图片 1

国网计量中心组织新一代智能电能表样机功能验证,基于CSE7780芯片的国网新标准单相智能电能表设计

近日,国网计量中心发布通知,为了拓展智能电能表功能,提高产品的灵活性、可靠性和安全性,满足泛在电力物联网的建设需求和未来各类功能扩展和高级应用的需求,现组织对新一代智能电能表开展样机功能验证工作。  送样样机要求:送样样品单相、三相样机各2只,其中单相样机规格为0.25A-0.5(80)A,220V,有功A级;三相样机规格为0.015A-0.075(6)A,
3×57.7/100V-100V电压自适应,有功C级,经互感器接入,带辅助电源。  国网计量中心有限公司关于组织新一代智能电能表样机功能验证的通知  各电能表生产企业:  为了拓展智能电能表功能,提高产品的灵活性、可靠性和安全性,满足泛在电力物联网的建设需求和未来各类功能扩展和高级应用的需求,现组织对新一代智能电能表开展样机功能验证工作。  一、送样样品规格  送样样品单相、三相样机各2只,其中单相样机规格为0.25A-0.5(80)A,220V,有功A级;三相样机规格为0.015A-0.075(6)A,3×57.7/100V-100V电压自适应,有功C级,经互感器接入,带辅助电源。  二、送样样品外形尺寸  送样样品外观结构及尺寸要求详见附件1-附件4。  三、送样样品技术、功能要求  送样样品技术、功能指标要求详见附件5-附件7。  四、其他要求  1、单、三相样机管理芯要求必须采用M4内核及以上的单片机,不采用操作系统。  2、本次送样样机对象为手板模样机,主要开展功能性测试,不对机械性能进行要求。  3、本次送样样机不要求具备安全方案。  五、需要提交的其它材料  1、提供能够连接送测样机的蓝牙转串口工装5个(其中2个作为主模块,3个作为从模块)。串口采用USB接口形式(串口波特率115200bps,8个数据位,1个停止位,偶校验)。附工装操作说明书,说明每个工装是主设备还是从设备等信息,若工装需要安装驱动的同时提交驱动程序(光盘)。  2、提供能够单独抄读送测样机的单、三相计量芯工装各2个。  (1)拔掉管理芯可插此工装抄读计量芯数据,此工装需支持双芯通信,抄读计量芯工装一端连接计量芯双芯通信接口,另一端转为485总线输出。  (2)工装可只支持1路485,波特率115200bps,8个数据位,1个停止位,偶校验。  (3)工装应支持电信号秒脉冲输出,脉冲直接通过计量芯与管理芯接口引出。  (4)工装应支持有功电能、正向、反向谐波电能脉冲信号(电信号)输出。  (5)三相表计量芯工装应支持无功电能脉冲信号(电信号)输出。  (6)以上所有信号输出均独立,在工装上印有信号说明,并同时附有工装使用说明书(纸质版一份,单、三相分开)。  3、提供可供验证软件升级的程序升级包,当前电表程序软件版本号为V1.0,液晶显示当前日期格式为2019.10.24(示例),待升级程序软件版本号为V2.0,液晶显示当前日期格式为19.10.24(示例),显示日期液晶右对齐。各厂家可对软件升级包自行加密,国网计量中心不对软件的保密负责。  4、默认不启用安全模式参数,所有数据采用明文传输(程序升级数据厂家可自行加密)。  5、提供支持《多芯模组化表扩展通信协议》的电表测试维护软件(能够进行数据解析即可)。  6、电能表不需要进行盲样处理。

图6:国网单相智能表实物图

图片 1

CSE7780的内部功能结构框图如图1所示。在芯片工作时,将采样到的电流、电压信号先经过增益放大器,将采样信号放大,然后再通过高精度的Sigma-Delta,模数转换器将模拟信号转换为数字信号,得到的数字信号通过低通滤波器、高通滤波器滤去高频噪声与直流增益,从而得到需要的电流、电压采样量化的数据。将这些数据相乘,经过低通滤波器输出平均有功功率;电流、电压量化后的数据通过平方电路、低通滤波器、开方电路得到电流、电压有效值。将有功功率按时间积分,计算出有功能量。通过能量频率转换器将得到的能量通过PF引脚输出,也可通过SPI总线获得经过数字信号处理得到的数字化数值。完整解决方案软硬件设计软件设计CSE7780寄存器的配置流程如图2所示,先设置好计量控制寄存器,能后再配置校表寄存器。

图2:参数配置流程图

下面是针对CSE7780使用过程中其他一些应该注意的问题给出的建议:在PCB布局的时候需要注意变压器对锰铜的影响,这会影响到计量芯片的小信号的误差;在采样输入端的走线应平行对称,减小采样线所包围的面积;晶体不能放在PCB板边,防止在打ESD的时候,将芯片打死,晶体下面最好不要走其他的信号线。本文总结通过在深圳计量院的整表测试,CSE7780能够准确测量单相智能电能表各个参数,计量精度完全满足要求。基于CSE7780的整机方案经EMC检测、认证的第三方专业认证机构信测科技验证了EMC等方面的性能,具有极佳的性能指标,完全符合新一代国网智能电能表的要求。其简单易懂的软件校表方式,既便于电能表开发工程师的程序开发,又提高了生产线的效率。(end)

图1:CSE7780结构框图

2:HFConst寄存器的设置电表常数EC为1600imp/KWh;Vu=0.22V;Vi=10A*0.00025Ω*16=40mV;EC=1600;Un=220V;Ib=10A。根据公式HFConst=
INT[39.3143*Vu*Vi*10^11/(EC*Un*Ib)]可得HFConst=2664H,因此写入HFConst寄存器的值应为2664H。3:其他计量控制寄存器配置1)
启动电流的配置在Un、Ib的情况下,有功功率寄存器PowerA的数值为1A375D7H,按照要求在0.4%Ib的情况下能够正常启动,则Pstar寄存器可配置为0.2%Ib有功功率对应的数值pstar=00D6H(Pstart对应的是PowerA的高24位,计算出的Pstart是16’h00D6)。2)
能量累加模式的配置由于需要计量正反有功能量,因此我们须将能量累加模式配置成正反向功率都参与累加,累加方式是代数和方式,负功率有REVQ符号指示,使能PF脉冲输出及有功电能寄存器累加,即可将EMUCON配置为0001H。4:校表参数的配置1)有功功率校准a、功率增益校正在输入信号为Un、Ib的情况下,从校表台获得通道A的误差为err,则如果Pgain>=0,则GPQA=INT[Pgain*215],反之若Pgain<0,则GPQA=INT[216+Pgain*215]通道B的功率校准可通过配置GPQB来实现,方法与校正通道A的相同。b、相位校正在PF=0.5L,输入信号为100%Un、%100Ib的情况下,从校表台上获得的误差为err,则相位误差补偿为,对50Hz的电网而言,PHSA有0.020=0,PHSA
=INT(θ/0.020);如果θ<0,PHSA =INT(2^8+θ/0.02
)-96。通道B的相位校正可通过配置PHSB来实现,方法与校正通道A的相同。c、有功功率失调校正在小信号1.0的情况下,如果小信号偏差较大,可通过调整有功功率失调校正寄存器来修正小信号的偏差。在PF=1.0,Vu=Un,Vi=0的情况下,等待DPUDIF的更新,通过MCU取PowerA的值,读取若干次去平均值,取平均值的补码的后4位写入APOSA校正寄存器。通道B的有功功率失调校正可通过配置APOSB来实现,方法与校正通道A的相同。2)
有效值校准有效值的校正流程如图4所示,,先校正电流的失调,校正失调后,再进行A/B通道电流转换系数KIA/KIB及电压转换系数KU的计算,在PF=1.0、Vu=100%Un、Vi=Ib的情况下读取IARMS、IBRMS寄存器的数值,根据公式KIA=IARMS/Ib可得到电流通道A的转换系数,按同样的方法可得电流通道B的转换系数KIB及电压通道的转换系数KU。

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

相关文章