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基于国家电网的单相物联网电能表
时间:2024-04-24 16:37 浏览人数:913


方案简介

基于国家电网的单相智能物联电能表符合国际法制计量组织的IR46标准要求,把电能计量功能与管理功能分开,计量单元程序固化后不能更改,管理单元功能程序可以进行自升级,并且管理模块的损坏不影响到计量单元的正常运行。

智能物联网表以前采用单芯SOC方案,成本高,不利于推广普及。国家电网最近一次物联电能表招标明确提出物联电能表招标限价的要求,降低物联电能表的成本是各表厂迫在眉睫的课题。本方案采用锐能微公司的单片机RN8611和计量芯片RN820

9D,计量与控制MCU分离,降低成本提高性能。其技术指标符合国家电网公司发布的《Q/GDW 10364-2020 单相智能电能表技术规范》和《Q/GDW 10365-2020智能电能表信息交换安全认证技术规范》。

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单相基表主要功能:

电能计量功能

具有正向、反向有功电能量,正向、反向谐波电能量,正向、反向基波电能量和四象限无功电能量计量功能。


法制时钟功能

采用具有温度补偿功能的内置硬件时钟电路,内部时钟输出频率为 1Hz;具有日历、计时、闰年自动转换功能;支持普通校时和广播校时。


分钟冻结功能

正向、反向有功总电能,电压、电流、频率、有功功率、无功功率、一分钟平均有功功率、一分钟平均无功功率、功率因数按 1min间隔至少应保存 1年。正向、反向基波总电能,正向、反向谐波总电能,四象限无功电能按15min间隔至少应保存 1年。冻结内容中电能量配置为 6位小数电能。


事件记录功能

a)记录普通校时总次数以及最近 10次校时前后的时刻;

b)记录广播校时总次数以及最近 100次校时前后的时刻;

c)记录管理模组插拔总次数,最近 10次插拔发生时刻、结束时刻及对应的电能量数据等信息;

d)记录管理模组软件在线升级的总次数,以及最近 10 次升级前版本信息、升级后版本信息、升级结果及对应的电能量数据等信息;

e)记录开端钮盖总次数,最近 10 次开端钮盖事件的发生、结束时刻以及开端钮盖发生时刻的电能量数据,停电期间,电能表只记录最早的一次开端钮盖事件;

f) 记录开表盖总次数,最近 10 次开表盖事件的发生、结束时刻以及开表盖发生时刻的电能量数据,停电期间,电能表只记录最早的一次开表盖事件;

g)记录计量模组掉电总次数,最近 100次掉电事件的发生、结束时刻;

h)永久记录电能表清零事件的发生时刻及清零时的电能量数据。


与管理模组同步通信功能

a)上电后计量模组应在 3s内配置好通信接口,处于通信接收状态等待接收数据;

b)计量模组与管理模组采用SPI通信,管理模组为主,计量模组为从,SPI通信支持最大2000字节的数据帧大小;

c)计量模组SPI 具备不低于2Mbps的通信能力;

d)计量模组与管理模组之间的数据交互支持 DL/T 698.45 协议。


与管理模组异步通信的功能

a)接口通信速率为115200bps,电能表在上电8s内应能够进行通信;

b)计量模组与管理模组异步通信时,管理模组为主,计量模组为从,计量模组与管理模组内部通信命令以外的通信均通过此通信接口;

c)接口通信应支持 DL/T698.45协议。


信号输出功能

a)所有信号的输出不可关闭,信号输出不应受到管理模组故障影响;

b)电能脉冲:应具备与所计量的电能量成正比的有功脉冲、无功脉冲、正向谐波有功脉冲、反向谐波有功脉冲输出;

c)其它脉冲:应具备法制时钟信号、复位信号、掉电信号输出,时钟信号输出为秒脉冲。


RN8611产品特点:

集成度

32bit ARM MO CPU   + 最大 512KB FLash/100KB   SRAM+独立供电硬件温补 RTC+ LCD 控制器。

工作电压电压

2.3V~5.5V 电压范围保证   CPU 正常工作;

2.5V~5.5V 电压范围保证   RTC 温补正常;

1.8V~5.5V 电压范围万年历计时正常。

运行时钟

32.768KHz 单晶振和   32.768KHz 晶振+外部高频晶振条件下,CPU 最高工作频率都可达到 29.4912MHz;

内部高频 RCH 最高可工作在   29.5Mhz 下,全温度范围可保证士1%精度,可用作备份时钟。

低功耗

CPU 子系统工作在   32.768KHz 下功耗优于 18 uA;

休眠模式下芯片整体功耗约为 7μA(RTC 自动温补:ram 保持; CPU 及数字外设不掉电;中断唤醒);

VBAT 域功耗典值约为   1.8  uA;

开启温补时间约为 2ms,温度典型功耗 250 A,如果 30 秒开启一次,平均功耗为0.016μA;

LCD 功耗约为 5uA,常显芯片整体功耗 13uA (电阻串分压模式,含 6COM 显示屏 功耗);

LCD 功耗约为 10uA,常显芯片整体功耗 18uA (电荷泵模式,含 8COM 显示屏功耗) 。

高性能RTC

RTC 在全温度范围 (-40 度~85 度) 内秒脉冲误差<5ppm,最小校正刻度为 0.0339ppm;

硬件自动温补,满足标准要求的精度和功耗,温补不需要 CPU 参与;

温度传感器: -25C~70°C范围内测温精度为+/-1 °C;

万年历及自动温补电路独立使用VBAT引脚供电。



RN8611内部框图:

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RN8209D芯片特性:

采样通道

三路ΣΔ(Sigma-Delta)ADC,分别为电压通道、电流通道A、电流通道B

通道增益

IA通道PGA支持 4、8、12、16(缺省)、24、32 倍; B通道 和U通道 PGA 支持1、2、4 倍

电能精度

火线(A 路)有功计量性能,在 20000:1 动态范围内,非线性误差<0.1%

 火线无功计量性能,在 20000:1 动态范围内,非线性误差<0.1%

有效值精度

提供三路有效值测量,IA 通道在   2000:1 动态范围内,非线性误差<0.1%;

IB 和U通道在 1000:1 动态范围内,非线性误差<0.1%

功率脉冲

提供火线、零线(B 路)两路无功功率脉冲输出,支持双路无功功率

提供一路脉冲频率发生器,可用于对用户自定义功率进行电能量累加积分

提供三路 ADC 的瞬时采样值,支持瞬时采样值更新中断