CN103091659A - 电能表动态计量周期电能序列比例分配校验法 - Google Patents

Abstract

电能表动态计量周期电能序列比例分配校验法，属于电能表动态性能计量技术领域。它解决了现有对电能表的动态性能计量测试中，采用功率信号源产生动态负荷电能信号，无法给出计量溯源误差的问题。它采用由三相稳态电压或三相稳态电流信号产生的同步OOK周期通断控制信号对三相稳态电流信号进行动态分配，利用可控硅等电力电子器件实现控制产生暂态、短时和长时三种呈周期变化的动态负荷电流信号，将动态负荷电能以离散电能序列的形式输入至被测电能表，通过收集标准电能表和被测电能表的输出脉冲来计算被测电能表的动态负荷计量校验误差，并可实现对被测电能的动态负荷计量测试溯源。本发明适用于电能表的校验。

Description

电能表动态计量周期电能序列比例分配校验法

技术领域

本发明涉及电能表动态计量周期电能序列比例分配校验法，属于电能表动态性能计量技术领域。

背景技术

近些年来，随着工业技术的发展，电力系统中动态用电负荷不断增加，如：电气化铁道中使用的大功率硅整流设备、钢铁企业中使用的交流电弧炉和交流逆变器装置、石化与机械等行业中使用的大功率电力拖动设备和电机变频调速装置、建筑塔吊与焊接设备等。这些动态负荷主要表现为：负荷瞬时电流剧烈、大范围地上下波动、出现随时间变化的次谐波等，使电能表产生了较大的电能计量误差，对供电和用电双方均造成了极大的经济损失。因此，实现对目前广泛使用的电能表在动态负荷下的计量性能测试已成为一项亟待解决的新问题。

目前，各种原理的电能表都是针对稳态负荷情况设计、制造、测试和检验的，不包含电能表在动态负荷条件下的试验。针对动态负荷情况，不同厂家生产的电能表的动态计量特性没有得到充分的测试研究。目前对电能表动态特性的研究中，用于电能表动态计量性能测试的动态负荷电能信号均是用功率信号源直接产生的，这种产生动态负荷电能信号的方法缺少对电能表动态计量性能的测试溯源，无法给出计量溯源误差。

发明内容

本发明是为了解决现有对电能表的动态性能计量测试中，采用功率信号源产生动态负荷电能信号，无法给出计量溯源误差的问题，提供了一种电能表动态计量周期电能序列比例分配校验法。

本发明所述电能表动态计量周期电能序列比例分配校验法，它采用三相稳态电压信号或三相稳态电流信号通过周期分配电路产生同步通断控制信号OOK，该通断控制信号OOK通过三相动态负荷电流信号产生电路生成动态负荷电流信号，该动态负荷电流信号以离散电能序列的形式输入至被测电能表；所述三相动态负荷电流信号产生电路采用三相稳态电流信号作为工作电源；被测电能表采用三相稳态电压信号作为工作电源；

然后采集被测电能表输出的脉冲信号，同时采集标准电能表输出的脉冲信号，所述标准电能表在所述三相稳态电压信号和三相稳态电流信号下工作，采用电能表动态负荷计量校验误差计算电路对被测电能表输出的脉冲信号和标准电能表输出的脉冲信号进行计算，获得被测电能表的动态负荷计量校验误差，实现对被测电能表的动态负荷计量测试溯源。

所述同步通断控制信号OOK s(t)为：

$s\left(t\right)=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{a}_{n}g(t-\mathrm{nT}),$

式中a_n为动态负荷电流信号的离散电能序列，n为离散电能序列的序号，a_n的表达式为：

t为时间，T为50Hz工频交流电周期，

矩形窗函数

N为自然数；

同步通断控制信号OOK控制方式下第n个控制周期内的OOK动态负荷时域瞬时电流i_dn(t)为：

式中I_rms为OOK动态负荷时域的电流有效值，ω为OOK动态负荷时域的电流角频率，φ_n为第n个控制周期内的OOK动态负荷时域瞬时电流i_dn(t)基波分量或谐波分量的初始角，A为OOK动态负荷时域瞬时电流i_dn(t)谐波分量幅度，m₁和m₂均为正整数，的比值为OOK动态负荷时域瞬时电流i_dn(t)的整数次谐波或分数次谐波；

ω＝2πf，

m₁，m₂∈N^*，N^*为正自然数的集合，A∈Q^*，Q^*为正有理数集合，且nT≤t≤(n+1)T，当为整数时，i_dn(t)中含有整数次谐波电流分量；当为分数时，i_dn(t)中含有非整数次谐波电流分量；

动态负荷电流信号以离散电能序列{E_di0(n)，E_di1(n)，E_di2(n)，…，E_din(n)}的形式输入至被测电能表，E_din(n)为同步通断控制信号OOK第n个控制周期内的动态负荷电能，E_din(n)以电能当量的形式表示为：

式中U_rms为OOK动态负荷时域的电压有效值，E_q为量化电能当量，是某一校验输入条件下的量化电能当量；

用T_A表示在1个同步通断控制信号OOK的导通期间里包含的50Hz正弦电流信号的整周期个数，用T_R表示在1个同步通断控制信号OOK的关断期间里包含的50Hz正弦电流信号的整周期个数，

当被测电能表被输入的动态负荷电流信号为T_A、T_B条件下的同步通断控制信号OOK时，采集被测电能表输出的脉冲信号个数N_A，计算获得与被测电能表输出的脉冲信号个数N_A对应的标准电能表的算定脉冲个数m₀：

$m_0=\frac{3600\×1000}{C*K_I*K_U*K_J}*N_A*C_0*\frac{T_A+T_B}{T_A},$

式中C为被测电能表输出脉冲常数，单位为P/kWh；K_I为校验过程中标准电能表外接的电流互感器变比；K_U为校验过程中标准电能表外接的电压互感器变比；K_J为接线系数，C₀为标准电能表输出脉冲常数，单位为P/WS；

根据被测电能表在动态负荷电能条件下输出的标准脉冲个数m，获得被测电能表的动态负荷计量校验误差γ为：

$\mathrm{\γ}=\frac{m_0-m}{m}\×100\%;$

使被测电能表被输入的同步通断控制信号OOK在全通控制模式下，将三相稳态电压信号和三相稳态电流信号输入被测电能表，采集被测电能表输出的脉冲信号个数N_S，计算获得与被测电能表输出的脉冲信号个数N_S对应的标准电能表的算定脉冲个数m_S0：

$m_{S0}=\frac{3600\×1000}{C*K_I*K_U*K_J}*N_S*C_0,$

根据被测电能表的给定计量稳态电能所对应的标准脉冲个数m_S，对被测电能表进行动态负荷计量测试溯源，其溯源误差γ_S为：

${\mathrm{\γ}}_S=\frac{m_{S0}-m_S}{m_S}\×100\%.$

本发明的优点：本发明能够有效反映电能表动态负荷计量性能以及电能表动态负荷计量性能测试溯源。它采用由三相稳态电压或三相稳态电流信号产生的同步OOK周期通断控制信号对三相稳态电流信号进行动态分配，利用可控硅等电力电子器件实现控制产生暂态、短时和长时三种呈周期变化的动态负荷电流信号，将动态负荷电能以离散电能序列的形式输入至被测电能表，通过收集标准电能表和被测电能表的输出脉冲来计算被测电能表的动态负荷计量校验误差，并可实现对被测电能的动态负荷计量测试溯源。

本发明建立了电能表动态负荷计量校验误差的计算方法，可将标准电能表的静态误差过渡到被测电能表的动态误差，通过对比分配到被测电能表的动态负荷电能的理论值、与被测电能表实际计量到的动态负荷电能值来计算给出被测电能表的动态负荷计量误差。

附图说明

图1是本发明所述电能表动态计量周期电能序列比例分配校验法的原理框图。

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，本实施方式所述电能表动态计量周期电能序列比例分配校验法，它采用三相稳态电压信号或三相稳态电流信号通过周期分配电路1产生同步通断控制信号OOK，该通断控制信号OOK通过三相动态负荷电流信号产生电路2生成动态负荷电流信号，该动态负荷电流信号以离散电能序列的形式输入至被测电能表；所述三相动态负荷电流信号产生电路2采用三相稳态电流信号作为工作电源；被测电能表采用三相稳态电压信号作为工作电源；

然后采集被测电能表输出的脉冲信号，同时采集标准电能表输出的脉冲信号，所述标准电能表在所述三相稳态电压信号和三相稳态电流信号下工作，采用电能表动态负荷计量校验误差计算电路3对被测电能表输出的脉冲信号和标准电能表输出的脉冲信号进行计算，获得被测电能表的动态负荷计量校验误差，实现对被测电能表的动态负荷计量测试溯源。

本实施方式所述对被测电能表进行校验的方式，可用于对两个被测电能表的测量。只需将周期分配电路1产生同步通断控制信号OOK经过一个与非门来实现控制，即将分配电路1产生的同步通断控制信号OOK直接输入给与一个被测电能表对应的三相动态负荷电流信号产生电路2，分配电路1产生的同步通断控制信号OOK经过与非门变换后的信号输入给另一个被测电能表对应的三相动态负荷电流信号产生电路2。还可根据实际需要对测量情况进行相应的设置。

具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，本实施方式所述同步通断控制信号OOK s(t)为：

$s\left(t\right)=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{a}_{n}g(t-\mathrm{nT}),$

式中a_n为动态负荷电流信号的离散电能序列，n为离散电能序列的序号，a_n的表达式为：

t为时间，T为5OHz工频交流电周期，

矩形窗函数

N为自然数；

同步通断控制信号OOK控制方式下第n个控制周期内的OOK动态负荷时域瞬时电流i_dn(t)为：

式中I_rms为OOK动态负荷时域的电流有效值，ω为OOK动态负荷时域的电流角频率，φ_n为第n个控制周期内的OOK动态负荷时域瞬时电流i_dn(t)基波分量或谐波分量的初始角，A为OOK动态负荷时域瞬时电流i_dn(t)谐波分量幅度，m₁和m₂均为正整数，

的比值为OOK动态负荷时域瞬时电流i_dn(t)的整数次谐波或分数次谐波；

ω＝2πf，

m₁，m₂∈N^*，N^*为正自然数的集合，A∈Q^*，Q^*为正有理数集合，且nT≤t≤(n+1)T，当为整数时，i_dn(t)中含有整数次谐波电流分量；当

为分数时，i_dn(t)中含有非整数次谐波电流分量；

动态负荷电流信号以离散电能序列{E_di0(n)，E_di1(n)，E_di2(n)，…，E_din(n)}的形式输入至被测电能表，E_din(n)为同步通断控制信号OOK第n个控制周期内的动态负荷电能，E_din(n)以电能当量的形式表示为：

式中U_rms为OOK动态负荷时域的电压有效值，E_q为量化电能当量，是某一校验输入条件下的量化电能当量；

用T_A表示在1个同步通断控制信号OOK的导通期间里包含的50Hz正弦电流信号的整周期个数，用T_B表示在1个同步通断控制信号OOK的关断期间里包含的50Hz正弦电流信号的整周期个数，

当被测电能表被输入的动态负荷电流信号为T_A、T_B条件下的同步通断控制信号OOK时，采集被测电能表输出的脉冲信号个数N_A，计算获得与被测电能表输出的脉冲信号个数N_A对应的标准电能表的算定脉冲个数m₀：

$m_0=\frac{3600\×1000}{C*K_I*K_U*K_J}*N_A*C_0*\frac{T_A+T_B}{T_A},$

式中C为被测电能表输出脉冲常数，单位为P/kWh；K_I为校验过程中标准电能表外接的电流互感器变比；K_U为校验过程中标准电能表外接的电压互感器变比；K_J为接线系数，C₀为标准电能表输出脉冲常数，单位为P/WS；

根据被测电能表在动态负荷电能条件下输出的标准脉冲个数m，获得被测电能表的动态负荷计量校验误差γ为：

$\mathrm{\γ}=\frac{m_0-m}{m}\×100\%;$

使被测电能表被输入的同步通断控制信号OOK在全通控制模式下，将三相稳态电压信号和三相稳态电流信号输入被测电能表，采集被测电能表输出的脉冲信号个数N_S，计算获得与被测电能表输出的脉冲信号个数N_S对应的标准电能表的算定脉冲个数m_S0：

$m_{S0}=\frac{3600\×1000}{C*K_I*K_U*K_J}*N_S*C_0,$

根据被测电能表的给定计量稳态电能所对应的标准脉冲个数m_S，对被测电能表进行动态负荷计量测试溯源，其溯源误差γ_S为：

${\mathrm{\γ}}_S=\frac{m_{S0}-m_S}{m_S}\×100\%.$

本实施方式中，校验过程中标准电能表外接的电流互感器用于进行电流变换和隔离，标准电能表外接的电压互感器用于进行电压变换和隔离。

具体实施方式三：本实施方式为对实施方式二的进一步说明，本实施方式所述T_A和T_B的个数范围均为1～2000。

具体实施方式四：本实施方式为对实施方式一、二或三的进一步说明，本实施方式所述三相动态负荷电流信号产生电路2为三相电流可控硅电路。

具体实施方式五：本实施方式为对实施方式一、二、三或四的进一步说明，本实施方式所述三相动态负荷电流信号产生电路2生成的动态负荷电流信号为暂态、短时和长时的动态负荷电流信号，该暂态、短时和长时的动态负荷电流信号呈周期变化；

暂态动态负荷电流信号为：在同步通断控制信号OOK的一个通断控制周期内，T_A为1～5个；

短时动态负荷电流信号为：在同步通断控制信号OOK的一个通断控制周期内，T_A为5～50个；

长时动态负荷电流信号为：在同步通断控制信号OOK的一个通断控制周期内，T_A为50～500个。

本实施方式采用可控硅等电力电子器件来实现控制产生三相OOK动态负荷电流信号。所产生的三相OOK动态负荷电流信号用于控制产生三种类型的动态负荷电能信号：

暂态动态负荷电流信号：在1个OOK通断控制周期内，通周期数T_A范围为1～5个，即电流流通时间为20ms～100ms，可反映快速冲击用电设备等的用电状况；

短时动态负荷电流信号：在1个OOK通断控制周期内，通周期数T_A范围为5～50个，即电流流通时间为100ms～1000ms，可反映中速冲击用电设备或波动负荷的用电状况；

长时动态负荷电流信号：在1个OOK通断控制周期内，通周期数T_A范围为50～500个，即电流流通时间为1s～10s，可反映通断用电设备或慢速波动负荷的用电状况。

具体实施方式六：本实施方式为对实施方式一、二、三、四或五的进一步说明，本实施方式所述三相稳态电压信号或三相稳态电流信号通过选择控制电路4选择后输出与三相稳态电压信号或三相稳态电流信号对应的同步方波控制信号，该同步方波控制信号输出给周期分配电路1产生同步的通断控制信号OOK。

本实施方式中同步通断控制信号OOK可通过周期分配电路1采用以下控制模式产生：

电压控制模式：由正弦稳态电压信号产生。三相四线接线条件下，由A相或C相相电压整形后的同步电压方波信号产生周期通断控制信号OOK；三相三线条件下，由AB或CB线电压整形后的同步电压方波信号产生周期通断控制信号OOK。

电流控制模式：由正弦稳态电流信号产生。由A相、B相或C相电流信号整形后的同步电流方波信号产生周期通断控制信号OOK。

全通控制模式：令可控硅等电力电子器件始终处于导通状态，将稳态三相电流信号输入至被测电能表。

Claims (6)

1.一种电能表动态计量周期电能序列比例分配校验法，其特征在于，它采用三相稳态电压信号或三相稳态电流信号通过周期分配电路(1)产生同步通断控制信号OOK，该通断控制信号OOK通过三相动态负荷电流信号产生电路(2)生成动态负荷电流信号，该动态负荷电流信号以离散电能序列的形式输入至被测电能表；所述三相动态负荷电流信号产生电路(2)采用三相稳态电流信号作为工作电源；被测电能表采用三相稳态电压信号作为工作电源；

然后采集被测电能表输出的脉冲信号，同时采集标准电能表输出的脉冲信号，所述标准电能表在所述三相稳态电压信号和三相稳态电流信号下工作，采用电能表动态负荷计量校验误差计算电路(3)对被测电能表输出的脉冲信号和标准电能表输出的脉冲信号进行计算，获得被测电能表的动态负荷计量校验误差，实现对被测电能表的动态负荷计量测试溯源。

2.根据权利要求1所述的电能表动态计量周期电能序列比例分配校验法，其特征在于，

所述同步通断控制信号OOK s(t)为：

$s\left(t\right)=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{a}_{n}g(t-\mathrm{nT}),$

式中a_n为动态负荷电流信号的离散电能序列，n为离散电能序列的序号，a_n的表达式为：

t为时间，T为50Hz工频交流电周期，

矩形窗函数

N为自然数；

同步通断控制信号OOK控制方式下第n个控制周期内的OOK动态负荷时域瞬时电流i_dn(t)为：

式中I_rms为OOK动态负荷时域的电流有效值，ω为OOK动态负荷时域的电流角频率，φ_n为第n个控制周期内的OOK动态负荷时域瞬时电流i_dn(t)基波分量或谐波分量的初始角，A为OOK动态负荷时域瞬时电流i_dn(t)谐波分量幅度，m₁和m₂均为正整数，

的比值为OOK动态负荷时域瞬时电流i_dn(t)的整数次谐波或分数次谐波；

ω＝2πf，

m₁，m₂∈N^*，N^*为正自然数的集合，A∈Q^*，Q^*为正有理数集合，且nT≤t≤(n+1)T，当

为整数时，i_dn(t)中含有整数次谐波电流分量；当

为分数时，i_dn(t)中含有非整数次谐波电流分量；

动态负荷电流信号以离散电能序列E_di0(n)，E_di1(n)，E_di2(n)，…，E_din(n)}的形式输入至被测电能表，R_din(n)为同步通断控制信号OOK第n个控制周期内的动态负荷电能，E_din(n)以电能当量的形式表示为：

式中U_rms为OOK动态负荷时域的电压有效值，E_q为量化电能当量，是某一校验输入条件下的量化电能当量；

用T_A表示在1个同步通断控制信号OOK的导通期间里包含的50Hz正弦电流信号的整周期个数，用T_B表示在1个同步通断控制信号OOK的关断期间里包含的50Hz正弦电流信号的整周期个数，

当被测电能表被输入的动态负荷电流信号为T_A、T_B条件下的同步通断控制信号OOK时，采集被测电能表输出的脉冲信号个数N_A，计算获得与被测电能表输出的脉冲信号个数N_A对应的标准电能表的算定脉冲个数m₀：

$m_0=\frac{3600\×1000}{C*K_I*K_U*K_J}*N_A*C_0*\frac{T_A+T_B}{T_A},$

式中C为被测电能表输出脉冲常数，单位为P/kWh；K_I为校验过程中标准电能表外接的电流互感器变比；K_U为校验过程中标准电能表外接的电压互感器变比；K_J为接线系数，C₀为标准电能表输出脉冲常数，单位为P/WS；

根据被测电能表在动态负荷电能条件下输出的标准脉冲个数m，获得被测电能表的动态负荷计量校验误差γ为：

$\mathrm{\γ}=\frac{m_0-m}{m}\×100\%;$

使被测电能表被输入的同步通断控制信号OOK在全通控制模式下，将三相稳态电压信号和三相稳态电流信号输入被测电能表，采集被测电能表输出的脉冲信号个数N_S，计算获得与被测电能表输出的脉冲信号个数N_S对应的标准电能表的算定脉冲个数m_S0：

$m_{S0}=\frac{3600\×1000}{C*K_I*K_U*K_J}*N_S*C_0,$

根据被测电能表的给定计量稳态电能所对应的标准脉冲个数m_S，对被测电能表进行动态负荷计量测试溯源，其溯源误差γ_S为：

${\mathrm{\γ}}_S=\frac{m_{S0}-m_S}{m_S}\×100\%.$

3.根据权利要求2所述的电能表动态计量周期电能序列比例分配校验法，其特征在于，所述T_A和T_B的个数范围均为1～2000。

4.根据权利要求2或3所述的电能表动态计量周期电能序列比例分配校验法，其特征在于，所述三相动态负荷电流信号产生电路(2)为三相电流可控硅电路。

5.根据权利要求4所述的电能表动态计量周期电能序列比例分配校验法，其特征在于，

所述三相动态负荷电流信号产生电路(2)生成的动态负荷电流信号为暂态、短时和长时的动态负荷电流信号，该暂态、短时和长时的动态负荷电流信号呈周期变化；

暂态动态负荷电流信号为：在同步通断控制信号OOK的一个通断控制周期内，T_A为1～5个；

短时动态负荷电流信号为：在同步通断控制信号OOK的一个通断控制周期内，T_A为5～50个；

长时动态负荷电流信号为：在同步通断控制信号OOK的一个通断控制周期内，T_A为50～500个。

6.根据权利要求1、2、3或5所述的电能表动态计量周期电能序列比例分配校验法，其特征在于，所述三相稳态电压信号或三相稳态电流信号通过选择控制电路(4)选择后输出与三相稳态电压信号或三相稳态电流信号对应的同步方波控制信号，该同步方波控制信号输出给周期分配电路(1)产生同步的通断控制信号OOK。

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