具有互操作性的多功能电能表设计与实现

论文摘要

电能表是电网中非常重要的仪器,在发电侧、各级关口、各种台区以及用户侧均安装有各种类型的电能表,对电能计量与管理、负荷监测与控制、远方抄表与计费、配网自动化及供电可靠性等具有举足轻重的作用。但由于现有电能表由不同部门管理,生产制造产商繁多,采用的通讯协议五花八门,给统一组网带来了不便。目前各级电力公司力图统一电网中电能表的通讯协议,但由于各种原因进展缓慢,而且都是基于DL/T645-1997的传统通讯协议的修订和增补,具有互操作性的通讯协议的研究和运用还处于探索阶段。本文致力于具有互操作性的通讯协议DLMS/COSEM在智能仪表中的应用,在充分吸收国内外电子技术、计算机技术、通讯技术等领域最新研究成果的基础上,对DLMS/COSEM在多功能电能表中的应用及其实现进行了深入研究。文中对DLMS/COSEM规范以及国内多功能电能表的现状等进行了详尽的探讨,分析了现有各种电能表通讯协议的特点和局限性,继而提出使用具有互操作性的通讯协议来解决各种智能仪表的组网问题,而由IEC制定的DLMS/COSEM规范则是本文推荐使用的通讯协议。同时,吸收国内外电能表设计的最新研究成果,使用一片MCU实现了多功能电能表的所有计量和管理功能,改进了传统的管理MCU与计量MCU的双MCU设计方式。该设计使用国产三相一片式计量芯片,在保证计量精度的前提下大大降低了产品成本,并且解决了三片单相计量芯片在现场负荷变化大的情况下进行表计校验容易出现误差超差的问题。基于以上研究,成功研制了一款具有互操作性的多功能电能表,并且通过了权威机构的相关测试,证明了该设计的有效性和可行性,从而为具有互操作性的通讯协议在国内的应用提供了一款具有自主知识产权的多功能电能表。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图索引
• 附表索引
• 第1 章 绪论
• 1.1 研究与开发的背景及意义
• 1.2 多功能电能表通讯规约
• 1.3 DLMS/COSEM 简介
• 1.4 国内外研究现状
• 1.5 本文工作
• 1.6 小结
• 第2 章 具有互操作性的通讯协议
• 2.1 相关国际标准简介
• 2.2 DLMS/COSEM 在仪表通讯中的应用
• 2.3 设备语言报文规范简介
• 2.3.1 物理层协议
• 2.3.2 链路层协议
• 2.3.3 应用层协议
• 2.4 电能计量配套技术规范
• 2.4.1 数据标识
• 2.4.2 接口类
• 2.4.3 常用数据的表计模型
• 2.5 小结
• 第3 章 多功能电能表的硬件设计
• 3.1 总体方案
• 3.2 单元电路设计
• 3.3 电源单元
• 3.4 计量单元
• 3.4.1 电压电流采样电路
• 3.4.2 ATT7022B 芯片介绍
• 3.4.3 ATT7022B 的主要特点
• 3.4.4 ATT7022B 的外部连接电路
• 3.5 主控单元
• 3.5.1 M30624FGPFP 微处理器
• 3.5.2 微处理器资源分配
• 3.6 显示单元
• 3.7 通信接口单元
• 3.7.1 内部通讯接口
• 3.7.2 外部通讯接口
• 3.8 小结
• 第4 章 多功能电能表的软件设计
• 4.1 软件开发环境概述
• 4.2 程序设计思想
• 4.2.1 程序层次化设计
• 4.2.2 程序内核封装性设计
• 4.2.3 功能模块增减灵活性设计
• 4.2.4 任务时间片管理
• 4.3 程序模块化设计
• 4.3.1 上电初始化模块
• 4.3.2 通讯模块
• 4.3.3 按键显示模块
• 4.3.4 需量计算模块
• 4.3.5 电能计算模块
• 4.3.6 活动日历表模块
• 4.3.7 对象列表
• 4.3.8 数据安全措施
• 4.4 小结
• 第5 章 多功能电能表的测试
• 5.1 基本参数和主要技术指标
• 5.2 电池寿命测试
• 5.3 性能测试
• 5.3.1 测试方法
• 5.3.2 有功、无功误差试验
• 5.3.3 电压影响试验
• 5.3.4 频率影响试验
• 5.3.5 功耗测试
• 5.3.6 日计时误差测试
• 5.3.7 性能测试结论
• 5.4 关于DLMS/COSEM 符合性测试
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 附录B 攻读学位期间参加的科研项目
• 附录C FCS 计算源程序
• 附录D SNRM 帧详细说明
• 附录E AARQ 帧详细说明
• 附录F AARE 帧详细说明
• 致谢