CN107589395A

CN107589395A - 非线性负荷功率与电能检定装置

Info

Publication number: CN107589395A
Application number: CN201710959532.1A
Authority: CN
Inventors: 肖伟峰
Original assignee: GUANGDONG ORIENT COMMUNICATION TECH Co Ltd
Current assignee: GUANGDONG ORIENT COMMUNICATION TECH Co Ltd
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2018-01-16
Also published as: WO2019076165A1

Abstract

本发明涉及非线性负荷功率与电能检定装置，包括标准功率源模块、标准表模块和试验回路；试验回路包括第一支路、第二支路和干路，第一支路和第二支路与标准功率源模块的第一端连接，第一支路和第二支路分别通过干路与标准功率源模块的第二端连接，标准表模块串接在第一支路或者干路上；标准功率源模块用于向第一支路和第二支路分别输入非线性波形；第一支路用于串接被试表。通过标准功率源模块向第一支路和第二支路分别输入非线性波形，使得串接在第一支路上的被试表能够测量非线性波形，与干路或者第一支路上的标准表模块的测量数据进行比较，实现了对非线性电能表是否是“可信的”测试，而传统标准表模块测量的是正弦波且是经过标准溯源的，从而实现了非线性波测量的标准溯源。

Description

非线性负荷功率与电能检定装置

技术领域

本发明涉及非线性波形测量技术领域，特别是涉及非线性负荷功率与电能检定装置。

背景技术

目前没有用于非线性负荷工况的电能直接测量的溯源标准，无法对测量非线性的波形的电能表的准确度进行测量。

中国计量院提出了两种间接试验波形用于电能计量仪表或装置的动态准确度的衡量，但是由于试验波形已不再是正弦波，而用于参考的标准表模块的溯源装置的试验波形为正弦波，因此无法直接证明此标准表模块在非线性负荷工况下的准确度是“可信的”。

因此，对于非线性的波形的测量和标准的溯源是目前所亟需的。

发明内容

基于此，有必要针提供一种非线性负荷功率与电能检定装置。

一种非线性负荷功率与电能检定装置，包括：标准功率源模块、标准表模块和试验回路；

所述试验回路包括第一支路、第二支路和干路，所述第一支路和所述第二支路与所述标准功率源模块的第一端连接，所述第一支路和所述第二支路分别通过所述干路与所述标准功率源模块的第二端连接，所述标准表模块串接在所述第一支路或者所述干路上；

所述标准功率源模块用于直接或间接向所述第一支路和所述第二支路分别输入非线性波形，其中，所述第一支路的非线性波形和所述第二支路的非线性波形叠加等于一个完整的正弦波波形；

所述第一支路用于串接被试表。

在一个实施例中，所述标准功率源模块包括主控单元、波形发生器单元和功率放大器单元；

所述主控单元与所述波形发生器单元连接，所述波形发生器单元与所述功率放大器单元连接；

所述主控单元用于根据控制指令生成三相电压和三相电流信号，并将每相电流分割为两个离散的数字信号，将离散的所述数字信号发送至所述波形发生器单元，其中，每相电流的两个离散的所述数字信号对应的波形合并后为一个完整的正弦波波形；

所述波形发生器单元用于接收离散的所述数字信号，并将离散的所述数字信号转换成模拟信号，将所述模拟信号输出至所述功率放大器单元，其中，每相电流的两个所述模拟信号对应的波形为非线性波形，且同一相电流的两个所述非线性波形叠加等于一个完整的正弦波波形；

所述功率放大器单元用于将所述模拟信号放大后通过所述的三个电压和六个电流输出端输出；

所述功率放大器的一相电流的两个输出端分别与所述第一支路和所述第二支路连接，所述第一支路和所述第二支路分别通过所述干路与所述主控单元连接。

在一个实施例中，还包括第一电子开关、第二电子开关和控制器，所述第一电子开关串接在所述第一支路上，所述第二电子开关串接在所述第二支路上，所述控制器分别与所述第一电子开关的控制端以及所述第二电子开关的控制端连接。

在一个实施例中，所述标准功率源模块包括功率输出单元、第一电子开关、第二电子开关和控制器，所述功率输出单元的第一端通过所述第一电子开关与所述第一支路连接，所述功率输出单元的第一端通过所述第二电子开关与所述第二支路连接，所述第一支路和所述第二支路分别通过所述干路与所述功率输出单元的第二端连接。

在一个实施例中，所述标准表模块包括模拟采样单元和测量计算单元，所述功率放大器单元与所述模拟采样单元连接，所述模拟采样单元与所述测量计算单元连接，所述测量计算单元与所述主控单元连接。

在一个实施例中，所述标准表模块串接在所述第一支路。

在一个实施例中，所述标准表模块串接在所述干路上。

在一个实施例中，还包括电流检测模块，所述电流检测模块串接在所述干路上，且所述电流检测模块与所述控制器连接。

在一个实施例中，还包括平衡阻抗，所述平衡阻抗串接在所述第二支路上。

在一个实施例中，所述第一电子开关MOS管、IGBT和三极管中的一种，所述第二电子开关MOS管、IGBT和三极管中的一种。

本发明的有益效果是：通过标准功率源模块直接或者间接向第一支路和第二支路分别输入非线性波形，使得串接在第一支路上的被试表能够测量非线性波形，而通过与干路或者第一支路上的标准表模块的测量数据进行比较，从而实现了对非线性电能表是否是“可信的”测试，实现了对非线性波形的测量，并且实现了对线性波形的标准的溯源。从而实现了通过传统标准表模块对正弦波的测量核对被试表对非线性波的测量进行检定其是否可信；同时由于传统标准表模块测量的是正弦波且是经过标准溯源的，从而容易实现非线性波测量的标准溯源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为一实施例的非线性负荷功率与电能检定装置的电路示意图；

图2为一实施例的标准功率源模块的电路示意图；

图3为另一实施例的非线性负荷功率与电能检定装置的电路示意图；

图4为一实施例的正弦波波形、第一电流输出端、第二电流输出端输出的电流的波形示意图；

图5为又一实施例的非线性负荷功率与电能检定装置的电路示意图；

图6为再一实施例的非线性负荷功率与电能检定装置的电路示意图；

图7为再一实施例的非线性负荷功率与电能检定装置的电路示意图；

图8为再一实施例的非线性负荷功率与电能检定装置的电路示意图；

图9为一实施例的经非线性负荷功率与电能检定装置进行分裂后的第一支路以及第二支路的波形示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在一个实施例中，如图1所示，一种非线性负荷功率与电能检定装置10，包括：标准功率源模块100、传统标准表模块230和试验回路；所述试验回路包括第一支路、第二支路和干路，所述第一支路和所述第二支路与所述标准功率源模块100的第一端连接，所述第一支路和所述第二支路分别通过所述干路与所述标准功率源模块100的第二端连接，所述传统模式工作的标准表模块230串接在所述干路上；所述标准功率源模块100用于直接或间接向所述第一支路和所述第二支路分别输入非线性波形，其中，所述第一支路的非线性波形和所述第二支路的非线性波形叠加等于一个完整的正弦波波形；所述第一支路用于串接被试表210。

通过标准功率源模块直接或者间接向第一支路和第二支路分别输入非线性波形，使得串接在第一支路上的被试表能够测量非线性波形，而通过与干路或者第一支路上的标准表模块的测量数据进行比较，从而实现了对非线性电能表是否是“可信的”测试。

在一个实施例中，标准功率源模块直接向第一支路和第二支路分别输入非线性波形，也就是说，标准功率源模块输出两个非线性的波形，该标准功率源模块300可以通过数模转换实现两个非线性的波形的输出，如图2所示，提供一种标准功率源模块300，包括：主控单元110、波形发生器单元120和功率放大器单元130；所述主控单元110与所述波形发生器单元120连接，所述波形发生器单元120与所述功率放大器单元130连接；所述主控单元110用于根据控制指令生成三个电压和三个电流并将每相电流分割成两个离散的数字信号，将这些离散的所述数字信号发送至所述波形发生器单元120，其中，每相电流的两个离散的所述数字信号对应的波形的叠加应为一个完整的正弦波波形；所述波形发生器单元120用于接收上述离散的所述数字信号，并将离散的所述数字信号转换成模拟信号，将所述模拟信号输出至所述功率放大器单元130，其中，每相电流的两个所述模拟信号对应的波形为非线性波形，且两个所述非线性波形叠加等于所述正弦波波形；所述功率放大器单元130用于将所述模拟信号放大后通过所述输出端输出，请结合图1和图2，所述功率放大器130的一相电流的两个输出端分别与所述第一支路和所述第二支路连接，所述第一支路和所述第二支路分别通过所述干路与所述标准功率源模块100的公共端Icom连接。

具体地，所述主控单元110的输出端与所述波形发生器单元120的输入端连接，所述波形发生器单元120的输出端与所述功率放大器单元130的输入端连接。

本实施例中，所述主控单元110为FPGA(Field－Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)，所述主控单元110用于根据接收到的控制指令，编程生成三相电压和三相电流的数字信号，其中每相电流的两个数字信号为离散的信号，或者说为非线性的信号，这两个数字信号叠加后对应的值为连续的数值，在波形上反映为完整的正弦波波形，例如，两个数字信号叠加或者合并的后对应的波形为正弦波。

所述波形发生器单元120为DAC(Digital to analog converter，数字模拟转换器)，用于将上述数字信号分别转换为对应的模拟信号，其中，每相电流的两个模拟信号相叠加的波形为完整的正弦波波形，即每一个模拟信号对应的波形为非线性波形，具体地，波形发生器单元120根据主控单元110的控制指令，将数字信号输出至功率放大器单元130。

具体地，所述主控单元110用于根据控制指令，将每相电流生成基于两个持续时间的两个离散数字信号，其中，两个持续时间的时间长度相等，两个离散的数字信号合并后形成连续的数字信号，也就是完整的每相电流波形对应的数字信号。具体地，所述主控单元110用于生成基于第一持续时间以及第二持续时间的两个离散的数字信号，波形发生器单元120将两个离散的数字信号分别转换为两个模拟信号，其中，第一持续时间等于第二持续时间，即第一持续时间的时间长度等于第二持续时间的时间长度，且第一持续时间和第二持续时间依次循环，例如，两个模拟信号包括第一模拟信号和第二模拟信号，第一模拟信号与第一持续时间对应，第二模拟信号与第二持续时间对应，即在第一持续时间，第一模拟信号的值有效，第二模拟信号的值为零，此时，第一模拟信号的值与连续的数字信号的值对应；在第二持续时间，第一模拟信号的值为零，第二模拟信号的值有效，此时，第二模拟信号的值与连续的数字信号的值对应；这样，第一模拟信号和第二模拟信号对应的波形面积分别为连续的数字信号的完整的每相电流波形面积的二分之一，且第一模拟信号和第二模拟信号对应的波形叠加则为连续的数字信号对应的完整的每相电流波形。

所述功率放大器单元130用于将所述模拟信号放大后通过所述输出端输出，即该功率放大器用于分别通过输出端分别输出所述模拟信号的的电压和电流，即功率放大器用于通过输出端输出正弦波电压和非线性波形的电流，其中电流的每一个输出端输出的电流均为非线性波形的电流，而每相电流的两个输出端输出的非线性波形的电流叠加，则为完整的每相电流。

主控单元根据输入的控制指令生成电流信号，并将每相正弦波波形的电流分割为两个离散的数字信号，通过波形发生器单元每相电流的数字信号转换为对应的非线性波形的模拟信号输出，这样，通过被试表对其中一个非线性波形的模拟信号进行测量，即可实现对非线性波形电流的测量；此外，主控单元即能够通过波形发生器单元生成非线性波形的电流，也能够通过干路将第一支路和第二支路的非线性波形合成正弦波波形的电流，从而实现了通过传统模式工作的标准表模块对正弦波的测量核对被试表对非线性波的测量进行检定其是否可信；同时由于传统标准表模块测量的是正弦波且是经过标准溯源的，从而容易实现非线性波测量的标准溯源。

本实施例中，标准功率源模块100通过主控单元将每一相的数字信号的正弦波电流波形分割为两个非线性波形的数字信号，并通过波形发生器单元120将数字信号转换为模拟电流信号输出，进而使得该标准功率源模块100既可以输出非线性波形的电流，也可以通过干路将第一支路和第二支路的非线性波形合成正弦波波形的电流，同时由于传统模式工作的标准表模块是经过正弦波标准溯源的，从而实现了通过传统标准表模块对正弦波波形的测量值验证被试表210对非线性波形的测量进行比对，检定其非线性测量是否“可信”。

具体地，本实施例中，标准功率源模块100的功率放大器单元130一相的两路的电流输出端输出电流为I1a和I2a，电压输出端输出电压为Ua，该相的电流对应的数字信号的波形为正弦波，将该数字信号的正弦波按相同的时间间隔切分为两个非线性波形，即则I1a和I2a对应的波形，如图4所示，I1a对应的波形和I2a对应的波形相叠加，即为数字信号的正弦波的波形Ia。

本实施例中，标准功率源模块100的功率放大器单元130的两路的电流输出端分别为第一电流输出端以及第二电流输出端，第一电流输出端以及第二电流输出端周期性输出，第一输出端连接第一支路，第二输出端连接第二支路，第一支路和第二支路通过干路与主控单元连接。

所述主控单元110用于生成基于第一持续时间t1以及第二持续时间t2的两个离散的数字信号，波形发生器单元120将两个离散的数字信号分别转换为两个模拟信号，其中，第一持续时间t1等于第二持续时间t2，在第一持续时间t1内，第一电流输出端的值有效，第二电流输出端不输出，此时，第一电流输出端输出的值与数字信号的值对应；在第二持续时间t2，第一电流输出端不输出，第二电流输出端的值有效，此时，第二流输出端输出的值与数字信号的值对应。

本实施例中，标准表模块230为传统标准表模块230，为了实现对非线性波形的电流进行测量，例如，如图1所示，第一电流输出端I1a用于与被试表210连接，即该第一电流输出端I1a与第一支路连接，而被试表210串接在第一支路上，第一支路和第二支路通过干路上的传统标准表模块230与标准功率源模块的公共端Icom连接，通过该公共端Icom，试验回路连接至主控单元110连接，也就是说，公共端Icom为主控单元110的一端。即标准功率源模块100与被试表210、平衡阻抗220、传统标准表模块230形成回路，被试表210与平衡阻抗220并联，并且被试表210与平衡阻抗220并联后与传统标准表模块230串联，被试表210测量第一电流输出端的非线性波形的电流，而传统标准表模块230在干路中测量两个支路的非线性波形电流的合成的电流，合成后的电流为标准的正弦波波形的电流，也就是说，传统标准表模块230测量的是“标准”电流，也就是正弦波波形的电流。这样，通过对比被试表210测量的电流是否为传统标准表模块230测量的电流的二分之一，即可测得被试表210的准确度是否可行。

为了实现对线性波形的测量，该标准表模块可以是单独的一个标准表，而标准表则可以是测量线性波形的传统标准表，也可以是测量非线性波形的非线性标准表，该标准表模块也可以是通过模拟采样测量的方式实现，比如，在一个实施例中，请参见图2，检定装置的标准表模块230还包括模拟采样单元140和测量计算单元150，所述功率放大器单元130与所述模拟采样单元140连接，所述模拟采样单元140与所述测量计算单元150连接，所述测量计算单元150与所述主控单元110连接；所述模拟采样单元140用于对所述功率放大器输出的所述模拟信号进行采样，并将采样获得的所述模拟信号转换为数字信号，将转换后的所述数字信号发送至所述测量计算单元150；所述测量计算单元150用于对转换后的所述数字信号进行测量；所述主控单元110还用于将根据所述控制指令生成的所述数字信号以及所述测量计算单元150测量的所述数字信号进行对比。

具体地，该模拟采样单元140为ADC(Analog-to-Digital Converter，模/数转换器)，该模拟采样单元140将功率放大器单元130输出的模拟信号进行采集，并转换为数字信号输出至测量计算单元150，该测量计算单元150为FPGA；例如，模拟采样单元140用于将两路的模拟信号进行合并，并转换为数字信号输出至测量计算单元150，测量计算单元150用于对模拟采用单元合并输出的数字信号进行测量，这样，主控单元110可对自身输出的数字信号以及测量计算单元150反馈的数字信号进行对比。本实施例中，测量计算单元150还具有标准表模块230的功能，经标准溯源后可用于提供标准的传递。

在一个实施例中，请再次参见图2，标准功率源模块100还包括输入单元，所述输入单元用于接收控制指令，将所述控制指令发送至所述主控单元110。本实施例中，该输入单元为人机交互单元160，用于供用户输入控制指令，人机交互单元160将控制指令发送至主控单元110，并且人机交互单元160还用于接收主控单元110的对比结果的反馈，例如，该人机交互单元160还包括显示子单元，用于显示对比结果。

在一个实施例中，所述波形发生器单元用于将三相的所述数字信号转换为三相的模拟信号，并且其中每一相电流的信号包括两个所述模拟信号，并将三相的所述模拟信号输出至所述功率放大器单元，且每一相电流的两个所述非线性波形叠加等于一个所述完整的正弦波波形。

在一个实施例中，所述功率放大器单元130具有三相的输出，其中每一相电流输出包括两个所述输出端，每一相的两个所述输出端用于分别输出同一相的两个所述模拟信号。例如，所述波形发生器单元120的电流具有三相六路的输出端，每一相电流包括两路的输出端，每一相电流的两路输出端用于分别输出两个互补的模拟电流信号，或者说，每一相电流的两路的输出端用于分别输出与一个连续的电流数字信号对应的被分割的两个模拟信号。所述功率放大器单元130具有三相六路的电流输入端，所述功率放大器的每一电流输入端与所述波形发生器单元120的每一电流输出端对应连接；且该功率放大器单元130具有三相六路的电流输出端，每一相包括两路电流的输出端，每一相电流的两个输出端用于分别输出两个放大后的模拟信号，这样功率放大器单元130的三相a、b和c分别输出的模拟信号的电流为I1a、I2a、I1b、I2b、I1c和I2c，功率放大器单元130的三相a、b和c输出的电压分别为Ua、Ub和Uc。

为了对被试表210进行测试，以验证被试表210的非线性测量准确度是“可信的”，在一个实施例中，所述功率放大器单元130电流的两个所述输出端中的一个用于连接被试表210，所述功率放大器单元130的同一相的两个所述输出端中的一个用于连接被试表210，这样，模拟采样单元140和测量计算单元150对一相的正弦波波形的采集和测量，被试表210对该相的其中一个输出端输出的模拟型号的非线性波形进行测量，检测被试表210测量的非线性波形是否为该相的正弦波波形的二分之一，即可检测出被试表210的准确度是“可信的”。

上述各实施例中，主控单元110根据输入的控制指令生成数字信号，通过波形发生器单元120该数字信号对应的完整电流波形分割为两个非线性波形的模拟信号输出。这样，通过被试表210对其中一个非线性波形的模拟信号进行测量，即可实现对非线性波形电流的测量。此外，主控单元110即能够通过波形发生器单元120生成非线性波形的电流，也能够也可以通过干路将第一支路和第二支路的非线性波形合成正弦波波形的电流，，从而实现了通过传统标准表模块对正弦波波形的测量检定被试表210对非线性波形的测量是否可信。

在一个实施例中，请结合图1和图2，所述主控单元110与所述波形发生器单元120连接，所述波形发生器单元120与所述功率放大器单元130连接。所述波形发生器单元120具有三相电压和三相六路电流的输出端，每一相电流包括两路的输出端。所述功率放大器单元130具有三相电压和三相六路电流的输入端，所述功率放大器的每一输入端与所述波形发生器单元120的每一输出端对应连接，且所述功率放大器单元130具有三相电压和三相六路电流的输出端，每一相电流的输出端包括第一电流输出端和第二电流输出端。试验电路包括被试表210、传统标准表模块230、平衡阻抗220、第一电阻R1和第二电阻R2，第一电流输出端与被试表210连接，第二电流输出端与平衡阻抗220连接，第一电阻R1与被试表210串联，第二电阻R2与平衡阻抗220串联，第一电阻R1和第二电阻R2均通过传统标准表模块230与标准功率源模块100的公共端Icom连接。也就是说，第一电流输出端连接被试表210和第一电阻R1所在支路，第二电流输出端连接平衡阻抗220和第二电阻R2所在支路，两个支路并联后与传统标准表模块230串联，两个支路通过传统标准表模块230与标准功率源模块100的公共端Icom连接，与标准功率源模块100的形成电流回路。

具体地，该平衡阻抗220也具有与被试表210相同的阻抗，这样，能够使得被试表210所在支路和平衡阻抗220所在支路具有相同的阻抗，使得被试表210所在支路和平衡阻抗220所在支路的电流处于相同的电路环境，减小了由于阻抗差异导致的测量误差。为了进一步减小被测表以及平衡阻抗220对电流的影响，例如，被试表210的阻值倍小于第一电阻R1的阻值，例如，平衡阻抗220的阻值倍小于第一电阻R1的阻值。也就是说，被试表210的阻值小于第一电阻R1的阻值的十分之一，或者说，第一电阻R1的阻值大于十倍的被试表210的阻值，平衡阻抗220的阻值小于第二电阻R2的阻值的十分之一；或者说，第二电阻R2的阻值大于十倍的平衡阻抗220的阻值，由于第一电阻R1和第二电阻R2的阻值相同，并且分别倍大于被试表210的阻值以及平衡阻抗220的阻值，因此，减小了被试表210的阻值以及平衡阻抗220的阻值的差异导致的测量误差，使得测量更为准确。

本实施例中，被试表210用于测量第一输出端输出的非线性波形的电流，而标准表模块230为工作于传统模式的标准表模块，该传统标准表模块230用于测量干路的电流，也就是流回标准功率源模块的合成的电流。传统标准表模块串联在干路中，这样，传统标准表模块即可测量得到正弦波电流，通过将被试表210与传统标准表模块的电流进行对比检测，即可检测出被试表210检测的准确度，并且传统标准表模块230是经过标准溯源的，这样的比对结果是“可信的”。

本实施例中，被试表210和传统标准表模块230还与标准功率源模块的电压输出端连接，该电压输出端为被试表210和传统标准表模块提供标准功率源模块的电压Ua。

应该理解的是，本文中传统标准表指的是目前应用的经正弦波溯源的标准表，非线性标准表指的是经上述非线性功率与电能检定装置溯源(图3中的被试表为一非线性标准表模块)后的新类型的标准表，该非线性标准表为被验证过其非线性测量是“可信的”新的标准表。

在一个实施例中，如图3所示，标准表模块包括一个非线性标准表230，即该标准表模块包括一个非线性的标准表，标准功率源模块100的每一相电流的输出端包括第一电流输出端I1a和第二电流输出端I2a，第一电流输出端I1a与第一支路连接，第二电流输出端I2a与第二支路连接，第一支路和第二支路均通过干路与标准功率源模块100的公共端Icom连接。被试表210、第一电阻R1以及非线性标准表230串接在第一支路上，第二电阻R2与平衡阻抗220串接在第二支路上，也就是说，第一电流输出端连接被试表210、第一电阻R1以及非线性标准表模块230所在支路，第二电流输出端连接平衡阻抗220和第二电阻R2所在支路，两个支路并联后与标准功率源模块100的公共端Icom连接，与标准功率源模块100的形成电流回路。

本实施例中的非线性工作模式标准表模块包括非线性标准表，该非线性标准表以非线性工作方式工作。

为经过检定装置10测量验证后为“可信的”新类型的标准表，通过将非线性标准表230串联至被试表210所在的支路，检测被试表210与非线性标准表230的测量结果是否相等，则测得被试表210是否为“可信的”。这样，无需再次使用传统标准表模块，使得测量更为方便和直接。

在一个实施例中，标准功率源模块间接向第一支路和第二支路分别输入非线性波形，也就是说，标准功率源模块输出完整的正弦波，并通过分裂装置将正弦波分裂为两个非线性的波形，本实施例中，标准表模块包括一个传统标准表530，该传统标准表530以传统工作方式工作，非线性负荷功率与电能检定装置还包括第一电子开关、第二电子开关和控制器，所述第一电子开关串接在所述第一支路上，所述第二电子开关串接在所述第二支路上，所述控制器分别与所述第一电子开关的控制端以及所述第二电子开关的控制端连接。如图5所示，其为本发明一实施例的非线性负荷功率与电能检定装置10，包括：标准功率源模块400、第一电子开关410、第二电子开关420、控制器430、传统标准表530和试验回路；所述试验回路包括第一支路、第二支路和干路，所述第一支路和所述第二支路与所述标准功率源模块400的第一端连接，所述第一支路和所述第二支路分别通过所述干路与所述标准功率源模块400的第二端连接，所述第一电子开关410和在所述第一支路上，所述第二电子开关420串接在所述第二支路上，所述传统标准表530串接在所述干路上；所述控制器430分别与所述第一电子开关410的控制端以及所述第二电子开关420的控制端连接；所述控制器430用于在任一持续时间，仅控制所述第一电子开关410和所述第二电子开关420中的一个开启，第一支路用于串接被试表510，即被试表510串接在所述第一支路上。

本实施例中，标准功率源模块标准功率源模块标准功率源模块400用于提供标准功率的电能，例如，标准功率源模块400用于输出线性波形的电流，例如，标准功率源模块400用于输出正弦波电流Isource。

本实施例中，标准功率源模块400的电压输出端还与被试表510和标准电能表连接，标准功率源模块400通过电压输出端为被试表510和标准电能表提供标准电压源的电压Vsource。

被试表510为被测试的电能表，而传统标准表530则为标准电能表，该标准电能表可以是测量线性波形的标准电能表，也可以是测量非线性波形的标准电能表。当传统标准表530为测量线性波形的标准电能表，则传统标准表530串联在干路；当标准表模块包括测量非线性波形的标准电能表时，标准表模块串联在第一支路，对此，下文中将作进一步阐述。

具体地，第一支路和第二支路并联，第一支路和第二支路均与干路连接，第一电子开关410开启，则第一支路导通，标准功率源模块400通过第一支路和干路形成回路；第二电子开关420开启，则第二支路导通，标准功率源模块400通过第二支路和干路形成回路。本实施例中，控制器430在任一时刻仅控制第一电子开关410和第二电子开关420中的一个开启，这样，在任一时刻，第一支路和第二支路有且仅有一个导通，在非线性负荷功率与电能检定装置10工作的任一时刻，该回路始终能够导通。

具体地，控制器430用于分别控制第一电子开关410和第二电子开关420的通断，例如，控制器430用于分别控制第一电子开关410和第二电子开关420的持续时间性通断，例如，所述控制器430用于在任一持续时间，仅控制所述第一电子开关410和所述第二电子开关420中的一个开启，即在任一持续时间，所述第一电子开关410和所述第二电子开关420中仅有一个开启，例如，第一电子开关410的开启时间和第二电子开关420的开启时间相互错开，例如，第一电子开关410和第二电子开关420不同时开启。

本实施例中，标准功率源模块400分别向第一支路和第二支路输入电流，值得一提的是，第一电子开关410和第二电子开关420不同时开启，例如，非线性负荷功率与电能检定装置10包括两个电子开关，两个电子开关为第一电子开关410和第二电子开关420，在任一时刻，仅有一个电子开关导通，也就是说，在任一持续时间或任一时刻，控制器430控制第一电子开关410和所述第二电子开关420中的一个开启，并控制第一电子开关410和所述第二电子开关420中的另一个关闭。控制器430在每一个通断持续时间内依次开启第一电子开关410和第二电子开关420，该通断持续时间t包括第一持续时间t1和第二持续时间t2，控制器430用于在第一持续时间t1控制第一电子开关410开启，控制第二电子开关420关闭，并在第二持续时间t2控制第一电子开关410关闭，控制第二电子开关420开启，其中，第一持续时间t1与第二持续时间t2相等，即第一持续时间t1和第二持续时间t2的时间长度相等。这样，第一持续时间t1和第二持续时间t2不断循环，使得第一电子开关410和第二电子开关420持续时间性开启和关闭，进而使得电流输入端的电流在不同的持续时间内被切分为两份。

具体地，请参见图5，标准功率源模块400输出的线性波形的电流为Isource，在第一持续时间t1，第一电子开关410开启，第二电子开关420关闭，流经第一支路的电流为I₁，流经第二支路的电流为0；在第二持续时间t2，第二电子开关420开启，第一电子开关410关闭，流经第二支路的电流为I₂，流经第一支路的电流为0。对于一个完整的通断持续时间t来说，Isource＝I₁+I₂，其中I₁和I₂的波形分别为非线性的波形。

请结合图5和图9，电流输入端输入的电流Isource即为I_ref，I_ref为流经干路的电流，其波形为正弦波，该电流的波形的持续时间为T，而第一电子开关410以及第二电子开关420的通断持续时间t是t，则流经第一电子开关410的电流I₁和第二电子开关420的电流I₂的波形则如图9所示，I₁和I₂均为非线性的电流，且I₁和I₂分别为I_ref的二分之一，且I_ref＝I₁+I₂。通过控制器430对第一电子开关410和第二电子开关420的持续时间性控制，使得正弦波的电流被切分为非线性的波形，这样，串接在第一支路上的被试表510可实现对非线性波形的测量。

在一个实施例中，如图5所示，所述传统标准表530串接在所述干路上。本实施例中，该传统标准表530为测量线性波形的传统标准表，标准功率源模块400的第一端为电流输出端，标准功率源模块400的第一端分别与所述第一电子开关410的第一端以及所述第二电子开关420的第一端连接，所述第一电子开关410的第二端与被试表510连接，所述被试表510以及所述第二电子开关420的第二端均通过所述传统标准表530与所述标准功率源模块400的第二端连接，该标准功率源模块400的第二端为公共端Icom，串接在第一支路上的被试表510对非线性波形的测量，串接在干路上的传统标准表530则能够测量线性波形Isource，通过第一支路上的被试表510与干路上的传统标准表530进行对比，对比被试表510的测量电流是否等于传统标准表530的二分之一，即可检测被试表510准确度是否是“可信的”。并且，传统标准表530还能够实现标准功率的溯源。

在一个实施例中，标准表模块包括一个非线性标准表，如图6所示，所述非线性标准表530串接在所述第一支路，该非线性标准表530以非线性工作方式工作。本实施例中，该非线性标准表530为测量非线性波形的标准表，标准功率源模块400的第一端为电流输出端，标准功率源模块400的第一端分别与所述第一电子开关410的第一端以及所述第二电子开关420的第一端连接，所述第一电子开关410的第二端与被试表510连接，所述被试表510通过所述非线性标准表530与所述标准功率源模块400的第二端连接，所述第二电子开关420的第二端与所述标准功率源模块400的第二端连接。串接在第一支路上的被试表510对非线性波形的测量，而非线性标准表530则提供非线性波形的测量标准，通过对被试表510与非线性标准表530的测量结果对比，即可检测出被试表510的准确度是否是“可信的”。

在一个实施例中，如图5和图6所示，非线性负荷功率与电能检定装置10还包括电流检测模块460，所述电流检测模块460串接在所述干路上，且所述电流检测模块460与所述控制器430连接。该电流检测模块460的一端与标准功率源模块400的第一端连接，且电流检测模块460的另一端分别与第一电子开关410以及第二电子开关420连接，也就是说，标准功率源模块400通过电流检测模块460与第一支路以及第二支路连接，该电流检测模块460串联在干路中，电流检测模块460与控制器430连接，该电流检测模块460用于检测标准功率源模块400输入的电流，也就是说，该电流检测模块460用于检测电流输入端的电流，该电流检测模块460用于给控制器430提供过零检测信号，所述控制器430还用于在接收到过零检测信号后，同步控制第一电子开关410或第二电子开关420的持续时间性通断，也就是说，当电流检测模块460检测到电流输入端的过零点后，控制器430则开始对第一电子开关410和第二电子开关420进行持续时间性通断的控制，从而使得对波形的分裂操作与标准功率源模块400的电流输入同步，进而使得每一个持续时间上分裂后的非线性波形能够与标准功率源模块400的波形匹配。

为了实现对第一电子开关410以及第二电子开关420的通断控制，例如，该控制器430为控制芯片，例如，该控制器430为单片机。例如，该第一电子开关410和第二电子开关420分别为半导体器件开关。

在一个实施例中，所述第一电子开关410MOS管、IGBT和三极管中的一种，所述第二电子开关420MOS管、IGBT和三极管中的一种。

在一个实施例中，所述第一电子开关410为MOS(metal oxide semiconductor)场效应晶体管，金属氧化物半导体场效应晶体管)管，且第一电子开关410包括两个MOS管，所述第二电子开关420为MOS管，所述第二电子开关420包括两个MOS管，这样对于交流的正弦波电流，第一电子开关410的两个MOS管可以在两个方向上进行导通和关闭，第二电子开关420的两个MOS管可以在两个方向上进行导通和关闭，使得能够实现在正负两个半波内导通的关闭，例如，该MOS管为PMOS管，例如，该MOS管为NMOS管。本实施例中，第一电子开关410的控制端为第一电子开关410的栅极，第二电子开关420的控制端为第二电子开关420的栅极，该第一电子开关410的第一端可以是源极，也可以是漏极，该第二电子开关420的第一端可以是源极，也可以是漏极，控制器430向第一电子开关410的栅极输入信号，使得第一电子开关410开启，向第二电子开关420的栅极输入信号，使得第一电子开关410开启。MOS管具有非常快的开关速度，能够使得控制器430能够快速地对第一支路和第二支路的通断进行控制，能够进一步提高电流的切换效率，并且能够使得通断维持时间更短，以使得切换频率更高，进而使得非线性波形电流的精度更高。应该理解的是，第一电子开关410的两个MOS管以及第二电子开关的两个MOS管的连接可根据实际需求设置，本领域技术人员根据现有技术即可实现两个MOS管的连接，并实现在两个方向上的导通和关闭，本实施例中不累赘描述。

在一个实施例中，所述第一电子开关为IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)，第一电子开关包括两个IGBT，在一个实施例中，所述第二电子开关为IGBT，第二电子开关包括两个IGBT，第一电子开关的两个IGBT以及第二电子开关的两个IGBT同样可以实现分别在正弦波的正负半波上实现导通和关闭。具体地，本实施例中，第一电子开关410的控制端为第一电子开关410的栅极，该第一电子开关410的第一端可以是漏极，也可以是源极，第二电子开关420控制端为第二电子开关420的栅极，该第二电子开关420的第一端可以是漏极，也可以是源极，这样，控制器430向第一电子开关410的栅极以及第二电子开关420的栅极输入信号，即可实现对第一电子开关410和第二电子开关420的通断的控制。

在一个实施例中，所述第一电子开关410为三极管，第一电子开关410包括两个三极管，所述第二电子开关420为三极管，第二电子开关420包括两个三极管。本实施例中，第一电子开关410的控制端为第一电子开关410的基极，该第一电子开关410的第一端可以是集电极，也可以是发射极，第二电子开关420控制端为第二电子开关420的基极，该第二电子开关420的第一端可以是集电极，也可以是发射极，这样，控制器430向第一电子开关410的基极以及第二电子开关420的基极输入信号，即可实现对第一电子开关410和第二电子开关420的通断的控制。

在一个实施例中，非线性负荷功率与电能检定装置10还包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻串接在所述第一支路上，所述第二电阻串接在所述第二支路上。

本实施例中，如图5和图6所示，第一电子开关410与第一电阻R1串联，第二电子开关420与第二电阻R2串联，第一电子开关410和第一电阻R1所在线路为第一支路，第二电子开关420和第二电阻R2所在线路为第一支路，这样，当控制器430控制第一电子开关410开启，控制第二电子开关420关闭时，则第一支路导通，电流输入端的电流从第一支路输送至电流输出端，当控制器430控制第二电子开关420开启，控制第一电子开关410关闭时，则第二支路导通，电流输入端的电流从第二支路输送至电流输出端。

为了使得电源输入端的电流能够得到均匀切分，在一个实施例中，所述第一电阻R1的阻值和所述第二电阻R2的阻值相同，这样，第一支路和第二支路具有相同的阻值，这样，能够实现电流输入端的电流在第一支路和第二支路中的快速切换，并且使得第一支路和第二支路电流更为精确，也即第一支路和第二支路的电流分别为电流输入端的电流的二分之一。

为了使得电源输入端的电流能够得到均匀切分，在一个实施例中，如图5和图6所示，非线性负荷功率与电能检定装置10还包括平衡阻抗520，所述平衡阻抗520串接在所述第二支路上，平衡阻抗520与第二电子开关420串联，即所述平衡阻抗520串联在所述第二电子开关420以及所述第二电阻R2所在的第二支路。该平衡阻抗520的具有与被试表510相同的阻抗，这样，能够使得第一支路和第二支路具有相同的阻抗，能够实现电流输入端的电流在第一支路和第二支路中的快速切换，并且使得第一支路和第二支路电流更为精确，也即第一支路和第二支路的电流分别为电流输入端的电流的二分之一。

为了进一步减小被测表以及平衡阻抗520对电流的影响，例如，被试表510的阻值倍小于第一电阻R1的阻值，例如，平衡阻抗520的阻值倍小于第一电阻R2的阻值，也就是说，被试表510的阻值小于第一电阻R1的阻值的十分之一，或者说，第一电阻R1的阻值大于十倍的被试表510的阻值，平衡阻抗520的阻值小于第二电阻R2的阻值的十分之一，或者说，第二电阻R2的阻值大于十倍的平衡阻抗520的阻值。

在一个实施例中，标准功率源模块直接向第一支路和第二支路分别输入非线性波形，也就是说，标准功率源模块输出两个非线性的波形，在一个实施例中，如图7所示，提供一种非线性负荷功率与电能检定装置10，包括：标准功率源模块400、传统标准表530和试验回路；所述试验回路包括第一支路、第二支路和干路，所述标准功率源模块400包括功率输出单元440、第一电子开关410、第二电子开关420和控制器430，所述功率输出单元440的第一端通过所述第一电子开关410与所述第一支路连接，所述功率输出单元440的第一端通过所述第二电子开关420与所述第二支路连接，所述第一支路和所述第二支路分别通过所述干路与所述功率输出单元440的第二端连接，所述传统标准表530串接在所述干路上；所述控制器430分别与所述第一电子开关410的控制端以及所述第二电子开关420的控制端连接；所述控制器430用于在任一持续时间，仅控制所述第一电子开关410和所述第二电子开关420中的一个开启。第一支路用于串接被试表510，即被试表510串接在所述第一支路上。

本实施例中，标准功率源模块400提供两路的非线性电流的输出，即该标准功率源模块400通过第一电子开关410、第二电子开关420和控制器430实现两路的非线性电流的输出，由第一电子开关410和第二电子开关420的持续时间性通断，实现两路的非线性的波形的电流输出。例如，功率输出单元440的第一端分别与所述第一电子开关410的第一端以及所述第二电子开关420的第一端连接，第一电子开关410的第二端为第一电流输出端，所述第二电子开关420的第二端为第二电流输出端，第一电流输出端与第一支路连接，第二电流输出端与第二支路连接，第一支路上串接第一电阻R1，第二支路上串接第二电阻R2，且第二支路上还串接平衡阻抗520，功率输出单元440的第二端即为公共端Icom。

具体地，请结合图7和图9，功率输出单元440输出的线性波形的电流为I_ref，在第一持续时间，第一电子开关410开启，第二电子开关420关闭，第一电流输出端输出电流为Isource₁，第二电流输出端输出的电流为0；在第二持续时间，第二电子开关420开启，第一电子开关410关闭，第二电流输出端输出的电流为Isource₂，第一电流输出端输出电流为0。对于一个完整的通断持续时间来说，I_ref＝Isource₁+Isource₂，其中Isource₁和Isource₂的波形分别为非线性的波形。

如图7所示，功率输出单元440的电流等于干路电流I_ref，I_ref的波形为正弦波，该电流的波形的持续时间为T，而第一电子开关410以及第二电子开关420的通断持续时间是t，则第一电流输出端输出的电流Isource₁和第一电流输出端输出的电流Isource₂的波形则如图9所示，I₁和I₂均为非线性的电流，且Isource₁和Isource₂分别为I_ref的二分之一，且I_ref＝Isource₁+Isource₂。通过控制器430对第一电子开关410和第二电子开关420的持续时间性控制，使得正弦波的电流被切分为非线性的波形，使得该标准功率源模块400能够提供两个非线性波形的电流输出，这样，串接在第一支路上的被试表510可实现对非线性波形的测量。

本实施例中，功率输出单元440为非线性负荷标准功率输出单元440，功率输出单元440用于提供标准功率的电能，例如，功率输出单元440用于输出线性波形的电流，例如，功率输出单元440用于输出正弦波电流Isource。

本实施例中，功率输出单元440的电压输出端还与被试表510和标准电能表连接，功率输出单元440通过电压输出端为被试表510和标准电能表提供标准电压源的电压Vsource。

一个实施例中，如图7所示，标准表模块包括一个传统标准表530，所述传统标准表530串接在所述干路上，该传统标准表530以传统工作方式工作，功率输出单元440的第一端分别与所述第一电子开关410的第一端以及所述第二电子开关420的第一端连接，所述第一电子开关410的第二端与被试表510连接，所述被试表510以及所述第二电子开关420的第二端均通过所述传统标准表530与所述功率输出单元440的第二端连接。本实施例中，传统标准表530为线性传统标准表530，用于检测线性的正弦波电流，这样，传统标准表530即可测量得到标准功率源模块400输出的正弦波电流，通过将被试表510与传统标准表530的电流进行对比检测，检测被试表510的电流是否为标准电能表的二分之一，即可检测出被试表510检测的准确度，并实现了标准功率的溯源。

一个实施例中，如图8所示，标准表模块包括一个非线性标准表530，非线性标准表530串接在所述第一支路，该非线性标准表530以非线性方式工作，标准功率源模块400的第一端为电流输出端，标准功率源模块400的第一端分别与所述第一电子开关410的第一端以及所述第二电子开关420的第一端连接，所述第一电子开关410的第二端与被试表510连接，所述被试表510通过所述非线性标准表530与所述标准功率源模块400的第二端连接，所述第二电子开关420的第二端与所述标准功率源模块400的第二端连接。本实施例中，性标准表模块为非线性标准表530，该非线性标准表530用于提供非线性波形检测的标准，这样，检测被试表510与标准电能表检测的电流是否相等，即可检测出被试表510检测的准确度，本实施例中，由于标准电能表可提供非线性波形检测的标准，进而使得在干路中无需串联标准电能表，在第一支路中即可实现被试表510的检测。

下面是一个具体的实施例：

将试验电路的电流回路按照如图5所示的方法连接，本装置通过控制器对电子开关A和B的控制，将测量电流分割成两份，分别送至被试仪表和平衡回路。试验波形如图5所示，被试仪表流过的电流为电子开关A波形，平衡阻抗上流过的电流为电子开关B波形，标准表模块上流过的为两者的合成。当控制器对电子开关的切换控制的误差为可忽略的数量级时，可以认为流经标准表模块的电流为一个完整的正弦波。

图9描述了实验时施加的电流波形。其中的时间T为正弦波的持续时间，t为电子开关的通断持续时间，控制t的大小即可控制试验要求的非线性波形的频率特性。调整时间t的大小，可以改变试验对象的非线性响应特性的测试条件，时间t的较小值对应测试切换频率的较高。

电子开关的控制原则是：在任何时刻有且仅有一个电子开关处于导通状态，而流经标准表模块的电流为两个电子开关所流经电流的总和。典型的控制两路电流的有效值各为流经标准表模块的1/2，计算被试仪表电流与标准表模块的电流的1/2的差可得出被试仪表的测量误差。

(1)如图5和图7所示的非线性负荷功率与电能检定装置，其特征是利用电子开关将正弦波电流分割成互补的两部份，仅有其中一份电流是流经被试仪表或装置的，用于测量非线性负荷工况下被试仪表的电能计量特性；而另一份电流是流经平衡阻抗的，合成后的电流流经标准表模块。

(2)如图5和图7所示的非线性负荷功率与电能检定装置，其特征是流经标准表模块的那个电流仍然是完整的正弦波，这样，就解决了标准表模块的溯源问题，同时又解决了被试仪表的准确度溯源的“可信性”问题。

(3)如图5至图8所示的非线性负荷功率与电能检定装置,其特征是正弦波电流被分割成较高频率的两部分，改变分割的频率即可改变非线性工况功率/电能测量试验波形的非线性度。

(4)本发明提出了在图5的基础上构建一种非线性负荷功率与电能检定装置。在传统检定设备的基础上，附加上此装置即可用于对电能计量仪表或装置的非线性负荷工况的电能计量特性的检定，而不用对原有的试验标准功率源模块和标准表模块进行改造。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种非线性负荷功率与电能检定装置，其特征在于，包括：标准功率源模块、标准表模块和试验回路；

所述第一支路用于串接被试表。

2.根据权利要求1所述的非线性负荷功率与电能检定装置，其特征在于，所述标准功率源模块包括主控单元、波形发生器单元和功率放大器单元；

3.根据权利要求1所述的非线性负荷功率与电能检定装置，其特征在于，还包括第一电子开关、第二电子开关和控制器，所述第一电子开关串接在所述第一支路上，所述第二电子开关串接在所述第二支路上，所述控制器分别与所述第一电子开关的控制端以及所述第二电子开关的控制端连接。

4.根据权利要求1所述的非线性负荷功率与电能检定装置，其特征在于，所述标准功率源模块包括功率输出单元、第一电子开关、第二电子开关和控制器，所述功率输出单元的第一端通过所述第一电子开关与所述第一支路连接，所述功率输出单元的第一端通过所述第二电子开关与所述第二支路连接，所述第一支路和所述第二支路分别通过所述干路与所述功率输出单元的第二端连接。

5.根据权利要求2所述的非线性负荷功率与电能检定装置，其特征在于，所述标准表模块包括模拟采样单元和测量计算单元，所述功率放大器单元与所述模拟采样单元连接，所述模拟采样单元与所述测量计算单元连接，所述测量计算单元与所述主控单元连接。

6.根据权利要求1至4任一项所述的非线性负荷功率与电能检定装置，其特征在于，所述标准表模块串接在所述第一支路。

7.根据权利要求1至4任一项所述的非线性负荷功率与电能检定装置，其特征在于，所述标准表模块串接在所述干路上。

8.根据权利要求3或4所述的非线性负荷功率与电能检定装置，其特征在于，还包括电流检测模块，所述电流检测模块串接在所述干路上，且所述电流检测模块与所述控制器连接。

9.根据权利要求3或4所述的非线性负荷功率与电能检定装置，其特征在于，还包括平衡阻抗，所述平衡阻抗串接在所述第二支路上。

10.根据权利要求3或4所述的非线性负荷功率与电能检定装置，其特征在于，所述第一电子开关MOS管、IGBT和三极管中的一种，所述第二电子开关MOS管、IGBT和三极管中的一种。