CN104569900B - 智能电能表动态误差测试装置 - Google Patents
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Abstract
一种智能电能表动态误差测试装置，由三相电压与/或三相电流的同步电路、同步伪随机序列控制信号产生电路、伪随机序列选取电路、电能表动态负荷功率控制电路、电能表动态误差测试单元、显示器与键盘单元和动态误差测量算法构成；能够有效地产生多模态伪随机测试激励电流和功率，有效地反映动态负荷电流与功率变化的随机性，实现了伪随机变化动态负荷电能量值到稳态负荷电能量值的溯源，实现了多模态测试激励下电能表动态误差特性的全面测试；解决了目前确定型测试激励电流与功率不能反映动态负荷变化的随机性问题；解决了伪随机变化动态负荷下，动态负荷电能量值的溯源和动态误差测试的问题；在智能电能表动态误差测试系统中有广泛的用途。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能电能表动态误差测试装置，尤其涉及一种可产生伪随机测试激励电流和功率的用于智能电能表、电子式电能表和感应式电能表动态误差的测试装置。
背景技术
目前，公知的智能电网中动态负荷逐渐增多。一方面，太阳能发电、风电、生物质能等分布式能源引入电网，使电网中的电源呈现非稳态特性。另一方面，电气化铁路、炼钢电弧炉、轧钢机和大型充电站等广泛应用，电网中动态负荷越来越多，导致电能表动态负荷下的计量误差大大增加。然而，目前智能电能表、电子式电能表和感应式电能表的生产、测试和检定都是在正弦稳态条件下完成的，无法测试电能表的动态误差特性。已经提出的电能表动态误差测试方法只能产生确定型测试激励电流，动态负荷模式单一，不能反映动态负荷变化的随机性，不能全面地测试电能表的动态误差特性，并且电能量值溯源方法复杂。本发明涉及的智能电能表动态误差测试方法和装置很好的解决了上述问题，可产生伪随机测试激励电流和功率，能够反映动态负荷变化的随机性；可方便地实现动态负荷电能量值的溯源，并全面地测试电能表在各种动态负荷模态下的动态误差特性。
发明内容
本发明的目的是为了解决智能电能表、电子式电能表和感应式电能表动态误差特性的全面测试问题，解决产生伪随机测试激励电流和功率方法，以及动态负荷电能量值到稳态负荷电能量值溯源的问题，而发明一种智能电能表动态误差的测试装置。
本发明所述智能电能表动态误差测试装置，它采用三相电压与/或三相电流的同步电路(1)，同步伪随机序列控制信号产生电路(2)，伪随机序列选取电路(3)和电能表动态负荷功率控制电路(4)产生伪随机变化的动态负荷电流和动态负荷功率输出，以及稳态电压输出。该电能表动态负荷功率控制电路(4)的输入是稳态三相功率源输出的电压与电流，输出伪随机变化的动态负荷电流和动态负荷功率的送入被测电能表，实现对电能表的动态伪随机测试激励。电能表动态误差测试单元(5)测量设定的被测电能表输出脉冲个数的时间间隔，测量该时间间隔内标准电能表的输出脉冲电能值，同时测试电能表动态负荷功率控制电路(4)输出功率的累积时间，通过动态误差测量算法完成被测电能表的动态误差计算，并在显示器与键盘单元(6)显示被测电能表的动态误差。
所述同步伪随机序列控制信号s(t)为：
式中，t表示时间，T为工频基波电压或电流的周期；a(k)为取值“1”或“0”的伪随机序列，k＝0,1,2,3…属于自然数的集合N；c(t-kT)为控制信号电平函数：
k∈Ν，t表示时间，V为控制电平；
所述伪随机序列为M序列、m序列、截短m序列、平衡的Gold序列、Gold的序列、截短Gold的序列，可由伪随机序列选取电路(3)控制选用其中某一个伪随机序列。
所述电能表动态负荷功率控制电路(4)产生的稳态电压、产生的伪随机变化动态负荷电流和动态负荷功率表达式分别为：
稳态电压：
动态负荷电流：
动态负荷功率：
式中，t表示时间，f为工频基波电压或电流的频率，Q为最高谐波电压次数，φm为m次谐波电压初相角，Um为m次谐波电压幅值；L为最高谐波电流次数，为n次谐波电流初相角，In为n次谐波电流幅值。
所述测试电能表动态负荷功率控制电路(4)输出功率的累积时间方法为：当被测电能表计量动态负荷电能时，电能表动态误差测试单元(5)在设定的Np个被测电能表输出脉冲之间，测量伪随机序列a(k)为“1”的累计时间TΣ(1)和a(k)为“0”的累计时间TΣ(0)，其中：T2i+1表示每段a(k)连续为“1”的时间；T2i表示每段a(k)连续为“0”的时间，i＝0,1,2,3…N′，N′为正整数；
所述动态误差测量算法为：
(1)用TΣ表示伪随机序列a(k)为“1”和“0”的总共累计时间，计算TΣ＝TΣ(1)+TΣ(0)，在TΣ期间同时累计标准电能表输出的脉冲信号个数为nA；
(2)计算标准电能表测量的静态电能到动态电能的换算值E0：
式中C0为标准电能表输出脉冲常数，单位为P/WS；
(3)计算转换系数K：
K表示转换系数，K＝1用于宽量限标准电能表；K＝KIKUKJ用于固定量限标准电能表，KU与KI分别为标准电能表外接的电压互感器变比与电流互感器变比，KJ为接线系数；
(4)计算被测电能表实际测量的动态负荷电能值EX：
式中K为转换系数，Np为被测电能表输出脉冲个数，C为被测电能表输出脉冲常数，单位为P/kWh；
(5)计算被测电能表的动态误差：
本发明的有益效果是：
本发明能够有效地产生伪随机测试激励电流和功率，有效地反映动态负荷电流与功率变化的随机性，实现了电能表在多模态动态负荷激励下的动态误差测试。在伪随机变化动态负荷条件下，有效地实现了从被测电能表计量的动态电能量值到标准电能表计量的稳态电能量值的溯源，实现了多模态动态负荷电流和功率下全面地测试电能表的动态误差特性；解决了目前电能表动态误差测试方法只能产生确定型测试激励电流与功率，不能反映动态负荷变化的随机性，动态负荷模态单一的问题；解决了伪随机变化动态负荷条件下，动态负荷电能量值溯源方法和电能表动态误差特性的全面测试问题。
附图说明
图1是本发明智能电能表动态误差测试装置的构成图。
图中：1-三相电压与/或三相电流的同步电路，2-同步伪随机序列控制信号产生电路，3-伪随机序列选取电路，4-电能表动态负荷功率控制电路，5-电能表动态误差测试单元，6-显示器与键盘单元。
图2是多模态伪随机动态负荷测试激励电流波形图。
图3是多模态截短伪随机动态负荷测试激励电流波形图。
图4是单模态伪随机动态负荷测试激励电流波形图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式。本实施方式所述智能电能表动态误差测试装置，它采用三相电压与/或三相电流的同步电路(1)产生同步脉冲；同步脉冲输入同步伪随机序列控制信号产生电路(2)，在伪随机序列选取电路(3)控制下，从多种伪随机序列控制信号中选定一种伪随机序列控制信号输出，该伪随机序列控制信号输出至电能表动态负荷功率控制电路(4)产生伪随机变化的多模态动态负荷电流和动态负荷功率输出，并产生稳态电压输出。该电能表动态负荷功率控制电路(4)的输入是稳态三相功率源输出的稳态电压与稳态电流，输出伪随机动态负荷电流和动态负荷功率的送入Ne台被测电能表，实现对被测电能表的伪随机动态测试激励；电能表动态误差测试单元(5)测量设定的被测电能表输出脉冲个数的时间间隔，测量该时间间隔内标准电能表输出脉冲的电能值，同时测试电能表动态负荷功率控制电路(4)输出动态功率的累积时间，即伪随机序列a(k)为“1”的累积时间，通过动态误差测量算法实现对被测电能表的动态误差测试，在显示器与键盘单元(6)显示被测电能表的动态误差。
本实施方式所述智能电能表动态误差测试装置，可用于对Ne台被测电能表的动态误差测量。只需将Ne台被测电能表的各相电压端并联，将Ne台被测电能表的各相电流回路串联，将Ne台被测电能表的输出电能脉冲送入电能表动态误差测试单元(5)，通过电能表动态误差测试单元(5)计算显示Ne台被测电能表的动态误差，提高测试效率。
具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，本实施方式所述同步伪随机序列控制信号s(t)为：
式中，t表示时间，T为工频基波电压或电流的周期；a(k)为取值“1”或“0”的伪随机序列，k＝0,1,2,3…属于自然数的集合N；c(t-kT)为控制信号电平函数：
k∈N，t表示时间，V为控制电平，单位伏。
所述伪随机序列为M序列，m序列，截短m序列，平衡的Gold序列，Gold的序列，截短Gold的序列，可由伪随机序列选取电路(3)控制选用其中某一个伪随机序列。
所述电能表动态负荷功率控制电路(4)产生的稳态电压、产生的伪随机变化动态负荷电流和动态负荷功率表达式分别为：
稳态电压：
动态负荷电流：
动态负荷功率：
式中，t表示时间，f为工频基波电压或电流的频率，Q为最高谐波电压次数，φm为m次谐波电压初相角，Um为m次谐波电压幅值；L为最高谐波电流次数，为n次谐波电流初相角，In为n次谐波电流幅值。
具体实施方式三：本实施方式为对实施方式一、方式二的进一步说明，本实施方式所述测试电能表动态负荷功率控制电路(4)输出功率的累积时间方法为：当被测电能表被输入动态负荷电流和功率时，电能表动态误差测试单元(5)在设定的Np个被测电能表输出脉冲之间，测量伪随机序列a(k)为“1”的累计时间TΣ(1)，同时测量a(k)为“0”的累计时间TΣ(0)，其中：T2i+1表示每段a(k)连续为“1”的时间；T2i表示每段a(k)连续为“0”的时间，i＝0,1,2,3…N′，N′为正整数；
本实施方式所述动态误差测量算法为
当采集被测电能表输出的脉冲信号个数为nA时，通过动态误差测量算法完成被测电能表的动态误差计算，具体算法如下：
(1)用TΣ表示伪随机序列a(k)为“1”和“0”的总共累计时间，计算TΣ＝TΣ(1)+TΣ(0)，在TΣ器件同时累计标准电能表输出的脉冲信号个数为nA；
(2)计算标准电能表测量的静态电能到动态电能的换算值E0：
式中C0为标准电能表输出脉冲常数，单位为P/WS；
(3)计算转换系数K：
K表示转换系数，K＝1用于宽量限标准电能表；K＝KIKUKJ用于固定量限标准电能表，KU与KI分别为标准电能表外接的电压互感器变比与电流互感器变比，KJ为接线系数；
(4)计算被测电能表实际测量的动态负荷电能值EX：
式中K为转换系数，Np为被测电能表输出脉冲个数，式中C为被测电能表输出脉冲常数，单位为P/kWh；
(5)计算被测电能表的动态误差：
具体实施方式四：本实施方式为对实施方式一、二、三的进一步说明，本实施方式所述同步伪随机序列控制信号产生电路(2)采用FPGA产生M序列、m序列、平衡的Gold序列、Gold的序列，采用伪随机序列选取电路(3)选定某一种伪随机序列循环输出，控制电能表动态负荷功率控制电路(4)生成的伪随机动态负荷信号为包含多模态暂时、多模态短时和多模态长时三类多模态动态负荷电流和有功功率；产生的多模态的类型，由伪随机序列选取电路(3)设定。
所述同步伪随机序列控制信号产生电路(2)能够选取某一种伪随机序列的截短序列，包括：截短m序列或截短Gold的序列循环输出，控制电能表动态负荷功率控制电路(4)生成的伪随机动态负荷信号为单模态暂时、单模态短时和单模态长时三类单模态动态负荷电流和有功功率；产生的单模态的类型，由伪随机序列选取电路(3)设定。
该六类动态负荷电流模态由伪随机序列a(k)连续取“1”值的时间长度和动态负荷电流波形型态共同控制产生，电流幅度呈伪随机变化，亦具有循环周期性。
具体实施方式五：本实施方式为对实施方式一、二、三或四的进一步说明，本实施方式所述电能表动态负荷功率控制电路(4)在三相电流回路的每一相采用六臂固态继电器调制电路。
具体实施方式六：本实施方式为对实施方式一、二、三或四的进一步说明，本实施方式
所述多模态暂时动态负荷电流为：电能表动态负荷功率控制电路(4)每一相输出电流连续导通时间为伪随机序列a(k)连续输出“1”个数小于8的时间，电流与电压为包含基波和一个以上高次谐波的多频正弦信号。
所述多模态短时动态负荷电流为：电能表动态负荷功率控制电路(4)每一相输出电流连续导通时间为伪随机序列a(k)连续输出“1”个数小于64的时间，电流与电压为包含基波和一个以上高次谐波的多频正弦信号。
所述多模态长时动态负荷电流为：电能表动态负荷功率控制电路(4)每一相输出电流连续导通时间为伪随机序列a(k)连续输出“1”个数小于1024的时间，电流与电压为包含基波和一个以上高次谐波的多频正弦信号。
所述单模态暂时动态负荷电流为：电能表动态负荷功率控制电路(4)每一相输出电流连续导通时间为伪随机序列a(k)连续输出“1”个数小于8的时间，电流与电压只包含基波正弦信号。
所述单模态短时动态负荷电流为：电能表动态负荷功率控制电路(4)每一相输出电流连续导通时间为伪随机序列a(k)连续输出“1”个数小于64的时间，电流与电压只包含基波正弦信号。
所述单模态长时动态负荷电流为：电能表动态负荷功率控制电路(4)每一相输出电流连续导通时间为伪随机序列a(k)连续输出“1”个数小于1024的时间，电流与电压只包含基波正弦信号。
所述多模态动态负荷功率为：电能表动态负荷功率控制电路(4)产生的动态负荷功率因数为1.0、0.8L、0.8C，0.5L、0.5C，电压为基波正弦信号，电流为基波正弦信号或包含基波与一个以上高次谐波的多频正弦信号。
Claims (7)
1.一种智能电能表动态误差测试装置，其特征在于，它采用三相电压与/或三相电流的同步电路(1)产生同步脉冲，同步脉冲输入同步伪随机序列控制信号产生电路(2)产生与工频信号周期同步的伪随机序列控制信号；伪随机序列选取电路(3)控制伪随机序列控制信号产生电路(2)，从产生的多种伪随机序列控制信号中选定某一种伪随机序列控制信号，输出至电能表动态负荷功率控制电路(4)，控制产生伪随机变化的动态负荷电流和动态负荷功率输出；该电能表动态负荷功率控制电路(4)的输入是稳态三相功率源输出的电压与电流，含有基波，亦可包含高次谐波，输出伪随机变化的动态负荷电流和动态负荷功率，送入被测电能表，实现对电能表的动态伪随机测试激励；电能表动态误差测试单元(5)测量设定的被测电能表输出脉冲个数的时间间隔，在该时间间隔内测量标准电能表的输出脉冲电能值，同时测试电能表动态负荷功率控制电路(4)输出功率的累积时间，通过动态误差测量算法完成被测电能表的动态误差计算，并在显示器与键盘单元(6)显示被测电能表的动态误差；
其中，所述同步伪随机序列控制信号s(t)为：
<mrow>
<mi>s</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<munder>
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<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>k</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>c</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>-</mo>
<mi>k</mi>
<mi>T</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中，t表示时间，T为工频基波电压或电流的周期；a(k)为取值“1”或“0”的伪随机序列，k＝0,1,2,3…属于自然数的集合N；c(t-kT)为控制信号电平函数：
k∈Ν，t表示时间，V为控制电平；
所述电能表动态负荷功率控制电路(4)产生的稳态电压、产生的伪随机变化动态负荷电流和动态负荷功率表达式分别为：
稳态电压：
动态负荷电流：
动态负荷功率：
式中，t表示时间，f为工频基波电压或电流的频率，Q为最高谐波电压次数，φm为m次谐波电压初相角，Um为m次谐波电压幅值；L为最高谐波电流次数，为n次谐波电流初相角，In为n次谐波电流幅值；
所述测试电能表动态负荷功率控制电路(4)输出功率的累积时间方法为：当被测电能表计量动态负荷电能时，电能表动态误差测试单元(5)在设定的Np个被测电能表输出脉冲之间，测量伪随机序列a(k)为“1”的累计时间TΣ(1)和a(k)为“0”的累计时间TΣ(0)，其中：T2i+1表示每段a(k)连续为“1”的时间；T2i表示每段a(k)连续为“0”的时间，i＝0,1,2,3…N′，N′为正整数；
所述动态误差测量算法为：
(1)用TΣ表示伪随机序列a(k)为“1”和“0”的总共累计时间，计算TΣ＝TΣ(1)+TΣ(0)，在TΣ期间同时累计标准电能表输出的脉冲信号个数为nA；
(2)计算标准电能表测量的静态电能到动态电能的换算值E0：
式中C0为标准电能表输出脉冲常数，单位为P/WS；
(3)计算转换系数K：
K表示转换系数，K＝1用于宽量限标准电能表；K＝KIKUKJ用于固定量限标准电能表，KU与KI分别为标准电能表外接的电压互感器变比与电流互感器变比，KJ为接线系数；
(4)计算被测电能表实际测量的动态负荷电能值EX：
式中K为转换系数，Np为被测电能表输出脉冲个数，C为被测电能表输出脉冲常数，单位为P/kWh；
(5)计算被测电能表的动态误差：
<mrow>
<mi>&epsiv;</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>E</mi>
<mi>X</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>E</mi>
<mn>0</mn>
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</mrow>
<msub>
<mi>E</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mn>100</mn>
<mi>%</mi>
<mo>.</mo>
</mrow>
2.根据权利要求1所述智能电能表动态误差测试装置，其特征在于，所述伪随机序列a(k)为M序列、m序列、截短m序列、平衡的Gold序列、Gold的序列、截短Gold的序列；所述伪随机序列选取电路(3)可选定同步伪随机序列信号产生电路(2)循环输出以上伪随机序列中的某一种伪随机序列或循环输出设定的某一种伪随机序列的截短序列。
3.根据权利要求2所述智能电能表动态误差测试装置，其特征在于，所述伪随机变化动态负荷电流和动态负荷功率为多模态暂时、多模态短时和多模态长时三类多模态动态负荷电流与动态负荷有功功率，以及单模态暂时、单模态短时和单模态长时三类单模态动态负荷电流和动态负荷有功功率；六类动态负荷电流模态由伪随机序列a(k)连续取“1”值的时间长度和动态负荷电流波形型态共同控制产生，电流幅度呈伪随机变化，亦具有循环周期性。
4.根据权利要求1-3任一项所述智能电能表动态误差测试装置，其特征在于，所述电能表动态负荷功率控制电路(4)在三相电流回路的每一相采用六臂固态继电器调制电路。
5.根据权利要求3所述智能电能表动态误差测试装置，其特征在于，所述伪随机变化动态负荷电流的多模态为：
多模态暂时动态负荷电流为：电能表动态负荷功率控制电路(4)每一相输出电流连续导通时间为伪随机序列a(k)连续输出“1”个数小于8的时间，电流与电压为包含基波和一个以上高次谐波的多频正弦信号；
多模态短时动态负荷电流为：电能表动态负荷功率控制电路(4)每一相输出电流连续导通时间为伪随机序列a(k)连续输出“1”个数小于64的时间，电流与电压为包含基波和一个以上高次谐波的多频正弦信号；
多模态长时动态负荷电流为：电能表动态负荷功率控制电路(4)每一相输出电流连续导通时间为伪随机序列a(k)连续输出“1”个数小于1024的时间，电流与电压为包含基波和一个以上高次谐波的多频正弦信号；
所述伪随机变化动态负荷电流的单模态为：
单模态暂时动态负荷电流为：电能表动态负荷功率控制电路(4)每一相输出电流连续导通时间为伪随机序列a(k)连续输出“1”个数小于8的时间，电流与电压只包含基波正弦信号；
单模态短时动态负荷电流为：电能表动态负荷功率控制电路(4)每一相输出电流连续导通时间为伪随机序列a(k)连续输出“1”个数小于64的时间，电流与电压只包含基波正弦信号；
单模态长时动态负荷电流为：电能表动态负荷功率控制电路(4)每一相输出电流连续导通时间为伪随机序列a(k)连续输出“1”个数小于1024的时间，电流与电压只包含基波正弦信号。
6.根据权利要求3或5所述智能电能表动态误差测试装置，其特征在于，所述多模态暂时、多模态短时和多模态长时动态负荷有功功率为：电能表动态负荷功率控制电路(4)产生的动态负荷功率因数为1.0、0.8L、0.8C、0.5L、0.5C，电压为基波正弦信号，电流为基波正弦信号或包含基波与一个以上高次谐波的多频正弦信号。
7.根据权利要求1-3任一项所述智能电能表动态误差测试装置，其特征在于，所述智能电能表动态误差测试方法，将Ne台被测电能表的各相电压端并联，将Ne台被测电能表的各相电流回路串联，将Ne台被测电能表的输出电能脉冲送入电能表动态误差测试单元(5)，通过电能表动态误差测试单元(5)计算显示Ne台被测电能表的动态误差，同时实现Ne台被测电能表的动态误差测量。
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| CN101907697A (zh) * | 2010-08-09 | 2010-12-08 | 威胜集团有限公司 | 电能表动态性能测试仪 |
| CN102507994A (zh) * | 2011-11-08 | 2012-06-20 | 广东电网公司电力科学研究院 | 一种可提供分频动态波形的电力信号源 |
| CN103091659A (zh) * | 2013-01-22 | 2013-05-08 | 黑龙江省电力科学研究院 | 电能表动态计量周期电能序列比例分配校验法 |
| CN203275641U (zh) * | 2013-05-30 | 2013-11-06 | 山东计保电气有限公司 | 高压电能表误差自动校验装置 |
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2013
- 2013-10-14 CN CN201310476544.0A patent/CN104569900B/zh active Active
Patent Citations (4)
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