基于iec62056标准的三相谐波光纤电能表的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力计量技术领域，是一种基于IEC62056标准的Ξ相谐波光纤电能 表。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着我国经济的增长，大量的民用用电设备W及工业级大型的用电设备 被使用，给电网带来了大量的污染。其中引入电网的谐波部分已经成为了对电网质量进行 评估W及进行电能计量的不可忽视的重要参数。传统方式中采用的常规电能计量忍片，无 论在采样率、运算速度，还是在精度上均难W满足现今需求。同时，针对Ξ相电谐波信号的 算法正层出不穷，准确度更高，嵌入式更易于实现的算法，越来越被人们所接受。因此新的 Ξ相谐波电能表的设计正处于极快的发展状态。IEC62056标准是国际上唯一的关于电能测 量、抄表、费率与负荷控制的数据交换标准，该标准致力于面向对象的方式，通过不断完善 与发展，IEC62056标准已相继被国际著名制造商采用，然而作为国际上较为先进成熟的标 准，IEC62056标准在国内仍然很少被使用，考虑到其诸多优点，IEC62056标准的应用将会是 一个重要的课题。近些年，电力计量系统对现代通信技术的依赖程度越来越高，通信技术一 直是行业的研究重点之一。当前，我国市场上应用较为普遍的传输方式主要包括RS485、低 压电力线载波通信技术化〔(ProgrammableLogicCon化oiler,可编程控制器）、无线通信 W及光纤通信运几种。其中RS485现场布线较为复杂，PLC方式由于高衰减、低阻抗、谐波干 扰等原因信息传输准确性较差，无线通信传输又速率普遍较慢，因此具有传输速率快、传输 距离长W及抗干扰能力强等优点的光纤通讯方式很适合应用于电力计量系统之中。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种基于IEC62056标准的Ξ相谐波光纤电能表，克服了上述现有技 术之不足，其能有效解决现有电能计量忍片存在的采样率、运算速度、精度上难W满足需求 的问题，W及现有传输方式中RS485现场布线较为复杂，PLC方式由于高衰减、低阻抗、谐波 干扰等原因信息传输准确性较差，无线通信传输速率普遍较慢的问题。
[0004]本发明的技术方案是通过W下措施来实现的:一种基于IEC62056标准的Ξ相谐波 光纤电能表，包括信号采集模块、数字信号处理模块、MClKMainCo琴utational化it,主要 计算部件)管理单元、通信模块、电源模块，信号采集模块的信号输出端与数字信号处理模 块的信号输入端电连接;数字信号处理模块的信号输出端与MCU管理单元的信号输入端电 连接;MCU管理单元的信号输出端与通信模块的信号输入端电连接;信号采集模块、数字信 号处理模块、MCU管理单元、通信模块分别与电源模块电连接。
[000引下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
[0006]上述信号采集模块包括电压采样电路、电流采样电路、模数转换电路，电压采样电 路的输出端与模数转换电路的第一输入端电连接，电流采样电路的输出端与模数转换电路 的第二输入端电连接，模数转换电路的输出端与数字信号处理模块的输入端电连接。
[0007] 上述数字信号处理模块包括数据处理忍片DSP(digitalsi即alprocessing,数 字信号处理），数据处理忍片DSP包括EMIFB化xternalMemoryInterfaceB，B类外部存储 器接口）模块和MCBSB模块，EMIFB模块外扩有SDRAM(SynchronousDynamicRandomAccess Memory,同步动态随机存储器），EMIFB模块外接串行Flash(快闪式存储器)忍片。
[000引上述MCU管理单元包括:能够接收来自数据处理忍片DSP的数据的MCU模块;能够将 接收到的数据显示出来的LCD(LiquidCrystalDisplay，液晶显示器）显示器;能够向MCU 模块输入指令的键盘;能够实现数据的外部读写的USB化niversalSerialBus,通用串行 总线）模块；能够存储参数信息和保存内部数据的趾PROM化lectricallyErasable ProgrammableRead-OnlyMemory,电可擦可编程只读存储器）。
[0009] 上述通信模块为光纤通信模块。
[0010] 本发明结构合理而紧凑，使用方便，其采用了信号采集模块+数字信号处理模块+ MCU管理单元+通信模块的架构，可测量正向、反向基谐波，分相、合相、有功、无功功率W及 各相谐波信号幅值、频率、相位差等信息，可记录多种事件，并且可对上述信息与事件进行 存储和显示，通过基于IEC62056标准的通信模块实现Ξ相谐波光纤电表与信息集中中屯、之 间的双向通信，进而实现与信息主站之间的双向互动计量，克服了RS485现场布线较为复 杂，PLC方式由于高衰减、低阻抗、谐波干扰等原因信息传输准确性较差，无线通信传输又速 率普遍较慢的问题，具有安全、省力、简便、高效的特点。
【附图说明】
[0011] 附图1为本发明最佳实施例的结构框图。
[0012] 附图2为本发明最佳实施例中数字信号处理模块的算法流程图。
[0013] 附图3为本发明最佳实施例中A相电压调理电路图。
[0014] 附图4为本发明最佳实施例中A相电流调理电路图。
[0015] 附图5为本发明最佳实施例中采样模块的电路图。
[0016] 附图6为本发明最佳实施例中数据处理忍片DSP的电路图。
[0017 ]附图7为本发明最佳实施例中SDRAM的接口电路图。
[0018] 附图8为本发明最佳实施例中串行Flash忍片的接口电路图。
[0019] 附图9为本发明最佳实施例中LCD显示器的电路图。
[0020] 附图10为本发明最佳实施例中USB模块的接口电路图。
[0021 ]附图11为本发明最佳实施例中EEPR0M的电路图。
[0022] 附图12为本发明最佳实施例中光纤通信模块的电路图。
[0023] 附图中的编码分别为：1为信号采集模块，2为数字信号处理模块，3为MCU管理单 元，4为通信模块，5为电压采样电路，6为电流采样电路，7为模数转换电路，8为数据处理忍 片DSP，9为SDRAM，10为串行Flash忍片，11为MCU模块，12为LCD显示器，13为键盘，14为USB模 块，15为EEPR0M，I为Ξ相电流，U为Ξ相电压。
【具体实施方式】
[0024] 本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体 的实施方式。
[0025]下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：
[0026] 如附图1所示，该基于IEC62056标准的Ξ相谐波光纤电能表包括信号采集模块1、 数字信号处理模块2、MCU管理单元3、通信模块4、电源模块，信号采集模块1的信号输出端与 数字信号处理模块2的信号输入端电连接;数字信号处理模块2的信号输出端与MCU管理单 元3的信号输入端电连接;MCU管理单元3的信号输出端与通信模块4的信号输入端电连接； 信号采集模块1、数字信号处理模块2、MCU管理单元3、通信模块4分别与电源模块电连接。本 发明采用了信号采集模块+数字信号处理模块+MCU管理单元+通信模块的架构，可测量正 向、反向基谐波，分相、合相、有功、无功功率W及各相谐波信号幅值、频率、相位差等信息， 可记录多种事件，并且可对上述信息与事件进行存储和显示，通过基于IEC62056标准的通 信模块4实现Ξ相谐波光纤电表与信息集中中屯、之间的双向通信，进而实现与信息主站之 间的双向互动计量，克服了RS485现场布线较为复杂，PLC方式由于高衰减、低阻抗、谐波干 扰等原因信息传输准确性较差，无线通信传输又速率普遍较慢的问题。
[0027]可根据实际需要，对上述基于IEC62056标准的Ξ相谐波光纤电能表作进一步优化 或/和改进：
[0028]如附图1所示，上述信号采集模块1包括电压采样电路5、电流采样电路6、模数转换 电路7,电压采样电路5的输出端与模数转换电路7的第一输入端电连接，电流采样电路6的 输出端与模数转换电路7的第二输入端电连接，模数转换电路7的输出端与数字信号处理模 块2的输入端电连接。信号采集模块1主要包括电压采样电路5、电流采样电路6、模数转换电 路7Ξ部分，其中信号采集模块1的采样忍片使用了一款6通道16位的高速度、高精度同步模 数转换忍片ADS8556,电压采样电路5、电流采样电路6的组成包括限流电阻、采样电阻、高精 度电压互感器、高精度电流互感器、运算放大器、限幅二极管、低通滤波器，通过信号采集模 块1可实现Ξ相电信号的精确采样和转化。
[0029] 如附图1所示，上述数字信号处理模块2包括数据处理忍片DSP8,数据处理忍片 DSP8包括EMIFB模块和MCBSB模块，EMIFB模块外扩有SDRAM9，EMIFB模块外接串行Flash忍片 10。数字信号处理模块2主要包括数据处理忍片DSP8,型号为TMS320C6745浮点型DSP，数据 处理忍片DSP8具有MCBSP模块，可实现与信号采集模块1、MCU管理单元3的SPI通讯，实现方 式较为简单。数据处理忍片DSP8具有极强的数字运算能力，可在极短时间内执行大量的数 据运算，通过数据处理忍片DSP8的EMIFB模块可外扩出SDRAM9，同时外接串行Flash忍片10， 分别用于对运算数据W及程序进行存储。同时，本发明设计，采用了基于K-N互卷积窗的双 谱线插值FFT谐波分析算法，通过该算法可有效克服基波频率波动与白噪声对谐波分析产 生的影响，且在对测试信号进行非整数周期截断的情况下，对信号的基波与各次谐波的相 位检测相对误差均巧X1〇-5 %，幅值检测相对误差均<9X1〇-9%。进而可实现信号各个参 数的的准确测量。
[0030]如附图1所示，上述MCU管理单元3包括:能够接收来自数据处理忍片DSP8的数据的 MCU模块11;能够将接收到的数据显示出来的LCD显示器12;能够向MCU模块11输入指令的键 盘13;能够实现数据的外部读写的USB模块14;能够存储参数信息和保存内部数据的 EEPR0M15。基于IEC62056标准的Ξ相谐波光纤电能表的MCU管理单元3的核屯