WQJ-242

多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表

概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

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對(duì)^WQJ-242多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)71.00》的評(píng)審意見(jiàn):

1、接口定義需細(xì)化

上述問(wèn)題修改驗(yàn)證后，由馬如明驗(yàn)證后，本文件即可發(fā)布。

評(píng)審人員簽字：

問(wèn)題修改驗(yàn)證結(jié)果:

1、已修改

驗(yàn)證人簽字：—時(shí)間：2009年12月18日

變更日志

編號(hào)版本修改內(nèi)容修改人修改日期

10.10創(chuàng)建初稿2009-12-17

20.20內(nèi)部評(píng)審，建立組織方針2009-12-18

31.00發(fā)布2009-12-18

6.2補(bǔ)救措施錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽.

6.3系統(tǒng)維護(hù)設(shè)計(jì)............................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

7系統(tǒng)安全設(shè)計(jì).................................................................9

7.1數(shù)據(jù)傳輸安全性設(shè)計(jì)........................................................9

7.2應(yīng)用系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì).....................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

7.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全性設(shè)計(jì).....................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

8系統(tǒng)部署（可選）...........................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

WQJ-242多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1引言

1.1目的

本文檔分析與設(shè)計(jì)具有預(yù)定功能的軟件、硬件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（即模塊結(jié)構(gòu)），確定子系統(tǒng)、功能模塊

的功能及其間的內(nèi)、外接口，確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為詳細(xì)設(shè)計(jì)提供參考。

1.2適用范圍

本文檔用于WQJ-242多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表的開(kāi)發(fā)，該項(xiàng)FI由市場(chǎng)部根據(jù)市場(chǎng)需求提出，由研發(fā)中心硬

件部承擔(dān)開(kāi)發(fā)?？捎糜趯?duì)電力品質(zhì)及電能質(zhì)量要求較高的配電自動(dòng)化場(chǎng)合。

1.3定義

無(wú)

1.4參考資料

編號(hào)資料名稱說(shuō)明

1WQJ-242項(xiàng)目建議書(shū)

2WQJ-242項(xiàng)目立項(xiàng)書(shū)

3WQJ-242項(xiàng)目計(jì)劃書(shū)

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2總體設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)目標(biāo)

WQJ-242應(yīng)能適用于高、中、低壓電網(wǎng)、各種接線方式的三相系統(tǒng)，用于對(duì)單個(gè)回路多種電量的連續(xù)

檢測(cè)與控制，如電壓、電流、功率、電度、需量等；精度最高應(yīng)達(dá)到0.2級(jí)；應(yīng)支持開(kāi)關(guān)量輸入、可編程

繼電器輸出、模擬最輸出、事件記錄、各種電量告警等功能；支持RS485總線（符合MODBUS-RTU協(xié)議）

通訊方式；應(yīng)支持遙信、遙測(cè)、遙控、遙設(shè)功能。

2.2運(yùn)行環(huán)境

WQJ-242可運(yùn)行于高、中、低壓電網(wǎng)、各種接線方式的三相系統(tǒng)，配合天溯WQJ-900,實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)

化。

2.3總體設(shè)計(jì)思路和處理流程

裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)都依據(jù)模塊化的設(shè)計(jì)思路，每個(gè)單元模塊就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功能插件，這樣生

產(chǎn)和維護(hù)調(diào)試都比較方便。

軟件設(shè)計(jì)也根據(jù)功能劃分為不同的模塊。各軟件模塊，根據(jù)

2.4模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)由四塊PCR板組成.顯示面板由一塊臼帶段式液晶捽制器的電路板及液晶、按鍵組成：主機(jī)

部分由最小系統(tǒng)部分和外圍接口部分組成，最小系統(tǒng)部分包含DSP、晶振、鐵電存儲(chǔ)器（包括看門(mén)狗、電

壓失效監(jiān)測(cè)、鐵電存儲(chǔ)耀三部分）組成，外圍接口部分則由開(kāi)入、開(kāi)出、電壓電流采集、系統(tǒng)電源、通訊

等幾部分組成，詳見(jiàn)下圖。

慎一■?入

IA、IB、IC

UA.UB、UC

RS485通訊顯示輸出

_________DSP最小系統(tǒng)

DI&DO.。|按鍵輸入

電源

2

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2.5尚未解決的問(wèn)題

電能質(zhì)量分析需要進(jìn)行大量的FFT運(yùn)算，占用非常多的CPU資源。需要確定剩余的CPJ資源能完成其

他的系統(tǒng)任務(wù)。

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3接口設(shè)計(jì)

3.1外部接口

3.1.1開(kāi)關(guān)量輸入

開(kāi)關(guān)量輸入通過(guò)一大電阻分壓，并采用光耦隔離，接到CPU的GPIO。CPU通過(guò)判定對(duì)應(yīng)的GPIO的狀

態(tài)，判定開(kāi)關(guān)量的開(kāi)閉狀態(tài)。

3.1.2繼電器輸出

CPU通過(guò)GPIO連接一三極管，三極管的通斷，直接控制著繼電器的通道，從而實(shí)現(xiàn)CPJ控制繼電器輸

出。

3.1.3通訊接口

WQJ-242支持RS4麗通訊援口。TMSR20F2808內(nèi)部帶有多個(gè)IIART,通過(guò)SN65LRC184接口芯片,轉(zhuǎn)換為

RS485電平，并通過(guò)一GPIO實(shí)現(xiàn)收發(fā)切換，實(shí)現(xiàn)半雙工通訊。采用UODBUS通訊規(guī)約，能實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、

遙控、遙設(shè)功能。通訊規(guī)約細(xì)節(jié)詳見(jiàn)《WQJ-242通訊規(guī)約文本VI.00》。

3.1.4模擬量輸出

WQJ-242可以通過(guò)擴(kuò)展板擴(kuò)展2路模擬量輸出，輸出形式為4-20mA電流輸出，或0-5V電壓輸出。

AO的變送對(duì)象可以在電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率等電力變量中選取。

3.2內(nèi)部接口

3.2.1SPI

CPU與LCD控制器采用SPI接口，接口電平為3.3V。CPU為主機(jī)，LCD控制器為從機(jī)。通訊時(shí)序詳見(jiàn)

《HT1622規(guī)格書(shū)》。

3.2.2IIC

CPU通過(guò)一FRAM作為非易失存儲(chǔ)器，保存系統(tǒng)參數(shù)，通道系數(shù)等。FRAM選擇FM3116,與CPU通過(guò)IIC

接口連接。接口電平為3.3V。CPU為主機(jī)，F(xiàn)M3116為從機(jī)。

模擬量輸出模塊使用的DAC,也采用IIC接口與CPU連接。由于模擬量輸出模塊的隔離要求，此IIC

接口的SDA和SCL信號(hào)線需通過(guò)光耦隔離。

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4界面總體設(shè)計(jì)

4.1界面風(fēng)格

WQJ?242采用段式LCD,外加4個(gè)按鍵，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面。界面風(fēng)格詳見(jiàn)《天溯中低壓微機(jī)保護(hù)測(cè)

控裝置人機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)VI.00》。

4.2界面內(nèi)容要求

>界面應(yīng)能顯示所有實(shí)時(shí)測(cè)量值，并能同時(shí)顯示單位。

>界面應(yīng)能顯示所有開(kāi)關(guān)量的開(kāi)閉狀態(tài)。

>界面應(yīng)能顯示儀表與后臺(tái)系統(tǒng)的通訊狀態(tài)，并能區(qū)分“接收”和“發(fā)送”兩種狀態(tài)。

>應(yīng)能設(shè)定密碼，只有密碼正確的操作員才被允許進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

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5功能模塊設(shè)計(jì)

5.1實(shí)時(shí)測(cè)量

5.1.1電壓測(cè)量

用CPU內(nèi)部的ADC對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，并使用真有效值算法計(jì)算出相電壓。將相電壓進(jìn)行矢量運(yùn)

算，即可得到線電壓。

5.1.2電流測(cè)量

用CPU內(nèi)部的ADC對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行采樣，并使用真有效值算法計(jì)算出相電流。

5.1.3相位與序分置

根據(jù)電流電壓基波的實(shí)部和虛部，采用查表的方法計(jì)算電流電壓的相位，其中以A相電壓為基準(zhǔn)角。

得到相位以后，即可根據(jù)序分量的分解和計(jì)算方法，計(jì)算出序分量。

5.1.4功率與功率因素

用電壓和電流的實(shí)時(shí)采樣點(diǎn)，采用真有效值算法，計(jì)算有功功率。視在功率采用電壓和電流的代數(shù)乘

枳，而無(wú)功功率則采用視在功率和有功功率平方差再開(kāi)平方的方法計(jì)算得到的。有功功率除以實(shí)在功率，

即可得到功率因素。

5.1.5頻率

A相電壓的波形經(jīng)比較整形后送入DSP的外部中斷引腳，采用捕獲的方法計(jì)算兩次中斷的間隔時(shí)間，

即為電壓信號(hào)的周期。周期的倒數(shù)，即為頻率。

5.1.6負(fù)載性質(zhì)

通過(guò)判定有功功率和無(wú)功功率的符合，即可判定電壓和電流的夾角在哪一個(gè)象限，從而可以判定負(fù)載

性質(zhì)。

5.2電能計(jì)量

5.2.1電能計(jì)量

電度是功率對(duì)于時(shí)間的積分。由于有功功率.、無(wú)功功率是有方向的，正值時(shí)消耗能量，負(fù)值時(shí)釋放能

量。對(duì)應(yīng)的有功電度和無(wú)功電度存在著消耗性電度和釋放性電度。實(shí)在功率沒(méi)有方向，故視在電度沒(méi)有消

耗性和釋放性的區(qū)別。

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5.2.2抄表功能

WQJ-242具有定時(shí)自動(dòng)抄表功能，能自動(dòng)記錄本月累計(jì)電能量數(shù)據(jù)。自動(dòng)備份上月電能數(shù)據(jù)。累計(jì)自

上一次清零以來(lái)的電能量，具備多種清零方式。

5.2.3分時(shí)計(jì)費(fèi)

儀表支持分時(shí)計(jì)費(fèi)功能，8個(gè)時(shí)段，4種費(fèi)率可設(shè)定。在系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置中，用戶可以最多可定義8個(gè)

時(shí)段，每個(gè)時(shí)段費(fèi)率可設(shè)定為尖(sharp)、峰(peak)、平(normal)＞谷(valley)中的一種。每一個(gè)時(shí)段

均可選擇使能或不使能。

5.2.4分時(shí)計(jì)費(fèi)抄表

分時(shí)計(jì)費(fèi)抄表，主要包括當(dāng)月TOU凍結(jié)，TOU累計(jì)凍結(jié)，并能自動(dòng)保存上月TOUoTOU當(dāng)月計(jì)算

模式可以設(shè)定為月末計(jì)算或者定時(shí)計(jì)算。

5.3輸入輸出功能

5.3.1開(kāi)關(guān)量輸入功能

2路開(kāi)關(guān)量狀態(tài)采集功能，并可通過(guò)擴(kuò)展板擴(kuò)展4路開(kāi)關(guān)量輸入。支持延時(shí)濾波功能，延時(shí)時(shí)間可設(shè)

置為。?50000mS。支持遙信變位事件記錄，與系統(tǒng)事件記錄共享32個(gè)存儲(chǔ)空間，掉電不丟失記錄。支持

遙信變位告瞥功能。

5.3.2繼電器輸出

2路繼電需輸出，并可通過(guò)擴(kuò)展板擴(kuò)展2路繼電器輸出。具有“電平”和“脈沖”兩種輸出方式可供選擇，

可通過(guò)軟件配置為：告警電平、告警脈沖、遙控電平、遙控脈沖、脈沖電度輸出總共五種功能。擴(kuò)展板繼

電器無(wú)脈沖電度輸出功能。

5.3.3模擬量輸出

WQJ-242可以通過(guò)擴(kuò)展板擴(kuò)展2路模擬量輸出，輸出形式為4-20mA電流輸出，或0-5V電壓輸出。

A0的變送對(duì)象可以在電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率等電力變量中選取。

5.4需量統(tǒng)計(jì)

WQJ-242支持用戶選擇多種需量算法：滑動(dòng)區(qū)塊方式、固定區(qū)塊方式等。并可記錄最大需量發(fā)生的峰

值及其時(shí)刻。需量測(cè)量的參數(shù)包括：四象限有功需量及其峰值(Dmd_P,Dmd_P_max、)，四象限無(wú)功需量及其

峰值(Dmd_Q,Dmd_Q_max,),電流需量及其峰值(Dmd_I,Dmd_I_max

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5.5電能質(zhì)量分析

WQJ-242可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)三相系統(tǒng)的2-31次諧波分量，并計(jì)算多種電能質(zhì)量參數(shù)：

?波峰系數(shù)（CF）

?諧波畸變率（THD）

?2?31次諧波含有率（%）

?奇次諧波畸變率（TotaloddHD）

?偶次諧波畸變率（TotalevenHD）

?電話諧波波形因數(shù)（THFF）

?K系數(shù)（KFactor）

?負(fù)序電壓、零序電壓不平衡度，負(fù)序電流、零序電流不平衡度

將采集到的電壓和電流波形，采用FFT算法，分離為基波和各次諧波。再根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算公式，即可

計(jì)算出以上的多種電能質(zhì)量參數(shù)。

5.6越限保護(hù)

具有.8級(jí)越限檢測(cè)功能，各級(jí)都帶獨(dú)立的延時(shí)時(shí)間、選擇變量和告警出口。報(bào)警時(shí)的越限數(shù)值及報(bào)警

發(fā)生時(shí)刻均作為事件被記錄存儲(chǔ)，最多可以有32條這樣的記錄存儲(chǔ)在事件記錄緩沖區(qū)中，掉電不易失。

各級(jí)的輸