CN103698735A

CN103698735A - 一种电能表谐波试验装置及其方法

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Publication number: CN103698735A
Application number: CN201310529011.4A
Authority: CN
Inventors: 郜波; 姜洪浪; 余义宙; 黄晓明; 初艳伟; 王晔; 江小强
Original assignee: ZHENGZHOU SMS ELECTRIC CO Ltd; State Grid Corp of China SGCC; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Current assignee: ZHENGZHOU SMS ELECTRIC CO Ltd; State Grid Corp of China SGCC; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2014-04-02

Abstract

本发明提供一种电能表谐波试验装置及其方法，所述装置包括三相交流程控源、电流谐波发生器、标准表和误差计算器；所述三相交流程控源、电流谐波发生器、标准表和误差计算器依次连接。所述方法包括：（1）三相交流程控源和电流谐波发生器产生所需参数；（2）将所需参数提供给被校表和标准表；（3）经被校表和标准表的电能脉冲比对计算出误差；（4）并与产生正弦波的电源下的误差进行比较，检验出误差影响量。本发明能有效地实现电压、电流高次谐波，实现直流偶次谐波，次谐波，奇次谐波的输出，并对直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波这三种谐波进行切换，实现一次接线可进行多个谐波试验。

Description

一种电能表谐波试验装置及其方法

技术领域

本发明属于电能技术，具体讲涉及一种电能表谐波试验装置及其方法。

背景技术

目前由于大量的非线性用电设备的增加，在电网中产生大量的谐波，给电力电子装置带来的谐波问题，对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁和对电能计量产生影响，给周围电网运行带来极大影响。电力系统中产生谐波主要可分为两类：一是含半导体的非线性元件，如各种整流设备、变流器、交直流换流设备、变频器等节能和控制用的电力电子设备；二是含电弧和铁磁非线性设备的使用，如交流电弧炉及铁磁谐振设备等。随着硅整流、电弧炉及可控硅换流设备的广泛使用和各种非线性负荷的增加，当正弦基波电压施加于非线性设备时，非线性设备对电网的电压电流的正弦波产生影响，使其产生高次谐波，谐波电流注入到电网中，造成电压正弦波形畸变，这些设备就成了电力系统的谐波源。谐波对电能表计量的影响越来越受到人们的重视，所以就需要一种谐波源来测试谐波对电能表计量误差影响量的检验。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明涉及一种电能表谐波试验装置及其方法，用于电源的谐波对电能表误差影响量的检验。本发明主要由四部分组成，包括：三相交流程控源、电流谐波发生器、标准表、误差计算器；三相交流程控源和电流谐波发生器产生交流电压和电流及高次谐波、直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波，提供给被校表和标准表，经被校表和标准表的电能脉冲比对计算出误差，并与正弦波的电源下的误差进行比较，检验出误差影响量。本发明提供一种电能表谐波试验方法，能实现电压、电流高次谐波，直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波，并对直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波这三种谐波试验进行任意切换。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种电能表谐波试验装置，其改进之处在于，所述装置包括三相交流程控源、电流谐波发生器、标准表和误差计算器；所述三相交流程控源、电流谐波发生器、标准表和误差计算器依次连接。

优选的，所述误差计算器与CAN总线相连，通过CAN总线通讯方式将被校表的误差数据传送到控制中心及计算机。

优选的，所述三相交流程控源包括1.2GMAC的DSP、大规模的FPGA、高速高精度的DA和高保真功率放大器。

优选的，所述三相交流程控源输出工频为40Hz～65Hz频率。

优选的，所述标准表为0.02级的标准表。

优选的，所述装置通过电流谐波转换器，采用电子开关切换。

进一步地，所述电子开关为MOS管。

进一步地，所述电子开关采用两路电子开关，在不同位置上进行导通和关断。

本发明基于另一目的提供的一种电能表谐波试验方法，其改进之处在于，所述方法包括：

（1）三相交流程控源和电流谐波发生器产生所需参数；

（2）将所需参数提供给被校表和标准表；

（3）经被校表和标准表的电能脉冲比对计算出误差；

（4）并与产生正弦波的电源下的误差进行比较，检验出误差影响量。

优选的，所述步骤（1）包括

所述三相交流程控源产生交流电压、电流及高次谐波；

所述电流谐波发生器产生直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波。

进一步地，所述交流电压、电流及高次谐波可设定含有2～50次，相对基波幅值0～40%，相对基波0～359°的电压电流谐波信号，经高保真放大器放大，输出含有电压电流谐波的功率信号。

进一步地，所述直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波通过电流谐波转换器，采用电子开关切换，转换为直流偶次谐波，次谐波，奇次谐波，满足国标GB/T17215.321-2008对电流直流偶次谐波，次谐波，奇次谐波波形的要求。

优选的，电子开关切换实现直流偶次谐波、次谐波，奇次谐波包括

a、对常规的电流源输出的正弦波用两路电子开关；

b、在不同位置上进行导通和关断；

c、形成直流偶次谐波，次谐波，奇次谐波；

d、对没有用到的电流部分旁路掉。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

本发明应用灵活，电流谐波发生器可独立与其他电源配合使用产生直流偶次谐波，次谐波，奇次谐波，产生的电流谐波波形质量好，比用功放放大直流偶次谐波，次谐波，奇次谐波的效果好。

直流奇次谐波，要在电流最大值处（90°）瞬间从零变为最大值，用功放放大这样的瞬变信号，要求功放有理想的跟随能力是不现实的，波形会在这个位置出现抖动，本发明不存在上面的问题。

本发明能有效地实现电压、电流高次谐波，实现直流偶次谐波，次谐波，奇次谐波的输出，并对直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波这三种谐波进行切换，实现一次接线可进行多个谐波试验。

附图说明

图1为本发明提供的整体结构图。

图2为本发明提供的电气流程图。

图3为本发明提供的次谐波、奇次谐波试验接线图。

图4为本发明提供的直流和偶次谐波试验接线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明一种电能表谐波试验方法实现电压、电流高次谐波，实现直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波，并对直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波这三种谐波进行切换。

本发明一种电能表谐波试验装置包括三相交流程控源、电流谐波发生器、标准表、误差计算器。

三相交流程控源：产生交流电压和电流及高次谐波。三相程控精密测试电源是基于1.2GMAC的DSP、大规模的FPGA、高速高精度的DA以及高保真功率放大器构成的新一代高精度标准功率源。适用于电力系统的电测、热工、远动、调度等需要测量、检验及高精度标准信号源的电力部门和企业，也适用于其它需要高精度标准信号源进行测量、检验的场合。可以输出工频（40Hz～65Hz）频率、相位及幅度可调的高精度电压电流，是非常高精度的可调电压电流标准源。可以输出非常纯净的正弦电压电流，其失真度不超过0.1%。程控源的电压电流输出有着非常高的输出稳定度，典型值为0.03%RD。因此其非常适合用于需要高精度检验校准的工作场合，比如计量部门对于各种电压、电流、功率等电参数表计的检测。

电流谐波发生器：本装置主要产生直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波。

标准表：是一种计量标准。该产品采用了先进的DSP技术、宽量程技术、嵌入式计算机技术设计，以及温度自平衡技术，重量轻，体积小，指标领先，功能丰富，界面新颖，使用方便，工作可靠。其功能和计算方法均符合《JJG597-2005》。JYM－301系列产品可广泛应用于电能计量检测行业、电能表和谐波表生产企业、电力实验室等其他相关部门，既可以在实验室使用，又能携带至现场工作，且三相均可独立作为单相标准使用。

误差计算器：主要计算每个表位的误差。误差计算器是采用脉冲输入方式，采用计算运算处理和显示被校电能表误差值用的误差计算器。是具有误差计算功能和显示电能表相对误差的计算单元。

本发明具体实现流程为：

三相交流程控源和电流谐波发生器产生交流电压和电流及高次谐波、直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波，提供给被校表和标准表，经被校表和标准表的电能脉冲比对计算出误差，并与正弦波的电源下的误差进行比较，检验出误差影响量。

具体试验为：

1、电压电流谐波(2～50次)：

本发明是采用数字波形合成技术，可设定含有2～50次，相对基波幅值0～40%，相对基波0～359°的电压电流谐波信号，经高保真放大器放大，输出含有电压电流谐波的功率信号。

2、电流的直流和偶次谐波、奇次谐波、次谐波：

本发明是采用对常规的电流源正弦波输出，通过电流谐波转换器，用电子开关切换，转换为直流偶次谐波，次谐波，奇次谐波，满足国标GB/T17215.321-2008（12级静止式有功电能表）对电流直流偶次谐波，次谐波，奇次谐波波形的要求。

用电子开关（MOS管）切换实现直流偶次谐波、次谐波，奇次谐波原理是：对常规的电流源输出的正弦波用两路电子开关，在不同位置上进行导通和关断，就形成了直流偶次谐波，次谐波，奇次谐波，对没有用到的电流部分旁路掉。具体如下：

（1）直流偶次谐波：用两路电子开关对常规的电流源输出的正弦波进行切换，一路电子开关对正半周导通，另一路电子开关对接下负半周导通旁路掉，没有旁路掉的正半周波形，就形成了直流偶次谐波。

（2）次谐波：用两路电子开关对常规的电流源输出的正弦波进行切换，一路电子开关对正弦波的两个周期导通，另一路电子开关对接下两个周期导通旁路掉，没有旁路掉的波形，就形成了次谐波。

（3）奇次谐波：用两路电子开关对常规的电流源输出的正弦波进行切换，一路电子开关对正弦波在90°-180°之间导通，在270°-360°之间导通，另一路电子开关对接下波形导通旁路掉，没有旁路掉的波形，就形成了奇次谐波。

用电子开关的方法从原理上讲要比用功放放大直流偶次谐波，次谐波，奇次谐波的效果好（尤其是奇次谐波，要在电流最大值处（90°）瞬间从零变为最大值，用功放放大这样的瞬变信号，要求功放有理想的跟随能力是不现实的，波形会在这个位置出现抖动），我公司用电子开关转换的方法就可以得到理想电流谐波波形。

电子开关触发信号的产生方法为：

控制电子开关的触发信号与电流源同步，控制点要准确。控制两只电子开关触发信号的产生方法是用一过零比较器，产生与电流源同步的信号，分别去控制两只电子开关，实现直流偶次谐波；然后将同步信号2分频，再反向得到2个次谐波的控制信号，分别去控制两只电子开关互补导通两个周期，就实现次谐波；同样将同步信号倍频，再反向得到2个奇次谐波的控制信号，分别去控制两只电子开关互补导通1/4周期，就实现奇次谐波。

电流的直流和偶次谐波、奇次谐波、次谐波的试验接线方法，按国标GB/T17215.321-2008附录A试验接线方式，不同之处是要在电流谐波转换器上接有与被校表相同阻抗的平衡电阻或相同的被校表。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种电能表谐波试验装置，其特征在于，所述装置包括三相交流程控源、电流谐波发生器、标准表和误差计算器；所述三相交流程控源、电流谐波发生器、标准表和误差计算器依次连接。

2.如权利要求1所述的一种电能表谐波试验装置，其特征在于，所述误差计算器与CAN总线相连，通过CAN总线通讯方式将被校表的误差数据传送到控制中心及计算机。

3.如权利要求1所述的一种电能表谐波试验装置，其特征在于，所述三相交流程控源包括1.2GMAC的DSP、大规模的FPGA、高速高精度的DA和高保真功率放大器。

4.如权利要求1所述的一种电能表谐波试验装置，其特征在于，所述三相交流程控源输出工频为40Hz～65Hz频率。

5.如权利要求1所述的一种电能表谐波试验装置，其特征在于，所述标准表为0.02级的标准表。

6.如权利要求1所述的一种电能表谐波试验装置，其特征在于，所述装置通过电流谐波转换器，采用电子开关切换。

7.如权利要求6所述的一种电能表谐波试验装置，其特征在于，所述电子开关为MOS管。

8.如权利要求6所述的一种电能表谐波试验装置，其特征在于，所述电子开关采用两路电子开关，在不同位置上进行导通和关断。

9.一种电能表谐波试验方法，其特征在于，所述方法包括：

（1）三相交流程控源和电流谐波发生器产生所需参数；

（2）将所需参数提供给被校表和标准表；

（3）经被校表和标准表的电能脉冲比对计算出误差；

10.如权利要求9所述的一种电能表谐波试验方法，其特征在于，所述步骤（1）包括

所述三相交流程控源产生交流电压、电流及高次谐波；

11.如权利要求10所述的一种电能表谐波试验方法，其特征在于，所述交流电压、电流及高次谐波可设定含有2～50次，相对基波幅值0～40%，相对基波0～359°的电压电流谐波信号，经高保真放大器放大，输出含有电压电流谐波的功率信号。

12.如权利要求10所述的一种电能表谐波试验方法，其特征在于，所述直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波通过电流谐波转换器，采用电子开关切换，转换为直流偶次谐波，次谐波，奇次谐波，满足国标GB/T17215.321-2008对电流直流偶次谐波，次谐波，奇次谐波波形的要求。

13.如权利要求9所述的一种电能表谐波试验方法，其特征在于，电子开关切换实现直流偶次谐波、次谐波，奇次谐波包括

a、对常规的电流源输出的正弦波用两路电子开关；

b、在不同位置上进行导通和关断；

c、形成直流偶次谐波，次谐波，奇次谐波；

d、对没有用到的电流部分旁路掉。