一种数字电能表误差校正系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种数字电能表误差校正系统，包括光纤通讯接口，所述光纤通讯接口分别与FPGA控制单元、ARM控制单元双向通讯，所述FPGA控制单元、ARM控制单元之间采用SPI通讯，ARM控制单元分别与显示单元、通信单元、网络接口单元、按键单元双向通讯。本实用新型专利技术能够实时处理采样数据，计算出通过电能表的电流、电压有效值，有功、无功功率，失压、断相等参数，及数据处理后得到各次谐波分量有效值、频率、初始相位等，并与外部进行通讯，因采用纯硬件的工作方式，提高系统数据处理速度，简化硬件设计，同时降低开发费用。同时降低开发费用。同时降低开发费用。

【技术实现步骤摘要】
一种数字电能表误差校正系统


[0001]本技术涉及电能计量
，尤其是一种数字电能表电能误差校正系统。

技术介绍

[0002]数字式电能表是遵循IEC61850-9-1、IEC61850-9-2数字化变电站通信规约和IEC60044-7/8电子式互感器标准，具有数字信号输入接口,接收合并单元输出的采样值报文进行电能计量，应用于智能变电站的新型电能表。由于数字化电能表高精度的特点，在实际的应用中，能影响其性能的因素也比能影响普通智能电表的更多，例如时钟同步、非线性元件、电流互感器、电压互感器、电磁兼容等，其中的任何偏差都将会导致其性能参数的严重降低，从而也使其应用也变得更加困难。
[0003]数字电能表最基本的功能是对各种电能参量的计算，如：三相电压、电流有效幅值，电网频率、有功功率计无功功率。数字是电能表实时性强，能通过网络上传实时运行的数据，供操作人员监控，并能通过硬件输出相应的功率脉冲，方便对其精度校验。与传统电能表相比，数字化电能表没有A/D采样模块，结构更为简洁，误差小；但在实际工程应用中却经常发现数字化电能表出现误差超差现象，长期计量性能失准，影响最终的计量结果。
[0004]目前市场上的数字式电能表主要采用DSP芯片进行解码和电能量计算，在算法处理上具有优势，但是其程序运行不利于实时性要求高，数据量大的设计中应用。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于提供一种应用可编程逻辑器件FPGA作为协处理器、MCU作为主处理器构成，合理地进行系统的软硬件功能划分，能够更高速、高效地完成数字处理任务的数字电能表误差校正系统。
[0006]为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：一种数字电能表误差校正系统，包括：
[0007]FPGA控制单元，完成从合并单元发送来的编码数据进行解码获得其中的采样数据进行电量计算；
[0008]ARM控制单元，FPGA控制单元在完成电量计算得到电信号数据后，向ARM控制单元提出中断申请，ARM控制单元在中断请求得到应答后，通过数据总线从FPGA控制单元接收电量参数，进行电信号采集、数据处理、数据存储和显示；光纤通讯接口，对智能变电站的电参量检测数据进行通信，并按照帧格式进行数据传输；
[0009]电源单元，分别向其他单元供电；
[0010]所述光纤通讯接口分别与FPGA控制单元、ARM控制单元双向通讯，所述FPGA控制单元、ARM控制单元之间采用SPI通讯，ARM控制单元分别与显示单元、通信单元、网络接口单元、按键单元双向通讯。
[0011]所述FPGA控制单元，包括：
[0012]采样通讯模块，用于接收来自光纤通信接口的采样值数据包并进行解码；
[0013]电能计量模块，用于对解码后的采样数据进行电能计量，得到瞬时功率值，并输出相应的功率脉冲。
[0014]所述ARM控制单元，包括：
[0015]主控ARM芯片，是ARM控制单元的核心，用于集中管理各个模块之间的执行顺序和过程，采用ARMS3C2440芯片；
[0016]复位电路，用于提高复位信号的稳定性；
[0017]存储模块，用于电能信号参数的设置及状态信息的存储；
[0018]时钟模块，用于读取时钟信号状态信息；
[0019]主控ARM芯片与存储模块、时间模块之间均采用I2C总线进行通信，主控ARM芯片与通信单元、显示单元、按键单元之间均采用I/O口通讯，FPGA控制单元通过SPI总线与ARM控制单元双向通讯。
[0020]所述FPGA控制单元采用EP2C20Q240芯片。
[0021]进一步包括：
[0022]网络接口单元，将数据信号传送给上位机供监测人员监测。
[0023]进一步包括：
[0024]显示单元，与所述ARM控制单元双向通讯，用于显示输入电压、电流波形，电能量的计算结果和谐波分布直方图。
[0025]进一步包括：
[0026]存储单元，完成FPGA总线接口、存储单元的初始化处理，将接收到的数据包存储在内部RAM中，并在每一帧间隔的时间内对存储的数据包进行调用。
[0027]进一步包括：
[0028]按键单元，用于接收外部人工操作时的信息状态，根据人工输入指令执行相关操作。所述FPGA控制单元具体用于接收安装在二次侧的合并单元发送的编码数据，对所述编码数据进行解码，获取其中的采样数据进行电量计算。
[0029]由上述技术方案可知，本技术的有益效果为：第一,采用FPGA控制单元更适合高性能运算密集型应用，本系统正是基于需要进行大量数据处理的实时系统，或者是需要实施许多控制功能的即时系统，因此，应用FPGA控制单元可以以更大的并行度实现产品所需功能；第二，随着工艺技术的进步，FPGA控制单元的功耗不断降低，速度逐渐提高，同时成本也越来越低，降低系统成本通常是延长产品市场寿命的重要因素；FPGA控制单元可以集成目前流行的PowerPC、ARM等硬核，这样就可以完全实现DSP和MCU的功能，降低校正系统成本就是延长产品市场寿命的重要因素；第三，FPGA控制单元最大的特点就是可以反复地编程、擦除、使用或者在外围电路不变的情况下应用不同软件开发设计程序可以实现各异的功能，因此校正系统尽可能简化系统设计，缩短开发周期，提高产品性价比。
附图说明
[0030]图1为本技术的电路框图。
具体实施方式
[0031]如图1所示，一种数字电能表误差校正系统，包括：
[0032]FPGA控制单元，完成从合并单元发送来的编码数据进行解码获得其中的采样数据进行电量计算；
[0033]ARM控制单元，FPGA控制单元在完成电量计算得到电信号数据后，向ARM控制单元提出中断申请，ARM控制单元在中断请求得到应答后，通过数据总线从FPGA控制单元接收电量参数，进行电信号采集、数据处理、数据存储和显示；
[0034]光纤通讯接口，对智能变电站的电参量检测数据进行通信，并按照帧格式进行数据传输；
[0035]电源单元，分别向其他单元供电；
[0036]所述光纤通讯接口分别与FPGA控制单元、ARM控制单元双向通讯，所述FPGA控制单元、ARM控制单元之间采用SPI通讯，ARM控制单元分别与显示单元、通信单元、网络接口单元、按键单元双向通讯。
[0037]所述FPGA控制单元，包括：
[0038]采样通讯模块，用于接收来自光纤通信接口的采样值数据包并进行解码；
[0039]电能计量模块，用于对解码后的采样数据进行电能计量，得到瞬时功率值，并输出相应的功率脉冲。
[0040]所述ARM控制单元，包括：
[0041]主控ARM芯片，是ARM控制单元的核心，用于集中管理各个模块之间的执行顺序和过程，采用ARMS3C2440芯片；
[0042]复位电路，用于提高复位信号的稳定性；
[0043]存储模块，用于电能信号参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字电能表误差校正系统，其特征在于：包括：FPGA控制单元，对编码数据进行解码，获得其中的采样数据进行电量计算；ARM控制单元， FPGA控制单元在完成电量计算得到电信号数据后，向ARM控制单元提出中断申请，ARM控制单元在中断请求得到应答后，通过数据总线从FPGA控制单元接收电量参数，进行电信号采集、数据处理、数据存储和显示；光纤通讯接口，对智能变电站的电参量检测数据进行通信，并按照帧格式进行数据传输；电源单元，分别向FPGA控制单元、ARM控制单元、光纤通讯接口供电；所述光纤通讯接口分别与FPGA控制单元、ARM控制单元双向通讯，所述FPGA控制单元、ARM控制单元之间采用SPI通讯，ARM控制单元分别与显示单元、通信单元、网络接口单元、按键单元双向通讯。2.根据权利要求1所述的数字电能表误差校正系统，其特征在于：所述FPGA控制单元，包括：采样通讯模块，用于接收来自光纤通信接口的采样值数据包并进行解码；电能计量模块，用于对解码后的采样数据进行电能计量，得到瞬时功率值，并输出相应的功率脉冲。3.根据权利要求1所述的数字电能表误差校正系统，其特征在于：所述ARM控制单元，包括：主控ARM芯片，是ARM控制单元的核心，用于集中管理各个模块之间的执行顺序和过程，采用ARMS3C2440芯片；复位电路，用于提高复位信号的稳定性；存储模块，用于电能信号参数的设置及状态信息的存储；时钟模块，用于读取时钟信号状态信息；主控AR...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵良德，丁建顺，嵇爱琼，胡吕龙，任民，黄丹，王凯，梁晓伟，朱毓，陶琳，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，
类型：新型
国别省市：