專利名稱：低壓集抄系統實驗室仿真檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種低壓集抄系統實驗室仿真檢測裝置。
背景技術：
從上個世紀末開始，我國電力系統以前所未有的速度迅猛發展，配合國家經濟發展的需要，智能電網的建設已在各電網公司已全面鋪開，智能電網的很重要的一個建設環節就是電力用戶用電信息采集系統的建立。電力用戶用電信息采集系統是對電力用戶的用電信息進行采集、處理和實時監控的系統。電力用戶用電信息采集系統的一個重要組成部分就是低壓集抄系統。低壓集抄系統是指對包括低壓商業、小動力、辦公、居民等用戶用電信息的采集。如圖1所示，該低壓集抄系統由電能表、采集器、集中器、主站系統組成。電能表用于計量用戶的用電信息，采集器通過RS485或PLC (電力載波)通訊方式從電能表采集用電信息、然后通過PLC通訊方式上傳至集中器，集中器通過GPRS通訊方式上傳到主站管理系統。電力載波通訊(PLC)是利用電力線做為信息傳輸介質，將所需要傳遞的信息進行高速傳輸的技術，其具有高可靠性、抗破壞能力強、不用架設專用線路的特點而得到迅猛發展，這種通訊方式是低壓集抄系統最常用的通訊手段之一，眾多生產廠商已推出了各種型號的載波通訊電能表、采集終端、集中器，廣泛應用于電力部門電量計量及電力用戶用電信息采集系統。在220V/380V的低壓電力線上進行信號傳輸，存在配電變壓器對載波信號的隔離作用、電力線上各種干擾信號對載波通訊的干擾、電力線上負載對載波信號的衰減、不同載波信號之間的相互干擾、電力線路阻抗變化等諸多問題，常常因為這些問題而導致用電信息無法傳輸、傳輸錯誤、傳輸距離不夠遠等問題而使整個系統無法工作。整個集抄系統在如此復雜的現場環境下，系統內的電能表、集中器、采集器能否按設計指標正常工作？其下行和上行通訊的抗干擾能力如何？接收靈敏度指標是否達標？ 信號在傳輸過程是否丟失及變動？整個系統對信息抄收的成功率是否合格？如何進行檢測？是電力計量管理部門急待解決的問題。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種對低壓集抄系統內各個獨立的采集設備及整個低壓集抄系統進行綜合測試、可在實驗室環境下評估該系統在現場環境下的數據采集及通訊能力的低壓集抄系統實驗室仿真檢測裝置。本發明所采用的技術方案是一種低壓集抄系統實驗室仿真檢測裝置，包括電源、 被測產品組、設備基本參數測試單元、載波發射測試單元、接收靈敏度測試單元、干擾信號仿真模組、中繼路由仿真模組、無功補償仿真模組、線路阻抗仿真模組以及用于控制上述測試單元及仿真模組的控制系統，所述被測產品組包括依次通訊連接的電能表、采集器、集中器，所述被測產品組與所述設備基本參數測試單元、載波發射測試單元、接收靈敏度測試單元、干擾信號仿真模組、中繼路由仿真模組、無功補償仿真模組、線路阻抗仿真模組以及控制系統電連接，所述電源與所述干擾信號仿真模組、中繼路由仿真模組、無功補償仿真模組、線路阻抗仿真模組以及控制系統電連接，上述各個測試單元及仿真模組均與控制系統電連接并通過該控制系統傳輸數據至測試裝置主站平臺。 所述設備基本參數測試單元包括功耗測試電路、選頻及電平測試電路、基本通訊功能檢測單元、中繼功能檢測及數據轉發功能檢測電路，所述功耗測試電路包括電壓采樣模塊、電流采樣模塊、電能計量芯片、CPU，所述電壓采樣模塊與電流采樣模塊并接后與所述電能計量芯片連接，所述電能計量芯片連接CPU，所述電壓采樣利用電壓互感器進行電壓采樣，所述電流采樣利用電流互感器進行電流采樣，所述電能計量芯片完成電量累積、儲存并同時將電量轉換成相應的脈沖輸出至CPU，所述CPU對電量信息進行處理并上傳至主站管理端。 所述選頻及電平測試電路包括被測儀表、選頻電平表和處理器，所述選頻電平表與處理器電連接，所述被測儀表和選頻電平表通過選通和濾波電路與交流220V電壓連接， 利用選頻電平表捕捉載波通訊信號，并將測試結果輸出至處理器，處理器對采集到的信號進行處理運算得到被測載波信號的中心頻率及通訊波特率。所述中繼功能檢測及數據轉發功能檢測電路包括輔助載波儀表、載波信號衰減器、被測載波儀表、主站控制軟件和開關K1、開關K2，所述輔助載波儀表、載波信號衰減器、 被測載波儀表、主站控制軟件依次連接，所述開關Kl與所述載波信號衰減器并聯，所述開關K2與所述被測載波儀表并聯，斷開開關K1，合上開關K2，調整載波信號衰減器的衰減量， 使主站控制軟件可以直接抄讀到輔助載波儀表中的電量信息，然后調整載波信號衰減器的衰減量，直到主站控制軟件不能抄讀到輔助載波儀表中的電量信息，斷開開關K2，主站控制軟件應能通過被測載波儀表抄讀輔助載波儀表中的電量信息，斷開開關K2，合上開關K1， 主站控制軟件應能通過被測載波儀表抄讀輔助載波儀表中的電量信息。所述接收靈敏度測試單元包括載波信號發生器、可調載波信號衰減器和電子切換開關，所述載波信號發生器、可調載波信號衰減器、電子切換開關依次電連接，所述電子切換開關有多個輸出端口可選擇連接于所述被測載波儀表。所述干擾信號仿真模組包括微處理器、干擾信號發生器、選擇開關，所述微處理器、干擾信號發生器、選擇開關依次連接，所述干擾信號發生器可發出各種電器的干擾信號經選擇開關連接于所述電能表、采集器、集中器的PLC網絡上。所述線路阻抗仿真模組包括微處理器、負載阻抗仿真模塊、選擇開關，所述微處理器、負載阻抗仿真模塊、選擇開關依次連接，所述負載阻抗仿真模塊仿真出的各種電器的阻抗信號經選擇開關連接于所述電能表、采集器、集中器的PLC網絡上。本發明的有益效果是由于本發明它包括被測產品組、設備基本參數測試單元、 載波發射測試單元、接收靈敏度測試單元、干擾信號仿真模組、中繼路由仿真模組、無功補償仿真模組、線路阻抗仿真模組、上述測試單元及仿真模組的控制系統、測試裝置主站平臺及控制軟件、電源，所述被測產品組包括電能表、采集器、集中器，所述被測產品組與所述設備基本參數測試單元、載波發射測試單元、接收靈敏度測試單元、干擾信號仿真模組、中繼路由仿真模組、無功補償仿真模組、線路阻抗仿真模組以及控制系統電連接，所述電源與所述干擾信號仿真模組、中繼路由仿真模組、無功補償仿真模組、線路阻抗仿真模組以及控制系統電連接，所述測試單元及仿真模組控制系統與所述測試裝置主站平臺及控制軟件電連接，所以本發明是一種對低壓集抄系統內各個獨立的采集設備及整個低壓集抄系統進行綜合測試、可在實驗室環境下評估該系統在現場環境下的數據采集及通訊能力的低壓集抄系統實驗室仿真檢測裝置。


圖1是一種常見的低壓集抄系統示意圖 圖2是本發明電路結構方框示意圖3是本發明功耗測試電路結構框圖； 圖4是本發明選頻及電平測試電路結構框圖； 圖5是本發明基本通訊功能檢測單元框圖； 圖6是本發明中繼功能檢測及數據轉發功能檢測電路框圖； 圖7是本發明載波發射電平測試單元結構框圖； 圖8是本發明接收靈敏度測試單元原理框圖； 圖9是本發明干擾信號仿真模組原理框圖； 圖10是本發明線路阻抗仿真模組原理框圖； 圖11是本發明中繼深度對載波影響的測試接線圖。
具體實施例方式如圖2至圖11所示，本發明包括被測產品組、設備基本參數測試單元、載波發射測試單元、接收靈敏度測試單元、干擾信號仿真模組、中繼路由仿真模組、無功補償仿真模組、 線路阻抗仿真模組、測試單元及仿真模組的控制系統、測試裝置主站平臺及控制軟件、電源，所述被測產品組包括電能表、采集器、集中器，所述控制系統包括各單元控制電路、微處理器、串口服務器，所述電源包括程控三相源、凈化穩壓電源，所述被測產品組與所述設備基本參數測試單元、載波發射測試單元、接收靈敏度測試單元、干擾信號仿真模組、中繼路由仿真模組、無功補償仿真模組、線路阻抗仿真模組、控制系統電連接，所述電源與所述干擾信號仿真模組、中繼路由仿真模組、無功補償仿真模組、線路阻抗仿真模組、控制系統電連接，所述測試單元及仿真模組控制系統與所述測試裝置主站平臺及控制軟件電連接。下面就本實施例的各部分作進一步詳細說明
(1)設備基本參數測試單元由功耗測試電路、選頻及電平測試電路、基本通訊功能檢測單元、中繼功能檢測及數據轉發功能檢測電路等部分組成。功耗測試電路用于測試組成低壓集抄系統的電能表、采集器、集中器的靜態及動態功耗，電壓采樣利用電壓互感器對工作電壓進行采樣。電流采樣利用電流互感器對工作電流進行采樣。電能計量芯片完成電量累積、儲存，并同時將電量轉換成相應的脈沖輸出之微處理器(CPU)，微處理器(CPU) 對電量信息進行處理并上傳至主站管理端。中心頻率及通訊波特率檢測說明利用選頻電平表捕捉載波通訊信號，并將測試結果輸出至CPU，CPU對采集到的信號進行處理運算，得到被測載波信號的中心頻率及通訊波特率。
基本通訊功能檢測單元由RS485通訊網絡、電力載波通訊網絡、GPRS通訊網絡組成并連接測試裝置主站平臺，測試裝置主站平臺的主站控制軟件通過RS485通訊網絡及DL/T 698. 41通訊協議發出抄表指令，分別讀取電能表、采集器、集中器內的電量信息， 檢測RS485通訊模式下的抄表數據完整率及抄收成功率。主站控制軟件通過電力載波通訊(PLC)網絡及DL/T 698. 41通訊協議發出抄表指令，分別讀取電能表、采集器、集中器內的電量信息，檢測電力載波通訊模式下的抄表數據完整率及抄收成功率。主站控制軟件通過GPRS通訊網絡及DL/T 698. 41通訊協議發出抄表指令，讀取集中器內的電量信息，檢測 GPRS通訊模式下的抄表數據完整率及抄收成功率。主站控制軟件通過GPRS通訊網絡及DL/ T 698. 41通訊協議向集中器發出抄表指令，集中器內的控制軟件通過電力載波通訊(PLC) 網絡及DL/T 698. 42通訊協議向采集器發出抄表指令，采集器通過RS485通訊網絡及DL/ T645協議讀取電能表內的電量信息，檢測整個低壓集抄系統的抄表數據完整率及抄收成功率。中繼功能檢測說明斷開開關K1，合上開關K2，調整載波信號衰減器的衰減量，使主站控制軟件可以直接抄讀到輔助載波儀表中的電量信息，然后調整載波信號衰減器的衰減量，直到主站控制軟件不能抄讀到輔助載波儀表中的電量信息，斷開開關K2，主站控制軟件應能通過被測載波儀表抄讀輔助載波儀表中的電量信息。數據轉發功能檢測說明斷開開關K2，合上開關K1，主站控制軟件應能通過被測載波儀表抄讀輔助載波儀表中的電量信息。(2)載波發射電平測試單元測試載波電能表、采集器、集中器的最大載波信號發射電平。利用選頻電平表捕捉載波通訊信號，并將測試結果輸出至CPU，CPU對采集到的信號進行處理運算，得到被測載波信號的最大發射電平。(3)接收靈敏度測試單元測試載波電能表、采集器、集中器的載波信號接收靈敏度，測試說明載波信號發生器按相關國家標準輸出標準的載波信號，可調載波信號衰減器將此信號分為不同電平大小的數個檔位，主站控制軟件控制電平切換開關，從電平最大檔依此向小電平檔進行切換，且在每個檔位抄讀載波信號發生器的相關信息，依此來判斷被測載波儀表的載波信號接收靈敏度。(4)干擾信號仿真模組在實驗室環境下仿真低壓供電網常見的電力負載，在微處理器的控制下，干擾信號發生器可產生低壓電力線路上常見負載，如洗衣機、電視機、電吹風、電冰箱、空調、電梯等在電力線路上產生的具有其特征的干擾信號，主站控制軟件控制干擾源切換開關，將不同的干擾源引入測試回路，分別測試這些電力負載所產生的干擾信號對載波通訊的影響。(5)線路阻抗仿真模組電力線載波通道的輸出/入阻抗變化很大，低壓供電網常見的電力負載，如洗衣機、電視機、電吹風、電冰箱、空調、電梯等會使電力線路載波通道的輸入阻抗發生改變，負載阻抗仿真模塊在微處理器的控制下可仿真產生相應電器負載對電力線路載波通道輸入阻抗的影響，主站控制軟件控制輸入阻抗切換開關，將不同類型的影響量引入測試回路，分別測試這些影響量對載波通訊的影響。(6)中繼路由仿真模組仿真測試通訊速率、中繼深度的改變對載波通訊的影響。 通過主站控制軟件改變載波儀表之間通訊波特率，測試在不同波特率通訊時抄讀數據的誤碼率和成功率。在載波儀表之間加入不同數量的中繼器，測試不同的中繼深度對載波通訊的影響。(7)無功補償仿真模組無功補償會改變電力線路的功率因數，無功補償仿真模組可仿真實際的無功補償方式改變試驗回路的功率因數以及對載波通訊的影響。(8)控制上述測試單元及仿真模組的控制系統由微處理器、串口服務器、各單元控制電路、底層嵌入式控制軟件組成，對各個測試單元電路及仿真模組進行控制。(9)測試裝置主站平臺及控制軟件主站服務器及應用軟件。(10)被測產品組包括電能表、采集器、集中器以及低壓集抄系統。(11)電源包括凈化穩壓電源和程控三相源，凈化穩壓電源為測試裝置提供凈化穩壓后的供電電源。程控三相源為測試裝置提供相應的供電電源與負載電流。
權利要求
1.一種低壓集抄系統實驗室仿真檢測裝置，其特征在于它包括電源、被測產品組、設備基本參數測試單元、載波發射測試單元、接收靈敏度測試單元、干擾信號仿真模組、中繼路由仿真模組、無功補償仿真模組、線路阻抗仿真模組以及用于控制上述測試單元及仿真模組的控制系統，所述被測產品組包括依次通訊連接的電能表、采集器、集中器，所述被測產品組與所述設備基本參數測試單元、載波發射測試單元、接收靈敏度測試單元、干擾信號仿真模組、中繼路由仿真模組、無功補償仿真模組、線路阻抗仿真模組以及控制系統電連接，所述電源與所述干擾信號仿真模組、中繼路由仿真模組、無功補償仿真模組、線路阻抗仿真模組以及控制系統電連接，上述各個測試單元及仿真模組均與控制系統電連接并通過該控制系統傳輸數據至測試裝置主站平臺。
2.根據權利要求1所述的低壓集抄系統實驗室仿真檢測裝置，其特征在于所述設備基本參數測試單元包括功耗測試電路、選頻及電平測試電路、基本通訊功能檢測單元、中繼功能檢測及數據轉發功能檢測電路，所述功耗測試電路包括電壓采樣模塊、電流采樣模塊、 電能計量芯片和CPU，所述電壓采樣模塊與電流采樣模塊并接后與所述電能計量芯片連接， 所述電能計量芯片連接CPU。
3.根據權利要求2所述的低壓集抄系統實驗室仿真檢測裝置，其特征在于所述選頻及電平測試電路包括被測儀表、選頻電平表和處理器，所述選頻電平表與處理器電連接，所述被測儀表和選頻電平表通過選通和濾波電路與交流220V電壓連接。
4.根據權利要求2所述的低壓集抄系統實驗室仿真檢測裝置，其特征在于所述中繼功能檢測及數據轉發功能檢測電路包括輔助載波儀表、載波信號衰減器、被測載波儀表和開關K1、開關K2，所述輔助載波儀表、載波信號衰減器、被測載波儀表依次串聯后并連接至測試裝置主站平臺，所述開關Kl與所述載波信號衰減器并聯，所述開關K2與所述被測載波儀表并聯。
5.根據權利要求1所述的低壓集抄系統實驗室仿真檢測裝置，其特征在于所述接收靈敏度測試單元包括載波信號發生器、可調載波信號衰減器和電子切換開關，所述載波信號發生器、可調載波信號衰減器、電子切換開關依次電連接，所述電子切換開關有多個輸出端口可選擇連接于所述被測載波儀表。
6.根據權利要求1所述的低壓集抄系統實驗室仿真檢測裝置，其特征在于所述干擾信號仿真模組包括微處理器、干擾信號發生器、選擇開關，所述微處理器、干擾信號發生器、 選擇開關 依次連接，所述干擾信號發生器可發出各種電器的干擾信號經選擇開關連接于所述電能表、采集器、集中器的PLC網絡上。
7.根據權利要求1所述的低壓集抄系統實驗室仿真檢測裝置，其特征在于所述線路阻抗仿真模組包括微處理器、負載阻抗仿真模塊、選擇開關，所述微處理器、負載阻抗仿真模塊、選擇開關依次連接，所述負載阻抗仿真模塊仿真出的各種電器的阻抗信號經選擇開關連接于所述電能表、采集器、集中器的PLC網絡上。
全文摘要
本發明公開了一種低壓集抄系統實驗室仿真檢測裝置，旨在提供一種對低壓集抄系統內各個獨立的采集設備及整個低壓集抄系統進行綜合測試、可在實驗室環境下評估該系統在現場環境下的數據采集及通訊能力的低壓集抄系統實驗室仿真檢測裝置。它包括被測產品組、設備基本參數測試單元、載波發射測試單元、接收靈敏度測試單元、干擾信號仿真模組、中繼路由仿真模組、無功補償仿真模組、線路阻抗仿真模組、測試單元及仿真模組控制系統、測試裝置主站平臺及控制軟件、電源。本發明利用軟、硬件仿真技術，對低壓集抄系統內各個獨立的采集設備及整個低壓集抄系統進行綜合測試，可在實驗室環境下評估該系統在現場環境下的數據采集及通訊能力。
文檔編號G01R31/00GK102401864SQ201110361590
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者葉華藝, 朱亞軍, 王幼軍, 蔡春元, 陳勁游 申請人:廣東電網公司中山供電局, 珠海市科薈電器有限公司