CN108318852B - 一种智能电能表方波影响试验方法 - Google Patents

一种智能电能表方波影响试验方法 Download PDF

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CN108318852B CN201810102201.0A CN201810102201A CN108318852B CN 108318852 B CN108318852 B CN 108318852B CN 201810102201 A CN201810102201 A CN 201810102201A CN 108318852 B CN108318852 B CN 108318852B
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李敏
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • G01R35/04Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass of instruments for measuring time integral of power or current

Abstract

一种智能电能表方波影响试验方法,采用标准表法得到电能表在不同试验条件下的相对误差,所模拟的试验条件更符合智能电能表在现场运行时的工况,保证了标准表在方波影响下的计量准确,可用于考核智能电能表在电压变化、频率改变和方波同时影响时的计量性能,有利于提高智能电表的质量。

Description

一种智能电能表方波影响试验方法
技术领域
本发明涉及一种智能电能表方波影响试验方法,属电能表检测技术领域。
背景技术
电能表是测量电能的专用仪表,是电能计量最基础的设备,广泛应用于发电、供电和用电的各个环节。电能表的准确可靠计量直接涉及供电企业与用电用户之间的电费结算。
随着电网中大量非线性负荷的增加,谐波对电能表性能的影响越来越受到重视。如国家标准GB/T 17215.321《交流电测量设备特殊要求第21部分:静止式有功电能表:1级和2级》规定了各类谐波对电能表影响的要求,其中测试时的电流谐波类型包括:直流和偶次谐波、奇次谐波、直流和偶次谐波及次谐波;此外还规定了电压和电流的五次谐波影响试验的方法和要求。在现场实际运行时电压和电流的谐波类型不仅仅是五次谐波。此外,电能表在现场运行时往往还存在电压变化、频率改变和方波共同影响的情况。目前还缺少符合实际运行工况的智能电能表方波影响试验方法。
发明内容
本发明的目的是,为了克服了现有技术的不足,针对目前谐波影响试验不能考核电能表在方波影响下计量性能的问题,提供一种智能电能表方波影响试验方法,可用于检测电能表的性能。
实现本发明的技术方案如下,一种智能电能表方波影响试验方法,由一种智能电能表方波影响试验装置实现,所述装置包括标准功率源、标准表和被检表;试验时标准功率源的电压输出端分别与标准表及被检表对应的电压端子连接;标准功率源的电流输出端分别与标准表及被检表对应的电流端子连接;被检表的电压线路与标准表的电压线路并联;被检表的电流线路与标准表的电流线路串联。
一种智能电能表方波影响试验方法,所述方法的步骤为:
(1)根据被检表的规格,标准功率源电压输出端输出有效值为参比电压UN的正弦电压信号,标准功率源电流输出端输出有效值为标定电流Ib的正弦电流信号,上述正弦电压信号和正弦电流信号同相位,即功率因数为1且频率均为参比频率f0=50Hz;
(2)用被检电能表输出的脉冲(低频或高频)控制标准表计数来确定被检表的相对误差,相对误差γbase按下式计算:
Figure BDA0001566648110000021
式中,m为标准电能表实测脉冲数;m0为算定脉冲数,按下式计算:
Figure BDA0001566648110000022
式中:N为被检表低频或高频脉冲数;C0为标准表的仪表常数,imp/kWh;CL为被检表的仪表常数,imp/kWh;KI、KU分别为标准表外接的电流、电压互感器的变比;
(3)以设定的步长Δf改变步骤1所述正弦电压信号和正弦电流信号的频率,得到n个范围为0.98f0~1.02f0的频率点;
(4)按照步骤(2)所述的方法,得到频率改变时对应的被检表相对误差(1≤i≤n);
(5)得到频率改变时被检表相对误差改变值
Figure BDA0001566648110000031
其中相对误差改变值的最大值记为γf
(6)标准功率源停止输出正弦电压信号和正弦电流信号;
(7)标准功率源的电压输出端和电流输出端分别输出方波电压信号和方波电流信号,所述的方波电压信号满足
Figure BDA0001566648110000032
其中,f0为基波频率,
Figure BDA0001566648110000033
分别为电压各次谐波的幅值和相角,设置要求如下:
Figure BDA0001566648110000035
所述的方波电流信号满足
Figure BDA0001566648110000037
其中,f0为基波频率,
Figure BDA0001566648110000038
分别为电流各次谐波的幅值和相角,设置要求如下:
Figure BDA0001566648110000039
Figure BDA00015666481100000310
(8)按照步骤(2)所述的方法,得到方波影响下被检表相对误差γq
(9)得到方波影响下被检表相对误差改变值Δγq=γqbase
(10)标准功率源停止输出方波电压信号和方波电流信号;
(11)标准功率源电流输出端输出有效值为标定电流Ib的正弦电流信号,上述正弦电压信号和正弦电流信号同相位,即功率因数为1且频率均为参比频率f0=50Hz,以步长ΔU改变标准功率源电压输出端输出的正弦电压信号的有效值,使其在0.9UN~1.1UN范围内变化,得到m个测量点对应的被检表相对误差
Figure BDA00015666481100000311
(1≤i≤m);
(12)得到电压改变时被检表相对误差改变值
Figure BDA00015666481100000312
其中相对误差改变值的最大值记为γU
(13)得到被测表在频率、电压及方波综合影响下的相对误差
Figure BDA0001566648110000041
(14)将γ与设置的误差限γmax比较,若满足γ≤γmax,则被测表满足要求;若不满足γ≤γmax,则被测表不满足要求。
所述标准表对方波信号进行功率计量的具体步骤如下:
(1)设方波信号为其中,f0为基波频率Ai,θi分别各次谐波的幅值和相角;
(2)用采样频率fs对信号x(t)进行采样后得到x(n);
(3)用H阶最大旁瓣衰减窗w(n)对x(n)进行截断得到xw(n),其中n为截断点数且n=0,1,…,N-1,N;
(4)将xw(n)进行相关的变换并忽略负频率可得
Figure BDA0001566648110000043
其中|W()|为H阶最大旁瓣衰减窗w(n)的变换式,该变换式满足
Figure BDA0001566648110000044
(5)由于非同步采样和栅栏效应的存在,步骤3中的νi可表示为νi=kii;其中,ki为最大谱线所在位置,可通过最大谱线搜索得到;δi满足-0.5≤δi<0.5,可通过三谱线插值算法计算得到;
(6)将步骤3中的|Xw(ki)|代入
Figure BDA0001566648110000045
化简过后可得
Figure BDA0001566648110000046
(7)通过步骤5,进一步得到
Figure BDA0001566648110000047
第i次谐波的频率fi
Figure BDA0001566648110000051
(8)将步骤3中的W(k)代入
Figure BDA0001566648110000052
可得第i个分量幅值为
Figure BDA0001566648110000053
第i个分量相角可以表示为θi=Phase{Xw(ki)}-πδi+π/2;
(9)计算得到第i次谐波的电压幅值
Figure BDA0001566648110000054
相角
Figure BDA0001566648110000055
电流幅值
Figure BDA0001566648110000056
和相角
Figure BDA0001566648110000057
则第i次谐波产生的电能为
Figure BDA0001566648110000058
(10)标准表得到的总的平均功率P=P1+P3+P5+P7+P11+P13,其中,P1、P3、P5、P7、P11、P13分别为同频率的1、3、5、7、11、13次方波电压信号和方波电流信号产生的功率。
本发明的有益效果是,本发明方法所模拟的试验条件与智能电能表在现场运行时的工况更相近,可用于考核智能电能表在电压变化、频率改变和方波同时影响时的计量性能,有利于提高智能电表的产品质量。
附图说明
图1是本发明的智能电能表方波影响试验装置接线图;
图2是本发明的智能电能表方波影响试验方法流程图;
图3是本发明的标准表在功率计量方法流程图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如图所示。
本实施例一种智能电能表方波影响试验方法通过一种智能电能表方波影响试验装置来实现。
如图1所示,本实施例一种智能电能表方波影响试验装置,包括标准功率源和标准表;所述标准表与被检表的电压线路并联,标准表与被检表的电流线路串联;所述标准功率源的电压端直接连接被检表的电压端;标准功率源的I+电流端直接连接被检表相应电流端,标准功率源的I-电流端通过标准表连接被检表;标准功率源用于产生试验所需的电压和电流信号;用被检电能表输出的脉冲(低频或高频)控制标准电能表计数来确定被检电能表的相对误差。
如图2所示,本实施例一种智能电能表方波影响试验方法,步骤如下:
(1)根据被检表的规格,标准功率源电压输出端输出有效值为参比电压UN的正弦电压信号,标准功率源电流输出端输出有效值为标定电流Ib的正弦电流信号,上述正弦电压信号和正弦电流信号同相位,即功率因数为1且频率均为参比频率f0=50Hz;
(2)用被检电能表输出的脉冲(低频或高频)控制标准表计数来确定被检表的相对误差,相对误差γbase按下式计算:
Figure BDA0001566648110000061
式中,m为标准电能表实测脉冲数;m0为算定脉冲数,按下式计算:
Figure BDA0001566648110000062
式中:N为被检表低频或高频脉冲数;C0为标准表的仪表常数,imp/kWh;CL为被检表的仪表常数,imp/kWh;KI、KU分别为标准表外接的电流、电压互感器的变比;
(3)以设定的步长Δf改变步骤1所述正弦电压信号和正弦电流信号的频率,得到n个范围为0.98f0~1.02f0的频率点;
(4)按照步骤(2)所述的方法,得到频率改变时对应的被检表相对误差γf i(1≤i≤n);
(5)得到频率改变时被检表相对误差改变值其中相对误差改变值的最大值记为γf
(6)标准功率源停止输出正弦电压信号和正弦电流信号;
(7)标准功率源的电压输出端和电流输出端分别输出方波电压信号和方波电流信号,所述的方波电压信号满足
Figure BDA0001566648110000072
其中,f0为基波频率,
Figure BDA0001566648110000073
分别为电压各次谐波的幅值和相角,设置要求如下:
Figure BDA0001566648110000074
Figure BDA0001566648110000075
Figure BDA0001566648110000076
所述的方波电流信号满足
Figure BDA0001566648110000077
其中,f0为基波频率,
Figure BDA0001566648110000078
分别为电流各次谐波的幅值和相角,设置要求如下:
Figure BDA0001566648110000079
(8)按照步骤(2)所述的方法,得到方波影响下被检表相对误差γq
(9)得到方波影响下被检表相对误差改变值Δγq=γqbase
(10)标准功率源停止输出方波电压信号和方波电流信号;
(11)标准功率源电流输出端输出有效值为标定电流Ib的正弦电流信号,上述正弦电压信号和正弦电流信号同相位,即功率因数为1且频率均为参比频率f0=50Hz,以步长ΔU改变标准功率源电压输出端输出的正弦电压信号的有效值,使其在0.9UN~1.1UN范围内变化,得到m个测量点对应的被检表相对误差
Figure BDA00015666481100000711
(1≤i≤m);
(12)标准功率源输出有效值为Ib的正弦电流信号;
(13)得到电压改变时被检表相对误差改变值其中相对误差改变值的最大值记为γU
(14)得到被测表在频率、电压及方波综合影响下的相对误差
Figure BDA0001566648110000082
(15)将γ与设置的误差限γmax比较,若满足γ≤γmax,则被测表满足要求;若不满足γ≤γmax,则被测表不满足要求。
为能全面反映实际运行工况,在试验时可改变标准功率源电流输出端输出的正弦电流信号的有效值,而不仅仅在标定电流Ib条件下开展试验,同时功率因数也可以发生改变,可以是0.5L(正弦电压信号超前正弦电流信号)或0.8C(正弦电压信号滞后正弦电流信号),不仅仅是功率因数为1条件下开展试验。
如图3所示,本实施例标准表对方波信号进行功率计量的具体步骤如下:
步骤1:设方波信号为
Figure BDA0001566648110000083
其中,f0为基波频率Ai,θi分别各次谐波的幅值和相角;
步骤2:用采样频率fs对信号x(t)进行采样后得到x(n);
步骤3:用H阶最大旁瓣衰减窗w(n)对x(n)进行截断得到xw(n),其中n为截断点数且n=0,1,…,N-1,N;
步骤4:将xw(n)进行相关的变换并忽略负频率可得其中 |W()|为H阶最大旁瓣衰减窗w(n)的变换式,该变换式满足
步骤5:由于非同步采样和栅栏效应的存在,步骤3中的νi可表示为νi=kii;其中,ki为最大谱线所在位置,可通过最大谱线搜索得到;δi满足-0.5≤δi<0.5,可通过三谱线插值算法计算得到;
步骤6:将步骤3中的|Xw(ki)|代入
Figure BDA0001566648110000091
化简过后可得
Figure BDA0001566648110000092
步骤7:通过步骤5,进一步得到第i次谐波的频率fi为
Figure BDA0001566648110000094
步骤8:将步骤3中的W(k)代入
Figure BDA0001566648110000095
可得第i个分量幅值为
Figure BDA0001566648110000096
第i个分量相角可以表示为θi=Phase{Xw(ki)}-πδi+π/2;
步骤9:计算得到第i次谐波的电压幅值
Figure BDA0001566648110000097
相角
Figure BDA0001566648110000098
电流幅值
Figure BDA0001566648110000099
和相角
Figure BDA00015666481100000910
则第i次谐波产生的电能为
Figure BDA00015666481100000911
步骤10:标准表得到的总的平均功率P=P1+P3+P5+P7+P11+P13,其中,P1、P3、P5、P7、P11、P13分别为同频率的1、3、5、7、11、13次方波电压信号和方波电流信号产生的功率。
本发明所述的试验方法均针对单相智能电能表,可用于检测三相四线和三相三线智能电能表,以被检表为三相四线为例,此时标准功率源应为三相四线的标准功率源,能产生三相电压测试信号和三相电流测试信号;标准表也应为三相四线型,其总平均功率P=PA+PB+PC,其中PA、PB、PC分别为A、B、C三相的平均功率。

Claims (3)

1.一种智能电能表方波影响试验方法,其特征在于,所述方法的步骤为:
(1)根据被检表的规格,标准功率源电压输出端输出有效值为参比电压UN的正弦电压信号,标准功率源电流输出端输出有效值为标定电流Ib的正弦电流信号,上述正弦电压信号和正弦电流信号同相位,即功率因数为1且频率均为参比频率f0=50Hz;
(2)用被检电能表输出的脉冲控制标准表计数来确定被检表的相对误差,相对误差γbase按下式计算:
Figure FDA0002255620880000011
式中:m为标准电能表实测脉冲数;m0为算定脉冲数,按下式计算:
Figure FDA0002255620880000012
式中:N为被检表低频或高频脉冲数;C0为标准表的仪表常数,imp/kWh;CL为被检表的仪表常数,imp/kWh;KI、KU分别为标准表外接的电流、电压互感器的变比;
(3)以设定的步长Δf改变步骤(1)所述正弦电压信号和正弦电流信号的频率,得到n个范围为0.98f0~1.02f0的频率点;
(4)按照步骤(2)所述的方法,得到频率改变时对应的被检表相对误差
Figure FDA0002255620880000014
(1≤i≤n);
(5)得到频率改变时被检表相对误差改变值
Figure FDA0002255620880000013
其中相对误差改变值的最大值记为γf
(6)标准功率源停止输出正弦电压信号和正弦电流信号;
(7)标准功率源的电压输出端和电流输出端分别输出方波电压信号和方波电流信号,所述的方波电压信号满足
Figure FDA0002255620880000021
其中,f0为基波频率,
Figure FDA0002255620880000022
分别为电压各次谐波的幅值和相角;
设置要求如下:
所述的方波电流信号满足
Figure FDA0002255620880000025
其中,f0为基波频率,
Figure FDA0002255620880000026
分别为电流各次谐波的幅值和相角;
设置要求如下:
Figure FDA0002255620880000027
Figure FDA0002255620880000028
(8)按照步骤(2)所述的方法,得到方波影响下被检表相对误差γq
(9)得到方波影响下被检表相对误差改变值Δγq=γqbase
(10)标准功率源停止输出方波电压信号和方波电流信号;
(11)标准功率源电流输出端输出有效值为标定电流Ib的正弦电流信号,上述正弦电压信号和正弦电流信号同相位,即功率因数为1且频率均为参比频率f0=50Hz,以步长ΔU改变标准功率源电压输出端输出的正弦电压信号的有效值,使其在0.9UN~1.1UN范围内变化,得到m个测量点对应的被检表相对误差
Figure FDA0002255620880000029
(1≤i≤m);
(12)得到电压改变时被检表相对误差改变值
Figure FDA00022556208800000210
其中相对误差改变值的最大值记为γU
(13)得到被测表在频率、电压及方波综合影响下的相对误差
Figure FDA00022556208800000211
(14)将γ与设置的误差限γmax比较,若满足γ≤γmax,则被测表满足要求;若不满足γ≤γmax,则被测表不满足要求。
2.根据权利要求1所述的一种智能电能表方波影响试验方法,其特征在于,所述方法实现的一种智能电能表方波影响试验装置包括标准功率源和标准表;所述标准表与被检表的电压线路并联,标准表与被检表的电流线路串联;所述标准功率源的电压端直接连接被检表的电压端;标准功率源的I+电流端直接连接被检表相应电流端,标准功率源的I_电流端通过标准表连接被检表;标准功率源用于产生试验所需的电压和电流信号;用被检电能表输出的脉冲控制标准电能表计数来确定被检电能表的相对误差。
3.根据权利要求1所述的一种智能电能表方波影响试验方法,其特征在于,所述标准表对方波信号进行功率计量的具体步骤如下:
(a)设方波信号为
Figure FDA0002255620880000031
其中,f0为基波频率Ai,θi分别各次谐波的幅值和相角;
(b)用采样频率fs对信号x(t)进行采样后得到x(n);
(c)用H阶最大旁瓣衰减窗w(n)对x(n)进行截断得到xw(n),其中n为截断点数且n=0,1,…,N-1,N;
(d)将xw(n)进行相关的变换并忽略负频率可得
Figure FDA0002255620880000032
其中|W()|为H阶最大旁瓣衰减窗w(n)的变换式,该变换式满足:
Figure FDA0002255620880000033
(e)由于非同步采样和栅栏效应的存在,步骤(d)中的νi可表示为νi=kii;其中,ki为最大谱线所在位置,可通过最大谱线搜索得到;δi满足-0.5≤δi<0.5,可通过三谱线插值算法计算得到;
(f)将步骤(d)中的|Xw(ki)|代入
Figure FDA0002255620880000041
化简过后可得:
Figure FDA0002255620880000042
(g)通过步骤(f),进一步得到
Figure FDA0002255620880000043
第i次谐波的频率fi
Figure FDA0002255620880000044
(h)将步骤(d)中的W(k)代入
Figure FDA0002255620880000045
可得第i个分量幅值为第i个分量相角可以表示为θi=Phase{Xw(ki)}-πδi+π/2;
(i)计算得到第i次谐波的电压幅值
Figure FDA0002255620880000047
相角
Figure FDA0002255620880000048
电流幅值和相角
Figure FDA00022556208800000410
则第i次谐波产生的电能为
Figure FDA00022556208800000411
(j)标准表得到的总的平均功率P=P1+P3+P5+P7+P11+P13,其中,P1、P3、P5、P7、P11、P13分别为同频率的1、3、5、7、11、13次方波电压信号和方波电流信号产生的功率。
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