CN110007263A - 电压闪变与温度对电能表计量误差影响的测试装置及方法 - Google Patents

电压闪变与温度对电能表计量误差影响的测试装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电压闪变与温度对电能表计量误差影响的测试装置及方法，它包括：标准电能表和被检电能表，程控电源的三相电压线并联接入标准电能表与被检电能表的电压输入端；程控电源的三相电流线串联接入标准电能表与被检电能表的电流输入端；电压闪变信号发生器的输出端与标准电能表、被测电能表的输入端相连；标准电能表和被测电能表的输出端分别与PC机连接；程控电源输出端与PC机连接；PC机与总控中心连接；解决了随着电网运行环境的越来越复杂，电能表的实际运行工况往往是多个影响量共同作用，且处于动态变化条件下，现有的电能表检定试验装置不符合实际情况等技术问题。

Description

电压闪变与温度对电能表计量误差影响的测试装置及方法
技术领域
本发明涉及电能计量领域，具体是一种电压闪变与温度对电能表计量误差影响的测试装置及方法。
背景技术
随着国家对智能电网建设的大力推进，电网系统越来越智能化、复杂化，尤其是各种新型用电设备的大量使用，使得电网运行环境越来越复杂，由此产生的供用电量也越来越多。电能表作为计量电能的重要终端设备，其计量准确性关系到电力部门电能贸易结算的公平与公正性，虽然国内外现有的电能表计量检定标准体系在一定程度上能够保证电能表的计量准确性，但是现有标准在对电能表进行计量检定时仅考虑单一影响量下的电能表计量误差，且考虑的均是稳态条件，这时的电能表计量误差往往符合检定标准要求，然而随着电网运行环境的越来越复杂，电能表的实际运行工况往往是多个影响量共同作用，且处于动态变化条件下，现有的电能表检定试验装置不符合实际情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种电压闪变与温度对电能表计量误差影响的测试装置及方法，以解决现有标准在对电能表进行计量检定时仅考虑单一影响量下的电能表计量误差，且考虑的均是稳态条件，这时的电能表计量误差往往符合检定标准要求，然而随着电网运行环境的越来越复杂，电能表的实际运行工况往往是多个影响量共同作用，且处于动态变化条件下，现有的电能表检定试验装置不符合实际情况等技术问题。
本发明技术方案是：
一种电压闪变与温度对电能表计量误差影响的测试装置，它包括：标准电能表和被检电能表，程控电源的三相电压线并联接入标准电能表与被检电能表的电压输入端；程控电源的三相电流线串联接入标准电能表与被检电能表的电流输入端；电压闪变信号发生器的输出端与标准电能表、被测电能表的输入端相连；标准电能表和被测电能表的输出端分别与PC机连接；程控电源输出端与PC机连接；PC机与总控中心连接。
它还包括高低温控制试验箱，高低温控制试验箱内固定有挂表架，所述被检电能表挂在挂表架上。
所述程控电源输出电压范围为0V～380V，电流范围为0.001A～100A。
标准电能表的准确度等级比被检电能表的准确度等级高一个或以上等级。
所述的一种电压闪变与温度对电能表计量误差影响的测试装置的测试方法，它包括：
步骤1、测试不同负载点下的电能表初始固有误差eb(PFp，Ii)；
步骤2、将被检表放置在高低温控制试验箱内的挂表架上，控制试验箱中的温度值，同时由总控中心与程控电源设置不同的负载点，测试不同温度值下不同负载点的电能误差偏移值δeT(PFp，Ii)，PFp，Ii分别表示设定的功率因数与电流值；
步骤3、由程控中心以及电压闪变信号发生器生成电压闪变信号，将电压闪变信号接入被检电能表与标准电能表，然后由总控中心与程控电源设置不同的负载点，测试电压闪变信号影响下不同负载点的电能误差偏移值δeU(PFp，Ii)，PFp，Ii分别表示设定的功率因数与电流值；
步骤4对电压闪变信号与温度同时作用下的电能表计量最大误差emax进行评估式中的eb(PFp，Ii)表示被检电能表在电流为Ii和功率因数为PFp时的初始固有电能误差值；δeT(PFp，Ii)表示被检电能表在电流为Ii和功率因数为PFp时温度改变下的最大误差偏移值，δeU(PFp，Ii)表示被检电能表在电流为Ii和功率因数为PFp时电压闪变信号条件下的最大误差偏移值。
步骤2所述测试不同温度值下不同负载点的电能误差偏移值δeT(PFp，
Ii)的方法包括：
步骤2.1、打开高低温控制试验箱，控制被检电能表所处的环境温度在-40℃～+70℃范围内，具体取值设为-40℃，-30℃，-20℃，-10℃，0℃，10℃，20℃，30℃，40℃，50℃，60℃和70℃，共十二个温度点；
步骤2.2：程控电源控制被检电能表的电流输入值与功率因数值，电流取值分别为最小电流Imin、转折电流值Itr、最大电流Imax，其中Imin＜Itr＜Imax，功率因数取值为PF＝1.0；
步骤2.3：在步骤2.2所述的负载点下进行不同温度值下的被检电能表计量误差试验，记录不同负载点与温度点的电能误差数据；
步骤2.4：从步骤2.3中的电能误差数据中选取最大的误差偏移值代入电能表计量最大误差emax估算公式中的δeT(PFp，Ii)。
步骤3所述测试电压闪变信号影响下不同负载点的电能误差偏移值δeU(PFp，Ii)的方法包括：
步骤3.1:电压闪变信号发生器根据以下模型生成电压闪变信号，分别考虑单频与多频闪变调制信号，具体信号模型为：
考虑单频信号时的模型为：
u1(t)中的fi表示单频调制信号的频率，分别设置为5Hz，10Hz，15Hz，25Hz，35Hz；
考虑多频信号时的模型为：
u2(t)中signum函数为矩形波函数，表达式为
步骤3.2：将闪变信号发生器的输出端接至被检电能表与标准电能表的输入端，程控电源设置电流值为Itr，功率因数为PF＝1.0；
步骤3.3：根据电压闪变信号发生器设置的单频与多频闪变调制信号进行电压闪变信号影响下的被检电能表计量误差实验，记录不同情况下的电能误差数据；
步骤3.4：从步骤3.3中记录的电能误差数据选取一个最大的误差偏移值代入最大误差emax估算公式中的δeU(PFp，Ii)。
电压闪变信号发生器产生闪变信号的方法为：所述电压闪变信号发生器包括PC端，PC端与微机处理器连接；微机处理器分别与数模转换器和显示器连接；在PC端的控制下，首先设置调制信号参数，然后电压闪变信号发生器中的微机处理器得到各个时刻的电压值，并通过数模转换器输出设定的电压闪变信号，并在显示器上显示便于实时监测闪变信号。
本发明有益效果是：
本发明采用高低温控制试验箱与电压闪变信号发生器完成电压闪变信号与温度共同作用下的电能表计量误差测试实验，最后对测试所得电能误差数据进行综合最大误差计算，具有装置结构简单易懂、试验操作简单便捷且实验准确度高等特点，解决了现有标准在对电能表进行计量检定时仅考虑单一影响量下的电能表计量误差，且考虑的均是稳态条件，这时的电能表计量误差往往符合检定标准要求，然而随着电网运行环境的越来越复杂，电能表的实际运行工况往往是多个影响量共同作用，且处于动态变化条件下，现有的电能表检定试验装置不符合实际情况等技术问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是电压闪变信号发生器的原理控制框图；
图3是具体实施方式中利用总控中心、程控电源以及电压闪变信号发生器生成试验所需的单频与多频闪变信号，完成电压闪变信号影响下的电能表计量误差实验的试验数据示意图。
具体实施方式
本发明测试装置(见图1)包括电压闪变信号发生器、总控中心、PC、程控电源、标准电能表、被检电能表、挂表架以及高低温控制试验箱，所述挂表架安装在所述高低温控制试验箱内；所述被检电能表安装在所述挂表架上；所述程控电源的三相电压线并联接入所述标准电能表与被检电能表的电压输入端；所述程控电源的三相电流线串联接入所述标准电能表与被检电能表的电流输入端；所述电压闪变信号发生器的电压与电流输出端分别与标准电能表、被测电能表的电压电流输入端相连；所述总控中心控制所述被检电能表以及标准电能表的电能脉冲进行误差比对，采用TCP/IP协议来实现电能误差数据流的传输；所述PC负责接收总控中心传输的电能误差数据，进行综合误差计算、误差显示以及被检电能表的计量性能分析。
标准电能表和被测电能表的输出端通过RS485-USB转接头分别与PC机的USB端口连接；PC机通过USB-RS485转接头与程控电源输入端连接，程控电源的输出端通过RS-485通信接口与电压闪变信号发生器输入端连接；PC机通过传输光纤与总控中心连接，进行整个装置的控制与通讯。
所述测试方法步骤为：
步骤1：测试不同负载点下的电能表初始固有误差eb(PFp，Ii)，其中PFp表示当前设定的功率因数，Ii表示当前设定的电流值，参照R46国际建议中的电能表初始固有误差试验方法；
步骤2：将被检表放置高低温控制试验箱，控制试验箱中的温度值，同时由总控中心与程控电源设置不同的负载点，测试不同温度值下不同负载点的电能误差偏移值δeT(PFp，Ii)，PFp，Ii分别表示设定的功率因数与电流值；
步骤3：由程控中心以及电压闪变信号发生器生成电压闪变信号，将电压闪变信号接入被检电能表与标准电能表，然后由总控中心与程控电源设置不同的负载点，测试电压闪变信号影响下不同负载点的电能误差偏移值δeU(PFp，Ii)，PFp，Ii分别表示设定的功率因数与电流值；
步骤4：根据上述步骤得到的电能误差值，对电压闪变信号与温度同时作用下的电能表计量最大误差emax进行评估，emax估算公式为
emax中的eb(PFp，Ii)表示被检电能表在电流为Ii和功率因数为PFp时的初始固有电能误差值；δeT(PFp，Ii)，表示被检电能表在电流为Ii和功率因数为PFp时温度改变下的最大误差偏移值，δeU(PFp，Ii)表示被检电能表在电流为Ii和功率因数为PFp时电压闪变信号条件下的最大误差偏移值。
所述程控电源输出电压范围为0V～380V，电流范围为0.001A～100A。
所述标准电能表的准确度等级比被检电能表的准确度等级高一个或以上等级，可以进行量值溯源。
所述的测试不同温度值下不同负载点的电能误差偏移值的步骤为：
步骤1：打开高低温控制试验箱，控制被检电能表所处的环境温度在-40℃～+70℃范围内变化，具体取值设为-40℃，-30℃，-20℃，-10℃，0℃，10℃，20℃，30℃，40℃，50℃，60℃和70℃，共十二个温度点；
步骤2：程控电源控制被检电能表的电流输入值与功率因数值，为不失一般性，电流取值分别为最小电流Imin、转折电流值Itr、最大电流Imax，其中Imin＜Itr＜Imax，功率因数取值为PF＝1.0；
步骤3：在步骤2所述的负载点下进行不同温度值下的被检电能表计量误差试验，记录不同负载点与温度点的电能误差数据；
步骤4：从步骤3中的电能误差数据中选取最大的误差偏移值代入最大误差emax估算公式中的δeT(PFp，Ii)。
所述的测试电压闪变信号影响下不同负载点的电能误差偏移值δeU的实验步骤为：
步骤1:电压闪变信号发生器根据以下模型生成电压闪变信号，分别考虑单频与多频闪变调制信号，具体信号模型为：
考虑单频信号时的模型为：
u1(t)中的fi表示单频调制信号的频率，分别设置为5Hz，10Hz，15Hz，25Hz，35Hz。
考虑多频信号时的模型为：
u2(t)中signum函数为矩形波函数，其表达式为
步骤2：将闪变信号发生器的输出端接至被检电能表与标准电能表的输入端，程控电源设置电流值为Itr，功率因数为PF＝1.0；
步骤3：根据电压闪变信号发生器设置的单频与多频闪变调制信号进行电压闪变信号影响下的被检电能表计量误差实验，记录不同情况下的电能误差数据；
步骤4：从步骤3中记录的电能误差数据选取一个最大的误差偏移值代入最大误差emax估算公式中的δeU(PFp，Ii)。
所述的电压闪变信号发生器遵循GB12326-90《电能质量：电压允许波动和闪变》中对电压波动与闪变允许值的规定，使用微机控制技术产生闪变信号，控制过程为：在PC端的控制下，首先设置调制信号参数，然后发生器中的微机处理器求出各个时刻的电压值，并通过发生器中的数模转换器输出设定的电压闪变信号，并在PC上显示便于实时监测闪变信号。
以下结合附图作详细说明：
本发明实现电压闪变与温度对电能表计量误差影响的测试实验的具体步骤包括：
第一步，完成被检电能表的初始固有误差实验，实验过程为：
1)由程控电源设置被检电能表与标准电能表的输入信号为标准正弦信号，电压幅值为220V；
2)根据R46国际建议规定，电能表初始固有误差试验的电流值需从最小电流升到最大电流，然后从最大电流降到最小电流，对每一个试验电流负载点，误差结果为两次测量的平均值。因此被检电能表的初始固有误差试验的第二步由程控电源控制被检电能表和标准电能表的电流输入值大小分别为最Imin、Itr、5Itr、10Itr、0.5Imax、Imax。
3)程控电源控制被检电能表和标准电能表的功率因数值分别为PF＝1.0、PF＝0.5L(感性)、PF＝0.8C(容性)；
4)在步骤2、3所述的负载点下进行被检电能表的初始固有误差试验，并记录不同负载点下的初始固有电能误差数据，数据如表1所示；
表1
第二步，改变高低温控制试验箱中的温度值，分别设定为-40℃，-30℃，-20℃，-10℃，0℃，10℃，20℃，30℃，40℃，50℃，60℃和70℃，共十二个温度点，电流值设定为Imin、Itr、以及Imax，完成被检电能表在温度改变影响下的电能表计量误差实验，实验数据如表2所示；
表2
第三步，利用总控中心、程控电源以及电压闪变信号发生器生成试验所需的单频与多频闪变信号，完成电压闪变信号影响下的电能表计量误差实验，信号模型如下，实验数据如图3所示，不同调制频率闪变信号的误差共测试50次；
考虑单频信号时的模型为：
u1(t)中的fi表示单频调制信号的频率，分别设置为5Hz，10Hz，15Hz，25Hz，35Hz。
考虑多频信号时的模型为：
u2(t)中signum函数为矩形波函数，其表达式为
第四步，从第一步、第二步与第三步记录的实验数据中选取最大的电能表计量误差值分别为：eb＝0.023％，δeT＝0.089％，δeU＝0.063％，根据电能表计量误差最大误差计算公式将eb＝0.023％，δeT＝0.089％，δeU＝0.063％分别代入可得emax＝0.111％。

Claims (8)

1.一种电压闪变与温度对电能表计量误差影响的测试装置，它包括：标准电能表和被检电能表，其特征在于：程控电源的三相电压线并联接入标准电能表与被检电能表的电压输入端；程控电源的三相电流线串联接入标准电能表与被检电能表的电流输入端；电压闪变信号发生器的输出端与标准电能表、被测电能表的输入端相连；标准电能表和被测电能表的输出端分别与PC机连接；程控电源输出端与PC机连接；PC机与总控中心连接。
2.根据权利要求1所述的一种电压闪变与温度对电能表计量误差影响的测试装置，其特征在于：它还包括高低温控制试验箱，高低温控制试验箱内固定有挂表架，所述被检电能表挂在挂表架上。
3.根据权利要求1所述的一种电压闪变与温度对电能表计量误差影响的测试装置，其特征在于：所述程控电源输出电压范围为0V～380V，电流范围为0.001A～100A。
4.根据权利要求1所述的一种电压闪变与温度对电能表计量误差影响的测试装置，其特征在于：标准电能表的准确度等级比被检电能表的准确度等级高一个或以上等级。
5.如权利要求1所述的一种电压闪变与温度对电能表计量误差影响的测试装置的测试方法，它包括：
步骤1、测试不同负载点下的电能表初始固有误差eb(PFp，Ii)；
步骤2、将被检表放置在高低温控制试验箱内的挂表架上，控制试验箱中的温度值，同时由总控中心与程控电源设置不同的负载点，测试不同温度值下不同负载点的电能误差偏移值δeT(PFp，Ii)，PFp，Ii分别表示设定的功率因数与电流值；
步骤3、由程控中心以及电压闪变信号发生器生成电压闪变信号，将电压闪变信号接入被检电能表与标准电能表，然后由总控中心与程控电源设置不同的负载点，测试电压闪变信号影响下不同负载点的电能误差偏移值δeU(PFp，Ii)，PFp，Ii分别表示设定的功率因数与电流值；
步骤4对电压闪变信号与温度同时作用下的电能表计量最大误差emax进行评估
式中的eb(PFp，Ii)表示被检电能表在电流为Ii和功率因数为PFp时的初始固有电能误差值；δeT(PFp，Ii)表示被检电能表在电流为Ii和功率因数为PFp时温度改变下的最大误差偏移值，δeU(PFp，Ii)表示被检电能表在电流为Ii和功率因数为PFp时电压闪变信号条件下的最大误差偏移值。
6.根据权利要求5所述的一种电压闪变与温度对电能表计量误差影响的测试装置的测试方法，其特征在于：步骤2所述测试不同温度值下不同负载点的电能误差偏移值δeT(PFp，Ii)的方法包括：
步骤2.1、打开高低温控制试验箱，控制被检电能表所处的环境温度在-40℃～+70℃范围内，具体取值设为-40℃，-30℃，-20℃，-10℃，0℃，10℃，20℃，30℃，40℃，50℃，60℃和70℃，共十二个温度点；
步骤2.2：程控电源控制被检电能表的电流输入值与功率因数值，电流取值分别为最小电流Imin、转折电流值Itr、最大电流Imax，其中Imin＜Itr＜Imax，功率因数取值为PF＝1.0；
步骤2.3：在步骤2.2所述的负载点下进行不同温度值下的被检电能表计量误差试验，记录不同负载点与温度点的电能误差数据；
步骤2.4：从步骤2.3中的电能误差数据中选取最大的误差偏移值代入电能表计量最大误差emax估算公式中的δeT(PFp，Ii)。
7.根据权利要求5所述的一种电压闪变与温度对电能表计量误差影响的测试装置的测试方法，其特征在于：步骤3所述测试电压闪变信号影响下不同负载点的电能误差偏移值δeU(PFp，Ii)的方法包括：
步骤3.1:电压闪变信号发生器根据以下模型生成电压闪变信号，分别考虑单频与多频闪变调制信号，具体信号模型为：
考虑单频信号时的模型为：
u1(t)中的fi表示单频调制信号的频率，分别设置为5Hz，10Hz，15Hz，25Hz，35Hz；
考虑多频信号时的模型为：
u2(t)中signum函数为矩形波函数，表达式为
步骤3.2：将闪变信号发生器的输出端接至被检电能表与标准电能表的输入端，程控电源设置电流值为Itr，功率因数为PF＝1.0；
步骤3.3：根据电压闪变信号发生器设置的单频与多频闪变调制信号进行电压闪变信号影响下的被检电能表计量误差实验，记录不同情况下的电能误差数据；
步骤3.4：从步骤3.3中记录的电能误差数据选取一个最大的误差偏移值代入最大误差emax估算公式中的δeU(PFp，Ii)。
8.根据权利要求5所述的一种电压闪变与温度对电能表计量误差影响的测试装置的测试方法，其特征在于：电压闪变信号发生器产生闪变信号的方法为：所述电压闪变信号发生器包括PC端，PC端与微机处理器连接；微机处理器分别与数模转换器和显示器连接；在PC端的控制下，首先设置调制信号参数，然后电压闪变信号发生器中的微机处理器得到各个时刻的电压值，并通过数模转换器输出设定的电压闪变信号，并在显示器上显示便于实时监测闪变信号。
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