CN111562537A - 电能表动态误差的同步测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电能表动态误差的同步测量方法，包括动态测试电压信号、动态测试电流信号和动态误差测试时间控制信号，其中动态误差测试时间控制信号的间隔T′包含N′个动态测试信号循环周期；测试时间控制信号间隔T′是电能表每个动态误差测试的时间间隔，电能表动态误差测试中，稳态电压信号和稳态电流信号送入标准电能量值测量单元，在测试时间控制信号同步控制下，标准电能量值测量单元累计测量稳态测试信号的电能量值；在时间间隔T′内，动态测试信号送入被试电能表，通过动态测试信号重复N次循环，完成电能表动态误差的N次测试；该方法不同于已有的电能表动态误差非同步测试方法，能够显著地提高电能表动态误差测量的准确度，并实现动态电能量值的溯源。

Description

电能表动态误差的同步测量方法

技术领域

本发明涉及一种电能表动态误差的同步测量方法，特别是关于一种能够减少电能表动态误差的测试时间与动态测试信号循环周期同步的测试方法。

背景技术

近年来，随着我国能源工业发展和智能电网的不断提升，智能电网中光伏电源、风能等新能源的引入，使电网中电源的输出功率呈现出非稳态特性，电弧炉、高铁牵引负荷和轧钢机等动态负荷的瞬时电流幅度和有功功率呈现出频繁随机动态变化特性；这些智能电网的新特性导致智能电能表电能计量出现较大超差，不能实现合理计费；目前，虽然已经提出了电能表动态误差测试方法，但是，这些方法都是电能表动态误差的测试时间与动态测试信号循环周期非同步的方法，导致电能表动态误差的测试准确度较低，不能满足较高测量准确度要求的场合。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种电能表动态误差的测试时间与动态测试信号循环周期同步的方法，目的是能够提高电能表动态误差测量的准确度。

本发明的目的是能够提高电能表动态误差测量的准确度，方便地实现动态电能量值的溯源。

本发明所述的电能表动态误差的同步测量方法，采用的动态测试信号包括稳态电压信号、稳态电流信号、动态测试电压信号、动态测试电流信号和动态误差测试时间控制信号(简称：测试控制信号)；测试控制信号时间间隔T′是电能表每个动态误差测试的时间间隔，包含N′(N′为整数)个动态测试信号循环周期；动态测试信号和测试控制信号周期循环输出，周期循环次数等于电能表动态误差重复测试的次数；电能表动态误差的同步测试方法如下：在测试过程中，稳态电流信号和稳态电压信号送入标准电能量值测量单元；在测试控制信号同步控制下，以及测试控制信号时间间隔T′内，标准电能量值测量单元累计测量稳态功率信号的电能量值；在时间间隔T′内，动态测试信号送入被试电能表(可能为一块或多块电能表)，通过动态测试信号重复N次循环，完成电能表动态误差的N次测试；电能表动态误差的同步测试方法如图1所示。

本发明所述电能表动态误差同步测量方法，采用的测试控制信号为闸门控制信号与/或启动和停止控制信号；闸门控制信号为一段持续时间间隔T'的高电平信号，或一段持续时间间隔T'的低电平信号，启动和停止控制信号为闸门控制信号的启动跳变和停止跳变信号，或为正脉冲信号或负脉冲信号，或为启动时刻t₁和停止时刻t₂的动态测试信号，如图1所示；所述测试控制信号的时间间隔T'为闸门控制信号高电平持续的时间间隔T'，或闸门控制信号低电平持续的时间间隔T'，或为启动脉冲与停止脉冲之间的时间间隔，或为动态测试信号启动时刻t₁和停止时刻t₂之间的时间间隔；在电能表动态误差测试中，测试控制信号控制动态测试信号的启动和停止，启动控制信号的起始时刻与动态测试信号的启动时刻t₁同步，停止控制信号的起始时刻与动态测试信号的停止时刻t₂同步；在电能表动态误差测试中，测试控制信号与动态测试信号同步循环N次，用于控制稳态测试信号与/或动态测试信号的电能量值测量与确定；实际硬件电路常通过采用一定电平值的高低电压来实现闸门控制信号；通过稳态测试信号产生启动脉冲和停止脉冲控制信号的产生，测试控制信号可以输出到测试装置的外部，也可以在测试装置的内部不输出。

本发明所述测试控制信号同步控制，是电能表每个动态误差的测试时间间隔T'(简称：动态误差测试时间)在数值上等于测试控制信号的时间间隔T'，是动态测试信号循环周期的N′倍(N′为整数)；动态误差测试时间T'是测量一次动态误差过程中，累计测量被测信号电能值的时间；此外，通过测试控制信号中启动控制信号，控制标准电能量值测量单元开始累计测量稳态测试信号的电能，通过测试控制信号中停止控制信号，控制标准电能量值测量单元结束一次累计测量稳态测试信号电能，进而，测量得到测试时间T'内的稳态测试信号的电能量值；再者，通过测试控制信号的启动控制信号，控制动态测试电流信号在t₁时刻开始输入被试电能表，通过测试控制信号的停止控制信号，控制动态测试电流信号在t₂时刻停止输入被试电能表，完成电能表动态误差的同步测量。

本发明所述动态测试信号循环周期为动态测试电压信号与动态测试电流信号的公共周期，它是动态测试电压信号周期与动态测试电流信号周期的公倍数；所述动态测试信号重复N次循环，是动态测试信号以循环重复方式送入被测试的电能表，每一个动态测试信号循环周期结束时t₂刻与相邻的下一个动态测试电流信号循环周期开始t₁时刻之间的时间间隔，为循环重复间隔，该间隔可以采用不相等的时间间隔，也可以采用相等的时间间隔，或者为0时间间隔，即循环周期之间的时间间隔没有限制。

本发明所述电能表动态误差同步测量方法中采用的动态测试电流信号的波形幅度信号或为确定信号，或为伪随机序列信号，波形幅度信号具有给定的参数；确定信号包括常数、方波、梯形波、正弦波信号等，伪随机序列信号包括M序列、m序列、截短m序列、平衡Gold序列、Gold序列、截短Gold序列、压缩感知(CS)序列产生的序列；波形幅度信号调制稳态周期正弦电流信号或调制稳态周期畸变电流信号(简称：稳态电流信号)，调制方式可由键控调制稳态电流信号的方式实现，也可以由DAC(数模转换器)信号合成的方式实现；稳态电流信号的表达式分别为：

稳态周期正弦电流信号：

式中，I_k为k相电流的幅值，k＝a,b,c分别表示A、B、C三相，f₁为电流信号的频率，ω₁＝2πf₁为角频率，

为k相电流信号的初始相位值，T＝1/f₁为稳态电流信号的周期。

稳态周期畸变电流信号：

式中，I′_k为k相电流的基波幅值，ω_l＝2πf_l为基波或谐波电流的角频率，A_k1＝1，l与

均为整数，

表示频率为ω_l的谐波电流相对基波的幅值，A_kl为实数，

为谐波电流的初始相位，T＝1/f₁为稳态电流信号的周期；其中，谐波包含整数次谐波和分数次谐波，谐波具有公共的周期，

是周期信号。

所述动态测试电流信号为动态测试正弦波形电流信号和动态测试畸变波形电流信号，其表达式分别为：

动态测试正弦波形电流信号：

动态测试畸变波形电流信号：

式(3)(4)中，

表示动态测试电流波形幅度信号，可为确定信号a_k(t)或为伪随机序列信号a_k(n,t):n＝0,1,L M_PN；式(3)(4)中其他参数分别与式(1)(2)参数意义相同；波形幅度信号表达式为：

式中，a_kn(t)为第n个T周期内的电流调制信号，或者a_kn序列在第n个T周期内的数值，ΔT_k＜T为时间差并取实数，在动态误差的测试时间间隔T′内，包含动态测试电流波形幅度信号的整数周期，即T′＝LT，L为在动态误差的测试时间间隔T′内包含的稳态电流信号的基波周期T的个数；g(t)为区间[0,T]内的矩形窗函数。

本发明所述电能表动态误差同步测量方法中采用的动态测试电压信号，其波形幅度信号为确定信号，确定信号包括常数、方波、梯形波、正弦波信号等，波形幅度信号具有给定的参数值；波形幅度信号调制稳态周期正弦电压信号或调制稳态周期畸变电压信号(简称：稳态电压信号)，稳态电压信号的表达式分别为：

稳态周期正弦电压信号：

式中，U_k为k相电压信号的幅值，φ_k为k相电压信号的初始相位值，其他参数意义与式(1)参数意义相同；稳态电压信号的周期与稳态电流信号的周期相同，均用T表示。

稳态周期畸变电压信号：

式中，U′_k为k相电压的基波幅值，ω_l为基波或谐波电压角频率，l与

均为整数，

表示频率为ω_l的谐波电压相对基波的幅值，B_kl为实数，其中B_k1＝1，φ_kl为谐波电压的初始相位，稳态电压信号的周期与稳态电流信号的周期相同，均用T表示。

所述动态测试电压信号包括动态测试正弦波形电压信号和动态测试畸变波形电压信号，其表达式分别为：

动态测试正弦波形电压信号：

动态测试畸变波形电压信号：

式(8)(9)中，

表示动态测试电压波形幅度信号，为确定信号b_k(t)；

式(8)(9)中其他参数分别与式(6)(7)参数意义相同；波形幅度信号表达式为：

式中，b_kn(t)为第n个T周期内的电压调制信号，ΔT′_k＜T为时间差并取实数；在动态误差的测试时间间隔T′内，包含动态测试电压波形幅度信号的整数周期。

所述标准电能量值测量单元包括标准电能表、或标准功率源的内部电能测量单元、或电能表检定与校验装置的内部电能测量单元、或现场电能表校验装置的内部电能测量单元，以及这些单元中的电能测量或累计软件。

由稳态电流信号与稳态电压信号相乘得到稳态功率信号如下：

或

由动态测试电流信号与动态测试电压信号相乘得到动态功率信号如下：

或

式(1)-(14)中，k取a,b,c分别表示电路中的A、B或C相；动态测试信号循环重复N次输出；循环重复上述动态测试信号并完成动态误差的测试过程。

本发明所述电能表动态误差同步测量方法中，在时间间隔T'内，动态测试信号送入被试电能表，动态测试信号循环重复N次，完成电能表动态误差的N次测试；其过程为：在测试启动控制信号t₁时刻之前，动态测试电流为0，当测试启动控制信号t₁＝0时刻开始，动态测试电流信号送入被试电能表，被试电能表开始累计测量动态功率信号的电能，直至t₂时刻；在测试停止控制信号t₂时刻之后，送入被试电能表的动态测试电流信号变为0，动态测试电流信号停止送入被试电能表，被试电能表累计测量动态功率信号电能量值停止，即动态测试电流信号在t₂时刻归零之后循环重复(简称：动态测试电流信号归零循环模式)；时刻t₁与时刻t₂之差为测试控制信号时间间隔T'；以上过程即在测试控制信号时间T'(电能表每个动态误差的测试时间)内，被试电能表测量得到一次动态测试信号的电能值E_X；同时，在测试控制信号同步控制下，以及测试控制信号时间间隔内，稳态电压信号与稳态电流信号连续不间断地送到标准电能量值测量单元，标准电能量值测量单元累计测量稳态功率信号的电能量值E₀，或累计标准电能量值测量单元输出电能脉冲得到稳态电能值E₀；此外，在动态测试电流信号t₂时刻变为0之后，按照确定的比例关系完成误差计算，实现被试电能表动态误差的一次测试；在完成该次测试之后，下一个测试控制启动信号t₁时刻开始t₁＝0，循环重复上述信号循环与测试过程，完成下一次被试电能表的动态误差测试，直至完成电能表动态误差的N次测试，该方法称为动态测试电流信号归零循环测试模式。

本发明所述电能表动态误差同步测量方法中，在时间间隔T′内，动态测试信号送入被试电能表，动态测试信号重复N次循环，完成电能表动态误差的N次测试，除了动态测试电流信号归零循环模式以外，还可以采用如下测试过程：在测试启动控制信号t₁时刻之前，动态测试电流为0；当测试启动控制信号时刻t₁＝0开始，动态测试电流信号送入被试电能表，被试电能表开始累计测量动态功率信号的电能，直至t₂时刻；在测试停止控制信号t₂时刻，将t₂时刻作为下一个动态测试电流信号循环重复的开始时刻t₁，动态测试电流信号循环重复地送入被试电能表，即动态测试电流信号在t₂时刻后非归零循环重复(简称：动态测试电流信号非归零循环模式)；时刻t₁与时刻t₂之差为测试控制信号时间间隔T′；在测试控制信号时间T′内，被试电能表测量得到一次动态测试信号的电能值E_X；同时，在测试控制信号同步控制下，以及测试控制信号时间间隔T′内，标准电能量值测量单元累计测量稳态功率信号的电能量值E₀，或累计标准电能量值测量单元输出电能脉冲得到稳态电能值E₀；然后，按照确定的比例关系完成误差计算，实现被试电能表动态误差的一次测试；在下一个动态测试电流信号循环重复时间T′，重复上述动态误差测试过程，完成下一次被试电能表的动态误差测试，直至完成电能表动态误差的N次测试，该方法称为动态测试电流信号非归零循环测试模式。

所述电能表动态误差同步测量方法，在测试控制信号时间T′内，被试电能表测量得到一次动态测试信号的电能值E_X，其特征在于：

对于动态测试电流信号归零循环测试模式，在测试启动控制信号t₁时刻之前，通过被试电能表的外部数据传输接口(如RS485接口、载波通信接口、无线通信接口)读取被试电能表的电能值作为起始电能值E_X1；在测试停止控制信号t₂时刻之后，再次通过电能表的外部数据传输接口(如RS485接口、载波通信接口、无线通信接口)读取被试电能表的电能值作为结束电能值E_X2；被试电能表在每个动态误差测试时间T′内的动态电能值E_X，由E_X＝E_X1-E_X2计算得出，即通过两次读取电能数据与一次计算得到动态电能值E_X。

对于动态测试电流信号非归零循环测试模式，在测试启动控制信号t₁时刻(可存在±(1～2)个电流基波周期的时间偏差)，通过被试电能表的外部数据传输接口(如RS485接口、载波通信接口、无线通信接口)读取被试电能表的电能值(或t₁时刻锁定电能值)作为起始电能值E_X1，在测试停止控制信号t₂时刻(可存在±(1～2)个电流基波周期的时间偏差)，再次通过电能表的外部数据传输接口(如RS485接口、载波通信接口、无线通信接口)读取被试电能表的电能值(或t₂时刻锁定电能值)作为结束电能值E_X2，被试电能表在每个动态误差的测试时间T′内的动态电能值E_X，亦由E_X＝E_X1-E_X2计算得出。

本发明所述的电能表动态误差同步测量方法中，按照确定的比例关系完成误差计算，完成被试电能表动态误差的一次测试，其特征在于，在被试电能表每个动态误差的测试时间T′内，对于每一种给定的波形幅度信号及其参数，动态测试信号的电能参考量值E_X0与标准电能量值测量单元累计测量得到的稳态功率信号电能标准量值E₀之间，理论上具有确定的比例关系；该比例关系用于计算动态测试信号的电能参考量值E_X0，E_X0＝K×E₀，K为比例常数，对于每一种动态电流测试信号和电压测试信号，K均为常数；通过比例关系E₀＝E_X0/K，可将动态测试信号的电能参考量值E_X0溯源至稳态功率信号的电能标准量值E₀，同时，按照上述该比例关系，完成被试电能表动态误差的计算，算法如下。

本发明所述的动态测试信号的电能参考量值E_X0与标准电能量值测量单元累计测量得到的稳态功率信号电能标准量值E₀之间，理论上具有确定的比例关系。

在测试电压信号为稳态电压信号的条件下，对于给定矩形幅度确定信号及参数的OOK动态测试电流信号，其比例系数K为：

式中，M₁为在测试控制信号时间间隔T′内控制送入被试电能表的幅度为非零值的动态测试电流信号包含的周期T的总数，M₂为在测试控制信号时间间隔T′内控制送入被试电能表的幅度为零值的动态测试电流信号包含的周期T的总数。

在测试电压信号为稳态电压信号的条件下，对于给定伪随机序列幅度及参数的动态测试电流信号，其比例系数K为：

式中，M_PN1为在测试控制信号时间间隔T′内控制送入被试电能表的幅度为非零值的动态测试电流信号包含的周期T的总数，M_PN2为在测试控制信号时间间隔T′内控制送入被试电能表的幅度为零值的动态测试电流信号包含的周期T的总数。

在测试电压信号为稳态电压信号的条件下，对于下述给定正弦确定信号幅度及参数的动态测试电流信号

其比例系数K为：

式中，A为参数，改变A的值可以改变正弦确定信号幅度的直流分量，m_A为正弦确定信号的调幅指数，0＜m_A≤1；ω_A为正弦确定信号的角频率，

为正弦确定信号的初始相位值。

在测试电压信号为给定参数的方波包络信号的条件下，对于给定矩形幅度确定信号及参数的OOK动态测试电流信号，其比例系数K为：

式中，β为测试电压信号为方波包络信号时的波动幅值，0＜β≤1，

为测试电压方波包络信号的幅值为100％的时间内包含的幅度为非零值的动态测试电流信号的周期T的总数，是动态测试电流波形幅度信号的周期的

倍(

为整数)，

为测试电压方波包络信号的幅值为β的时间内包含的幅度为非零值的动态测试电流信号的周期T的总数，是动态测试电流波形幅度信号的周期的

倍(

为整数)；L为动态误差的测试时间间隔T′内包含的稳态电流信号的基波周期T的个数；其他参数与式(16)中参数意义相同。

在测试电压信号为给定参数的方波包络信号的条件下，对于给定伪随机序列幅度及参数的动态测试电流信号，其比例系数K为：

式中，

为测试电压方波包络信号的幅值为100％的时间内包含的幅度为非零值的动态测试电流信号的周期T的总数，是动态测试电流波形幅度信号的周期的

倍(

为整数)，

为测试电压方波包络信号的幅值为β的时间内包含的幅度为非零值的动态测试电流信号的周期T的总数，是动态测试电流波形幅度信号的周期的

倍(

为整数)；其他参数与式(17)中参数意义相同。

在测试电压信号为给定参数的方波包络信号的条件下，对于下述给定正弦确定信号幅度及参数的动态测试电流信号

其比例系数K为：

式中，A为参数，改变A的值可以改变正弦确定信号幅度的直流分量，m_A为正弦确定信号的调幅指数，0＜m_A≤1；ω_A为正弦确定信号的角频率，

为正弦确定信号的初始相位值；其他参数与式(18)中参数意义相同。

附图及附图说明

图1：为本发明被试电能表动态误差的同步测试示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式；本实施方式所述的电能表动态误差的同步测量方法包括动态测试信号输入被试电能表、标准电能量值测量单元和被试电能表动态误差计算。其中输入信号为：稳态电压信号、稳态电流信号、动态测试电压信号、动态测试电流信号和动态误差测试时间控制信号(简称：测试控制信号)。

本实施方式所述的电能表动态误差的同步测试方法如下：在测试控制信号同步控制下，以及测试控制信号时间间隔内，稳态电流信号和稳态电压信号连续不间断地送入标准电能量值测量单元；通过测试控制信号中启动控制信号，控制标准电能量值测量单元开始累计测量稳态测试信号的电能，通过测试控制信号中停止控制信号，控制标准电能量值测量单元结束一次累计测量稳态测试信号的电能量值，进而，测量得到测试时间T'内的稳态测试信号的电能量值E₀；再者，在时间间隔T′内，动态测试信号送入被试电能表(可能为一块或多块电能表)；通过测试控制信号的启动控制信号，控制动态测试电流信号在t₁＝0时刻开始输入被试电能表，通过测试控制信号的停止控制信号，控制动态测试电流信号在t₂时刻停止输入被试电能表，完成电能表动态误差的同步测量；在测试启动控制信号t₁时刻之前，动态测试电流为0，当测试启动控制信号t₁＝0时刻开始，动态测试电流信号送入被试电能表，被试电能表开始累计测量动态功率信号的电能；直至测试停止控制信号t₂时刻，送入被试电能表的动态测试电流信号变为0(停止输出)，动态测试电流信号停止送入被试电能表，被试电能表累计测量动态功率信号电能量值停止；时刻t₁与时刻t₂之差为测试控制信号时间间隔T'；在测试控制信号时间T'(电能表每个动态误差的测试时间)内，被试电能表测量得到一次动态测试信号的电能值E_X；循环重复上述信号循环与测试过程，直至完成电能表动态误差的N次测试；电能表动态误差的同步测试方法如图1所示。

具体实施方式二：本实施方式是对实施方式一的进一步说明，本实施方式所述的稳态电流信号、稳态电压信号、动态测试电流信号、动态测试电压信号分别为：

所述稳态电流信号包括稳态周期正弦电流信号或稳态周期畸变电流信号，其表达式分别为：

稳态周期正弦电流信号：

式中，I_k为k相电流的幅值，k＝a,b,c分别表示A、B、C三相，f₁为电流信号的频率，ω₁＝2πf₁为角频率，

为k相电流信号的初始相位值，T＝1/f₁为稳态电流信号的周期。

稳态周期畸变电流信号：

式中，I′_k为k相电流基波幅值，ω_l＝2πf_l为基波或谐波电流的角频率，A_k1＝1，l与

均为整数，

表示频率为ω_l的谐波电流相对基波的幅值，A_kl为实数，

为谐波电流的初始相位，T＝1/f₁为稳态电流信号的周期；其中，谐波包含整数次谐波和分数次谐波，谐波具有公共的周期，

是周期信号。

所述稳态电压信号包括稳态周期正弦电压信号和稳态周期畸变电压信号，表达式分别为：

稳态周期正弦电压信号：

式中，U_k为k相电压信号的幅值，φ_k为k相电压信号的初始相位值，其他参数意义与式(1)参数意义相同，稳态电压信号的周期与稳态电流信号的周期相同，均用T表示。

稳态周期畸变电压信号：

式中，U′_k为k相电压的基波幅值，ω_l为基波或谐波电压角频率，B_k1＝1，l与

均为整数，

表示频率为ω_l的谐波电压相对基波的幅值，B_kl为实数，φ_kl为谐波电压的初始相位，稳态电压信号的周期与稳态电流信号的周期相同，均用T表示。

所述动态测试电流信号为动态测试正弦波形电流信号和动态测试畸变波形电流信号，其表达式分别为：

动态测试正弦波形电流信号：

动态测试畸变波形电流信号：

表示动态测试电流波形幅度信号，可为确定信号a_k(t)或为伪随机序列信号a_k(n,t):n＝0,1,L M_PN；波形幅度信号表达式为：

式中，a_kn(t)为第n个T周期内的电流调制信号，或者a_kn序列在第n个T周期内的数值，ΔT_k＜T为时间差并取实数，在动态误差的测试时间间隔T′内，包含动态测试电流波形幅度信号的整数周期，g(t)为区间[0,T]内的窗函数。

所述动态测试电压信号包括动态测试正弦波形电压信号和动态测试畸变波形电压信号，其表达式分别为：

动态测试正弦波形电压信号：

动态测试畸变波形电压信号：

表示动态测试电压波形幅度信号，为确定信号b_k(t)；波形幅度信号表达式为：

式中，b_kn(t)为第n个T周期内的电压调制信号，ΔT′_k＜T为时间差并取实数；在动态误差的测试时间间隔T′内，包含动态测试电压波形幅度信号的整数周期。

具体实施方式三：本实施方式是对实施方式一、方式二的进一步说明，本实施方式所述的标准电能量值测量单元包括标准电能表、或标准功率源的内部电能测量单元、或电能表检定与校验装置的内部电能测量单元、或现场电能表校验装置的内部电能测量单元，以及这些单元中的电能测量或累计软件；稳态功率信号和动态功率信号表达式分别为：

由稳态电流信号与稳态电压信号相乘得到稳态功率信号如下：

或

由动态测试电流信号与动态测试电压信号相乘得到动态功率信号如下：

或

式中，k取a,b,c分别表示电路中的A、B或C相；其他参数意义同前。

具体实施方式四：本实施方式是对实施方式一、二、三的进一步说明，本实施方式所述的电能表动态误差同步测量方法，在测试控制信号时间间隔T′内，被试电能表测量得到一次动态测试信号的电能值E_X，计算过程如下。

对于动态测试电流信号归零循环测试模式，在测试启动控制信号t₁时刻之前，通过被试电能表的外部数据传输接口(如RS485接口、载波通信接口、无线通信接口)读取被试电能表的电能值作为起始电能值E_X1；在测试停止控制信号t₂时刻之后，再次通过电能表的外部数据传输接口(如RS485接口、载波通信接口、无线通信接口)读取被试电能表的电能值作为结束电能值E_X2；被试电能表在每个动态误差测试时间T′内的动态电能值E_X，由E_X＝E_X1-E_X2计算得出，即通过两次读取电能数据与一次计算得到动态电能值E_X。

对于动态测试电流信号非归零循环测试模式，在测试启动控制信号t₁时刻(可存在±(1～2)个电流基波周期的时间偏差)，通过被试电能表的外部数据传输接口(如RS485接口、载波通信接口、无线通信接口)读取被试电能表的电能值(或t₁时刻锁定电能值)作为起始电能值E_X1，在测试停止控制信号t₂时刻(可存在±(1～2)个电流基波周期的时间偏差)，再次通过电能表的外部数据传输接口(如RS485接口、载波通信接口、无线通信接口)读取被试电能表的电能值(或t₂时刻锁定电能值)作为结束电能值E_X2，被试电能表在每个动态误差的测试时间T′内的动态电能值E_X，亦由E_X＝E_X1-E_X2计算得出。

具体实施方式五：本实施方式是对实施方式一、二、三、四的进一步说明，本实施方式所述的电能表动态误差同步测量方法，按照确定的比例关系完成误差计算，完成被试电能表动态误差的一次测试，其特征在于，在被试电能表每个动态误差的测试时间T′内，对于每一种给定的波形幅度信号及其参数，动态测试信号的电能参考量值E_X0与标准电能量值测量单元累计测量得到的稳态功率信号电能标准量值E₀之间，理论上具有确定的比例关系；该比例关系用于计算动态测试信号的电能参考量值E_X0，E_X0＝K×E₀，K为比例常数，对于每一种动态电流测试信号和电压测试信号，K均为常数；通过比例关系E₀＝E_X0/K，可将动态测试信号的电能参考量值E_X0溯源至稳态功率信号的电能标准量值E₀，同时，按照上述该比例关系，完成被试电能表动态误差ε的计算，算法如下：

以上所述仅为本发明的优选实施例，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且，本领域的技术人员可以在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围；这样，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有修改和变型囊括在本发明权利要求及其等同技术的范围之内；不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.电能表动态误差的同步测量方法，其特征在于动态测试信号包括：动态测试电压信号、动态测试电流信号和动态误差测试时间控制信号，其中动态误差测试时间控制信号简称为测试控制信号，测试控制信号时间间隔T′包含N′个动态测试信号循环周期，其中，N′为整数；测试控制信号时间间隔T′是电能表每个动态误差测试的时间间隔，亦是动态测试信号循环周期的N′倍；电能表动态误差测试中，稳态电压信号和稳态电流信号送入标准电能量值测量单元，在测试控制信号时间间隔T′内与测试控制信号同步控制下，标准电能量值测量单元累计测量稳态测试信号的电能量值；在时间间隔T′内，动态测试信号送入被试电能表，通过动态测试信号重复N次循环，其中，N为整数，完成电能表动态误差的N次测试，实现电能表动态误差的同步测试；

其中，如图1所示，所述测试控制信号为闸门控制信号或启动和停止控制信号，闸门控制信号为持续一定时间间隔T′的高电平信号，或持续一定时间间隔T′的低电平信号，启动和停止控制信号为闸门控制信号的启动跳变和停止跳变信号，或为正脉冲信号或负脉冲信号，或为启动时刻t₁和停止时刻t₂的动态测试信号；t₁和t₂时刻可以在动态测试信号的过零点，也可在动态测试信号的非过零点；所述测试控制信号的时间间隔T′是闸门控制信号高电平持续的时间间隔T′，或闸门控制信号低电平持续的时间间隔T′，或为启动脉冲与停止脉冲之间的时间间隔，或为动态测试信号启动时刻t₁和停止时刻t₂之间的时间间隔；电能表动态误差测试中，测试控制信号与动态测试信号同步循环N次，用于控制稳态测试信号与/或动态测试信号的电能量值测量与确定；

所述测试控制信号同步控制，是电能表每个动态误差的测试时间间隔T′，简称为动态误差测试时间，是动态测试信号循环周期的N′倍；动态误差测试时间T′是测量一次动态误差过程中，累计测量被测信号电能值的时间；此外，通过测试控制信号中启动控制信号，控制标准电能量值测量单元开始累计测量稳态测试信号的电能，通过测试控制信号中停止控制信号，控制标准电能量值测量单元结束一次累计测量稳态测试信号的电能，进而，测量得到时间T′内的稳态测试信号的电能量值；再者，通过测试控制信号的启动控制信号，控制动态测试电流信号在t₁时刻开始输入被试电能表，通过测试控制信号的停止控制信号，控制动态测试电流信号在t₂时刻停止输入被试电能表；

所述动态测试信号循环周期为动态测试电压信号与动态测试电流信号的公共周期，即为动态测试电压信号周期与动态测试电流信号周期的公倍数；所述动态测试信号重复N次循环，为动态测试信号以循环重复方式送入被测试的电能表，每个动态测试信号循环周期结束时刻t₂与相邻的下一个动态测试电流信号循环周期开始t₁时刻之间的时间间隔，可为不等的时间，或为相等的时间或为0时间；

所述动态测试电流信号，其波形幅度信号为确定信号，或为伪随机序列信号；其中，波形幅度信号调制稳态周期正弦电流信号或调制稳态周期畸变电流信号，稳态周期正弦电流信号或调制稳态周期畸变电流信号统称为稳态电流信号，稳态电流信号的表达式分别为：

稳态周期正弦电流信号：

式中，I_k为k相电流的幅值，k＝a,b,c分别表示A、B、C三相，f₁为电流信号的频率，ω₁＝2πf₁为角频率，

为k相电流信号的初始相位值，T＝1/f₁为稳态电流信号的周期；

稳态周期畸变电流信号：

式中，I_k′为k相电流基波幅值，ω_l＝2πf_l为基波或谐波电流的角频率，A_k1＝1，l与

均为整数，

表示频率为ω_l的谐波电流相对基波的幅值，A_kl为实数，

为谐波电流的初始相位，T＝1/f₁为稳态电流信号的周期；

所述动态测试电流信号为动态测试正弦波形电流信号和动态测试畸变波形电流信号，其表达式分别为：

动态测试正弦波形电流信号：

动态测试畸变波形电流信号：

式(3)与式(4)中，

表示动态测试电流波形幅度信号，可为确定信号a_k(t)，或为伪随机序列信号a_k(n,t):n＝0,1,L M_PN；式(3)与式(4)中其他参数分别与式(1)和式(2)参数意义相同；波形幅度信号表达式为：

式中，a_kn(t)为第n个T周期内的电流调制信号，或者a_kn序列在第n个T周期内的数值，ΔT_k＜T为时间差并取实数，g(t)为区间[0,T]内的窗函数；

所述动态测试电压信号，其波形幅度信号为确定信号；其中波形幅度信号调制稳态周期正弦电压信号或调制稳态周期畸变电压信号，稳态周期正弦电压信号或稳态周期畸变电压信号统称为稳态电压信号，稳态电压信号的表达式分别为：

稳态周期正弦电压信号：

式中，U_k为k相电路电压信号幅值，φ_k为k相电路电压信号的初始相位值，其他参数与式(1)参数意义相同；稳态电压信号的周期与稳态电流信号的周期相同，均用T表示；

稳态周期畸变电压信号：

式中，U′_k为k相电压的基波幅值，ω_l为基波或谐波电压角频率，B_k1＝1，l与

均为整数，

表示频率为ω_l的谐波电压相对基波的幅值，B_kl为实数，φ_kl为谐波电压的初始相位；稳态电压信号的周期与稳态电流信号的周期相同，均用T表示；

所述动态测试电压信号包括动态测试正弦波形电压信号和动态测试畸变波形电压信号，其表达式分别为：

动态测试正弦波形电压信号：

动态测试畸变波形电压信号：

式(8)与式(9)中，

表示动态测试电压波形幅度信号，为确定信号b_k(t)；式(8)与式(9)中其他参数分别与式(6)和式(7)参数意义相同；波形幅度信号表达式为：

式中，b_kn(t)为第n个T周期内的电压调制信号，ΔT′_k＜T为时间差并取实数；在动态误差的测试时间间隔T′内，包含动态测试电压波形幅度信号的整数周期，并且时间间隔T′的误差小于一个稳态电压信号的半个周期；

所述标准电能量值测量单元包括标准电能表，或标准功率源内部的电能测量单元或电能累计单元，或电能表检定与校验装置的内部电能测量单元，或现场电能表校验装置的内部电能测量单元，以及这些单元中的电能测量或累计软件；

由稳态电流信号与稳态电压信号相乘得到稳态功率信号如下：

或

由动态测试电流信号与动态测试电压信号相乘得到动态功率信号如下：

或

式(1)至(14)中，k＝a,b,c表示电路中的A、B、C三相；动态测试信号循环重复N次输出。

2.如权利要求1所述电能表动态误差同步测量方法，其特征在于，所述在时间间隔T′内，动态测试信号送入被试电能表，动态测试信号重复N循环，完成电能表动态误差的N次测试包括：在测试启动控制信号t₁时刻之前，送入被试电能表的动态测试电流为0；在测试启动控制信号时刻t₁＝0开始，动态测试电流信号送入被试电能表，被试电能表开始累计测量动态功率信号的电能；在测试停止控制信号t₂时刻，送入被试电能表的动态测试电流信号变为0，并持续一段时间，动态测试电流信号停止送入被试电能表，即动态测试电流信号在t₂时刻之后归零循环重复；以上循环重复过程称为动态测试电流信号归零循环模式；时刻t₁与时刻t₂之差为测试控制信号时间间隔T′，在测试控制信号时间T′内，被试电能表累积测量得到一次动态测试信号的电能值E_X；同时，在测试控制信号同步控制下，以及测试控制信号时间间隔T′内，标准电能量值测量单元累积测量稳态功率信号的电能量值E₀，或累计标准电能量值测量单元输出电能脉冲得到稳态电能值E₀；然后，在动态测试电流信号t₂时刻变为0之后，按照确定的比例关系完成误差计算，实现被试电能表动态误差值的一次测试；在完成该次测试之后，下一个测试控制启动信号t₁＝0时刻开始，循环重复上述信号循环与测试过程，完成下一次被试电能表的动态误差测试，直至完成电能表动态误差的N次测试，该方法为动态测试电流信号归零循环测试模式。

3.如权利要求1所述电能表动态误差同步测量方法，其特征在于，在时间间隔T′内，动态测试信号送入被试电能表，动态测试信号重复N循环，完成电能表动态误差的N次测试包括：在测试启动控制信号t₁时刻之前，动态测试电流可不为0；在测试启动控制信号时刻t₁＝0开始，动态测试电流信号送入被试电能表，被试电能表开始累积测量动态功率信号的电能，直至控制信号时间间隔T′结束时刻t₂；在测试停止控制信号t₂时刻，将t₂时刻作为下一个动态测试电流信号循环重复的开始时刻t₁，动态测试电流信号循环重复地送入被试电能表，即动态测试电流信号在t₂时刻非归零循环重复；以上循环重复过程称为动态测试电流信号非归零循环模式；在测试控制信号时间T′内，被试电能表测量得到一次动态测试信号的电能值E_X；同时，在测试控制信号同步控制下，以及测试控制信号时间间隔T′内，标准电能量值测量单元累积测量稳态功率信号的电能量值E₀，或累计标准电能量值测量单元输出电能脉冲得到稳态电能值E₀；然后，按照确定的比例关系完成动态误差计算，实现被试电能表动态误差的一次测试；在下一个动态测试电流信号循环重复时间T′，重复上述动态误差测试过程，完成下一次被试电能表的动态误差测试，直至完成电能表动态误差的N次测试，该方法为动态测试电流信号非归零循环测试模式。

4.如权利要求2或3所述电能表动态误差同步测量方法，其特征在于，所述在测试控制信号时间T′内，被试电能表测量得到一次动态测试信号的电能值E_X包括：对于动态测试电流信号归零循环测试模式，在测试启动控制信号t₁时刻之前，通过被试电能表的外部数据传输接口读取被试电能表的电能值作为起始电能值E_X1；在测试停止控制信号t₂时刻动态测试电流信号变为0之后，再次通过电能表的数据传输接口读取被试电能表的电能值作为结束电能值E_X2；在测试时间T′内被试电能表测量的动态电能值E_X，由E_X＝E_X1-E_X2计算得出；

对于动态测试电流信号非归零循环测试模式，在测试启动控制信号t₁时刻，通过被试电能表的外部数据传输接口读取被试电能表的电能值、或读取t₁时刻锁定电能值作为起始电能值E_X1，在测试停止控制信号t₂时刻，再次通过电能表的数据传输接口读取被试电能表的电能值、或读取t₂时刻锁定电能值作为结束电能值E_X2，在每个动态误差的测试时间T′内被试电能表的动态电能值E_X，亦由E_X＝E_X1-E_X2计算得出。

5.如权利要求3所述的电能表动态误差同步测量方法，其特征在于，所述按照确定的比例关系完成动态误差计算，完成被试电能表动态误差的一次测试包括：在被试电能表每个动态误差的测试时间T′内，对于每一种给定的波形幅度信号及其参数，动态测试信号的电能参考量值E_X0与标准电能量值测量单元累计测量得到的稳态功率信号电能量值E₀之间，按照理论上的确定比例关系计算动态测试信号的电能参考量值E_X0，E_X0＝K×E₀，K为比例系数，对于每一种动态电流测试信号和电压测试信号K均为常数；通过比例关系E₀＝E_X0/K可将动态测试信号的电能参考量值E_X0溯源至稳态功率信号的电能标准量值E₀，同时，按照上述该比例关系，完成被测电能表的动态误差ε的计算，公式如下：

6.如权利要求5所述的电能表动态误差同步测量方法，其特征在于，所述的对于每一种给定的波形幅度信号及其参数，动态测试信号的电能参考量值E_X0与标准电能量值测量单元累计测量得到的稳态功率信号电能量值E₀之间，按照理论上的确定比例关系计算动态测试信号的电能参考量值E_X0，包括：

在测试电压信号为稳态电压信号的条件下，对于给定矩形幅度及参数的动态测试电流信号，其比例系数K为：

式中，M₁为在测试控制信号时间间隔T′内控制送入被试电能表的幅度为非零值的动态测试电流信号包含的周期T的总数，M₂为在测试控制信号时间间隔T′内控制送入被试电能表的幅度为零值的动态测试电流信号包含的周期T的总数；

在测试电压信号为稳态电压信号的条件下，对于给定伪随机序列幅度及参数的动态测试电流信号，其比例系数K为：

式中，M_PN1为在测试控制信号时间间隔T′内控制送入被试电能表幅度为非零值的动态测试电流信号包含的周期T的总数，M_PN2为在测试控制信号时间间隔T′内控制送入被试电能表的幅度为零值的动态测试电流信号包含的周期T总数；

在测试电压信号为稳态电压信号的条件下，对于下述给定正弦确定信号幅度及参数的动态测试电流信号

其比例系数K为：

式中，A为参数，改变A的值可以改变正弦确定信号的幅度，m_A为正弦确定信号的调幅指数，0＜m_A≤1；ω_A为正弦确定信号的角频率，

为正弦确定信号的初始相位值；

在测试电压信号为给定参数的方波包络信号的条件下，对于给定矩形幅度及参数的动态测试电流信号，其比例系数K为：

式中，β为测试电压信号方波包络的波动幅值，0＜β≤1，

为测试电压方波包络信号的幅值为100％的时间内包含的幅度为非零值的动态测试电流信号的周期T的总数，

为测试电压方波包络信号的幅值为β的时间内包含的幅度为非零值的动态测试电流信号的周期T的总数；L为动态误差的测试时间间隔T′内包含的稳态电流信号的基波周期T的个数；

在测试电压信号为给定参数的方波包络信号的条件下，对于给定伪随机序列幅度及参数的动态测试电流信号，其比例系数K为：

式中，

为测试电压方波包络信号的幅值为100％的时间内包含的幅度为非零值的动态测试电流信号的周期T的总数，

为测试电压方波包络信号的幅值为β的时间内包含的幅度为非零值的动态测试电流信号的周期T的总数；其他参数与式(19)中参数意义相同；

在测试电压信号为给定参数的方波包络信号的条件下，对于下述给定正弦确定信号幅度及参数的动态测试电流信号

其比例系数K为：

式中，A为参数，改变A的值可以改变正弦确定信号的幅度，m_A为正弦确定信号的调幅指数，0＜m_A≤1；ω_A为正弦确定信号的角频率，

为正弦确定信号的初始相位值。

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