CN103792508A - 数字化计量装置的误差测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供数字化计量装置的误差测试系统及测试方法，能够满足一个半断路器接线方式下数字化计量装置的整体误差测试和量值溯源要求，并能够实现改变数字化计量装置特有的误差影响量对整体误差和电子式互感器与数字化电能表单独误差之和的同时测试和比对。测试系统包括数字化计量装置，标准传统电流互感器，三相电子式互感器校验仪，三相标准数字化电能表，三相标准传统电能表和用于输出电能负荷的三相测试电源；基于测试系统的测试方法通过对整体误差、电子式互感器误差以及被检三相数字化电能表误差的分别单独测试，实现了对数字化电能计量装置中可量值溯源的整体误差与单独误差之和的比对分析，明确误差具体来源，利用实际工况的操作和调整。

Description

数字化计量装置的误差测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及数字化计量装置的误差测试领域，具体来说是一种数字化计量装置的误差测试系统及测试方法。

背景技术

智能变电站或数字化变电站中的数字化计量装置或数字化计量系统是由包括电子式电压互感器和电子式电流互感器的电子式互感器与数字量输入的合并单元（或是传统电压互感器和传统电流互感器与模拟量输入的合并单元）、交换机、数字化电能表、时钟同步系统和光纤组成。电子式互感器一般在高压侧将电流、电压信号进行了数字化，然后通过光纤将数字化的电流电压信息传输给合并单元，合并单元按照IEC60044、IEC61850-9-1、IEC61850-9-2/LE等标准将电流电压信息组合并输出规范的数字信号帧，数字化电能表接收此数字信号帧，直接进行数学运算即可得出电能。

但是数字化计量装置中电子式互感器、合并单元和数字化电能表的工作原理及接口方式都发生了根本性的改变，传统的误差测试设备无法对其进行校验和测试，这就给数字化计量装置的误差测试提出了新的要求，这已成为制约数字化计量装置推广应用的一个瓶颈。

目前电子式互感器误差测试的方法基本上都是采用直接测量法，电子式电流互感器现场测试的结构和原理如图1所示；一路是被测电子式互感器（被测TA），一路是由传统的标准传统互感器（标准TA）以及标准A/D构成的标准通道，然后通过直接测量的方法，测出被测TA的误差。这种方法的缺点是，由于采用的是直接测量方法，对电子式互感器校验仪的准确度要求较高，如果现场校验0.2级互感器，则需要电子互感器校验仪整体准确度达到0.05级。另外，电子式互感器校验仪和标准A/D向更高一级标准的量值溯源问题没有方法解决。

数字化电能表与传统的三相电能表的工作原理完全不同，数字化电能表所接收的信号是光纤以太网传送的数字化电压和电流信号，而不是传统的57.7V／100V的模拟电压信号，或者是1A／5A的模拟电流信号，数字化电能表内部也不存在电压互感器、电流互感器及A／D转换等单元。数字化电能表获取数字化的电流电压瞬时值后，采用数字信号处理算法直接计算得到电功率和电能等电能计量数据。

广东电力科学研究院研制了数字化电能表校验装置及其溯源体系。结构原理框图如图2所示，整个校验系统包含标准功率源、校准装置和工控机三部分。其中的校准装置由模拟合并单元和标准数字化电能表两部分组成，模拟合并单元将模拟电压电流信号采集后，数字化采样信号分为两路，一路送给标准数字化电能表计算处理，另一路按照IEC61850协议组成以太网帧，通过光纤网络或者双绞线网络发送给被检数字化电能表计算处理，由标准数字化电能表得到被检数字化电能表的电能脉冲后计算得出误差。这种方法的优点是校准装置的误差作为整体由更高精度的模拟标准电能检定装置（图中为COM3000）进行检定实现量值溯源，这种方法的缺点是标准数字化电能表无法单独向更高一级标准实现量值溯源，从而没有解决数字化电能表误差测试的量值溯源问题。

由于电子式互感器和数字化电能表误差测试的量值溯源问题没有很好的解决方法，国家电网电力科学研究院提出了数字化计量装置整体误差测试方法。其结构原理如图3所示，被测数字化计量装置由电子式电压互感器、电子式电流互感器、合并单元以及数字化电能表组成。标准电能计量系统由传统的标准电压互感器、标准电流互感器以及标准电能表组成。通过传统标准电能表直接对标准电流互感器和标准电压互感器输出的二次信号进行数字采样计算，得出标准电能值。然后通过与数字电能表发送的电能脉冲进行比对，即可得到数字化计量装置的整体误差。在这种校验方法中，电子式电流互感器，电子式电压互感器，合并单元与数字电能表都工作在实际工况下，能够真实反映数字电能计量系统的误差。这种误差测试方法的优点是：(1)原理简单，溯源结构清晰；(2)测试了整个系统的误差，更加符合实际应用需要；(3)测试方法简单，无需开发新设备，可以使用常规的设备，节约投资。但其缺点是没有解决电子式互感器和数字化电能表单独的误差测试向更高一级标准量值溯源的问题。

综上所述，现有数字化计量装置的误差测试方法及其测试系统的缺点在于，1）现有方法不能改变数字化计量装置特有的误差影响量进行数字化计量装置误差测试；对于数字化计量装置，由于电压电流的测量是通过多路分散独立采样和光纤数字报文传输实现的，相对于传统计量装置，增加了新的误差来源，如电子式互感器数据采样延时、合并单元数据处理传输延时、报文丢包、报文误码、报文抖动、电压电流谐波、时钟不同步、时钟不准等，造成现场运行中数字化计量装置出现误差超差和误差稳定性较差等问题，现场工况下数字化计量装置误差的演变机理尚不清楚，但由于目前缺乏有效的误差影响量测试分析方法，使得现场运行出现的问题无法得到解决。

2）现有方法不能测试一个半断路器接线方式数字化计量装置的误差；现有方法只适用于采用双母线和单母线等一次系统主接线方式变电站数字化计量装置中的误差，这种数字化计量装置由一个间隔内的一组电压互感器（含ABC三相）、一组电流互感器（含ABC三相）、一台三相数字化电能表和相关设备组成。由于一个半断路器一次系统主接线方式，连接结构如图4所示，其具有高可靠性、运行调度灵活和操作检修方便等特点，在330kV及以上变电站中广泛采用，线—线串或线—变串的各出线一般不安装电流互感器，而是在断路器安装电流互感器，对于传统变电站而言，将相邻断路器支路的电流互感器的二次绕组并联，以它们的电流相量和（和电流）代表出线电流，用于电能计量、测量或保护，因此传统变电站的电能计量装置由一组线路电压互感器（含ABC三相）、两组断路器支路的电流互感器（含ABC三相）、一台三相电能表及二次回路组成。但是对于智能变电站或数字化变电站的数字化计量装置，二次电流由光纤数字信号取代了模拟电流信号，二次电流的和电流不能通过光纤信号直接并联得到，而是各支路电流合并单元送出的光纤数字信号，通过交换机送入数字化电能表的光纤接口，经过数字化电能表数据处理算法计算得出和电流以及对应的电能量。现有误差测试方法中仅提供一组电流输出，不能也无法提供代表两路支路电流的和电流输出，也没有提供代表两路支路电流的数字信号，因此现有方法不适用于一个半断路器接线方式下数字式电能计量装置的误差测试。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供数字化计量装置的误差测试系统及测试方法，能够满足一个半断路器接线方式下数字化计量装置的整体误差测试和量值溯源要求，并能够实现改变数字化计量装置特有的误差影响量对整体误差和电子式互感器与数字化电能表单独误差之和的同时测试和比对。

本发明是通过以下技术方案来实现：

数字化计量装置的误差测试系统，包括数字化计量装置，标准传统电流互感器，三相电子式互感器校验仪，三相标准数字化电能表，三相标准传统电能表和用于输出电能负荷的三相测试电源；所述的数字化计量装置包括用于提供标准时钟同步信号的标准时钟源，用于分别对三相测试电源输出的电流模拟量进行数字化处理的两组三相电流互感器和电流合并单元，用于分别对三相测试电源输出的电压模拟量进行数字化处理的三相电压互感器和电压合并单元；用于分别接收电压合并单元和电流合并单元数字信号并进行转发的交换机，用于接收交换机转发信号的被检三相数字化电能表；所述三相测试电源的电流输出端分别与两组三相电流互感器和标准传统电流互感器连接；测试电源输出到三相电流互感器的两组电流模拟量并联为一组三相和电流模拟量连接到标准三相传统电能表的电流输入端；标准传统电流互感器的输出端与三相电子式互感器校验仪的输入端连接；所述三相测试电源的电压输出端分别与三相电压互感器，标准三相传统电能表的电压输入端，以及三相电子式互感器校验仪连接；所述的标准时钟源分别与电压合并单元和电流合并单元一一对应连接；所述的三相电子式互感器校验仪的输入端分别与电压合并单元和任意一个电流合并单元的输出端连接；所述的标准三相数字化电能表与被检三相数字化电能表并联在交换机的输出端，被检三相数字化电能表的电能脉冲输出端分别与标准三相数字化电能表的电能脉冲输入端和标准三相传统电能表的电能脉冲输入端连接，标准三相数字化电能表的电能脉冲输出端与标准三相传统电能表的电能脉冲输入端连接。

优选的，还包括用于提供非标准时钟同步信号的秒脉冲发生器；所述的三相电流互感器采用三相传统电流互感器或三相电子式电流互感器，对应的电流合并单元采用模拟量输入的电流合并单元或数字量输入的电流合并单元；所述的三相电压互感器采用三相传统电压互感器或仿真三相电子式电压电流组合式互感器，对应的电压合并单元采用模拟量输入的电压合并单元或数字量输入的电压合并单元；秒脉冲发生器分别与电压合并单元和电流合并单元对应连接。

进一步，三相仿真电子式电压电流组合式互感器包括相互独立设置的三路电压采集器和三路电流采集器；所述的电压或电流采集器包括依次连接的电压或电流传感单元、数据采样单元、用于控制数据采样延时时间的数据采样延时时间控制单元、用于设置报文丢包数量、误码数量和抖动时间的报文丢包误码抖动控制单元、用于发送数字化电压或电流的数据报文发送单元。

进一步，三相电子式电流互感器包括三台单相电子式电流互感器；所述的单相电子式电流互感器包括依次连接的电流传感单元、数据采样单元、用于控制数据延时时间的数据采样延时时间控制单元、用于设置报文丢包数量、误码数量和抖动时间的报文误码丢包抖动控制单元、用于发送数字化电流的数据报文发送单元。

进一步，电压或电流合并单元包括依次连接的用于接收数字化电压或电流的数据报文接收单元、数据处理单元、数据处理及报文传输延时时间控制单元、报文丢包误码抖动控制单元和数字报文发送单元。

再进一步，三相测试电源包括一台或两台三相虚负荷模拟量测试电源；所述的标准传统电流互感器包括三台单相标准传统电流互感器；所述的标准三相传统电能表采用高精度宽量程标准三相传统电能表。

本发明基于以上再进一步所述的数字化计量装置的误差测试系统的测试方法，包括如下步骤，

1）利用三相测试电源分别输出三相电压模拟量和三相电流模拟量，为数字化计量装置输出电能负荷；

2）通过标准三相传统电能表作为数字化计量装置的参照标准做整体误差测试；通过标准传统电流互感器作为互感器标准和电子式互感器校验仪做三相电流互感器和电流合并单元的单独误差测试，以及三相电压互感器和电压合并单元的单独误差测试；通过标准三相数字化电能表作为电能表标准做被检三相数字化电能表的单独误差测试；

3）通过对数字化计量装置整体误差、电子式电流互感器单独误差、仿真电子式电压电流组合式互感器单独误差和被检三相数字化电能表单独误差在同一时间的测试，同时实现对数字化计量装置整体误差的量值溯源和互感器与电能表单独误差之和与整体误差的比对。

优选的，还包括测试和电流对整体误差和单独误差影响的步骤；通过同时调节两台三相测试电源输出电压和电流的幅值、相位，实现在一个半断路器接线方式下对三相和电流模拟量的调整，测试和电流对数字化计量装置整体误差和单独误差的影响。

优选的，还包括测试数据采样延时或输出处理传输延迟或报文丢包误码抖动对整体误差影响的步骤；根据测试需求，利用三相电子式电流互感器或三相仿真电子式电流电压组合式互感器设定数据延时时间、报文丢包数量、误码数量、抖动时间、丢包和误码的方式，通过测试系统得到整体误差和单独误差；根据测试需求，利用电压合并单元或电流合并单元设定数据处理及报文传输延时时间、报文丢包数量、误码数量、抖动时间和丢包误码方式，通过测试系统得到整体误差和单独误差。

优选的，还包括测试同步时钟精度以及时钟不同步对整体误差影响和单独误差的步骤；通过调整秒脉冲发生器中输出信号波形的频率形成同步时钟的误差，通过测试系统得到对应的整体误差和单独误差，比对分析得到同步时钟精度对整体误差和单独误差的影响；通过秒脉冲发生器给一部分电压或电流合并单元提供时钟同步信号，使用标准时钟源给剩余部分电压或电流合并单元提供时钟同步信号，通过测试系统得到整体误差和单独误差，比对分析得到时钟不同步对整体误差和单独误差的影响。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明数字化计量装置的误差测试系统，利用三相和电流的设置，以及对电压信号的直接提取输入，满足了一个半断路器接线方式下数字化电能计量装置及其数字化电能表的误差校验测试需求，实现了一个半断路器接线方式下标准三相传统电能表对数字化电能计量装置整体误差的测试和量值溯源利用标准三相数字化电能表，实现对被检三相数字化电能表单独误差的测试；利用标准传统电流互感器和三相电子式互感器校验仪，实现了对互感器和合并单元的单独误差测试；通过实现整体误差和单独误差的同时测试，实现了整体误差与单独误差之和的比对分析。

进一步的，通过设置的秒脉冲发生器能够配合标准时钟源实现由于时钟不同步以及时钟不准造成误差影响的调节，从而得到误差影响量调节前后整体误差的比对分析和调节前后单独误差的比对分析。

进一步的，通过电压或电流采集器的设置，能够通过数据延时时间控制单元和报文丢包误码抖动控制单元，对数据延时时间、报文丢包数量、误码数量和抖动时间进行设置，并控制报文丢包和误码按随机丢包和误码或自定义丢包和误码两种方式实现误差影响量的调整，从而得到误差影响量调节前后整体误差的比对分析和调节前后单独误差的比对分析。

进一步的，通过电子式电流互感器中设置的数据延时时间控制单元和报文丢包误码抖动控制单元，对数据延时时间、报文丢包数量、误码数量和抖动时间进行设置，并控制报文丢包和误码按随机丢包或自定义丢两种方式实现误差影响量的调整，从而得到误差影响量调节前后整体误差的比对分析和调节前后单独误差的比对分析。

进一步的，通过合并单元中设置的数据处理及报文传输延时时间控制单元、报文丢包误码抖动控制单元，对延时时间、报文丢包数量、误码数量和抖动时间进行设置，并控制报文丢包和误码按随机丢包和误码和自定义丢包和误码两种方式实现误差影响量的调整，输出不同误差影响量下的数字信号，从而得到误差影响量调节前后整体误差的比对分析和调节前后单独误差的比对分析。利用上述误差影响量调节的设置，从整体上实现了对数字化计量装置误差影响量全面准确的调整和量值溯源分析，并且能够模拟各种现场工况，为实际问题提供准确的处理依据。

进一步的，通过对三相测试电源的单电源和双电源设置，能够满足不同的使用工况的需求，并且通过双电源的设置能够灵活的完成对应三相电子式电流互感器的单独控制和调整，提高了测试时现场工况模拟的真实性，并且简化了单电源带来的复杂控制，降低了成本。

本发明数字化计量装置的误差测试系统的测试方法，在测试系统的基础上，通过对整体误差、电子式互感器误差以及被检三相数字化电能表误差的分别单独测试，实现了对数字化电能计量装置中可量值溯源的整体误差与单独误差之和的比对分析，明确误差具体来源，利用实际工况的操作和调整。

进一步的，通过调节测试电源输出电压电流的幅值、相位和谐波次数，能够测试分析在一个半断路器接线方式下三相和电流数字化计量装置误差之间的关系。

进一步的，通过设定电子式电压电流互感器的数据延时时间、报文丢包数量、误码数量、抖动时间和丢包误码方式，经误差影响量测试系统，得到相应的数字化计量装置的误差，从而可以研究分析电子式电压或电流互感器延时、丢包、误码和抖动对误差的影响。通过设定合并单元的数据处理及报文传输延时时间、报文丢包数量、误码数量、抖动时间和丢包误码方式，通过误差影响量测试系统，得到相应的数字化计量装置的误差，从而可以研究分析合并单元延时、丢包、误码和抖动时间对数字化计量装置整体误差和单独误差的影响。

进一步的，通过对秒脉冲发生器中输出信号波形的频率的调整，实现对时钟同步误差的调节，并配合标准时钟源分别对不同电流或电压合并单元的同步信号发送，达到时钟不同步的误差影响，得到相应的数字化计量装置的误差，从而可以研究分析合并单元延时、丢包、误码和抖动时间以及时钟不同步对数字化计量装置整体误差和单独误差的影响。

附图说明

图1为现有技术中电子式电流互感器现场校验结构原理框图。

图2为现有技术中数字化电能表校验装置的结构原理框图。

图3为现有技术中数字化计量装置整体误差测试的结构原理框图。

图4为现有技术中一个半断路器接线方式一次接线示意图。

图5为本发明实例中采用三相传统互感器的测试系统结构原理框图。

图6为本发明实例中采用三相电子式互感器的测试系统结构原理框图。

图7为本发明实例中所述的三相仿真电子式电压电流组合式互感器的结构原理框图。

图8为本发明实例中所述的三相电子式电流互感器的结构原理框图。

图9为本发明实例中所述的合并单元的结构原理框图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定，其中所述的传统，都是指工作时利用模拟量的现有技术，与数字量相对。

本发明数字化计量装置的误差测试系统，包括数字化计量装置，标准传统电流互感器，三相电子式互感器校验仪，三相标准数字化电能表，三相标准传统电能表和用于输出电能负荷的三相测试电源；数字化计量装置包括用于提供标准时钟同步信号的标准时钟源，用于分别对三相测试电源输出的电流模拟量进行数字化处理的两组三相电流互感器和电流合并单元，用于分别对三相测试电源输出的电压模拟量进行数字化处理的三相电压互感器和电压合并单元；用于分别接收电压合并单元和电流合并单元数字信号并进行转发的交换机，用于接收交换机转发信号的被检三相数字化电能表；三相测试电源的电流输出端分别与两组三相电流互感器和标准传统电流互感器连接；测试电源输出到三相电流互感器的两组电流模拟量并联为一组三相和电流模拟量连接到标准三相传统电能表的电流输入端；标准传统电流互感器的输出端与三相电子式互感器校验仪的输入端连接；三相测试电源的电压输出端分别与三相电压互感器，标准三相传统电能表的电压输入端，以及三相电子式互感器校验仪连接；标准时钟源分别与电压合并单元和电流合并单元对应连接；三相电子式互感器校验仪的输入端分别与电压合并单元和任意一个电流合并单元的输出端连接；标准三相数字化电能表与被检三相数字化电能表并联在交换机的输出端，被检三相数字化电能表的电能脉冲输出端分别与标准三相数字化电能表的电能脉冲输入端和标准三相传统电能表的电能脉冲输入端连接，标准三相数字化电能表的电能脉冲输出端与标准三相传统电能表的电能脉冲输入端连接。

其中，数字化计量装置包括两种构成方式，方式一是含有电子式互感器和数字量输入的合并单元，方式二是含有传统互感器和模拟量输入的合并单元；如图5所示，构成方式一中，包括用于提供标准时钟同步信号的标准时钟源，用于分别对三相测试电源输出的电流模拟量进行数字化处理的两组三相电子式电流互感器，用于对三相测试电源输出的电压电流模拟量数字化处理的三相仿真电子式电压电流组合式互感器，用于分别对数字化电压或电流进行组合并输出数字信号的电压合并单元和电流合并单元，用于分别接收电压合并单元和电流合并单元数字信号并进行转发的交换机，用于接收交换机转发信号的被检三相数字化电能表；如图6所示，构成方式二中，包括用于提供标准时钟同步信号的标准时钟源，用于分别对三相测试电源输出的电流模拟量进行接收和变换的两组三相传统电流互感器，用于对三相测试电源输出的电压电流模拟量进行接收和转换的三相传统电压互感器，用于分别对电压或电流模拟量进行数字化处理、组合并输出数字信号的模拟量输入的电压合并单元和模拟量输入的电流合并单元，用于分别接收电压合并单元和电流合并单元数字信号并进行转发的交换机，用于接收交换机转发信号的被检三相数字化电能表。

本优选实例中，以采用三相电子式互感器的测试系统为例进行详细说明，如图6所示，其包括2台三相虚负荷模拟量精密谐波测试电源（编号为1#～2#）；6台误差影响量可调的单相电子式电流互感器（编号为1#～2#），每3台编为1组三相电子式电流互感器；2台误差影响量可调的仿真三相电子式电压电流组合式互感器（编号为1#～2#），每一台含相互独立的3路电压采集器和3路电流采集器；3台误差影响量可调的合并单元（编号为1#～3#）每台合并单元可独立接收11路数据报文；1台工业级的交换机；1台高精度宽量限标准三相模拟电能表；1台标准时钟源；1台时间误差可调的秒脉冲发生器；1台标准三相数字化电能表；3台单相标准传统电流互感器（可组合为一组标准三相传统电流互感器）；1台三相电子式互感器校验仪和1台或多台被检三相数字化电能表，本优选实例，如图6所示，采用连接一台仿真三相电子式电压电流组合式互感器1#为例进行说明。其中，数字化计量装置包括三相电子式电流互感器，仿真三相电子式电压电流组合式互感器、合并单元、交换机、标准时钟源和被检三相数字化电能表组成。

本发明数字化计量装置的误差测试方法，基于以上所述的数字化计量装置的误差测试系统，用高精度宽量限标准三相模拟电能表作为数字化电能计量装置的模拟标准测试整体误差，用标准电流互感器作为互感器标准和电子式互感器校验仪测试电子式互感器误差，用标准数字化电能表作为被检三相电能表数字标准测试被检三相数字化电能表误差；通过三相虚负荷模拟量谐波测试电源输出电能负荷，通过数字化电能计量装置模拟标准测试数字化电能计量装置的误差，通过互感器标准测试电子式互感器的误差，通过电能表数字标准测试被检三相数字化电能表的误差。通过调整数字化计量装置各个环节的数据采样延时时间、数据处理延时时间、报文丢包数量、误码数量和抖动时间、同步时钟精度等对误差有影响的参数，通过测试电源输出试验所需的电压电流的幅值、相位和谐波次数，测试各种误差影响量与数字化计量装置整体误差和单独误差之间的关系。

采用本发明所述测试系统和本发明所述测试方法后，能够进行如下误差影响量可调的测试分析。

1）可测试电子式互感器数据采样延时、报文丢包、误码和抖动时间对数字化计量装置整体误差和单独误差的影响。

2）可测试合并单元数据处理传输延时、报文丢包、误码和抖动时间对数字化计量装置整体误差和单独误差的影响。

3）可测试一个半断路器接线方式下和电流对数字化计量装置整体误差和单独误差的影响。

4）可测试电压电流谐波对数字化计量装置整体误差和单独误差的影响。

5）可测试时钟不同步、时钟不准对数字化计量装置整体误差和单独误差的影响。

6）可测试温度变化、冲击、振动对数字化计量装置整体误差和单独误差的影响。

其中，数据采样延时时间、报文丢包和误码数量可调的电子式电流互感器实现，本实施例以三相电子式电流互感器为例，其结构及工作原理如图7所示，通过数据延时时间控制单元、报文丢包和误码控制单元，再配置通信接口可对数据延时时间、报文丢包数量、误码数量和抖动时间进行设置输出，实现报文丢包和误码的随机丢包误码和自定义丢包误码两种控制方式。根据试验需要，设定三相电子式电流互感器的数据延时时间、报文丢包数量、误码数量、抖动时间和丢包误码方式，通过误差影响量测试系统，得到相应的数字化计量装置的整体误差和单独误差，从而可以研究分析电子式电流互感器延时、丢包、误码和抖动对误差的影响。

其中，数据采样延时时间、报文丢包数量、误码数量和抖动时间可调的仿真电子式电压电流组合式互感器实现，如图8所示，较现有电子式电压电流互感器，增加了数据延时时间控制单元、报文丢包误码抖动控制单元，再通过配置通信接口可对数据延时时间、报文丢包数量、误码数量和抖动时间进行设置输出，报文丢包和误码具有随机丢包误码和自定义丢包误码两种控制方式。根据试验需要，设定电子式电压电流互感器的数据延时时间、报文丢包数量、误码数量、抖动时间和丢包误码方式，通过误差影响量测试系统，得到相应的数字化计量装置的整体误差和单独误差，从而可以研究分析电子式电压电流互感器延时、丢包、误码和抖动时间对误差的影响。本实施例中以，仿真三相电子式电压电流组合式互感器为例。

其中，数据处理传输延时时间、报文丢包和误码数量可调的合并单元实现，如图9所示，较现有合并单元的结构及工作原理，增加了数据处理及报文传输延时时间控制单元、报文丢包误码抖动数量控制单元，再通过配置辅助软件和通信接口可对延时时间、报文丢包数量、误码数量和抖动时间进行设置，报文丢包和误码具有随机丢包误码和自定义丢包误码两种控制方式。根据试验需要，设定合并单元的数据处理及报文传输延时时间、报文丢包数量、误码数量、抖动时间、丢包和误码方式，通过误差影响量测试系统，得到相应的数字化计量装置的整体误差和单独误差，从而可以研究分析合并单元延时、丢包、误码和抖动对数字化计量装置误差的影响。

其中，时间误差可调的秒脉冲发生器实现，使用1台函数/任意波形发生器作为秒脉冲发生器，设定为方波输出，方波幅值1～10V可调，方波频率0.1Hz～10Hz可调，方波输出通过电缆连接至合并单元，通过调节方波频率实现秒脉冲的误差可调，从而可以测试分析同步时钟精度对数字化计量装置整体误差和单独误差的影响。使用秒脉冲发生器给一部分合并单元提供时钟同步信号，使用标准时钟给另一部分合并单元提供时钟同步信号，可以测试分析时钟不同步对数字化计量装置误差的影响。

其中，一个半断路器接线方式下和电流对被测数字化电能表误差影响测试的实现，本实施例以被检三相数字化电能表为例说明。对于一次主接线为一个半断路器接线方式，数字化计量装置包括2组三相电流互感器和1组三相电压互感器，如图6所示，本实施例用2台三相虚负荷模拟量测试功率源独立输出1组三相电流，分别代表1条断路器支路的三相电流。1#三相虚负荷模拟量功率源输出电流作为1#断路器支路的三相电流，2#三相虚负荷模拟量功率源输出电流作为2#断路器支路的三相电流，两组电流分别接入1#和2#三相电子式电流互感器，然后两组三相电流并联形成三相和电流接入高精度三相宽量限标准传统电能表。1#三相虚负荷模拟量功率源输出电压分别接入1#仿真三相电子式电压电流组合式互感器和高精度三相宽量限标准传统电能表。

通过调节2台三相虚负荷模拟量测试电源输出电压电流的幅值、相位和谐波次数，可以测试分析在一个半断路器接线方式下和电流对数字化计量装置误差的影响。

通过调节数字化计量装置的各种误差影响量和测试电源输出电压电流的幅值、相位和谐波次数，可以测试分析在一个半断路器接线方式下各种误差影响量与数字化计量装置整体误差和单独误差之间的关系。

对于一次主接线为双母线的接线方式，数字化计量装置仅包括1组三相电流互感器和1组三相电压互感器，只需要连接1#三相虚负荷模拟量测试电源的电压和电流接线即可，2#三相虚负荷模拟量测试电源的电流接线无需连接和输出。

其中，温度变化、冲击、振动对数字化计量装置误差影响测试的试验测试，将电子式互感器、合并单元、数字化电能表放置于高低温试验装置、冲击试验装置、振动试验装置中，设定试验参数，可以测试温度变化、冲击、振动对数字化计量装置整体误差和单独误差的影响。

以图6为例，对在本优选实例的测试系统基础上，进行误差影响量可调的具体操作步骤如下。

1）两台三相虚负荷模拟量功率电源分别输出三相电压电流模拟量，电压输出范围：3×0～380V，电流输出范围3×0～100A，相位输出范围：0～360°，电压谐波输出次数：1～30次，电流谐波输出次数：1～30次。

2）1#三相虚负荷模拟量功率电源输出三相电压模拟量，通过电缆接入仿真三相电子式电压电流组合式互感器1#中的三相电压采集器中，电压采集器通过光口输出3路对应电压模拟量的FT3电压采样值数据。

3）1#和2#三相虚负荷模拟量功率电源输出三相电流模拟量，通过电缆分别接入6台单相电子式电流互感器，每台单相电子式电流互感器通过光口输出对应电流模拟量的FT3电流采样值数据。6台单相电子式电流互感器，每3台编为一组三相电子式电流互感器，编号为1#、2#，也可用两台三相电流采集器代替，作用与电子式电流互感器相同。

4）通过光纤将三相电压采集器的3路FT3电压采样值数据接入1#电压合并单元，1#电压合并单元将3路FT3电压采样值数据合成一个数据包通过光口输出IEC61850电压采样值数据。

5）通过光纤分别将6台电子式电流互感器（或两台三相电流采集器）输出的6路FT3电流采样值数据分为两组接入2#和3#电流合并单元，每台电流合并单元将3路FT3电流采样值数据合成一个数据包通过光口输出IEC61850电流采样值数据。

6）通过光纤将1#电压合并单元和2#～3#电流合并单元输出的IEC61850电压电流采样值数据接入交换机。

7）标准三相数字化电能表和被检三相数字化电能表通过光纤连接至交换机，读取IEC61850电压电流采样值数据进行电能量等数据计算。

8）1#三相虚负荷模拟量功率电源输出三相电压模拟量用电缆将接入高精度宽量限标准传统电能表的电压输入端子，用电缆先将1#和2#三相虚负荷模拟量功率电源输出的两组三相电流模拟量并联为一组和三相电流模拟量，然后接入高精度宽量限标准传统电能表的电流输入端子。

9）用电缆将标准三相数字化电能表和被检三相数字电能表的电能脉冲输出接入高精度宽量限标准传统电能表的电能脉冲输入端子。

10）通过高精度宽量限标准传统电能表读出标准三相数字化电能表和被检三相数字化电能表的电能误差。

11）将1#三相虚负荷模拟量测试电源的电压电流接入电子式互感器校验仪，将1#电压合并单元和2#～3#电流合并单元的输出信号接入电子式互感器校验仪，通过电子式互感器校验仪可以测试三相电子式电流互感器和对应电流合并单元，以及仿真三相电子式电压电流组合式互感器和对应电压合并单元的电能误差。

12）按照上述方法调节测试系统各环节的误差影响量，测试分析数字化计量装置的整体误差、电能表的单独误差以及互感器的单独误差。

Claims (10)

1.数字化计量装置的误差测试系统，其特征在于，包括数字化计量装置，标准传统电流互感器，三相电子式互感器校验仪，三相标准数字化电能表，三相标准传统电能表和用于输出电能负荷的三相测试电源；所述的数字化计量装置包括用于提供标准时钟同步信号的标准时钟源，用于分别对三相测试电源输出的电流模拟量进行数字化处理的两组三相电流互感器和电流合并单元，用于分别对三相测试电源输出的电压模拟量进行数字化处理的三相电压互感器和电压合并单元；用于分别接收电压合并单元和电流合并单元数字信号并进行转发的交换机，用于接收交换机转发信号的被检三相数字化电能表；

所述三相测试电源的电流输出端分别与两组三相电流互感器和标准传统电流互感器连接；测试电源输出到三相电流互感器的两组电流模拟量并联为一组三相和电流模拟量连接到标准三相传统电能表的电流输入端；标准传统电流互感器的输出端与三相电子式互感器校验仪的输入端连接；

所述三相测试电源的电压输出端分别与三相电压互感器，标准三相传统电能表的电压输入端，以及三相电子式互感器校验仪连接；

所述的标准时钟源分别与电压合并单元和电流合并单元一一对应连接；

所述的三相电子式互感器校验仪的输入端分别与电压合并单元和任意一个电流合并单元的输出端连接；

所述的标准三相数字化电能表与被检三相数字化电能表并联在交换机的输出端，被检三相数字化电能表的电能脉冲输出端分别与标准三相数字化电能表的电能脉冲输入端和标准三相传统电能表的电能脉冲输入端连接，标准三相数字化电能表的电能脉冲输出端与标准三相传统电能表的电能脉冲输入端连接。

2.根据权利要求1所述的数字化计量装置的误差测试系统，其特征在于，还包括用于提供非标准时钟同步信号的秒脉冲发生器；所述的三相电流互感器采用三相传统电流互感器或三相电子式电流互感器，对应的电流合并单元采用模拟量输入的电流合并单元或数字量输入的电流合并单元；所述的三相电压互感器采用三相传统电压互感器或仿真三相电子式电压电流组合式互感器，对应的电压合并单元采用模拟量输入的电压合并单元或数字量输入的电压合并单元；秒脉冲发生器分别与电压合并单元和电流合并单元对应连接。

3.根据权利要求2所述的数字化计量装置的误差测试系统，其特征在于，所述的三相仿真电子式电压电流组合式互感器包括相互独立设置的三路电压采集器和三路电流采集器；所述的电压或电流采集器包括依次连接的电压或电流传感单元、数据采样单元、用于控制数据采样延时时间的数据采样延时时间控制单元、用于设置报文丢包数量、误码数量和抖动时间的报文丢包误码抖动控制单元、用于发送数字化电压或电流的数据报文发送单元。

4.根据权利要求3所述的数字化计量装置的误差测试系统，其特征在于，所述的三相电子式电流互感器包括三台单相电子式电流互感器；所述的单相电子式电流互感器包括依次连接的电流传感单元、数据采样单元、用于控制数据延时时间的数据采样延时时间控制单元、用于设置报文丢包数量、误码数量和抖动时间的报文误码丢包抖动控制单元、用于发送数字化电流的数据报文发送单元。

5.根据权利要求4所述的数字化计量装置的误差测试系统，其特征在于，所述的电压或电流合并单元包括依次连接的用于接收数字化电压或电流的数据报文接收单元、数据处理单元、数据处理及报文传输延时时间控制单元、报文丢包误码抖动控制单元和数字报文发送单元。

6.根据权利要求5所述的数字化计量装置的误差测试系统，其特征在于，所述的三相测试电源包括一台或两台三相虚负荷模拟量测试电源；所述的标准传统电流互感器包括三台单相标准传统电流互感器；所述的标准三相传统电能表采用高精度宽量程标准三相传统电能表。

7.基于权利要求6所述的数字化计量装置的误差测试系统的测试方法，其特征在于，包括如下步骤，

1）利用三相测试电源分别输出三相电压模拟量和三相电流模拟量，为数字化计量装置输出电能负荷；

2）通过标准三相传统电能表作为数字化计量装置的参照标准做整体误差测试；通过标准传统电流互感器作为互感器标准和电子式互感器校验仪做三相电流互感器和电流合并单元的单独误差测试，以及三相电压互感器和电压合并单元的单独误差测试；通过标准三相数字化电能表作为电能表标准做被检三相数字化电能表的单独误差测试；

3）通过对数字化计量装置整体误差、电子式电流互感器单独误差、仿真电子式电压电流组合式互感器单独误差和被检三相数字化电能表单独误差在同一时间的测试，同时实现对数字化计量装置整体误差的量值溯源和互感器与电能表单独误差之和与整体误差的比对。

8.根据权利要求7所述的数字化计量装置的误差测试方法，其特征在于，还包括测试和电流对整体误差和单独误差影响的步骤；通过同时调节两台三相测试电源输出电压和电流的幅值、相位，实现在一个半断路器接线方式下对三相和电流模拟量的调整，测试和电流对数字化计量装置整体误差和单独误差的影响。

9.根据权利要求7所述的数字化计量装置的误差测试方法，其特征在于，还包括测试数据采样延时或输出处理传输延迟或报文丢包误码抖动对整体误差影响的步骤；根据测试需求，利用三相电子式电流互感器或三相仿真电子式电流电压组合式互感器设定数据延时时间、报文丢包数量、误码数量、抖动时间、丢包和误码的方式，通过测试系统得到整体误差和单独误差；根据测试需求，利用电压合并单元或电流合并单元设定数据处理及报文传输延时时间、报文丢包数量、误码数量、抖动时间和丢包误码方式，通过测试系统得到整体误差和单独误差。

10.根据权利要求7所述的数字化计量装置的误差测试方法，其特征在于，还包括测试同步时钟精度以及时钟不同步对整体误差影响和单独误差的步骤；通过调整秒脉冲发生器中输出信号波形的频率形成同步时钟的误差，通过测试系统得到对应的整体误差和单独误差，比对分析得到同步时钟精度对整体误差和单独误差的影响；通过秒脉冲发生器给一部分电压或电流合并单元提供时钟同步信号，使用标准时钟源给剩余部分电压或电流合并单元提供时钟同步信号，通过测试系统得到整体误差和单独误差，比对分析得到时钟不同步对整体误差和单独误差的影响。

Images