專利名稱：電能表動態(tài)性能測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電能計量裝置的性能測試儀。
背景技術(shù)：
電能計量裝置在出廠之前需要通過性能測試，慣常的方法是使用正弦穩(wěn)態(tài)的功率 信號源提供測試信號，這樣的測試結(jié)果能很好的反映電能表在穩(wěn)態(tài)條件下的計量準確度。 然而在一些沖擊性負荷，如煉鋼電弧爐、軋鋼機、電力牽引機車等用電場合，穩(wěn)態(tài)性能相當(dāng) 的表計，在同一計量點、同一時間段內(nèi)的計量結(jié)果相差卻較大，遠遠超過了穩(wěn)態(tài)誤差限的范 圍。這說明僅僅檢驗表計的穩(wěn)態(tài)性能尚不能完善的反映表計的整體性能。電網(wǎng)中的沖擊性負荷一般都是耗電大戶，較少的計量準確度變化即關(guān)系到巨大的 經(jīng)濟效益，實現(xiàn)沖擊性負荷條件下的準確電能計量是電力供需雙方都亟待解決的問題。因 此對于動態(tài)負荷的電能計量而言，表計的動態(tài)性能檢測是相當(dāng)重要，但目前還沒有這種檢 測裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電能表動態(tài)性能測試儀，以檢驗電能表在動態(tài)負荷條 件下電能計量的準確度。本發(fā)明提供的這種電能表動態(tài)性能測試儀，包括動態(tài)功率信號源單元、誤差處理 單元、主控電腦，其中
動態(tài)功率信號源單元包括動態(tài)負荷模型單元、DA轉(zhuǎn)換單元及功率放大器單元，動態(tài)負 荷模型單元用于體現(xiàn)負荷動態(tài)特性的各種電壓、電流模型，該動態(tài)負荷模型單元的建立由 主控電腦利用Matlab、Pspice軟件完成，并將模型數(shù)據(jù)存儲在主控電腦的硬盤內(nèi)；DA轉(zhuǎn)換 單元將硬盤內(nèi)的模型數(shù)據(jù)還原成模擬電壓小信號，并通過屏蔽線接入到功率放大單元的入 口，主控電腦通過USB 口控制DA轉(zhuǎn)換單元的運行、停止，模型數(shù)據(jù)的輸出也通過USB 口進 行，通過編程設(shè)置轉(zhuǎn)換率的大??；功率放大單元包括三相電壓功率放大器以及三相電流功 率放大器，將模擬電壓小信號分別放大為同形的三相電壓及三相電流波形，電壓波形的地 線與電流波形的地線彼此隔離，共同構(gòu)成一個虛功率源作為電能計量裝置的測試用信號 源；
誤差處理單元包括電能表脈沖采集單元及誤差計算單元，主控電腦通過USB 口控制電 能表脈沖采集單元的運行、停止，通過編程設(shè)置采樣率的大小；誤差計算單元計算采集到的 能量脈沖的周期，根據(jù)電表的脈沖常數(shù)推算出該脈沖周期對應(yīng)的能量或者功率值，并與模 型能量或功率的理論值進行比對，從而計算得到被試表計在動態(tài)負荷條件下的計量誤差。本發(fā)明測試儀能產(chǎn)生需要的各種波形的源信號，無論是正弦的還是非正弦的，無 論是穩(wěn)態(tài)的還是動態(tài)的。特別是它能產(chǎn)生瞬時變化的信號，信號的幅值、相位、頻率都可以 通過編程即時調(diào)整，而傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能測試儀只能產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)正弦信號供測試用。這種動態(tài) 性能測試儀能分別輸出3路電壓信號和3路電流信號，各路電壓信號之間、各路電流信號之
3間以及電壓與電流信號之間相互獨立，可以分別進行編程控制，具有很好的靈活性。本發(fā)明 測試儀能對電能表的動態(tài)性能進行檢測，使電能表的各種性能得到完整的測試和體現(xiàn)，改 變了現(xiàn)有技術(shù)中只能檢測電能表的穩(wěn)態(tài)性能而無法檢測動態(tài)性能的狀況，從而能有效促進 電能表硬件方案和軟件算法的改進，實現(xiàn)對耗電大戶的沖擊性負荷耗能的準確計量，更進 一步體現(xiàn)計量的科學(xué)、公平、合理原則。


圖1為本發(fā)明使用時的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖2是本發(fā)明的詳細結(jié)構(gòu)框圖。圖3為DA轉(zhuǎn)換單元的控制程序流程圖。圖4為誤差處理單元控制程序流程圖。
具體實施例方式如附圖1所示，本發(fā)明電能表動態(tài)性能測試儀主要由動態(tài)功率信號源單元、誤差 處理單元以及主控電腦組成，其中動態(tài)功率信號源單元可通過建模編程，輸出代表動態(tài)負 荷各種特性的三相功率信號，作為被測計量裝置進行動態(tài)性能測試的源信號；誤差處理單 元將被測試品輸出的代表點能量或電功率的脈沖進行收集，并于模型能量或功率的理論值 進行比對，從而得到動態(tài)負荷條件下被測試品的計量誤差；主控電腦控制各單元之間的協(xié) 調(diào)運行。本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)可以從圖2看出，在動態(tài)功率信號源單元、誤差處理單元以及 主控電腦中主控電腦一般采用便攜式筆記本電腦比較方便，通過主控電腦的USB 口實現(xiàn)對 其它單元的運行控制。動態(tài)功率信號源單元的主要功能是為被測計量裝置提供能模擬動態(tài)負荷特性的 電壓、電流信號。它包括動態(tài)負荷模型單元、DA轉(zhuǎn)換單元以及功率放大單元，主控電腦借助 Matlab.Pspice等軟件對動態(tài)負荷建模，產(chǎn)生各種需要的動態(tài)波形數(shù)據(jù)，產(chǎn)生的動態(tài)波形數(shù) 據(jù)以文件的形式存儲于主控電腦硬盤中；DA轉(zhuǎn)換單元讀取該數(shù)據(jù)文件，并通過USB 口輸出 至DA轉(zhuǎn)換卡，DA轉(zhuǎn)換單元的主體是一張6通道高精度DA轉(zhuǎn)換卡，轉(zhuǎn)換精度為16位，DA轉(zhuǎn) 換單元將模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成幅值在士 IOV以內(nèi)的6路模擬小電壓信號，并通過屏蔽線接入到 功率放大單元的入口，將3路電壓波形模擬小信號輸入至電壓功率放大器，按1 20的比例 放大，輸出幅值一般在士 150V以內(nèi)的同形電壓信號，將3路電流波形模擬小信號輸入至電 流功率放大器，輸出幅值在士60A以內(nèi)的同形電流信號，將三相電壓、電流信號接入被測計 量裝置作為動態(tài)功率信號源。DA轉(zhuǎn)換卡與主控電腦之間通過USB連接，主控電腦通過USB 口控制DA轉(zhuǎn)換卡的運行、停止，模型數(shù)據(jù)的輸出也通過USB 口進行，通過編程可以設(shè)置轉(zhuǎn)換 率的大小，轉(zhuǎn)換率的上限為lOOksps。DA轉(zhuǎn)換控制的流程圖參照圖3，首先進行DA轉(zhuǎn)換卡的 初始化，包括設(shè)置轉(zhuǎn)換通道的數(shù)目，設(shè)置轉(zhuǎn)換率的大小，設(shè)置數(shù)據(jù)源的存儲地址，然后進行 數(shù)模轉(zhuǎn)換，需要停止轉(zhuǎn)換的時候終止程序的運行。功率放大單元包括三相電壓功率放大器 以及三相電流功率放大器，可以將輸入的士 IOV以內(nèi)的低電壓信號按1 :20的比例分別放大 為同形的三相電壓及三相電流波形。電壓波形的地線與電流波形的地線彼此隔離，共同構(gòu) 成一個虛功率源作為電能計量裝置的測試用信號源。
誤差處理單元包括電能表脈沖采集單元及誤差計算單元。其中電能表脈沖采集單 元的主體是一張8通道高精度AD數(shù)據(jù)采集卡，采樣精度為16位。主控電腦通過USB 口控 制采集卡的運行、停止，通過編程可以設(shè)置采樣率的大小，采樣率的上限為lOOksps，完全能 滿足電能表能量脈沖的采集需求。多通道AD數(shù)據(jù)采集卡可同時采集多塊電能表的輸出脈 沖，可實現(xiàn)對多塊表計的同時測試，提高測試效率。動態(tài)功率信號源接入被測電能表計后，會輸出代表能量或電功率的脈沖，誤差處 理單元首先通過多通道AD數(shù)據(jù)采集卡采集該脈沖，采樣數(shù)據(jù)進入主機后，由誤差計算單元 采用一定的公式推算該脈沖周期代表的電能量或電功率值E1，同時對動態(tài)模型的功率理論 值EO也進行計算，利用下式計算得到各個表計的動態(tài)誤差e
e=(El-EO)/E0*100%
多通道AD數(shù)據(jù)采集卡采用8通道AD數(shù)據(jù)采集卡，可同時對8塊被試表計的輸出脈沖 同時采樣；多通道AD數(shù)據(jù)采集卡與測試主機之間通過USB連接，通過對主控電腦編程可控 制采集卡的運行或停止，讀取脈沖波形。多通道AD數(shù)據(jù)采集卡采樣的控制以及誤差計算可 用一個程序完成，程序流程圖參照圖4，首先進行多通道AD數(shù)據(jù)采集卡及相關(guān)參數(shù)的初始 化，包括設(shè)置采樣通道的數(shù)目，設(shè)置采樣率的大小以及數(shù)據(jù)的存儲地址，輸入不同表計的脈 沖常數(shù)，然后開始采樣，測算不同通道的脈沖周期，并換算成對應(yīng)的電能量或電功率值，與 模型的理論值比對，輸出不同表計的誤差，在主控電腦的屏幕上進行顯示。各單元之間的連接/控制關(guān)系如下
主控電腦通過USB接口線與多通道DA轉(zhuǎn)換卡連接，控制轉(zhuǎn)換卡的運行和停止；DA轉(zhuǎn) 卡的6路輸出通過同軸屏蔽信號線分別與電壓功率放大器的3路輸入、電流功率放大器的 3路輸入連接；電壓功率放大器的輸出通過普通電纜線與被測計量裝置的電壓輸入端子連 接，電流功率放大器的輸出通過能承受大電流的粗徑電纜線與被測計量裝置的電流輸入端 子連接；被測計量裝置的脈沖輸出通過同軸屏蔽線與多通道AD數(shù)據(jù)采集卡連接，多通道AD 數(shù)據(jù)采集卡采集到的數(shù)據(jù)通過USB接口線傳輸?shù)街骺仉娔X內(nèi)進行處理。
權(quán)利要求
一種電能表動態(tài)性能測試儀，其特征在于該測試儀包括動態(tài)功率信號源單元、誤差處理單元、主控電腦，其中動態(tài)功率信號源單元包括動態(tài)負荷模型單元、DA轉(zhuǎn)換單元及功率放大單元，動態(tài)負荷模型單元用于體現(xiàn)負荷動態(tài)特性的各種電壓、電流模型，該動態(tài)負荷模型單元的建立由主控電腦利用Matlab、Pspice軟件完成，并將模型數(shù)據(jù)存儲在主控電腦的硬盤內(nèi)；DA轉(zhuǎn)換單元將硬盤內(nèi)的模型數(shù)據(jù)還原成模擬電壓小信號，并通過屏蔽線接入到功率放大單元的入口，主控電腦通過USB口控制DA轉(zhuǎn)換單元的運行、停止，模型數(shù)據(jù)的輸出也通過USB口進行，通過編程設(shè)置轉(zhuǎn)換率的大?。还β史糯髥卧ㄈ嚯妷汗β史糯笃饕约叭嚯娏鞴β史糯笃?，將模擬電壓小信號分別放大為同形的三相電壓及三相電流波形，電壓波形的地線與電流波形的地線彼此隔離，共同構(gòu)成一個虛功率源作為電能計量裝置的測試用信號源；誤差處理單元包括電能表脈沖采集單元及誤差計算單元，主控電腦通過USB口控制電能表脈沖采集單元的運行、停止，通過編程設(shè)置采樣率的大??；誤差計算單元計算采集到的能量脈沖的周期，根據(jù)電表的脈沖常數(shù)推算出該脈沖周期對應(yīng)的能量或者功率值，并與模型能量或功率的理論值進行比對，從而計算得到被試表計在動態(tài)負荷條件下的計量誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能表動態(tài)性能測試儀，其特征在于DA轉(zhuǎn)換單元將硬盤內(nèi)的 模型數(shù)據(jù)還原成模擬電壓小信號的幅值在士 IOV以內(nèi)，功率放大單元的三相電壓功率放大 器以及三相電流功率放大器將輸入的該士 IOV以內(nèi)的低電壓信號按1 :20的比例分別放大 為同形的三相電壓及三相電流波形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電能表動態(tài)性能測試儀，其特征在于通過編程設(shè)置轉(zhuǎn)換 率及采樣率的大小，轉(zhuǎn)換率和采樣率的上限均為lOOksps。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電能表動態(tài)性能測試儀，其特征在于電能表脈沖采集單 元的主體是一張多通道AD數(shù)據(jù)采集卡，所述DA轉(zhuǎn)換單元為多通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電能表動態(tài)性能測試儀，其特征在于所述DA轉(zhuǎn)換單元為6通 道，多通道AD數(shù)據(jù)采集卡采用8通道高精度AD數(shù)據(jù)采集卡，用于同時采集8臺被測電能表 計的輸出脈沖。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電能表動態(tài)性能測試儀，動態(tài)功率信號源單元、誤差處理單元、主控電腦，其中動態(tài)功率信號源單元可通過建模編程，輸出代表動態(tài)負荷各種特性的三相功率信號，作為電能計量裝置進行動態(tài)性能測試的源信號；誤差處理單元將被測試品輸出的代表點能量或電功率的脈沖進行收集，并于模型能量或功率的理論值進行比對，從而得到動態(tài)負荷條件下被測試品的計量誤差；主控電腦控制各單元之間的協(xié)調(diào)運行。本發(fā)明能對電能表的動態(tài)性能進行檢測，使電能表的各種性能得到完整的測試和體現(xiàn)，改變了現(xiàn)有技術(shù)中只能檢測電能表的穩(wěn)態(tài)性能而無法檢測動態(tài)性能的狀況，從而能有效促進電能表硬件方案和軟件算法的改進，實現(xiàn)對耗電大戶的沖擊性負荷耗能的準確計量。
文檔編號G01R35/04GK101907697SQ20101024747
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月9日
發(fā)明者吳先強, 羅孝龍, 金維宇, 陳金玲 申請人:威勝集團有限公司