CN210005679U - 评估动态谐波和温度变化对电能表误差影响的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种评估动态谐波和温度变化对电能表误差影响的装置，它包括：标准表和被检表，人机交互模块与谐波源；谐波源分别与标准表和被检表连接；标准表和被检表分别与AD采样模块连接；AD采样模块与人机交互模块连接；通过人机交互模块控制谐波源产生满足试验需求的谐波，并分别输送给放置在可控恒温恒湿箱中的标准表和被检表，AD采样模块对标准表和被检表进行采样，将采样数据传入人机交互模块进行处理，处理结果显示在人机交互模块的屏幕上；可有效模拟电网实际运行中的谐波情况和电能表在实际工作环境中温湿度的变化，实现了在对电能表计量误差的准确评估。

Description

评估动态谐波和温度变化对电能表误差影响的装置

技术领域

本实用新型涉及电气测量领域，具体涉及一种评估动态谐波和温度变化对电能表误差影响的装置。

背景技术

随着电力系统的快速发展，电力系统的规模越来越大，运行的环境也越来越复杂，各类非线性用电设备、变压器和各类铁芯电抗器都是电网中的谐波源。随着各类谐波源容量的增长，谐波对电能计量的影响也越来越受到重视。目前我国的电能表标准GB/T17215规定了电能表谐波影响量试验的方法和要求，但是所提出的谐波测试波形并不能完全反映电能表实际的现场运行工况；存在不能有效模拟电网实际运行中的谐波情况和电能表在实际工作环境中温湿度的变化，不能实现动态谐波和温湿度变化影响下对电能表计量误差的准确计量等问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种评估动态谐波和温度变化对电能表误差影响的装置，以解决现有技术采用GB/T17215规定的电能表谐波影响量试验的方法和要求，所提出的谐波测试波形不能完全反映电能表实际的现场运行工况；存在不能有效模拟电网实际运行中的谐波情况和电能表在实际工作环境中温湿度的变化，不能实现动态谐波和温湿度变化影响下对电能表计量误差的准确计量等问题。

本实用新型技术方案：

一种评估动态谐波和温度变化对电能表误差影响的装置，它包括：标准表和被检表，人机交互模块与谐波源连接；谐波源分别与标准表和被检表连接；标准表和被检表分别与AD采样模块连接；AD采样模块与人机交互模块连接。

所述标准表和被检表放置在可控恒温恒湿箱中。

所述的人机交互模块，采用S5P4418/Smart4418系列Android开发板。

所述的一种评估动态谐波和温度变化对电能表误差影响的装置的方法，它包括：

步骤1、进行基本最大误差试验，记试验过程中的最大误差为e_base；即当电流和功率因数在额定工作条件下，电能表工作在参比条件时，在被检表精确度等级允许的范围内被检表示值误差的极限值记为e_base；

步骤2、进行温湿度改变试验，记试验误差为e_temperature；

步骤3、进行谐波变化试验，试验项目包括第五次谐波试验、方波试验、尖顶波试验和高次谐波试验，误差分别为a_e、b_e、c_e、d_e记a_e、b_e、c_e、d_e中最大误差为e_harmonic；

步骤4、计算最大综合误差e_c，其计算公式为：

e_base——基本最大误差试验中的最大误差

e_temperature——温湿度改变试验误差

e_harmonic——谐波变化试验误差。

步骤2所述进行温湿度改变试验，记试验误差为e_temperature的方法为：温湿度的改变按可控恒温恒湿箱在环境温度为5℃～35℃时，控温范围为：-5℃～80℃，温度控制精度为：0.5℃，升温为4℃/min，降温为1℃/min，控湿范围为：30％RH～98％RH，湿度控制精度为：2.5％RH实现；标准表和被检表放置在封闭的可控恒温恒湿箱内，不受冷凝水、降水或结冰的影响，通过人机交互模块设置温、湿度试验点，先按温度25℃，湿度95％RH、温度30℃，湿度90％RH或温度40℃，湿度85％RH设置在试验前先让处于非工作状态的电能表在“自由空气”条件下在恒温恒湿箱中静置2小时，待电能表的温度稳定后开始误差测试实验；若在多个试验点进行测试，则记平均误差为e_temperature；

步骤3所述的谐波试验，所采用的电压信号u(t)和电流信号i(t)的表达式为：

u(t)＝U₁sin(ω₀t)+U₅sin(5ω₀t)＝U_nomsin(ω₀t)+0.1U_nomsin(5ω₀t)

i(t)＝I₁sin(ω₀t)+I₅sin(5ω₀t)＝0.5I_maxsin(ω₀t)+0.2I_maxsin(5ω₀t)

式中：I_max为最大电流，即制造商指定的仪表满足准确度要求的最大电流值；U_nom为标称电压，即制造商指定的仪表正常工作电压。

步骤3所述方波试验，所采用的方波电压信号u_F(t)和方波电流信号i_F(t)的表达式为：

u_F(t)＝U₁sin(ω₀t)+U₃sin(3ω₀t+π)+U₅sin(5ω₀t+π)+U₇sin(7ω₀t+π)

+U₁₁sin(11ω₀t+π)+U₁₃sin(13ω₀t+π)

＝U₁sin(ω₀t)+0.038U₁sin(3ω₀t+π)+0.024U₁sin(5ω₀t+π)

+0.017U₁sin(7ω₀t+π)+0.01U₁sin(11ω₀t+π)+0.008U₁sin(13ω₀t+π)

i_F(t)＝I₁sin(ω₀t)+I₃sin(3ω₀t)+I₅sin(5ω₀t)+I₇sin(7ω₀t)

+I₁₁sin(11ω₀t)+I₁₃sin(13ω₀t)

＝I₁sin(ω₀t)+0.3I₁sin(3ω₀t)+0.18I₁sin(5ω₀t)+0.14I₁sin(7ω₀t)

+0.09I₁sin(11ω₀t)+0.05I₁sin(13ω₀t)

方波电流的有效值不能超过I_max，基波I₁的有效值不能超过0.93I_max，峰值电流不能超过1.4I_max；

步骤3所述尖顶波试验所采用的尖顶波电压信号u_D(t)和尖顶波电流信号

i_D(t)的表达式为：

u_D(t)＝U₁sin(ω₀t)+U₃sin(3ω₀t)+U₅sin(5ω₀t+π)+U₇sin(7ω₀t)

+U₁₁sin(11ω₀t)+U₁₃sin(13ω₀t+π)

＝U₁sin(ω₀t)+0.038U₁sin(3ω₀t)+0.024U₁sin(5ω₀t+π)

+0.017U₁sin(7ω₀t)+0.01U₁sin(11ω₀t)+0.008U₁sin(13ω₀t+π)

i_D(t)＝I₁sin(ω₀t)+I₃sin(3ω₀t+π)+I₅sin(5ω₀t)+I₇sin(7ω₀t+π)

+I₁₁sin(11ω₀t+π)+I₁₃sin(13ω₀t)

＝I₁sin(ω₀t)+0.3I₁sin(3ω₀t+π)+0.18I₁sin(5ω₀t)+0.14I₁sin(7ω₀t+π)

+0.09I₁sin(11ω₀t+π)+0.05I₁sin(13ω₀t)

尖顶波电流的有效值不能超过I_max，基波电流I₁的有效值不能超过0.568 I_max，峰值电流不能超过0.855I_max。

步骤三的电流和电压中的高次谐波试验，所采用的高次谐波电压信号u(t) 和高次谐波电流信号i(t)的表达式为：

u_h(t)＝U₁sin(2πf_nomt)+U_hsin(h*2πf_nomt)

＝U_nomsin(2πf_nomt)+0.02U_nomsin(h*2πf_nomt)

i_h(t)＝I₁sin(2πf_nomt)+I_hsin(h*2πf_nomt)

＝0.5I_maxsin(2πf_nomt)+I_minsin(h*2πf_nomt)

式中：h＝15,16,17,…,40,40,39,38,…,15；f_mon为标称频率，I_min为最小电流，谐波同时施加在所有电压回路或者电流回路之上，信号的频率先从15f_mon到 40f_mon进行扫频，而后再从40f_mon到15f_mon扫频，在每个谐波频率下计算一次误差，记平均误差为c_e。

本实用新型有益效果：

本实用新型进行了高次谐波、方波和尖顶波对电能表误差影响的试验；方波和尖顶波的谐波成分更丰富，包含3、5、7、11、13次电压电流谐波，和实际运行状态更贴近；更能体现电能表计量抗干扰的性能本实用新型操作简便，能产生符合R46电能表国际建议的高次谐波、方波和尖顶波，可有效模拟电网实际运行中的谐波情况和电能表在实际工作环境中温湿度的变化，实现了在动态谐波和温湿度变化影响下对电能表计量误差的准确计量；解决了现有技术采用GB/T17215规定的电能表谐波影响量试验的方法和要求，所提出的谐波测试波形不能完全反映电能表实际的现场运行工况；存在不能有效模拟电网实际运行中的谐波情况和电能表在实际工作环境中温湿度的变化，不能实现动态谐波和温湿度变化影响下对电能表计量误差的准确计量等问题。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构图；

图2是本实用新型的工作流程图。

具体实施方式

一种评估动态谐波和温度变化对电能表误差影响的装置，所述人机交互模块分别通过RS-485接口与谐波源和A/D采样模块连接，具有控制谐波源和处理采样数据的功能；所述谐波源与标准表和被检表连接，将产生的谐波电压和谐波电流分别输入到标准表和被检表中，电压源输出端子，黄、绿、红色端子分别为A相、B相、C相电压输出正端，黑色端子为公共端，电流源输出端子，黄、绿，红色端子分别为A相、B相、C相电流输出的正端，黑色端子分别为A相、B相、C相电流输出的负端，用线将这些端子与电能表上的电压、电流输入端一一对应连接；所述标准表和被检表放置在可控恒温恒湿箱中，通过操作可控恒温恒湿箱上的按键控制箱内的温度和湿度；所述 A/D采样模块通过RS-485通信串口与标准表和被检表连接并采集数据然后将采样的数据传入人机交互模块进行处理，处理结果显示在屏幕上。

所述的人机交互模块，采用S5P4418/Smart4418系列Android开发板。拥有Cortex-A9四核处理器和7寸电容屏，操作灵敏，运行速度快。通过RS232 串口与外设连接，完成发送指令和接收数据的操作。

所述的谐波源采用武汉国仪科技有限公司的GY3030A三相谐波标准源，该谐波源的电压和电流均为高精度、高稳定度标准源输出，软件校准；各项输出均采用动态负载自动调整技术,降低了负载调整率；输出频率可以0.001Hz 细度任意调节；三相电压之间、三相电流之间、各相电压和电流之间可以0.001°细度任意移相；可输出2～50次标准调制谐波，可进行单次或任意多次谐波叠加输出；备有多种通信接口，通信协议开放，用户可自行编程控制仪器进行二次开发。

所述的一种评估动态谐波和温度变化对电能表误差影响的装置的方法，它包括：

步骤一，进行基本最大误差试验，记试验过程中的最大误差为e_base；即当电流和功率因数在额定工作条件下，电能表工作在参比条件时，在被检表精确度等级允许的范围内被检表示值误差的极限值记为e_base；

步骤二，进行温湿度改变试验，记试验误差为e_temperature；

步骤三，进行谐波变化试验，试验项目包括第五次谐波试验、方波试验、尖顶波试验和高次谐波试验，误差分别为a_e、b_e、c_e、d_e记a_e、b_e、c_e、d_e中最大误差为e_harmonic；

步骤四，计算最大综合误差e_c，其计算公式为：

e_base——基本最大误差试验中的最大误差

e_temperature——温湿度改变试验误差

e_harmonic——谐波变化试验误差

步骤二中所述的可控恒温恒湿箱在环境温度为5℃～35℃时，控温范围为： -5℃～80℃，温度控制精度为：0.5℃，升温约4℃/min，降温约1℃/min，控湿范围为：30％RH～98％RH，湿度控制精度为：2.5％RH；

标准表和被检表放置在封闭的可控恒温恒湿箱内，不受冷凝水、降水或结冰的影响，通过可控恒温恒湿箱上的触屏控制器设置温、湿度试验点，通常设置如下试验点：温度25℃，湿度95％RH、温度30℃，湿度90％RH或温度40℃，湿度85％RH，试验前先让处于非工作状态的电能表在“自由空气”条件下在恒温恒湿箱中静置2小时，待电能表的温度稳定后开始误差测试实验；若在多个试验点进行测试，则记平均误差为e_temperature；

步骤三的电流和电压中的第五次谐波试验，所采用的电压信号u(t)和电流信号i(t)的表达式为：

u(t)＝U₁sin(ω₀t)+U₅sin(5ω₀t)＝U_nomsin(ω₀t)+0.1U_nomsin(5ω₀t)

i(t)＝I₁sin(ω₀t)+I₅sin(5ω₀t)＝0.5I_maxsin(ω₀t)+0.2I_maxsin(5ω₀t)

其中ω₀为角速度，U₁为基波电压幅值，U₅为第五次谐波电压幅值，I₁为基波电流幅值，I₅为五次谐波电流幅值，I_max为最大电流，即制造商指定的仪表满足准确度要求的最大电流值，一般标注在电能表的外壳上，如：6A、10A。 U_nom为标称电压，即制造商指定的仪表正常工作电压，一般标注在电能表的外壳上，如220V、380V；

步骤三的方波试验，所采用的方波电压信号u_F(t)和方波电流信号i_F(t)的表达式为：

u_F(t)＝U₁sin(ω₀t)+U₃sin(3ω₀t+π)+U₅sin(5ω₀t+π)+U₇sin(7ω₀t+π)

+U₁₁sin(11ω₀t+π)+U₁₃sin(13ω₀t+π)

＝U₁sin(ω₀t)+0.038U₁sin(3ω₀t+π)+0.024U₁sin(5ω₀t+π)

+0.017U₁sin(7ω₀t+π)+0.01U₁sin(11ω₀t+π)+0.008U₁sin(13ω₀t+π)

i_F(t)＝I₁sin(ω₀t)+I₃sin(3ω₀t)+I₅sin(5ω₀t)+I₇sin(7ω₀t)

+I₁₁sin(11ω₀t)+I₁₃sin(13ω₀t)

＝I₁sin(ω₀t)+0.3I₁sin(3ω₀t)+0.18I₁sin(5ω₀t)+0.14I₁sin(7ω₀t)

+0.09I₁sin(11ω₀t)+0.05I₁sin(13ω₀t)

其中U_i为第i次谐波电压幅值(i＝3,5,7,11,13)，I_i为第i次谐波电流幅值 (i＝3,5,7,11,13)，方波电流的有效值不能超过I_max，基波I₁的有效值不能超过 0.93I_max，峰值电流不能超过1.4I_max；

步骤三的尖顶波试验，所采用的尖顶波电压信号u_D(t)和尖顶波电流信号 i_D(t)的表达式为：

u_D(t)＝U₁sin(ω₀t)+U₃sin(3ω₀t)+U₅sin(5ω₀t+π)+U₇sin(7ω₀t)

+U₁₁sin(11ω₀t)+U₁₃sin(13ω₀t+π)

＝U₁sin(ω₀t)+0.038U₁sin(3ω₀t)+0.024U₁sin(5ω₀t+π)

+0.017U₁sin(7ω₀t)+0.01U₁sin(11ω₀t)+0.008U₁sin(13ω₀t+π)

i_D(t)＝I₁sin(ω₀t)+I₃sin(3ω₀t+π)+I₅sin(5ω₀t)+I₇sin(7ω₀t+π)

+I₁₁sin(11ω₀t+π)+I₁₃sin(13ω₀t)

＝I₁sin(ω₀t)+0.3I₁sin(3ω₀t+π)+0.18I₁sin(5ω₀t)+0.14I₁sin(7ω₀t+π)

+0.09I₁sin(11ω₀t+π)+0.05I₁sin(13ω₀t)

尖顶波电流的有效值不能超过I_max，基波电流I₁的有效值不能超过0.568 I_max，峰值电流不能超过0.855I_max；

步骤三的电流和电压中的高次谐波试验，所采用的高次谐波电压信号u(t) 和高次谐波电流信号i(t)的表达式为：

u_h(t)＝U₁sin(2πf_nomt)+U_hsin(h*2πf_nomt)

＝U_nomsin(2πf_nomt)+0.02U_nomsin(h*2πf_nomt)

i_h(t)＝I₁sin(2πf_nomt)+I_hsin(h*2πf_nomt)

＝0.5I_maxsin(2πf_nomt)+I_minsin(h*2πf_nomt)

其中h为谐波次数(h＝15,16,17,…,40,40,39,38,…,15)；f_mon为标称频率，即制造商规定的使电能表正常工作的电压(和电流)频率，标注在电能表的外壳上，通常为50Hz；I_min为最小电流，即制造商规定的符合仪表准确度等级要求的最小电流值，一般标注在电能表的外壳上，如：0.02A、0.05A。谐波同时施加在所有电压回路或者电流回路之上，信号的频率先从15f_mon到40f_mon进行扫频，而后再从40f_mon到15f_mon扫频，在每个谐波频率下计算一次误差，记平均误差为c_e。

为了使本实用新型实现的目的与功效易于明白了解，下面结合附图及具体检测步骤，进一步阐述本实用新型：

由被检表外壳上的信息知本次检测中：I_max＝10A、U_nom＝220V、f_mon＝50Hz、 I_min＝0.02A。

步骤一，进行基本最大误差试验，使当电流和功率因数在额定工作条件下，电能表工作在参比条件，所测得的在被检表精确度等级允许的范围内被检表示值误差的极限值e_base＝0.0165％；

步骤二，进行温湿度改变试验，选择的试验点为：温度30℃，湿度90％RH，测得的试验误差e_temperature＝0.0279％；

步骤三，进行第五次谐波试验，电压信号u(t)和电流信号i(t)的表达式为：

u(t)＝220sin(2π*50t)+22sin(5*2π*50t) (1)

i(t)＝5sin(2π*50t)+2sin(5*2π*50t) (2)

测得的试验误差a_e＝0.0401％

步骤四，进方波试验，所采用的方波电压信号u_F(t)和方波电流信号i_F(t) 的表达式为：

测得的试验误差b_e＝0.0396％

步骤五，进行尖顶波试验，所采用的尖顶波电压信号u_D(t)和尖顶波电流信号 i_D(t)的表达式为：

测得的平均试验误差c_e＝0.0378％

步骤五，进行高次谐波试验，高次谐波电压信号u(t)和高次谐波电流信号 i(t)的表达式为：

u_h(t)＝220sin(2π*50t)+4.4sin(h*2π*50t) (7)

i_h(t)＝5sin(2π*50t)+0.02sin(h*2π*50t) (8)

其中h＝15,16,17,…,40,40,39,38,…,15；

测得的平均试验误差c_e＝0.0214％

步骤六，获取谐波变化试验误差e_harmonic＝max{a_e、b_e、c_e、d_e}＝max{0.0401％、0.0396％、0.0378％、0.0214％}＝0.0401％；

步骤七，计算最大综合误差，其计算公式为：

Claims (3)

1.一种评估动态谐波和温度变化对电能表误差影响的装置，它包括：标准表和被检表，其特征在于：人机交互模块与谐波源连接；谐波源分别与标准表和被检表连接；标准表和被检表分别与AD采样模块连接；AD采样模块与人机交互模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种评估动态谐波和温度变化对电能表误差影响的装置，其特征在于：所述标准表和被检表放置在可控恒温恒湿箱中。

3.根据权利要求1所述的一种评估动态谐波和温度变化对电能表误差影响的装置，其特征在于：所述的人机交互模块，采用S5P4418/Smart4418系列Android开发板。

Images