專利名稱：帶交流脈動的直流電能計量裝置的溯源系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及直流電能的計量溯源方法，尤其涉及一種帶交流脈動(紋波)的直流電能計量裝置的溯源方法，用于對0. 05級的帶交流脈動直流電能表的電能量計量溯源。本發(fā)明還涉及使用于該方法的系統(tǒng)。
背景技術：
目前，電動汽車作為一種新興的綠色交通工具，得到國家的大力支持，電動汽車需要采用直流充電，對非車載充電機的直流充電，必然涉及到直流電能的計量。目前國家對直流電能表的標準還在制定中，而電動汽車充電樁已經在全國大力推廣。根據電力計量法無論是交流電能還是直流電能只要涉及到貿易結算，計量器具就必須具備向上可溯源性。而目前電動汽車在充電過程中所充的不單單是直流電還會疊加有約2%左右的交流脈動電流。所以針對帶交流脈動的直流電能的計量的溯源迫在眉睫，目前市面上未出現(xiàn)過針對電動汽車帶交流脈動的直流電能計量的溯源系統(tǒng)和方案。

發(fā)明內容
本發(fā)明的第一個目的，就是提供一種帶交流脈動的直流電能計量裝置的溯源系統(tǒng)，其特征是包括一交流電能功率標準源，輸出交流電壓源和交流電流源；一直流電能功率標準源，輸出直流電壓源和直流電流源；所述的交流電壓源和直流電壓源串聯(lián)接到被檢的帶交流脈動的直流電能計量裝置(U4)上，所述的交流電流源和直流電流源并聯(lián)接到被檢的帶交流脈動的直流電能計量裝置(U4)上；被檢的帶交流脈動的直流電能計量裝置(U4)輸出至第一頻率計(U9)；所述的交流電壓源和交流電流源還同時接到一 0. 01級標準電能表(Ul)上；所述的0. 01級標準電能表(Ul)則輸出到第二頻率計(U8)的第一輸入端；所述的直流電壓源同時輸入到第一 0. 01級數字多用表(U5)、直流電流源同時輸入到0. 002基標準直流電阻(Rl)進行I/V變換后輸出到第二 0. 01級數字多用表(U6)；一個人電腦(U7)輸入第一 GPIB接口卡(K2)連接第一 0. 01級數字多用表(U5) 的輸出、輸入第二 GPIB接口卡(K3)連接第二 0.01級數字多用表(U6)的輸出，輸出并對采集后的數字做乘法運算后控制IO卡(Kl)輸出到第二頻率計(U8)的第二輸入端；第二頻率計(U8)對兩路輸入做加法后顯示電能脈沖頻率。對于直流電壓源(VDC)和交流電壓源(VAC)要求其對輸入電源系統(tǒng)的絕緣不低于輸出的直流電壓和交流電壓之和；對于直流電壓源(VDC)和交流電壓源(VAC)同時要求其對大地的絕緣不低于輸出的直流電壓和交流電壓之和；同時交流電壓源(VAC)要能夠承受直流負載電流，直流電壓源(VDC)要能夠承受交流負載電流。對于直流電流源和交流電流源要求兩路是相互絕緣的，同時交流電流源(IAC)必須能夠承受直流負載電流，直流電流源(IDC)必須能夠承受交流負載電流。一般來說直流電流源多數都能承受交流負載電流，但是交流電流源很多采用變壓器輸出方案是無法承受直流負載電流，一個解決方法是如圖3(B)所示，在交流源和直流電流源之間串聯(lián)兩個電容Cl和C2，C1和C2容值越大越好，要是Cl和C2是有極性的電容，則要求Cl正極和C2的負極相連，改善交流電流的負載特性。本發(fā)明利用全球最新的儀器儀表成果，利用兩路相互絕緣的高精度直流電壓信號和交流電壓信號，可不需要同步串聯(lián)合成為帶交流脈動的直流電壓信號源，并且在合成中無其他附加環(huán)節(jié)，不引入附加誤差。同時，利用兩路相互絕緣的高精度直流電流信號和交流電流信號，可不需要同步并聯(lián)合成為帶交流脈動的直流電流信號源，并且在合成中無其他附加環(huán)節(jié)，不引入附加誤差。解決了直流電能和交流電能的無附加誤差合成，從而把帶交流脈動的直流電能的溯源，分解為交流電能的單獨溯源和直流電能的單獨溯源。而目前交流電能的溯源非常完善，純直流電流的溯源可以簡化為對直流電壓和直流電流的單獨溯源。 而其中直流電流的溯源又可以通過精密電阻轉換為直流電壓的溯源。本發(fā)明的第二個目的，就是提供一種使用如前所述的系統(tǒng)解決帶交流脈動(紋波)的直流電能溯源所采用的方法，其包括步驟1)把交流電能功率標準源(U2)輸出的交流電壓源和交流電流源連接到0. 01級標準電能表(Ul)上實現(xiàn)交流電能計量，并輸出電流脈沖(Pl)；2)把直流電能功率標準源(U3)輸出的直流電壓源和直流電流源分別輸出給第一和第二 0. 01級數字多用表⑴5和U6)、第一第二 0. 01級數字多用表⑴5和U6)的輸出都給個人PC電腦(U7)計算直流電能計量，并通過IO卡(Kl)輸出電能脈沖(P2)；3)把交流電壓源和直流電壓源串聯(lián)、交流電流源和直流電流源并聯(lián)后連接到被檢 0. 05級帶交流脈動的直流電能計量裝置(U4)上，實現(xiàn)帶脈動的交直流電能計量，并輸出電能脈沖(P3)；4)被檢0. 05級帶交流脈動的直流電能計量裝置的輸出電能脈沖(P3)接到第一頻率計數器上(U9)；5)交流電能表脈沖(Pl)和直流電能表脈沖(P2)分別輸入到第二頻率計(U8)的
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弟一弟一；6)對比兩個頻率計的頻率計算被檢直流電能計量裝置的誤差，從而實現(xiàn)了對 0.05級帶交流脈動直流電能裝置(U4)的溯源。所述步驟2)包括子步驟2-1 把直流電能功率標準源(U3)的直流電壓源輸出直接接到第一0. 01級數字多用表(U5)的電壓輸入上；2-2 把直流電能功率標準源(U3)直流電流源通過0. 002級精密電阻(Rl)轉換為直流電壓輸入到第二 0. 01級數字多用表(U6)上；2-3 通過計算機的第一第二 GPIB接口(K2和K3)控制第一第二 0. 01級數字多用表⑴5和TO)，把采集到的直流采樣值經過計算得到其電能；2-4 把計算到的電能值以及設定好的脈沖常數通過IO卡(Kl)輸出脈沖到第二頻率計(U8)上。所述的步驟3)中的直流電壓串聯(lián)疊加交流電壓，是通過兩臺相互隔離的Fluke6105A相互串聯(lián)起來，其中，一臺Fluke6105A(U2)輸出交流電壓信號，一臺 Fluke6105A(U3)輸出直流電壓信號；所述的直流電流并聯(lián)疊加交流電流，是通過兩臺相互隔離的Fluke6105A相互并聯(lián)起來，其中，一臺Fluke6105A (U2)輸出交流信號，一臺 Fluke6105A(U3)輸出直流信號。所述的交流電壓信號和直流電壓信號是相互絕緣隔離的，通過串聯(lián)的方法來實現(xiàn)交直流混合，直流電壓源為Fluke6105A(U3)或其他直流電壓源，交流電壓源為 Fluke6105A(U2)或其他的交流電壓源；所述的兩路電流信號是相互隔的，并且一路是交流電流信號，一路是直流電流信號，通過并聯(lián)的方法來實現(xiàn)交直流混合，直流電流源可以是Fluke6105A(U3)也可以是其他的直流電流源，交流電流源可以是Fluke6105A(U2)也可以是其他的交流電流源。所述步驟4)包括子步驟4-1 把交流電能脈沖和直流電能脈沖輸入到第二頻率計(U8)，通過頻率計自身的運算功能計算交流電能脈沖和直流脈沖取和后的頻率值，并顯示；4-2 把被檢帶交流脈動的電能計量裝置的輸出脈沖輸入到第一頻率計(U9)上， 通過頻率計(U9)顯示其輸出頻率；4-3 比對第一頻率計(U8)和第二頻率計(U9)顯示的頻率，計算被檢帶交流脈動的直流電能表的誤差。有益效果本發(fā)明提供了一種帶交流脈動的直流電能計量裝置的溯源系統(tǒng)和使用該系統(tǒng)的溯源方法。


圖1為本發(fā)明一種帶交流脈動的直流電能溯源流程圖；圖2為本發(fā)明一種帶交流脈動的直流電流合成示意圖；圖3A、3B為本發(fā)明一種帶交流脈動的直流電流合成示意圖；圖4為本發(fā)明一種帶交流脈動的直流電能裝置溯源系統(tǒng)硬件連接圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明如圖4所示，本發(fā)明的帶交流脈動的直流電能溯源的實施例交流電能功率標準源Fluke6105A(U2)輸出交流電壓源和交流電流源，直流電能功率標準源Fluke6105A(U3)輸出直流電壓源和直流電流源，F(xiàn)luke6105A(U2)的交流電壓源和Fluke6105A(U3)的直流電壓源串聯(lián)接到帶交流脈動的直流電能計量裝置(U4)上， Fluke6105A(U2)的交流電流源和Fluke6105A (U3)的直流電電流源并聯(lián)接到帶交流脈動的直流電能計量裝置(U4)上，帶交流脈動的直流電能計量裝置(U4)計算合成后的交流信號的電能并輸出電能到第一頻率計Agilent5313(U9)上顯示，F(xiàn)luke6105A(U2)的交流電壓源和Fluke6105A(U2)的交流電流源同時接到Zera公司的0. 01級標準電能表C0M3000 (Ul) 上，如果交流電壓源和交流電流源輸出的頻率大約50Hz，則C0M3000 (Ul)可更換為ZES公司的LMG500 (最大可以支持IOMHz的頻率)。C0M3000 (Ul)輸出的電能脈沖接入到第二頻率計Agilent53132 (U8)的一個脈沖測試輸入端子上并顯示，F(xiàn)luke6105A(U3)的直流電壓源同時輸入到第一 0. 01級數字多用表Agilent3458A(U5)的電壓輸入，F(xiàn)luke6105A(U3)的直流電流源同時輸入到0. 002基標準直流電阻(Rl)進行ΙΛ變換后輸出到第二 0.01級數字多用表Agilent3458A(U6)的電壓輸入。個人電腦(U7)控制GPIB接口卡(K2)采集Agilent3458A(U5)的采樣值同時控制GPIB接口卡(K3)采集Agi lent3458A(U6)的采樣值，個人電腦(U7)對采集后的數字做乘法運算后控制IO卡(Kl)輸出電能脈沖到Agilent53132(U8)的另外一個頻率輸入端子，Agilent53132(U8)對兩路電能脈沖做加法后顯示電能脈沖頻率，同時和另外一個 Agilent53132(U9)的電能脈沖頻率做比對，就可以計算出被檢帶交流脈動的直流電能計量裝置的電能誤差。實現(xiàn)對0. 05級帶交流脈動直流電能計量裝置的誤差檢定和量值溯源。圖1為實現(xiàn)一種帶交流脈動的直流電能計量的溯源方法流程圖，實施步驟為1)把帶交流脈動的直流電能的溯源，分解為直流電能溯源(步驟A)和交流電能溯源(步驟B)；把交流電能功率標準源Fluke6105A(U2)輸出的交流電壓源和交流電流源連接到0.01級標準電能表C0M3000 (Ul)上實現(xiàn)交流電能計量，并輸出電流脈沖(Pl)；2)把直流電能功率標準源Fluke6105A(U3)輸出的直流電壓源和直流電流源分別輸出給第一和第二 0. 01級數字多用表⑴5和U6)、第一第二 0. 01級數字多用表⑴5和U6) 的輸出都給個人PC電腦(U7)計算直流電能計量，并通過IO卡(Kl)輸出電能脈沖(P2)；3)把交流電壓源和直流電壓源串聯(lián)、交流電流源和直流電流源并聯(lián)后連接到被檢 0. 05級帶交流脈動的直流電能計量裝置(U4)上，實現(xiàn)帶脈動的交直流電能計量，并輸出電能脈沖(P3)；4)被檢0. 05級帶交流脈動的直流電能計量裝置的輸出電能脈沖(P3)接到第一頻率計數器上(U9)；5)交流電能表脈沖(Pl)和直流電能表脈沖(P2)分別輸入到第二頻率計(U8)的
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弟一弟一；6)對比兩個頻率計的頻率，計算被檢直流電能計量裝置的誤差，從而實現(xiàn)了對 0.05級帶交流脈動直流電能裝置(U4)的溯源。所述步驟2)包括子步驟2-1 把直流電能功率標準源(U3)的直流電壓源輸出直接接到第一0. 01級數字多用表(U5)的電壓輸入上；2-2 把直流電能功率標準源(U3)直流電流源通過0. 002級精密電阻(Rl)轉換為直流電壓輸入到第二 0. 01級數字多用表(U6)上；2-3 通過計算機的第一第二 GPIB接口(K2和K3)控制第一第二 0. 01級數字多用表⑴5和TO)，把采集到的直流采樣值經過計算得到其電能；2-4 把計算到的電能值以及設定好的脈沖常數通過IO卡(Kl)輸出脈沖到第二頻率計(U8)上。所述的步驟3)中的直流電壓串聯(lián)疊加交流電壓，是通過兩臺相互隔離的Fluke6105A相互串聯(lián)起來，其中，一臺Fluke6105A(U2)輸出交流電壓信號，一臺 Fluke6105A(U3)輸出直流電壓信號；所述的直流電流并聯(lián)疊加交流電流，是通過兩臺相互隔離的Fluke6105A相互并聯(lián)起來，其中，一臺Fluke6105A (U2)輸出交流信號，一臺Fluke6105A(U3)輸出直流信號。所述的交流電壓信號和直流電壓信號是相互絕緣隔離的，通過串聯(lián)的方法來實現(xiàn)交直流混合，直流電壓源為Fluke6105A(U3)或其他直流電壓源，交流電壓源為 Fluke6105A(U2)或其他的交流電壓源；所述的兩路電流信號是相互隔的，并且一路是交流電流信號，一路是直流電流信號，通過并聯(lián)的方法來實現(xiàn)交直流混合，直流電流源可以是Fluke6105A(U3)也可以是其他的直流電流源，交流電流源可以是Fluke6105A(U2)也可以是其他的交流電流源。 所述步驟4)包括子步驟4-1 把交流電能脈沖和直流電能脈沖輸入到第二頻率計(U8)，通過頻率計自身的運算功能計算交流電能脈沖和直流脈沖取和后的頻率值，并顯示；4-2 把被檢帶交流脈動的電能計量裝置的輸出脈沖輸入到第一頻率計(U9)上， 通過頻率計(U9)顯示其輸出頻率；4-3 比對第一頻率計(U8)和第二頻率計(U9)顯示的頻率，計算被檢帶交流脈動的直流電能表的誤差。根據本發(fā)明帶交流脈動(紋波)的直流電能溯源電壓加法合成方案為如圖2所示，把直流電壓源(VDC)的正端和交流電壓源(VAC)的負端相連，把直流電壓的負端和交流電壓源的正端，捏合為合成后的電壓源輸出給被檢設備。根據本發(fā)明帶交流脈動(紋波)的直流電能溯源的電流加法合成方案為如圖3(A) 圖所示，把直流電流源(IDC)的正端和交流電流源(IAC)的正端相連，把直流電流源(IDC) 的負端和交流電流源(IAC)的負端相連，捏合為合成后的電流源輸出給被檢設備。對于輸出變壓器輸出的交流電流源或其他無法承受直流施加的交流電流源如圖3(B)所示，增加兩個電容Cl和C2實現(xiàn)隔直。在圖2中測試的帶交流脈動的直流電壓源，由直流電壓源(VDC)和交流電壓源VAC 組成，其中直流電壓源(VDC)的正端和交流電壓源(VAC)的負端相連，直流電壓源(VDC)的負端作為合成后信號的負端，交流電壓源的正端作為合成后信號源的正端，對于直流電壓源(VDC)和交流電壓源(VAC)要求其對輸入電源系統(tǒng)的絕緣不低于輸出的直流電壓和交流電壓之和，對于直流電壓源(VDC)和交流電壓源(VAC)同時要求其對大地的絕緣也不低于輸出的直流電壓和交流電壓之和。同時交流電壓源(VAC)必須能夠承受直流負載電流(如 Fluke6105A交流直源)，直流電壓源(VDC)必須能夠承受交流負載電流如(如Fluke6105A 交直流源)。在圖3㈧中測試的帶交流脈動的直流電流源，由直流電流源(IDC)和交流電流源IAC組成，其中直流電流源(IDC)的正端和交流電流源(IAC)的正端相連，直流電流源 (IDC)的負端和交流電流源(IAC)的負端相連，并聯(lián)后的輸出就是帶交流脈動的直流電流源，對于直流電流源和交流電流源要求兩路是相互絕緣的，同時交流電流源(IAC)必須能夠承受直流負載電流(如Fluke6105交直流源)，直流電流源(IDC)必須能夠承受交流負載電流(如Fluke6105A交直流源)。一般來說直流電流源多數都能承受交流負載電流，但是交流電流源很多采用變壓器輸出方案是無法承受直流負載電流，一個解決方法是如圖3(B) 所示，在交流源和直流電流源之間串聯(lián)兩個電容Cl和C2，Cl和C2容值越大越好，要是Cl 和C2是有極性的電容，則要求Cl正極和C2的負極相連。改善交流電流的負載特性。
權利要求
1.一種帶交流脈動的直流電能計量裝置的溯源系統(tǒng)，其特征是包括一交流電能功率標準源(U2)，輸出交流電壓源和交流電流源；一直流電能功率標準源(U3)，輸出直流電壓源和直流電流源；所述的交流電壓源和直流電壓源串聯(lián)接到被檢的帶交流脈動的直流電能計量裝置 (U4)上，所述的交流電流源和直流電流源并聯(lián)接到被檢的帶交流脈動的直流電能計量裝置 (U4)上；被檢的帶交流脈動的直流電能計量裝置(U4)輸出至第一頻率計(U9)；所述的交流電壓源和交流電流源還同時接到一 0.01級標準電能表(Ul)上，所述的 0. 01級標準電能表(Ul)輸出到第二頻率計(U8)的第一輸入端；所述的直流電壓源同時輸入到第一 0. 01級數字多用表(U5)、直流電流源同時輸入到 0.002基標準直流電阻(Rl)進行I/V變換后輸出到第二 0.01級數字多用表(U6)；一個人PC電腦(U7)通過第一 GPIB接口卡(K2)連接第一 0. 01級數字多用表⑴5)、通過第二GPIB接口卡(K3)連接第二 0.01級數字多用表(TO)，并對采集的數值做乘法運算后控制IO卡(Kl)輸出到第二頻率計(U8)的第二輸入端；第二頻率計(U8)對兩路輸入做加法后顯示電能脈沖頻率。
2.根據權利要求1所述的帶交流脈動的直流電能計量裝置的溯源系統(tǒng)，其特征是所述的直流電壓源和交流電壓源對輸入的絕緣不低于輸出的直流電壓和交流電壓之和；所述的直流電壓源和交流電壓源對大地的絕緣不低于輸出的直流電壓和交流電壓之和；所述的交流電壓源可承受直流負載電流，直流電壓源可承受交流負載電流；所述的直流電流源和交流電流源相互絕緣，同時交流電流源可承受直流負載電流，直流電流源可承受交流負載電流。
3.一種根據權利要求1或2所述的帶交流脈動的直流電能計量裝置的溯源系統(tǒng)的溯源方法，包括步驟1)把交流電能功率標準源(U2)輸出的交流電壓源和交流電流源連接到0.01級標準電能表(Ul)上實現(xiàn)交流電能計量，并輸出電流脈沖(Pl)；2)把直流電能功率標準源(U3)輸出的直流電壓源和直流電流源分別輸出給第一和第二 0. 01級數字多用表⑴5和U6)、第一第二 0. 01級數字多用表⑴5和U6)的輸出都給個人 PC電腦(U7)計算直流電能計量，并通過IO卡(Kl)輸出電能脈沖(P2)；3)把交流電壓源和直流電壓源串聯(lián)、交流電流源和直流電流源并聯(lián)后連接到被檢 0. 05級帶交流脈動的直流電能計量裝置(U4)上，實現(xiàn)帶脈動的交直流電能計量，并輸出電能脈沖(P3)；4)被檢0.05級帶交流脈動的直流電能計量裝置的輸出電能脈沖(P3)接到第一頻率計數器上(U9)；5)交流電能表脈沖(Pl)和直流電能表脈沖(P2)分別輸入到第二頻率計(U8)的第一第二端口 ；6)對比兩個頻率計的頻率計算被檢直流電能計量裝置的誤差，從而實現(xiàn)了對0.05級帶交流脈動直流電能裝置(U4)的溯源。
4.根據權利要求3所述的帶交流脈動的直流電能計量裝置的溯源系統(tǒng)的溯源方法，其特征在于所述步驟2)包括子步驟2-1 把直流電能功率標準源(U3)的直流電壓源輸出直接接到第一0.01級數字多用表 (U5)的電壓輸入上；2-2 把直流電能功率標準源(U3)直流電流源通過0. 002級精密電阻(Rl)轉換為直流電壓輸入到第二 0. 01級數字多用表(U6)上；2-3 通過計算機的第一第二 GPIB接口(K2和K3)控制第一第二 0. 01級數字多用表 (U5和TO)，把采集到的直流采樣值經過計算得到其電能；2-4 把計算到的電能值以及設定好的脈沖常數通過IO卡(Kl)輸出脈沖到第二頻率計 (U8)上。
5.根據權利要求4所述的帶交流脈動的直流電能計量裝置的溯源系統(tǒng)的溯源方法，其特征在于所述的步驟3)中的直流電壓串聯(lián)疊加交流電壓，是通過兩臺相互隔離的Fluke6105A相互串聯(lián)起來，其中，一臺Fluke6105A(U2)輸出交流電壓信號，一臺 Fluke6105A(U3)輸出直流電壓信號；所述的直流電流并聯(lián)疊加交流電流，是通過兩臺相互隔離的Fluke6105A相互并聯(lián)起來，其中，一臺Fluke6105A (U2)輸出交流信號，一臺 Fluke6105A(U3)輸出直流信號。
6.根據權利5所述的帶交流脈動的直流電能計量裝置的溯源系統(tǒng)的溯源方法，其特征在于所述的交流電壓信號和直流電壓信號是相互絕緣隔離的，通過串聯(lián)的方法來實現(xiàn)交直流混合，直流電壓源為Fluke6105A(U3)或其他直流電壓源，交流電壓源為 Fluke6105A(U2)或其他的交流電壓源；
7.根據權利6所述的帶交流脈動的直流電能計量裝置的溯源系統(tǒng)的溯源方法，其特征在于所述的兩路電流信號是相互隔的，并且一路是交流電流信號，一路是直流電流信號， 通過并聯(lián)的方法來實現(xiàn)交直流混合，直流電流源可以是Fluke6105A(U3)也可以是其他的直流電流源，交流電流源可以是Fluke6105A(U2)也可以是其他的交流電流源。
8.根據權利要求7所述的帶交流脈動的直流電能計量裝置的溯源系統(tǒng)的溯源方法，其特征在于所述步驟4)包括子步驟4-1 把交流電能脈沖和直流電能脈沖輸入到第二頻率計(U8)，通過頻率計自身的運算功能計算交流電能脈沖和直流脈沖取和后的頻率值，并顯示；4-2:把被檢帶交流脈動的電能計量裝置的輸出脈沖輸入到第一頻率計(U9)上，通過頻率計(U9)顯示其輸出頻率；4-3 比對第一頻率計(U8)和第二頻率計(U9)顯示的頻率，計算被檢帶交流脈動的直流電能表的誤差。
全文摘要
本發(fā)明涉及直流電能的計量裝置的溯源方法，尤其涉及一種帶交流脈動(紋波)的直流電能計量裝置的溯源方法，用于對0.05級的帶交流脈動直流電能表的電能量計量溯源。本發(fā)明還涉及使用于該方法的系統(tǒng)。
文檔編號G01R35/04GK102353928SQ201110300449
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權日2011年9月30日
發(fā)明者孫衛(wèi)明, 趙偉, 陳剛, 陳銳民, 黃建鐘 申請人:廣東電網公司電力科學研究院