CN107015188A - 一种缩短谐波电能误差测量时间的方法及测量、检定系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种缩短谐波电能误差测量时间的方法及测量、检定系统，方法包括定义用于测量谐波电能误差的理论脉冲时间间隔，根据测量点的不同谐波功率，设置可变谐波脉冲常数，所述可变谐波脉冲常数与不同谐波功率一一对应，基于电能计量原理采用所述可变谐波脉冲常数得到实际脉冲时间间隔，利用该实际脉冲时间间隔进行谐波电能误差测量，实现缩短谐波电能误差测量时间的目的。

Description

一种缩短谐波电能误差测量时间的方法及测量、检定系统

技术领域

本发明涉及电能计量领域，具体为一种缩短谐波电能误差测量时间的方法及测量、检定系统。

背景技术

随着电力行业的发展，一种新型的可以计量谐波电能的计量装置，开始被用于光伏电站，牵引站等谐波含量较高的场合，这种计量装置主要指谐波电能表，也可以是包含具有谐波电能计量和谐波脉冲输出的其他终端类产品。

现有的谐波电能表可测量三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数等，且具有模拟量变送输出和电能脉冲输出等功能。目前这类电能表可以直接取代常规电力变送器、测量仪表、电能计量表以及相关的辅助单元，应用领域非常广泛。

具体的，谐波电能表用于对供电系统的电能质量数据，主要是谐波数据进行计量、检测并评估。目前行业内普遍采用传统的全波或基波有功、无功脉冲的方式对这种谐波电能表的谐波脉冲检测，这种传统方法的特点是谐波脉冲常数固定。但当该方法用于谐波电能脉冲检测时，由于一般情况下谐波检定电压被设置为5％或更小，所以即使是将谐波脉冲常数设置为基波脉冲的10倍，在检测一个典型的谐波脉冲误差时，也将耗费较长的时间，由于谐波脉冲检测点很多，其检测时间将会相当长。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提出了一种缩短谐波电能误差测量时间的方法，在保证计量准确性的前提下，可以动态地改变计量装置内部的谐波脉冲常数，通过给定的理论脉冲时间间隔，可以大幅度节约测试时间，优化大批量计量装置的检测过程。

本发明采用下面的技术方案：

一种缩短谐波电能误差测量时间的方法，包括：定义用于测量谐波电能误差的理论脉冲时间间隔，根据测量点的不同谐波功率，设置可变谐波脉冲常数，所述可变谐波脉冲常数与不同谐波功率一一对应，基于电能计量原理采用所述可变谐波脉冲常数得到实际脉冲时间间隔，利用该实际脉冲时间间隔进行谐波电能误差测量，实现缩短谐波电能误差测量时间的目的。

进一步的，所述可变谐波脉冲常数的计算采用下式：

其中K为可变谐波脉冲常数，P为测量点的功率，△T为理论脉冲时间间隔。

进一步的，本方法还定义包括一系列整数值的谐波脉冲常数序列，根据所述可变谐波脉冲常数落在谐波脉冲常数序列的任一区间位置，设置拟制可变谐波脉冲常数，用于替换所述可变谐波脉冲常数，对不同测量点进行谐波电能误差测量。该技术方案的意义是，当采用上述方法计算得到可变谐波脉冲常数时，该数值可能出现非整数。为了避免这种情况，我们定义了包括一系列整数值的谐波脉冲常数序列，根据所述可变谐波脉冲常数落在谐波脉冲常数序列的任一区间位置，设置拟制可变谐波脉冲常数。

进一步的，当所述可变谐波脉冲常数落在谐波脉冲常数序列的任一区间时，设置小于所述可变谐波脉冲常数的该区间端点值为拟制可变谐波脉冲常数。

进一步的，本方法根据电能计量原理中计量装置的额定电压、额定电流和谐波电压、谐波功率因数、可变谐波脉冲常数，计算得到实际脉冲时间间隔。

进一步的，所述实际脉冲时间间隔计算采用下式：

其中T为实际脉冲时间间隔，C为额定谐波脉冲常数，U_h为谐波电压，I_h为谐波电流，m为系数，对单相谐波电能表，m＝1；对三相四线谐波电能表，m＝3；对三相三线谐波电能表，

本发明通过设置一个固定的理论脉冲时间间隔，计算出一个合理的谐波脉冲常数，通过规约设置计量装置，在保证计量准确性的前提下，动态地改变了计量装置内部的谐波脉冲常数，大限度缩短计量装置的谐波检测时间，优化了大批量计量装置的检测过程。

本发明还提出了另一技术方案：

一种谐波电能误差测量系统，包括计量装置、检定装置和控制系统；所述控制系统用于设置所述理论脉冲时间间隔，根据测量点的不同谐波功率，设置可变谐波脉冲常数，并将所述可变谐波脉冲常数发送给计量装置，所述计量装置基于电能计量原理采用所述可变谐波脉冲常数得到实际脉冲时间间隔，并在该实际脉冲时间间隔内向检定装置发送测量起始脉冲和测量结束脉冲，用于测量谐波电能误差，并将测得的谐波电能误差发送给控制系统。

本系统中控制系统与计量装置、检定装置直接进行交互，无需操作员手动干预检测过程，实现了测试的自动化。

本发明可以缩短谐波电能误差检定的时间间隔，加快谐波电能表等计量器具的检定速度。

进一步的，所述控制系统包括初始化单元和处理单元，所述初始化单元用于获取所述理论脉冲时间间隔和待测谐波功率；所述处理单元与初始化单元相连，用于根据所述理论脉冲时间间隔和待测谐波功率，设置可变谐波脉冲常数，并将所述可变谐波脉冲常数发送给计量装置。

进一步的，所述处理单元还包括拟制单元，用于定义包括一系列整数值的谐波脉冲常数序列，根据所述可变谐波脉冲常数落在谐波脉冲常数序列的任一区间位置，设置拟制可变谐波脉冲常数，用于替换所述可变谐波脉冲常数。

进一步的，所述控制系统通过电能计量通信规约将所述可变谐波脉冲常数发送给计量装置。

进一步的，所述控制系统具有显示装置，用于显示所述谐波电能误差和实际脉冲时间间隔。

本发明还提出了一种谐波电能检定系统，采用上述的谐波电能误差测量系统，所述控制系统将谐波电能误差发送给计量装置，用于修正计量装置。

本发明的工作原理：

(1)控制系统首先根据用户指定的单点测试间隔时间△T，也就是理论脉冲时间间隔，定制出每一个负载点需要的谐波脉冲常数数组，根据谐波脉冲常数序列，将上述谐波脉冲常数数组转化为拟制可变谐波脉冲常数，也就是实际脉冲常数；

(2)控制系统开始按照负载点序号顺序测量：控制检定装置启动运行，将当前负载点的脉冲常数输入计量装置；

(3)控制系统读取计量装置和检定装置的相关数值，得到负载点的谐波误差，然后继续下一个测点的测量，直到所有负载点检测完成。

本发明的有益效果：

(1)本发明控制系统与计量装置、检定装置直接进行交互，无需操作员手动干预检测过程，实现了测试的自动化；

(2)本发明可以通过设置一个固定的理论脉冲时间间隔，在保证计量准确性的前提下，可以动态地改变计量装置内部的谐波脉冲常数，计算出一个合理的谐波脉冲常数，通过给定的理论脉冲时间间隔，可以大幅度节约测试时间，优化大批量计量装置的检测过程。

(3)本发明通过规约设置计量装置，改变计量装置内部的谐波脉冲常数，用于缩短谐波电能误差检定的时间间隔，加快谐波电能表等计量器具的检定速度。

附图说明

图1为本发明的系统示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本发明的一种典型实施例是一种谐波电能误差测量系统，包括计量装置、检定装置和控制系统；所述各部分描述如下：

控制系统为一套PC端控制系统，负责整个系统的软件算法。控制系统包括初始化单元和处理单元，初始化单元用于获取所述理论脉冲时间间隔和待测谐波功率；处理单元与初始化单元相连，处理单元根据理论脉冲时间间隔和待测谐波功率，设置可变谐波脉冲常数，并将可变谐波脉冲常数发送给计量装置。

控制系统通过需要通过合适的通讯接口和电能计量通信规约将所述可变谐波脉冲常数发送给计量装置。同时本实施例中，控制系统具有显示装置，用于显示所述谐波电能误差和实际脉冲时间间隔。

计量装置指具备谐波电能计量，并且可以根据谐波电能累积量发出电能脉冲的装置，这里一般指符合《JJG 1106-2015工作用静止式谐波有功电能表检定规程》的谐波有功电能表，也适用于其他具备谐波脉冲输出功能的计量器具。计量装置基于电能计量原理采用可变谐波脉冲常数得到实际脉冲时间间隔，并在该实际脉冲时间间隔内向检定装置发送测量起始脉冲和测量结束脉冲，用于测量谐波电能误差。

检定装置指可以产生叠加工频50Hz整数倍频率电压和电流，或者称作谐波电压电流的大功率信号输出装置。该装置内置谐波标准表，具备判别由计量装置发出的谐波脉冲精度的功能。一般指谐波电能表检定装置。检定装置将测得的谐波电能误差发送给控制系统。

该系统的组成部分控制系统和计量装置之间需要进行定义一个理论脉冲时间间隔△T，要求不论当前功率值大小，都需要在理论脉冲时间间隔△T内使计量装置发出一个起始脉冲和结束脉冲用于误差计算。控制系统需要通过设置计量装置内的脉冲常数K，从而使得K可以根据具体情况进行变化。

该系统的组成部分计量装置和检定之间进行的脉冲输出过程，实际脉冲时间间隔T被检测装置测得，并且用来计算脉冲误差。

本实施例的工作原理：

(1)控制系统首先根据用户指定的单点测试间隔时间△T，也就是理论脉冲时间间隔，定制出每一个负载点需要的谐波脉冲常数数组，根据谐波脉冲常数序列，将上述谐波脉冲常数数组转化为拟制刻板谐波脉冲常数，也就是实际脉冲常数；

(2)控制系统开始按照负载点序号顺序测量：控制检定装置启动运行，将当前负载点的脉冲常数输入计量装置；

(3)控制系统读取计量装置和检定装置的相关数值，得到负载点的谐波误差，然后继续下一个测点的测量，直到所有负载点检测完成。

本发明的再一实施例是一种谐波电能检定系统，在上述实施例的基础上，控制系统再将谐波电能误差发送给计量装置，可以修正计量装置。

本发明的再一实施例可以基于上述系统，是一种缩短谐波电能误差测量时间的方法，包括：定义用于测量谐波电能误差的理论脉冲时间间隔，根据测量点的不同谐波功率，设置可变谐波脉冲常数，所述可变谐波脉冲常数与不同谐波功率一一对应，基于电能计量原理采用所述可变谐波脉冲常数得到实际脉冲时间间隔，利用该实际脉冲时间间隔进行谐波电能误差测量，实现缩短谐波电能误差测量时间的目的。本实施例中的理论脉冲时间间隔要求不论当前功率值大小，都需要在理论脉冲时间间隔△T内使计量装置发出一个起始脉冲和结束脉冲用于误差计算。

这里一般取脉冲常数K的单位为imp/kWh,理论脉冲时间间隔△T为s，测试功率P单位为kW，则可以推导出脉冲常数K的计算公式：

分析上式可得，K可能出现非整数。为了避免这种情况，需要定义一个脉冲常数序列，这里将序列定义为[600，1200，2400，4800，6400，20000，100000，300000，500000，1000000],根据之前得到的谐波脉冲常数K，取在该序列里面小于K且最接近K的值。然后将该K值设置入计量装置中。

上述两个实施例体现了本发明可以通过设置一个固定的理论脉冲时间间隔，计算出一个合理的谐波脉冲常数，通过规约设置计量装置，在保证计量准确性的前提下，动态地改变了计量装置内部的谐波脉冲常数，大限度缩短计量装置的谐波检测时间，优化了大批量计量装置的检测过程。同时本发明的控制系统与计量装置、检定装置直接进行交互，无需操作员手动干预检测过程，实现了测试的自动化。

下面给出本实施例的一种具体应用：

1)用户通过控制系统配置计量装置的额定参数。具体的，使用常规谐波电能表的铭牌关键信息如下：

计量装置名称：三相四线谐波多功能电能表

额定电压：3X57.7/100V

额定电流：3X1.5(6)A

额定基波脉冲常数：20000imp/kWh

额定谐波脉冲常数：200000imp/kWh

频率：50Hz

根据铭牌额定参数，可以计算出在额定电压点，额定电流点，5％谐波电压和10％谐波电流，功率因数1.0L的情况下，计算得到该负载点的脉冲间隔：

按照现有的系统进行谐波误差测试，通过选取几个关键负载点进行测试，通过公式2计算得到的脉冲间隔时间如下表1：

注：按照JJG1106-2015之规定，谐波电压为固定的额定电压5％。下表按照谐波脉冲常数200000imp/kwh进行计算，负载类型均为三相四线平衡负载。

2)按照可变脉冲常数的谐波电能误差测试方法，假设将△T固定为10S，仍然计算表1所列的负载点的数据，通过理论脉冲时间间隔，依据公式1计算理论脉冲常数，在脉冲常数序列中选择合适的脉冲常数，从而得到实际的脉冲间隔，如表2。

3)控制系统首先根据用户指定的单点测试间隔时间△T，也就是理论脉冲时间间隔，定制出每一个负载点需要的谐波脉冲常数数组，根据谐波脉冲常数序列，将上述谐波脉冲常数数组转化为拟制可变谐波脉冲常数，也就是实际脉冲常数；

需要说明的是，单一的脉冲常数往往需要对应多个负载点，例如表2中的序号3，4，5使用了同一个脉冲常数；

4)控制系统开始设置序号为1的负载点：控制检定装置启动运行，将当前负载点的脉冲常数输入检定装置和计量装置；

5)控制系统读取计量装置和检定装置的相关数值，得到负载点的谐波误差，然后返回步骤3)，直到所有负载点检测完成。

通过对比两个表格，可以发现本发明通过设置一个固定的理论脉冲时间间隔，在保证计量准确性的前提下。计算出一个合理的谐波脉冲常数，通过规约设置计量装置，在保证计量准确性的前提下，动态地改变了计量装置内部的谐波脉冲常数，大限度缩短计量装置的谐波检测时间，优化了大批量计量装置的检测过程。

表1采用固定谐波脉冲常数法计算的测量时间

表2使用可变脉冲常数计算实际时间

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种缩短谐波电能误差测量时间的方法，其特征在于：定义用于测量谐波电能误差的理论脉冲时间间隔，根据测量点的不同谐波功率，设置可变谐波脉冲常数，所述可变谐波脉冲常数与不同谐波功率一一对应，基于电能计量原理采用所述可变谐波脉冲常数得到实际脉冲时间间隔，利用该实际脉冲时间间隔进行谐波电能误差测量，实现缩短谐波电能误差测量时间的目的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：定义包括一系列整数值的谐波脉冲常数序列，根据所述可变谐波脉冲常数落在谐波脉冲常数序列的任一区间位置，设置拟制可变谐波脉冲常数，用于替换所述可变谐波脉冲常数，对不同测量点进行谐波电能误差测量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：当所述可变谐波脉冲常数落在谐波脉冲常数序列的任一区间时，设置小于所述可变谐波脉冲常数的该区间端点值为拟制可变谐波脉冲常数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据电能计量原理中计量装置的额定电压、额定电流和谐波电压、谐波功率因数、可变谐波脉冲常数，计算得到实际脉冲时间间隔。

5.一种基于权利要求1的谐波电能误差测量系统，其特征在于：包括计量装置、检定装置和控制系统；所述控制系统用于设置所述理论脉冲时间间隔，根据测量点的不同谐波功率，设置可变谐波脉冲常数，并将所述可变谐波脉冲常数发送给计量装置，所述计量装置基于电能计量原理采用所述可变谐波脉冲常数得到实际脉冲时间间隔，并在该实际脉冲时间间隔内向检定装置发送测量起始脉冲和测量结束脉冲，用于测量谐波电能误差，并将测得的谐波电能误差发送给控制系统。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述控制系统包括初始化单元和处理单元，所述初始化单元用于获取所述理论脉冲时间间隔和待测谐波功率；所述处理单元与初始化单元相连，用于根据所述理论脉冲时间间隔和待测谐波功率，设置可变谐波脉冲常数，并将所述可变谐波脉冲常数发送给计量装置。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述处理单元还包括拟制单元，用于定义包括一系列整数值的谐波脉冲常数序列，根据所述可变谐波脉冲常数落在谐波脉冲常数序列的任一区间位置，设置拟制可变谐波脉冲常数，用于替换所述可变谐波脉冲常数。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述控制系统通过电能计量通信规约将所述可变谐波脉冲常数发送给计量装置。

9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述控制系统具有显示装置，用于显示所述谐波电能误差和实际脉冲时间间隔。

10.一种谐波电能检定系统，其特征在于：采用如权利要求5所述的谐波电能误差测量系统，所述控制系统将谐波电能误差发送给计量装置，用于修正计量装置。