CN105223534A - 一种基于频率测差法的数字化电能表误差检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于频率测差法的数字化电能表误差检验方法，设置虚拟功率标准源一个恒定的数字功率，将数字化电能表的输出脉冲频率值和根据数字化电能表铭牌标定的电能脉冲常数推算出的理论脉冲频率值计算脉冲频率相对误差，即为被测数字化电能表误差。本发明通过比较频率误差，剔除了瓦秒法中计时器、计数器附加误差的影响。

Description

一种基于频率测差法的数字化电能表误差检验方法

技术领域

本发明涉及一种基于频率测差法的数字化电能表误差检验方法，属于电能表误差检测技术领域。

背景技术

电能表不断累积功率值，并按定值输出脉冲信号，功率与电能脉冲信号频率成正比关系。该信号可用于电能计量状态显示及电能表误差校验，因此脉冲信号的性能及相关指标可以反映出电能表的计量性能。传统电能表误差检测通过比较被校表与标准表的脉冲信号在一定时间内的计数差异或通过实测值与算定值比较求得电能误差，其存在一些不足：①由于必须设定一个测量时间段(或固定计数法)，因此需要时间(计数)控制环节，势必带来测量过程或设备的复杂化，同时也带来了时间相关附加误差，此外这些方法不能实现误差的连续检测、实时检测，误差的测量具有局限性；②瓦秒法、电能表比较法被割裂，理论上有缺陷，误差测量所采用的比较法有电能差值比较、脉冲数差值比较、时间差值比较等，难以形成一个统一计算公式；③由于标准表本身也存在误差，所以结果只能达到一个相对的准确度，误差的测量存在误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于频率测差法的数字化电能表误差检验方法，也可运用于传统电能表误差检测，通过比较频率误差，剔除了瓦秒法中计时器、计数器附加误差的影响。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于频率测差法的数字化电能表误差检验方法，包括以下步骤：

首先，确定基于频率测差法的数字化电能表误差表达式，具体包括以下步骤：

1-1)设在同一时间t内，被测数字化电能表与虚拟功率标准源的电能分别为P′t、P₀t，则被测数字化电能表误差r定义为：

$r=\frac{P^{\′}t-P_{0}t}{P_{0}t}=\frac{P^{\′}-P_0}{P_0}---\left(1\right)$

其中，P′为被测数字化电能表的功率值，P₀为标准功率值；

1-2)根据电能表脉冲常数定义，可知，数字化电能表的功率P与相应输出脉冲频率f、脉冲常数C存在如下关系：

$P=\frac{3600f}{C}---\left(2\right);$

1-3)将式(1)的分子分母同乘以电能脉冲常数，则被测数字化电能表误差r可变为：

$r=\frac{P^{\′}{C}^{\′}-P_0{C}^{\′}}{P_0{C}^{\′}}=\frac{f^{\′}-f_N}{f_N}---\left(3\right)$

其中，f′为被测数字化电能表的脉冲信号输出频率，f_N为被测数字化电能表按标准功率值计算出的理论脉冲频率，C′为被测数字化电能表铭牌标定的电能脉冲常数，此即瓦秒法演变而来；

如果通过脉冲比较法检测电能表误差，则公式(1)变换为：

$r=\frac{\frac{f^{\′}}{C^{\′}}-\frac{f_0}{C_0}}{\frac{f_0}{C_0}}$

其中，f₀为虚拟功率标准源脉冲信号输出频率；C₀为虚拟功率标准源的脉冲常数；

如果设置虚拟功率标准源的脉冲常数与被测数字化电能表铭牌标定的脉冲常数一致，即C₀＝C'，存在：

$r=\frac{f^{\′}-f_0}{f_0}---\left(4\right);$

式(3)、式(4)即为基于频率测差法的数字化电能表误差的2种计算公式；

其次，进行基于频率测差法的数字化电能表误差检验，具体包括以下步骤：

2-1)将被测数字化电能表数据输入口连接至虚拟功率标准源，采用高精度频率计或者双通道频率计数器校验被测数字化电能表误差；如果采用高精度频率计，则转入步骤2-2)；如果采用双通道频率计数器，则转入步骤2-7)；

2-2)将被测数字化电能表的脉冲输出口连接至高精度频率计，然后转入步骤2-3)；

2-3)设置虚拟功率标准源一个恒定的数字功率，并输出至被测数字化电能表，然后转入步骤2-4)；

2-4)高精度频率计测量被测数字化电能表输出的脉冲频率值，然后转入步骤2-5)；

2-5)根据被测数字化电能表铭牌标定的电能脉冲常数，通过人工或计算机利用公式(2)推算出在设置的数字功率下的脉冲信号的理论脉冲频率值，然后转入步骤2-6)；

2-6)通过人工或计算机计算的方式，根据式(3)，计算所述步骤2-4)高精度频率计测量的脉冲频率值与所述步骤2-5)推算得到的理论脉冲频率值的相对误差，即代表了被测数字化电能表相对误差，检验结束；

2-7)将虚拟功率标准源、被测数字化电能表两者的脉冲输出口分别连接至双通道频率计数器，然后转入步骤2-8)；

2-8)设置虚拟功率标准源一个恒定的数字功率，并输出至被测数字化电能表；则虚拟功率标准源和被测数字化电能表均输出脉冲频率至双通道频率计数器的相应通道，然后转入步骤2-9)；

2-9)双通道频率计数器直接测量2个通道的脉冲频率差，则该脉冲频率之差，即代表了被测数字化电能表绝对误差；然后转入步骤2-10)；

2-10)根据公式(4)的比值运算可得出脉冲频率相对误差，即代表了被测数字化电能表误差，校验结束。

本发明的优点为：①把脉冲计数与时间测定归一到频率一个参数中去，把电能表比较法求误差统一到频率比较这一种方法中去，大大简化了电能表误差理论；②由于虚拟功率(标准)源是无误差的标准功率源，剔除了标准器对被测结果的影响；③通过比较其频率差，剔除了瓦秒法中计时器、计数器附加误差的影响，其附加误差都归一到频率计中，而频率测量精度高，因而电能误差测量精度高；④本发明还可检测电能表脉冲信号性能，无需给定测量时间或设定计数值，从而可在线、实时、动态地检测电能表误差，绘制误差曲线；⑤本发明方法是一种低成本的自动在线误差检测技术，通过理论与实际测试相结合，即通过分析与测试综合测试技术，综合判断电能表脉冲信号规范性、输出正确性、可靠性，可以发现电能表计量精度的相关因素，从而提高电能表性能。

附图说明

图1为采用虚拟功率标准源和高精度频率计校验数字化电能表的流程图；

图2为采用虚拟功率标准源和双通道频率计数器校验数字化电能表的流程图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

误差检测原理如下：

数字化电能表由于是纯数值的功率算法计算器，因此可以通过数字虚拟功率(标准)源输出的恒定标准功率值、标准电能脉冲信号及被检电能表铭牌标定的电能脉冲常数、输出脉冲信号依据瓦秒法、脉冲比较法通过比较功率差、脉冲信号频率差得到电能误差。这个误差由功率算法误差、脉冲发生的准确性所决定。

设在同一时间t内，被测数字化电能表与虚拟功率标准源的电能分别为P′t、P₀t，则被测数字化电能表误差r定义为：

$r=\frac{P^{\′}t-P_{0}t}{P_{0}t}=\frac{P^{\′}-P_0}{P_0}---\left(1\right)$

其中，P′为被测数字化电能表的功率值，P₀为标准功率值。

根据电能表脉冲常数定义，可知，数字化电能表的功率P与相应输出脉冲频率f、脉冲常数C存在如下关系：

$P=\frac{3600f}{C}---\left(2\right)$

1)根据上述关系，将式(1)的分子分母同乘以电能脉冲常数，则被测数字化电能表误差r可变为：

$r=\frac{P^{\′}{C}^{\′}-P_0{C}^{\′}}{P_0{C}^{\′}}=\frac{f^{\′}-f_N}{f_N}---\left(3\right)$

其中，f′为被测数字化电能表的脉冲信号输出频率，f_N为被测数字化电能表按标准功率值计算出的理论脉冲频率，C′为被测数字化电能表铭牌标定的电能脉冲常数，此即瓦秒法演变而来。

2)如果通过脉冲比较法(电能表比较法)检测电能表误差，则公式(1)变换为：

$r=\frac{\frac{f^{\′}}{C^{\′}}-\frac{f_0}{C_0}}{\frac{f_0}{C_0}}$

其中，f′为被测数字化电能表的脉冲信号输出频率，f₀为虚拟功率标准源(角色变为了标准电能表)脉冲信号输出频率；C′为被测数字化电能表铭牌标定的脉冲常数，C₀为虚拟功率标准源的脉冲常数。

当设置虚拟功率标准源的脉冲常数与被测数字化电能表铭牌标定的脉冲常数一致时，即C₀＝C'，则，

$r=\frac{f^{\′}-f_0}{f_0}---\left(4\right)$

由公式(3)、(4)可以看出，数字化电能表的误差可由被测数字化电能表输出的脉冲频率与理论的或标准的电能脉冲频率差值(或功率差)运算得出，把瓦秒法与电能表比较法的误差计算进行了统一。

为达到上述目的，本发明采用虚拟功率标准源和高精度频率计或高精度双通道频率计数器对数字化电能表进行算法误差检验，技术方案如下：

方法1：虚拟功率标准源+高精度频率计。

1)被测数字化电能表数据输入口连接至虚拟功率标准源，其脉冲输出口连接至高精度频率计，设置虚拟功率标准源一个恒定的数字功率输出至被测数字化电能表，高精度频率计测量被测数字化电能表的脉冲频率；

2)根据被测数字化电能表铭牌标定的电能脉冲常数，通过公式2推算(人工或计算机)出该功率下的脉冲信号的理论脉冲频率值；

3)通过人工或计算机计算按公式(3)计算脉冲频率误差，即代表了被测数字化电能表相对误差。

方法2：虚拟功率标准源+双通道频率计数器。

1)被测数字化电能表数据输入口连接至虚拟功率标准源，虚拟功率标准源、被测数字化电能表两者的脉冲输出口分别连接至双通道频率计数器；

2)设置虚拟功率标准源一个恒定的数字功率输出至被测数字化电能表，则虚拟功率标准源和被测数字化电能表均输出脉冲频率至双通道频率计数器的相应通道；

3)双通道频率计数器直接测量2个通道脉冲频率差，则该脉冲频率之差，即代表了被测数字化电能表绝对误差。再根据公式(4)的比值运算可得出脉冲频率相对误差，即代表了被测数字化电能表误差。该方法可实现在线、不间断误差检测。

本发明的数字虚拟功率标准源：可以由计算机直接仿真实现也可通过专用的虚拟数字信号发生器实现。其本质为离散化的正弦信号函数值时间序列，通过2组信号建立一种相位同步关系，达到仿真功率信号的输出。另外本发明的虚拟功率标准源被设计成同时具备脉冲频率或计数测量功能、误差计算功能。

Claims (1)

1.一种基于频率测差法的数字化电能表误差检验方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，确定基于频率测差法的数字化电能表误差表达式，具体包括以下步骤：

1-1)设在同一时间t内，被测数字化电能表与虚拟功率标准源的电能分别为P′t、P₀t，则被测数字化电能表误差r定义为：

$r=\frac{P^{\′}t-P_{0}t}{P_{0}t}=\frac{P^{\′}-P_0}{P_0}---\left(1\right)$

其中，P′为被测数字化电能表的功率值，P₀为标准功率值；

1-2)根据电能表脉冲常数定义，可知，数字化电能表的功率P与相应输出脉冲频率f、脉冲常数C存在如下关系：

$P=\frac{3600f}{C}---\left(2\right);$

1-3)将式(1)的分子分母同乘以电能脉冲常数，则被测数字化电能表误差r可变为：

$r=\frac{P^{\′}{C}^{\′}-P_0{C}^{\′}}{P_0{C}^{\′}}=\frac{f^{\′}-f_N}{f_N}---\left(3\right)$

其中，f′为被测数字化电能表的脉冲信号输出频率，f_N为被测数字化电能表按标准功率值计算出的理论脉冲频率，C′为被测数字化电能表铭牌标定的电能脉冲常数，此即瓦秒法演变而来；

如果通过脉冲比较法检测电能表误差，则公式(1)变换为：

$r=\frac{\frac{f^{\′}}{C^{\′}}-\frac{f_0}{C_0}}{\frac{f_0}{C_0}}$

其中，f₀为虚拟功率标准源脉冲信号输出频率；C₀为虚拟功率标准源的脉冲常数；

如果设置虚拟功率标准源的脉冲常数与被测数字化电能表铭牌标定的脉冲常数一致，即C₀＝C'，存在：

$r=\frac{f^{\′}-f_0}{f_0}---\left(4\right);$

式(3)、式(4)即为基于频率测差法的数字化电能表误差的2种计算公式；

其次，进行基于频率测差法的数字化电能表误差检验，具体包括以下步骤：

2-1)将被测数字化电能表数据输入口连接至虚拟功率标准源，采用高精度频率计或者双通道频率计数器校验被测数字化电能表误差；如果采用高精度频率计，则转入步骤2-2)；如果采用双通道频率计数器，则转入步骤2-7)；

2-2)将被测数字化电能表的脉冲输出口连接至高精度频率计，然后转入步骤2-3)；

2-3)设置虚拟功率标准源一个恒定的数字功率，并输出至被测数字化电能表，然后转入步骤2-4)；

2-4)高精度频率计测量被测数字化电能表输出的脉冲频率值，然后转入步骤2-5)；

2-5)根据被测数字化电能表铭牌标定的电能脉冲常数，通过人工或计算机利用公式(2)推算出在设置的数字功率下的脉冲信号的理论脉冲频率值，然后转入步骤2-6)；

2-6)通过人工或计算机计算的方式，根据式(3)，计算所述步骤2-4)高精度频率计测量的脉冲频率值与所述步骤2-5)推算得到的理论脉冲频率值的相对误差，即代表了被测数字化电能表相对误差，检验结束；

2-7)将虚拟功率标准源、被测数字化电能表两者的脉冲输出口分别连接至双通道频率计数器，然后转入步骤2-8)；

2-8)设置虚拟功率标准源一个恒定的数字功率，并输出至被测数字化电能表；则虚拟功率标准源和被测数字化电能表均输出脉冲频率至双通道频率计数器的相应通道，然后转入步骤2-9)；

2-9)双通道频率计数器直接测量2个通道的脉冲频率差，则该脉冲频率之差，即代表了被测数字化电能表绝对误差；然后转入步骤2-10)；

2-10)根据公式(4)的比值运算可得出脉冲频率相对误差，即代表了被测数字化电能表误差，校验结束。