CN101907697B - 电能表动态性能测试仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电能表动态性能测试仪，动态功率信号源单元、误差处理单元、主控电脑，其中动态功率信号源单元可通过建模编程，输出代表动态负荷各种特性的三相功率信号，作为电能计量装置进行动态性能测试的源信号；误差处理单元将被测试品输出的代表点能量或电功率的脉冲进行收集，并于模型能量或功率的理论值进行比对，从而得到动态负荷条件下被测试品的计量误差；主控电脑控制各单元之间的协调运行。本发明能对电能表的动态性能进行检测，使电能表的各种性能得到完整的测试和体现，改变了现有技术中只能检测电能表的稳态性能而无法检测动态性能的状况，从而能有效促进电能表硬件方案和软件算法的改进，实现对耗电大户的冲击性负荷耗能的准确计量。
Description
电能表动态性能测试仪
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电能计量装置的性能测试仪。 背景技术
[0002] 电能计量装置在出厂之前需要通过性能测试，惯常的方法是使用正弦稳态的功率信号源提供测试信号，这样的测试结果能很好的反映电能表在稳态条件下的计量准确度。 然而在一些冲击性负荷，如炼钢电弧炉、轧钢机、电力牵引机车等用电场合，稳态性能相当的表计，在同一计量点、同一时间段内的计量结果相差却较大，远远超过了稳态误差限的范围。这说明仅仅检验表计的稳态性能尚不能完善的反映表计的整体性能。
[0003] 电网中的冲击性负荷一般都是耗电大户，较少的计量准确度变化即关系到巨大的经济效益，实现冲击性负荷条件下的准确电能计量是电力供需双方都亟待解决的问题。因此对于动态负荷的电能计量而言，表计的动态性能检测是相当重要，但目前还没有这种检测装置。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种电能表动态性能测试仪，以检验电能表在动态负荷条件下电能计量的准确度。
[0005] 本发明提供的这种电能表动态性能测试仪，包括动态功率信号源单元、误差处理单元、主控电脑，其中：
[0006] 动态功率信号源单元包括动态负荷模型单元、DA转换单元及功率放大器单元，动态负荷模型单元用于体现负荷动态特性的各种电压、电流模型，该动态负荷模型单元的建立由主控电脑利用Matlab、Pspice软件完成，并将模型数据存储在主控电脑的硬盘内；DA 转换单元将硬盘内的模型数据还原成模拟电压小信号，并通过屏蔽线接入到功率放大单元的入口，主控电脑通过USB 口控制DA转换单元的运行、停止，模型数据的输出也通过USB 口进行，通过编程设置转换率的大小；功率放大单元包括三相电压功率放大器以及三相电流功率放大器，将模拟电压小信号分别放大为同形的三相电压及三相电流波形，电压波形的地线与电流波形的地线彼此隔离，共同构成一个虚功率源作为电能计量装置的测试用信号源；
[0007] 误差处理单元包括电能表脉冲采集单元及误差计算单元，主控电脑通过USB 口控制电能表脉冲采集单元的运行、停止，通过编程设置采样率的大小；误差计算单元计算采集到的能量脉冲的周期，根据电表的脉冲常数推算出该脉冲周期对应的能量或者功率值，并与模型能量或功率的理论值进行比对，从而计算得到被试表计在动态负荷条件下的计量误差。
[0008] 本发明测试仪能产生需要的各种波形的源信号，无论是正弦的还是非正弦的，无论是稳态的还是动态的。特别是它能产生瞬时变化的信号，信号的幅值、相位、频率都可以通过编程即时调整，而传统的稳态性能测试仪只能产生稳态正弦信号供测试用。这种动态性能测试仪能分别输出3路电压信号和3路电流信号，各路电压信号之间、各路电流信号之间以及电压与电流信号之间相互独立，可以分别进行编程控制，具有很好的灵活性。本发明测试仪能对电能表的动态性能进行检测，使电能表的各种性能得到完整的测试和体现，改变了现有技术中只能检测电能表的稳态性能而无法检测动态性能的状况，从而能有效促进电能表硬件方案和软件算法的改进，实现对耗电大户的冲击性负荷耗能的准确计量，更进一步体现计量的科学、公平、合理原则。
附图说明
[0009] 图1为本发明使用时的结构示意框图。
[0010] 图2是本发明的详细结构框图。
[0011] 图3为DA转换单元的控制程序流程图。
[0012] 图4为误差处理单元控制程序流程图。
具体实施方式
[0013] 如附图1所示，本发明电能表动态性能测试仪主要由动态功率信号源单元、误差处理单元以及主控电脑组成，其中动态功率信号源单元可通过建模编程，输出代表动态负荷各种特性的三相功率信号，作为被测计量装置进行动态性能测试的源信号；误差处理单元将被测试品输出的代表点能量或电功率的脉冲进行收集，并于模型能量或功率的理论值进行比对，从而得到动态负荷条件下被测试品的计量误差；主控电脑控制各单元之间的协调运行。
[0014] 本发明的具体结构可以从图2看出，在动态功率信号源单元、误差处理单元以及主控电脑中主控电脑一般采用便携式笔记本电脑比较方便，通过主控电脑的USB 口实现对其它单元的运行控制。
[0015] 动态功率信号源单元的主要功能是为被测计量装置提供能模拟动态负荷特性的电压、电流信号。它包括动态负荷模型单元、DA转换单元以及功率放大单元，主控电脑借助 Matlab.Pspice等软件对动态负荷建模，产生各种需要的动态波形数据，产生的动态波形数据以文件的形式存储于主控电脑硬盘中；DA转换单元读取该数据文件，并通过USB 口输出至DA转换卡，DA转换单元的主体是一张6通道高精度DA转换卡，转换精度为16位，DA转换单元将模型数据转换成幅值在士 IOV以内的6路模拟小电压信号，并通过屏蔽线接入到功率放大单元的入口，将3路电压波形模拟小信号输入至电压功率放大器，按1 ： 20的比例放大，输出幅值一般在士 150V以内的同形电压信号，将3路电流波形模拟小信号输入至电流功率放大器，输出幅值在士60A以内的同形电流信号，将三相电压、电流信号接入被测计量装置作为动态功率信号源。DA转换卡与主控电脑之间通过USB连接，主控电脑通过USB 口控制DA转换卡的运行、停止，模型数据的输出也通过USB 口进行，通过编程可以设置转换率的大小，转换率的上限为lOOksps。DA转换控制的流程图参照图3，首先进行DA转换卡的初始化，包括设置转换通道的数目，设置转换率的大小，设置数据源的存储地址，然后进行数模转换，需要停止转换的时候终止程序的运行。功率放大单元包括三相电压功率放大器以及三相电流功率放大器，可以将输入的士 IOV以内的低电压信号按1 :20的比例分别放大为同形的三相电压及三相电流波形。电压波形的地线与电流波形的地线彼此隔离，共同构成一个虚功率源作为电能计量装置的测试用信号源。
[0016] 误差处理单元包括电能表脉冲采集单元及误差计算单元。其中电能表脉冲采集单元的主体是一张8通道高精度AD数据采集卡，采样精度为16位。主控电脑通过USB 口控制采集卡的运行、停止，通过编程可以设置采样率的大小，采样率的上限为lOOksps，完全能满足电能表能量脉冲的采集需求。多通道AD数据采集卡可同时采集多块电能表的输出脉冲，可实现对多块表计的同时测试，提高测试效率。
[0017] 动态功率信号源接入被测电能表计后，会输出代表能量或电功率的脉冲，误差处理单元首先通过多通道AD数据采集卡采集该脉冲，采样数据进入主机后，由误差计算单元采用一定的公式推算该脉冲周期代表的电能量或电功率值E1，同时对动态模型的功率理论值EO也进行计算，利用下式计算得到各个表计的动态误差e ：
[0018] e= (El-EO)/E0* 100%
[0019] 多通道AD数据采集卡采用8通道AD数据采集卡，可同时对8块被试表计的输出脉冲同时采样；多通道AD数据采集卡与测试主机之间通过USB连接，通过对主控电脑编程可控制采集卡的运行或停止，读取脉冲波形。多通道AD数据采集卡采样的控制以及误差计算可用一个程序完成，程序流程图参照图4，首先进行多通道AD数据采集卡及相关参数的初始化，包括设置采样通道的数目，设置采样率的大小以及数据的存储地址，输入不同表计的脉冲常数，然后开始采样，测算不同通道的脉冲周期，并换算成对应的电能量或电功率值，与模型的理论值比对，输出不同表计的误差，在主控电脑的屏幕上进行显示。
[0020] 各单元之间的连接/控制关系如下：
[0021] 主控电脑通过USB接口线与多通道DA转换卡连接，控制转换卡的运行和停止；DA 转卡的6路输出通过同轴屏蔽信号线分别与电压功率放大器的3路输入、电流功率放大器的3路输入连接；电压功率放大器的输出通过普通电缆线与被测计量装置的电压输入端子连接，电流功率放大器的输出通过能承受大电流的粗径电缆线与被测计量装置的电流输入端子连接；被测计量装置的脉冲输出通过同轴屏蔽线与多通道AD数据采集卡连接，多通道 AD数据采集卡采集到的数据通过USB接口线传输到主控电脑内进行处理。
Claims (5)
1. 一种电能表动态性能测试仪，其特征在于该测试仪包括动态功率信号源单元、误差处理单元、主控电脑，其中：动态功率信号源单元包括动态负荷模型单元、DA转换单元及功率放大单元，动态负荷模型单元用于体现负荷动态特性的各种电压、电流模型，该动态负荷模型单元的建立由主控电脑利用Matlab、Pspice软件完成，并将模型数据存储在主控电脑的硬盘内；DA转换单元将硬盘内的模型数据还原成模拟电压小信号，并通过屏蔽线接入到功率放大单元的入口，主控电脑通过USB 口控制DA转换单元的运行、停止，模型数据的输出也通过USB 口进行，通过编程设置转换率的大小；功率放大单元包括三相电压功率放大器以及三相电流功率放大器，将模拟电压小信号分别放大为同形的三相电压及三相电流波形，电压波形的地线与电流波形的地线彼此隔离，共同构成一个虚功率源作为电能表的测试用信号源；误差处理单元包括电能表脉冲采集单元及误差计算单元，主控电脑通过USB 口控制电能表脉冲采集单元的运行、停止，通过编程设置采样率的大小；误差计算单元计算采集到的能量脉冲的周期，根据电能表的脉冲常数推算出该脉冲周期对应的能量或者功率值，并与模型能量或功率的理论值进行比对，从而计算得到被测电能表在动态负荷条件下的计量误差。
2.根据权利要求1所述的电能表动态性能测试仪，其特征在于DA转换单元将硬盘内的模型数据还原成模拟电压小信号的幅值在士 IOV以内，功率放大单元的三相电压功率放大器以及三相电流功率放大器将输入的该士 IOV以内的模拟电压小信号按1 :20的比例分别放大为同形的三相电压及三相电流波形。
3.根据权利要求1或2所述的电能表动态性能测试仪，其特征在于通过编程设置转换率及采样率的大小，转换率和采样率的上限均为lOOksps。
4.根据权利要求1或2所述的电能表动态性能测试仪，其特征在于电能表脉冲采集单元的主体是一张多通道AD数据采集卡，所述DA转换单元为多通道。
5.根据权利要求4所述的电能表动态性能测试仪，其特征在于所述DA转换单元为6通道，多通道AD数据采集卡采用8通道高精度AD数据采集卡，用于同时采集8台被测电能表的输出脉冲。
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