多功能网络电力仪表概要设计说明书

PAGEWQJ-242多功能网络电力仪表要设计说明书PAGE2WQJ-242多功能网络电力仪表概要设计说明书文件编号保密级别总页数编制

评审记录对《WQJ-242多功能网络电力仪表概要设计说明书V1.00》的评审意见：1、接口定义需细化上述问题修改验证后，由马如明验证后，本文件即可发布。评审人员签字：问题修改验证结果：已修改验证人签字：时间：2009年12月18日

变更日志编号版本修改内容修改人修改日期10.10创建初稿2009-12-1720.20内部评审，建立组织方针2009-12-1831.00发布2009-12-18

目录1 引言 11.1目的 11.2适用范围 11.3定义 11.4参考资料 12 总体设计 22.1设计目标 22.2运行环境 22.3网络结构 22.4总体设计思路和处理流程 22.5模块结构设计 22.6功能需求与程序模块的关系（可选） 22.7尚未解决的问题 23 接口设计 33.1用户接口 33.2外部接口 33.3内部接口 34 界面总体设计 45 数据结构设计 55.1设计原则 55.2数据库环境说明 55.3数据库命名规则 55.4逻辑结构 55.5物理存储 55.6数据备份和恢复 56 系统出错处理设计[可选] 66.1出错信息 66.2补救措施 66.3系统维护设计 67 系统安全设计 77.1数据传输安全性设计 77.2应用系统安全性设计 77.3数据存储安全性设计 78 系统部署（可选） 8WQJ-242多功能网络电力仪表概要设计说明书PAGE1引言1.1目的本文档分析与设计具有预定功能的软件、硬件系统体系结构（即模块结构），确定子系统、功能模块的功能及其间的内、外接口，确定数据结构，为详细设计提供参考。1.2适用范围本文档用于WQJ-242多功能网络电力仪表的开发，该项目由市场部根据市场需求提出，由研发中心硬件部承担开发。可用于对电力品质及电能质量要求较高的配电自动化场合。1.3定义无1.4参考资料编号资料名称说明1WQJ-242项目建议书2WQJ-242项目立项书3WQJ-242项目计划书PAGEPAGE9总体设计2.1设计目标WQJ-242应能适用于高、中、低压电网、各种接线方式的三相系统，用于对单个回路多种电量的连续检测与控制，如电压、电流、功率、电度、需量等；精度最高应达到0.2级；应支持开关量输入、可编程继电器输出、模拟量输出、事件记录、各种电量告警等功能；支持RS485总线（符合MODBUS-RTU协议）通讯方式；应支持遥信、遥测、遥控、遥设功能。2.2运行环境WQJ-242可运行于高、中、低压电网、各种接线方式的三相系统，配合天溯WQJ-900，实现配电自动化。2.3总体设计思路和处理流程装置的机械结构和功能设计都依据模块化的设计思路，每个单元模块就是一个标准功能插件，这样生产和维护调试都比较方便。软件设计也根据功能划分为不同的模块。各软件模块，根据2.4模块结构设计硬件系统由四块PCB板组成，显示面板由一块自带段式液晶控制器的电路板及液晶、按键组成；主机部分由最小系统部分和外围接口部分组成，最小系统部分包含DSP、晶振、铁电存储器（包括看门狗、电压失效监测、铁电存储器三部分）组成，外围接口部分则由开入、开出、电压电流采集、系统电源、通讯等几部分组成，详见下图。2.5尚未解决的问题电能质量分析需要进行大量的FFT运算，占用非常多的CPU资源。需要确定剩余的CPU资源能完成其他的系统任务。

接口设计3.1外部接口3.1.1开关量输入开关量输入通过一大电阻分压，并采用光耦隔离，接到CPU的GPIO。CPU通过判定对应的GPIO的状态，判定开关量的开闭状态。3.1.2继电器输出CPU通过GPIO连接一三极管，三极管的通断，直接控制着继电器的通道，从而实现CPU控制继电器输出。3.1.3通讯接口WQJ-242支持RS485通讯接口。TMS320F2808内部带有多个UART，通过SN65LBC184接口芯片，转换为RS485电平，并通过一GPIO实现收发切换，实现半双工通讯。采用MODBUS通讯规约，能实现遥测、遥信、遥控、遥设功能。通讯规约细节详见《WQJ-242通讯规约文本V1.00》。3.1.4模拟量输出WQJ-242可以通过扩展板扩展2路模拟量输出，输出形式为4-20mA电流输出，或0-5V电压输出。AO的变送对象可以在电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率等电力变量中选取。3.2内部接口3.2.1SPICPU与LCD控制器采用SPI接口，接口电平为3.3V。CPU为主机，LCD控制器为从机。通讯时序详见《HT1622规格书》。3.2.2IICCPU通过一FRAM作为非易失存储器，保存系统参数，通道系数等。FRAM选择FM3116，与CPU通过IIC接口连接。接口电平为3.3V。CPU为主机，FM3116为从机。模拟量输出模块使用的DAC，也采用IIC接口与CPU连接。由于模拟量输出模块的隔离要求，此IIC接口的SDA和SCL信号线需通过光耦隔离。

界面总体设计4.1界面风格WQJ-242采用段式LCD，外加4个按键，实现人机界面。界面风格详见《天溯中低压微机保护测控装置人机接口标准V1.00》。4.2界面内容要求界面应能显示所有实时测量值，并能同时显示单位。界面应能显示所有开关量的开闭状态。界面应能显示仪表与后台系统的通讯状态，并能区分“接收”和“发送”两种状态。应能设定密码，只有密码正确的操作员才被允许进入参数设置界面，进行参数设置。

功能模块设计5.1实时测量5．1.1电压测量 用CPU内部的ADC对电压信号进行采样，并使用真有效值算法计算出相电压。将相电压进行矢量运算，即可得到线电压。5.1.2电流测量用CPU内部的ADC对电流信号进行采样，并使用真有效值算法计算出相电流。5.1.3相位与序分量根据电流电压基波的实部和虚部，采用查表的方法计算电流电压的相位，其中以A相电压为基准角。得到相位以后，即可根据序分量的分解和计算方法，计算出序分量。5.1.4功率与功率因素用电压和电流的实时采样点，采用真有效值算法，计算有功功率。视在功率采用电压和电流的代数乘积，而无功功率则采用视在功率和有功功率平方差再开平方的方法计算得到的。有功功率除以实在功率，即可得到功率因素。5.1.5频率A相电压的波形经比较整形后送入DSP的外部中断引脚，采用捕获的方法计算两次中断的间隔时间，即为电压信号的周期。周期的倒数，即为频率。5.1.6负载性质 通过判定有功功率和无功功率的符合，即可判定电压和电流的夹角在哪一个象限，从而可以判定负载性质。5.2电能计量5.2.1电能计量电度是功率对于时间的积分。由于有功功率、无功功率是有方向的，正值时消耗能量，负值时释放能量。对应的有功电度和无功电度存在着消耗性电度和释放性电度。实在功率没有方向，故视在电度没有消耗性和释放性的区别。5.2.2抄表功能WQJ-242具有定时自动抄表功能，能自动记录本月累计电能量数据。自动备份上月电能数据。累计自上一次清零以来的电能量，具备多种清零方式。5.2.3分时计费仪表支持分时计费功能，8个时段，4种费率可设定。在系统参数设置中，用户可以最多可定义8个时段，每个时段费率可设定为尖（sharp）、峰（peak）、平（normal）、谷（valley）中的一种。每一个时段均可选择使能或不使能。5.2.4分时计费抄表分时计费抄表，主要包括当月TOU冻结，TOU累计冻结，并能自动保存上月TOU。TOU当月计算模式可以设定为月末计算或者定时计算。5.3输入输出功能5.3.1开关量输入功能2路开关量状态采集功能，并可通过扩展板扩展4路开关量输入。支持延时滤波功能，延时时间可设置为0~50000mS。支持遥信变位事件记录，与系统事件记录共享32个存储空间，掉电不丢失记录。支持遥信变位告警功能。5.3.2继电器输出2路继电器输出，并可通过扩展板扩展2路继电器输出。具有“电平”和“脉冲”两种输出方式可供选择，可通过软件配置为：告警电平、告警脉冲、遥控电平、遥控脉冲、脉冲电度输出总共五种功能。扩展板继电器无脉冲电度输出功能。5.3.3模拟量输出WQJ-242可以通过扩展板扩展2路模拟量输出，输出形式为4-20mA电流输出，或0-5V电压输出。AO的变送对象可以在电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率等电力变量中选取。5.4需量统计WQJ-242支持用户选择多种需量算法：滑动区块方式、固定区块方式等。并可记录最大需量发生的峰值及其时刻。需量测量的参数包括：四象限有功需量及其峰值（Dmd_P,Dmd_P_max,），四象限无功需量及其峰值（Dmd_Q,Dmd_Q_max,

），电流需量及其峰值（Dmd_I,Dmd_I_max）。5.5电能质量分析WQJ-242可实时监测三相系统的2-31次谐波分量，并计算多种电能质量参数：波峰系数（CF）谐波畸变率（THD）2～31次谐波含有率（%）奇次谐波畸变率（TotaloddHD）偶次谐波畸变率（TotalevenHD）电话谐波波形因数（THFF）K系数（KFactor）负序电压、零序电压不平衡度，负序电流、零序电流不平衡度将采集到的电压和电流波形，采用FFT算法，分离为基波和各次谐波。再根据相应的计算公