基于电波暗室的智能电网表计射频抗扰度自动测试系统关键技术研究

基于电波暗室的智能电网表计射频抗扰度基于电波暗室的智能电网表计射频抗扰度 自动测试系统关键技术研究自动测试系统关键技术研究 江苏省计量科学研究院 国家电能表产品质量监督检验中心 江苏 马宇明 赵波 摘要 本文针对智能电网表计存在的射频电磁场辐射抗扰度质量问题 采用标 准要求的电波暗室方法 分析了组成自动测试系统的三方面关键技术 构建了 高效实用的自动测试系统平台软件 并经应用证明其实用性 关键词 智能电表 射频抗扰度 自动测试系统 一 研究背景 智能电网表计 简称智能电表 是建设坚强智能电网的基础节点 其质量 问题至关重要 大批量产品质监检验实践表明 目前智能电表质量问题大多来 自电磁兼容 EMC 方面 尤其是电表处于高频电磁环境中的抗干扰问题 即智 能电表射频电磁场辐射抗扰度 RF EMS 质量问题 智能电表是智能电网先进计量架构 AMI 的终端 如图 1 所示 一般包括 智能电能表 采集器 集中器以及专用采集终端等 智能电表射频电磁场辐射 抗扰度 RF EMS 试验原采用于横电磁波传输室 GTEM 的方法测试 后标准 修订改为在电波暗室环境下测试 1 市场上的电磁兼容测试软件功能繁杂 但 仍不能满足智能电表日常测试工作 表现为该软件无法扩展智能电表检定数据 自动采集功能 检测人员需要手动记录当前测试频率和电表计量误差数据 效 率低下 集集中中器器 电电力力线线载载波波 采采集集器器 485 采采集集器器 电电力力线线载载波波 电电能能表表智智能能电电能能表表智智能能载载波波电电能能表表 电电力力公公司司机机房房 通通过过无无线线 有有线线 网网络络上上传传 图 1 智能电网 AMI 示意图 为此 研究并开发基于电波暗室的智能电网表计射频抗扰度自动测试系统 重要性凸显 该测试系统主要仪器设备如图 2 所示 包括电波暗室 主控计算 机 射频信号发生器 电能表检验装置 功率放大器 发射天线 被测电网表 计等 改项目需开发多种仪器和计算机总线接口相互通信的适配器 把多台高 端仪器组成测试系统 并在主控计算机端开发了自动测试系统软件 2 射频信号 发生器 3 功率 放大器 6 电能表 检验装置 电波暗室 4 发射 天线 可选吸波 材料 3m 0 8m 均匀域 5 被测 电网表计 1 主控计算机 仪器 通信 总线 仪器 通信 总线 仪器 通信 总线 图 2 自动测试系统主要设备结构图 二 关键技术 本系统关键技术主要有以下三方面 1 提出计量误差与抗扰度试验频率自动匹配的算法 解决射频信号发生 器频率与智能电表计量误差数据互相同步的问题 2 该方法简述如下 1 主控计算机将所需测量的频率点通过通信接口转换 器发送给射频信号发生器 信号发生器调整好所需发射的频率点传送至功率放 大器 放大后的信号传输至发射天线 使其在电波暗室中对智能电表进行干扰 该干扰作为智能电表的模拟辐射电磁干扰噪声 2 智能电表在干扰信号作用 下 周期性地产生计量误差 3 智能电表检验装置在固定的时间点上 将一 个周期内的误差数据传送给主控计算机 4 在主控计算机通知射频信号发生 器频率已经发生改变的基础上 自动测试系统软件将电能表检验装置传送来的 第一个数据进行舍弃 并传送接下去的 n 1 n 为可设置的测量次数 个数据给 主控计算机 5 主控计算机通过对这 n 1 个数据进行分析 剔除粗大误差 并对剩余数据取平均值 得出智能电表在该频点下射频电磁场辐射抗扰度的计 量误差数据 6 主控计算机改变所需测量频点并通过通信接口适配器发送给 射频信号发生器 重复步骤 1 6 直至所有频点测量结束 该算法有效解决了射 频信号发生器测试输出频率和电平维持时间不易确定的问题 采用动态确定输 出时间 在保证计量数据测试精度的基础上尽量提高了测试效率 2 研究多种通信总线融合 研发多总线接口适配器 解决具有不同通信 接口的多台仪器互联互通问题 现有商用的接口适配器多是单独接口转换的 在本系统中 针对射频信号 发生器 功率放大器具有 GPIB IEEE488 接口 智能电表检验装置具有 RS 232C 接口 主控计算机常用 USB 接口 本项目研究使用嵌入式系统设计 使用 单片机配以少量接口芯片 应用不同总线数据包硬件转换和软件转换相结合的 方法 研发了多总线接口适配器 图 3 完全能取代进口同类产品 实现了多 种通信总线数据融合 从而把多台仪器组成自动测试系统 图 3 多总线接口适配器实物图 3 将虚拟仪器技术应用于计量产品电磁兼容测试领域 解决构建一个自 动测试系统软件平台协调系统内多台仪器协同工作的问题 虚拟仪器是计算机技术和仪器技术相结合的产物 是当前测控领域的技术 热点 代表了未来仪器的发展方向 3 本系统使用美国国家仪器 NI 公司的 LabVIEW 图形化编程平台开发 具有编程逻辑性强 图形界面美观 功能操作 简便的优点 系统软件界面图如图 4 所示 在计量产品质量监督检验 以及在 电磁兼容测试方面 使用虚拟仪器技术开发自动测试系统应用尚属国内创新应 用 图 4 自动测试系统软件界面 三 成果应用 本项目整体技术已于 2010 年 5 月起在我院电磁兼容实验室正式应用 迄今 应用 3 年 2011 2012 两年共检验各类智能电表 258 批次 其中单相表 156 批 次 三相三线 三相四线表 67 批次 电表模块 5 批次 除为适应受控文件要求 的原始记录格式改变外 系统软件未做大的修改 运行状况良好 应用工程师 在使用本项目研发的自动测试系统后 切实节约了人力资源 提高了测试速度 工作效率提高 50 以上 参考文献 1 中国国家标准化管理委员会 GB T17215 211 2006 交流电测量设备 通用 要求 试验和试验条件 第 11 部分 测量设备 2006