[1]对此提升电能的正确剂量，对于发送、生产、供电和使用等各个对象都是十分关键的。

关键词：高精度 智能电能计量 计量系统 设计

中图分类号：TM933.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）09-0183-01

准确性提升电能计量有着十分重要的意义，使用各种方法减少电能计量装置出现的误差是当前急需要解决的一个问题。电能的计量综合误差中有着电能表和电压互感器的误差、电压互感器和电压互感器二次回路压降等的误差。自重电能表误差能够克服高精度原件中的缺陷，电压互感器误差减少方法是匝数补偿。[2]电压互感器二次回路压降引起的误差长时间内不能被关注，同时不能实现有效控制。实际上，电压互感二次回路压降造成的误差较大。为此要想提升电能计量准确度，减少电能计量误差造成的经济损失，采取的处理方式为减少电压互感器二次回路压降。

1 高精度智能化电能计量系统

该项目的关键是实现对高精度电能计量系统的设计，并应用在变电站中。在系统中使用模块设计法。设计采集计量装置和综合通信装置。模块化设计比较简便，同时满足了智能电网智能仪表的要求。如果其中的某个装置发生了故障，则不需要对其系统进行更换，降低系统使用和升级的成本。采集装置要安装在变电站内的计量回路中，其中控制室的通信装置可以实现串行口进而将其扩充成更多的采集装置，接受上传的数据。

综合装置能够保证提供和用户相交互的界面，接受用户操作指令。主要的作用是对实时数据进行显示，保存和管理历史数据、记录故障和时间、传输变电站的网络层数据。

2 设计和装置相应的采集计量系统

在对采集计量装置进行设计中需要对下列问题进行考虑，采集计量装置的对象是电网信号，因此要实行信号输入和信号调理。设计要求电网内电压、电流信号每周进行256点周期采样，这一需要可以满足模数转换器的采样速率。并且还能够采集三相电压和电流信号灯，通过模数转换器可以实现多通道的同步采样。实行多路数的采集、处理以及综合通信装置、传输数据等。

2.1 计量装置的硬件设计

该项目内的高精度只能电能计量系统内所采集的剂量装置功能框图如下图2所示，为了对上述要求进行满足，采用德州仪器（TI）公司的16位高速6通道模数转换器-ADS8365和54x系列芯片，借助DSP的优秀数据处理能力，实现对其中的三相电压和电流信号进行采集和处理，并且通过VC5409多通道缓冲串口以及电光转换模块HFBR1414完成综合通信装置数据传输。DSP内集成RAM容量有限，因此对SRAM实行扩展中，可以很好的扩展DSP数据空间。为了启动DSP，要外扩FLASH下实现对程序代码存储，方便DSP在通电后能够实现内部程序的自主运行。最大程度的减小非同步采样的误差，同时提供硬件锁相对采样脉冲信号。

模数转换器ADC为采集计量核心，其性能对整个系统性能和精度具有决定性的影响。本文的设计系统采样指标为：

系统计量精度要在0.5级之上，并且其理论分辨率至少要比精度要求高出一个数量级，同时对其他因素实行综合考虑，要选取16模数转换器。

在奈奎斯特采样的定理可知，采样频率大于被采样频率2倍，采样结果可以体现原信号特征。实际应用中，采样频率为原始信号5～10倍。对滤波的计量要求进行考虑，要被测量2～21次，这样采样频率至少是50×21×5=5.25KHz，并且要对模数转换器的转换留出一定的时间，频率不能过高，因此设定的采样频率是12.8KHz。采样触发是在模数转换器针对输入时钟信号实行分频后得到采样触发信号，这种信号被确定后，采样频率也被确定，工作时间比较容易更改，并且还存在同步误差。

2.2 采集计量的装置软件

采集计量装置内使用的主要是采集量化后三相电压、三相电流处理，得出参数值，经过MCBSPSS的接口电光实行转换，将原始数据和计算的结果输送至综合装置内，总体流程从下图1。

主程序先要针对DSP中引脚功能和中断实行初始化，设置DSP运行频率、复用初始地址和相应引脚是GPIO。中断采样后选取有效信号通道， PLL输入，完成采集周期，实施数据计算，最后在DSP的MCBSPSS光电变换后，传送其到综合通信装置内。

采集计量装置并测量，先要通过HCF4051选取同步信号，将其作为锁相环输入信号。判断通道内信号的有效性方法是：若通道采集值长期比较小或该值为0，代表了同步信号出现了故障，无法被当做锁相环输入，选择下一通道，直至找出更合适通道，VC5409通用I0数量少，切换于VC5409内McBSP引脚复用I0口，在CPLD中的6进制计数器下对HCF4051实行控制HCF4051的ABC端，进而对相应的通道进行选择。

数据完成了对子程序数据的采集会。ADS8365片选信号ADCS在VC5409地址引脚和IO空间选通信号IS产生于CPLD。CPLD内的SPSIG引脚和HOLD[A、B、C]相互连接，对6路的信号同步采样进行控制。

3 电能计量和电力参数测量方法

4 结语

文章对高精度智能电能计量系统的系统设计和构造进行了详细的阐述，并且对相应的用电量计算方法进行了提出，在实际的应用中只需要将相应的数字输送进去就能够获得相应用电量的精确化计量。

参考文献

[1]李灏.高精度智能电能计量系统设计[D].华北电力大学，2011.10～26.

[2]李楠.智能高精度三相电能计量系统的设计[J].自动化技术与应用，2015，09：86-88+116.