一、导言
近年来，跟着我国智能电网战略的施行以及新的动力计量与办理方针的出台，智能电能表结构日益杂乱，很多选用的电力线载波或无线通讯等电能数据传送技能带来了抄表技能的改造，一起带来了电磁环境的搅扰与抗搅扰问题日益严重，电能表的电磁兼容(EMC，Electromagnetic Compatibility)问题就显得尤为重要，这对相应的电磁兼容丈量测验技能提出了更高的要求。
电磁兼容分为电磁搅扰(EMI，Electromagnetic Interference)和电磁抗扰度(EMS，Electromagnetic Susceptibility，或称电磁灵敏度)两大类。其间射频电磁场辐射抗扰度测验(RF EMS，Radio Frequency Electromagnetic Susceptibility)正是射频辐射范畴的一项重要的EMS测验，如图1所示。
图1电磁兼容测验结构示意图
就现在已有的电磁兼容商业软件来看，根本上是以Microsoft Visual Studio渠道系列软件开发的，该渠道是运用广泛的面向对象(Objected)的编程渠道，一旦编译，用户只能触摸到最后的可履行文件，而看不到源程序，因而软件功用是相对固定的，扩展性差。在丈量测验范畴，测验工程师需求有更大的自主性，这样才干面临杂乱和改动的测验需求。
美国NI(National Instument)公司的LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)虚拟仪器软件开发渠道是应对丈量测验范畴中各种扎手问题的利器，该渠道软件发挥了计算机高明的数据处理才能、快捷的输入输出功用、强壮的显现才能和可扩展功用等长处，使计算机成为测验体系的一个重要组成部分。LabVIEW及虚拟仪器技能近年得到繁荣的开展，但在智能电能表电磁兼容丈量测验范畴，现在国内外做这方面作业的单位还不多。咱们作为专业计量测验组织，选用LabVIEW进行电能表检测方面的开发，取得了杰出的效果和阅历。
二、整体结构
电能表是用于电能计量的外表。智能电能表选用乘法器完结对电功率的丈量，被测的高电压、大电流经电压变换器和电流变换器转化后送至乘法器完结电压和电流瞬时值相乘，输出一个与一段时刻内的均匀功率成正比的直流电压，然后再运用电压/频率转化器，直流电压被转化成正比于均匀功率的脉冲频率，将该频率分频，并经过计数器在一段时刻内的技能，显现出相应的电能。智能电能表一般还具有有/无功丈量、网络远传、数椐剖析等功用。
上世纪90年代初我国就对电子式电能表的电磁兼容性有所要求，至今已阅历了4个根本版别的开展，其间射频辐射抗扰度实验的首要改动体现为频率规模不断扩大、场强不断增强、环境设备要求不断提高。现在最新国家规范号为GB/T17215.211-2006。规范演化进程如下表所示。
表1 电能表辐射抗扰度实验的改动
规范号
JB/T5460-91
GB/T17215-1998
GB/T17215-2002
GB/T17215.211-2006
引证
规范
GB/T13926.3-92
IEC1000-4-3:1995
GB/T17626.3-1998
GB/T17626.3-2006
频率
规模
(27~500)MHz
(80~1000)MHz
(80~2000)MHz
实验
场强
10V/m(未调制)
10V/m(1kHz正弦波，80%AM调制)
(10,30)V/m(调制)
环境
设备
屏蔽室
GTEM室，引荐电波暗室
电波暗室
2.1 硬件架构
满意最新规范的电能表辐射抗扰度检测体系有必要以电波暗室来构建，该项意图硬件首要结构如图2所示。
图2 硬件首要结构
项目包含的首要设备见表2。
表2 首要设备清单
序号
设备
类型
作业频率/目标
补白
1
主控计算机
—
—
—
2
射频信号产生器
R/S SML03
9kHz~3.3GHz
GPIB操控
3
功率扩大器1
AR 500W1000A
80MHz~1GHz
GPIB操控
功率扩大器2
AR 60S1G3
80MHz~3GHz
GPIB操控
4
发射天线
R/S HL046Z1
80MHz~3GHz
—
5
被测电能表
—
—
—
6
电能表查验设备
南自三厂 NZ2230
0.05级
RS232操控
7
电波暗室
ETS Lindgren3米法
14kHz~18GHz
—
8
各向同性电场探头
AR HI-6055
100kHz~5GHz
可控
该检测的根本流程是主控计算机经过仪器接口转化器，在GPIB仪器通讯总线上操控射频信号产生器和功率扩大器，使其供给功率满意的射频信号输入发射天线，在被测电能表所在的测验区域间隔发射天线3m，称为均匀域，在此域规模内发射天线能供给均匀的实验场强(10V/m或30V/m)，运用电能表查验设备(检表台)实时收集电波暗室内的被测电能表计量差错数据，并经过RS-232C串行通讯总线发送给主控计算机，由计算机同步记载射频信号测验频率和被测电能表计量差错，经过图形显现和实时记载，主动保存超越规范限值和可置疑的灵敏数据，主动出具测验陈述。
图3 首要设备图示
该体系软件登录界面布景就是在电波暗室中的实践运用相片，右方是发射天线，左边是实验时设备在木架上的被测电能表，中心的地上上铺有铁氧体吸波资料。
图4 电波暗室内部图
2.2 软件架构
电能表辐射抗扰度(RF-EMS)主动检测体系软件首要功用框图如下。
图5 电能表RF-EMS体系软件功用框图
体系软件首要功用包含“用户登录”、“仪器测验”、“扫频检测”、“点频检测”、“陈述出具”等。下面逐条阐明。
功用1“用户登录”包含“办理员操作”和一般“用户登录”两个不同等级的用户登录部分，输入正确的用户名、暗码可成功登录体系，不同等级的用户登录对应不同的操作权限。“办理员操作”登录后可增加、删去用户信息，一般“用户登录”信息输入后可更改当时用户暗码，可进入体系软件，履行相应功用。界面具有“退出”功用，可彻底退出体系软件。
图6 登录界面
功用2“仪器测验”指在正式检测进程开端前，对体系内的一切检测仪器设备进行设备状况连通性测验。首先在“参数设置”栏设置好体系内检测仪器的通讯地址，然后进行被测电能表和电能表查验设备的参数设置。别离进行“信号源测验”，如红灯变绿，则标明经过测验;“功放测验”点击“翻开”能听到功放开关主动翻开声响，标明正确衔接;“电能表查验设备测验”点击“电压升220V”，能听到该设备翻开内部继电器开关，并将电压增值220V，外接万用表可测。以上测验有必要悉数经过，不然需查看仪器地址设置、线缆衔接状况、接口转化器衔接状况。
图7 功用2“仪器测验”界面
功用3“扫频检测”中有“仪器操控”功用，是指从设置的频率起始值开端，使测验频率步进、信号产生循环设置，直至设置的频率完毕值，与此一起，把当时频率点和实时差错数据写入其他相关功用模块。“扫频检测”功用包含“图形显现”和“数据显现”功用，“图形显现”能正确标识“电能表初始差错”、“差错上下限”、“实时差错”等多条曲线;“数据显现”能正确显现“电能表初始差错”、“实时频率”、“实时差错”等多个数据。别的“扫频检测”中的频率规模可设，天线极化方向有水平、笔直两种办法可调，实时差错曲线可运用“缩放”功用发大，最大扩大倍率30倍。在进行“扫频检测”功用时，其他功用模块灰化，暂时不行运用。
图8 功用3“扫频检测”界面
功用4“点频检测”中具有“频率灵敏点”测验和“手动测验”，“频率灵敏点”的提取规矩设置为：超越差错上下限的一切点以及在功用3“扫频检测”中测得的差错上下限规模以内但违背初始差错最大的8个点。点击赤色“提取”按钮，主动提取“扫频检测”中的频率灵敏点。如无超出差错上下限的数据，跳出“无不合格点!”对话框，仅提取在差错上下限规模以内但违背初始差错最大的8个点。点击灵敏点列表右侧“选中”键，提取选中频率点到右侧“当时频率值”，点击下方“进行测验”，进行该频率点上的点频检测。如差错超差的，可点击“记载”，不然“疏忽”。在“点频检测”界面，还能够进行频率规模内恣意频率的“手动测验”，在“手动测验”栏中“测验频率值”输入频率值，点击下方“进行测验”，可得到该频率下的电能表差错值。
图9 功用4“点频检测”界面
功用5“陈述出具”功用，在对话框中输入“样品称号”、“类型规范”、“出产单位”、“托付单位”、样品编号及日期、温湿度信息，在一个类型三块样表别离测验并点击“数据写入”后，点击“承认生成陈述”，运用Active X操控Microsoft Office VBA主动填写我院受控编号为“QRD TI034-2009”的电能表电磁兼容测验陈述。
图10 功用5“陈述出具”界面
三、 技能难点
3.1 设备操控
按操控总线接口分类，体系内有2类仪器设备需求操控，第一类包含射频信号产生器、功率扩大器，这类设备具有GPIB接口，选用NI USB-GPIB-HS操控器进行衔接至主控计算机，计算机不需求翻开机箱设备板卡，只需具有一组USB接口;别的一类仪器是电能表查验设备，因为只具有RS-232C串行接口，所以选用NI USB-232接口线衔接至计算机的别的一组USB接口，此刻要重视串口的线序。这两类设备别离能够经过GPIB write、GPIB listen以及MSComm控件进行操控，但在Labview中运用VISA控件更为便利。
VISA是虚拟仪器软件结构体系(Virtual Instrument Software Architecture)的首字母缩写，是VXI Plug Play体系联盟拟定的I/O接口软件规范及相关规范的总称。VISA是一种运用于仪器编程的规范I/O运用程序接口。选用VISA规范，就能够不考虑时刻以及仪器I/O选择项，驱动软件能够向下兼容。一方面VISA供给了简略易用的操控函数集，在运用形式上适当简略，另一方面VISA供给了十分强壮的仪器操控功用和资源办理，能供给仪器间的互操作性与兼容性。VISA库函数作为底层I/O接口软件驻留在体系办理器(计算机体系)中，是完结计算机体系与仪器之间指令与数据传输的桥梁。
3.1.1 射频信号产生器、功率扩大器操控指令
运用VISA来操控射频信号产生器SML03的指令如下：
:OUTP1:STAT OFF
:OUTP1:STAT ON
:FREQ 80000000
;改动频率
:POW -22.0975
;改动电平
:POW -11.3986
;改动电平
:AM 80.0PCT;:AM:STAT ON
;改动调幅深度
:AM 0.0PCT;:AM:STAT ON
;延时
:POW -17.3443
;改动电平
:FREQ 80800000
;以1%步进改动频率
:POW -12.9443
;改动电平
:AM 80.0PCT;:AM:STAT ON
;改动调幅深度
:AM 0.0PCT;:AM:STAT ON
;延时
:POW -17.6510
;改动电平
:FREQ 81608000
;以1%步进改动频率
…..
:OUTP1:STAT OFF
;关输出
运用VISA来操控功率扩大器的指令如下。
POWER:ON
;翻开功放开关
Reset
;复位
LEVel:GAIN100.0>
;设置功放增益(从000.0–100.0)%
OPERATE
;动作
POWER:OFF
;封闭电源
3.1.2 电能表查验设备的操控
电能表查验设备选用南京主动化设备三厂出产的多功用电能表查验设备，类型：NZ2230，这是一台多功用、宽量程、高精度的智能型电能表查验设备，内部自身带有WINDOWS体系，并在该体系上完结对内嵌式电能表规范表的操控，其内部的通讯接口为COM2口(串行口2)，而内嵌WINDOWS体系自身带有COM1口(串行口1)，能够和体系中的主控计算机衔接。COM1口在后面板，是一个9针的串行接口(RS232-C)。
因为不能直接和内部的COM2口衔接，直接操控规范表，只能够衔接对外的COM1口，因而要在该WINDOWS体系上开发一个COM1到COM2口的串口接纳发送程序，即主控计算机对COM1口发指令，该指令经过自行开发的串口接纳发送程序主动发送到COM2口上去，一起假如COM2口上有数据回来，也被主动送到COM1口上，被主控计算机获取。
对NZ2230电能表查验设备操控的指令如下。
!UB=220
!UF=100
;设置额外电压220V的100%，即220V
!IB=5
!IF=100
;设置根本电流5A的100%，即5A
#C1=1200
;设置被测电能表常数1200imp/kWh
#N=5
;设置丈量圈数为5圈
#R
;读取当时电能计量差错值
3.2 计量差错与EMS频率主动匹配办法
在射频电磁场辐射抗扰度测验中，处理电能计量差错和EMS频率匹配问题的办法如下：
(1)主控计算机将所需丈量的频率点经过通讯体系发送给射频信号产生器，一起告诉断定环节信号现已改动。信号产生器调整好所需发射的频率点传送至功率扩大器，扩大后的信号传输至发射天线，使其在空间中对被测电能表进行搅扰，该搅扰作为电能表的模仿传导电磁搅扰噪声;
(2)被测电能表在搅扰信号效果下，周期性地产生计量差错;
(3)电能表查验设备在固定的时刻点上，将一个周期内的差错数据传送给主控计算机;
(4)在主控计算机经过通讯体系告诉断定体系射频信号产生器频率现已产生改动的基础上，断定体系将电能表查验设备传送来的第一个数据进行放弃，并传送接下去的n-1个数据给主控计算机;
(5)主控计算机经过对这n-1个数据进行均匀化后，可得出被测电能表在该频点下射频电磁场辐射抗扰度的差错数据;
(6)主控计算机改动所需丈量频点并经过通讯体系发送给射频信号产生器，重复进程1~6直至一切频点丈量完毕。
该进程流程图如图11所示。
图11电能表计量差错与EMS频率主动匹配流程图
四、定论
根据虚拟仪器的智能电能表辐射抗扰度主动检测体系规划将虚拟仪器技能引进电能表电磁兼容测验范畴，选用NI不同的仪器接口操控器操控体系内多台仪器设备，在计算机端选用USB口衔接设备，不需求翻开机箱就能够满意测验体系的操控要求，主控计算机端选用Labview 8.5编写体系软件，完结了“仪器测验”、“扫频检测”、“点频检测”、“陈述出具”等功用。
实践证明，根据虚拟仪器的智能电能表辐射抗扰度主动检测体系完结测验进程的全主动化，主动操控实验流程，主动记载电能表精度数据，主动进行粗大差错的挑选和判别，单个测验工程师即可完结整个测验进程，降低了检测的作业量，降低了人工干预，而且减少了测验差错，充分运用了智能仪器的功用，大大提高了作业效率和丈量准确性。
