一種數(shù)字式電能表功耗測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種數(shù)字式電能表功耗測(cè)量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 智能變電站計(jì)量回路中，電子式互感實(shí)現(xiàn)電壓、電流信號(hào)的采集、編碼和串行傳 輸，由合并單元對(duì)采樣序列進(jìn)行組帖、打包處理，依據(jù)IEC 61850規(guī)約傳輸采樣數(shù)據(jù)，由數(shù) 字式電能表對(duì)合并單元的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析、計(jì)算，得到有功電能和無功電能值。隨著我國(guó)智 能變電站的全面推廣，電能計(jì)量設(shè)備數(shù)字式水平越來越高，數(shù)字式電能表準(zhǔn)確度高、功能強(qiáng) 大的優(yōu)點(diǎn)使之得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但由于采用了光纖接口、W太網(wǎng)巧片等元器件，數(shù) 字式電能表工作狀態(tài)的功率消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)電能表，尤其在高速通信狀態(tài)下、運(yùn)算量較 大時(shí)，某些型號(hào)數(shù)字式電能表瞬時(shí)功率消耗可達(dá)20W W上，約為傳統(tǒng)電能表的3倍，當(dāng)安裝 環(huán)境散熱不當(dāng)時(shí)，將引起電能表殼體的溫升，影響電能表計(jì)量準(zhǔn)確度和安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此 對(duì)數(shù)字式電能表工作時(shí)的功耗進(jìn)行測(cè)量十分必要。傳統(tǒng)測(cè)量功耗采用的是萬用表法，即把 萬用表調(diào)到功率檔，將其電壓測(cè)量元件與被測(cè)電能表供電電壓并聯(lián)，電流測(cè)量元件串入供 電回路中，人工讀取萬用表顯示的功率值。該方法接線較復(fù)雜，且容易將電壓、電流線接反， 導(dǎo)致設(shè)備損壞和試驗(yàn)人員危險(xiǎn)，同時(shí)測(cè)量時(shí)電能表并未通信和計(jì)量，處于待機(jī)狀態(tài)，測(cè)量到 的是靜態(tài)功耗，而數(shù)字式電能表在通信和計(jì)量狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)功耗要遠(yuǎn)高于待機(jī)時(shí)的靜態(tài)功 耗，因此傳統(tǒng)方法測(cè)量的功耗值比電能表正常工作時(shí)的功耗值偏小，從而導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的 誤判。另一方面，由于電能表交流電源回路中電壓、電流并非理想正弦波，存在各種諧波成 分，傳統(tǒng)的測(cè)量方法往往只針對(duì)電壓、電流基波幅值，不能對(duì)交流電源的各次諧波進(jìn)行有效 分析，W至于不能合理地確定數(shù)字式電能表交流電源電能質(zhì)量是否符合要求。因此，有必要 研究一種數(shù)字式電能表功耗測(cè)量的新方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字式電能表在計(jì)量和待機(jī)狀態(tài)下動(dòng)態(tài) 功耗的測(cè)量和諧波功率測(cè)量，從而對(duì)數(shù)字式電能表的功耗指標(biāo)進(jìn)行有效檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有數(shù)字式電能表本身功耗普遍偏大，且無有 效手段對(duì)其在計(jì)量和通信狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)功耗進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量的難題，提供一種適合實(shí)驗(yàn)室檢 測(cè)的數(shù)字電能表功耗測(cè)量方法和實(shí)現(xiàn)裝置。采用本發(fā)明可對(duì)智能變電站中數(shù)字式電能表的 實(shí)時(shí)功率消耗進(jìn)行測(cè)量，分析其在不同工作狀態(tài)下的功耗情況，為數(shù)字式電能表電氣性能 指標(biāo)評(píng)價(jià)提供有效手段，保證數(shù)字式電能表的高效率運(yùn)行。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是；一種數(shù)字式電能表功耗測(cè)量裝置， 包括采樣單元、信號(hào)調(diào)理單元和處理控制單元，所述的采樣單元連接被測(cè)數(shù)字式電能表所 檢測(cè)的電源回路并采集電源回路電壓和電流信號(hào)，所述的信號(hào)調(diào)理單元連接采樣單元并對(duì) 所采集的電源回路電壓和電流信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，并將電壓、電流信號(hào)模擬量轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng) 的數(shù)字量，所述的處理控制單元連接信號(hào)調(diào)理單元，將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)并計(jì)算得 到被測(cè)數(shù)字式電能表的功耗。
[0005] 所述的一種數(shù)字式電能表功耗測(cè)量裝置，還包括通信接口，處理控制單元通過通 信接口連接被測(cè)數(shù)字式電能表并控制被測(cè)數(shù)字式電能表在待機(jī)狀態(tài)和計(jì)量狀態(tài)間切換。
[0006] 所述的一種數(shù)字式電能表功耗測(cè)量裝置，所述的采樣單元包括電流傳感器和電壓 傳感器，所述的電流傳感器和電壓傳感器分別連接被測(cè)數(shù)字式電能表所檢測(cè)的電源回路， 并分別采集電源回路電壓和電流信號(hào)模擬量。
[0007] 所述的一種數(shù)字式電能表功耗測(cè)量裝置，所述的信號(hào)調(diào)理單元包括依次連接的放 大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換器，所述的放大電路連接采樣單元，并將采樣單元所采集的電 壓和電流信號(hào)模擬量放大后經(jīng)濾波電路濾波，最后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，A/D 轉(zhuǎn)換器連接處理控制單元并將數(shù)字量發(fā)送至處理控制單元。
[000引所述的一種數(shù)字式電能表功耗測(cè)量裝置，所述的處理控制單元包括DSP控制器、 存儲(chǔ)器、人機(jī)接口、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，所述的DSP控制器連接信號(hào)調(diào)理單元并接收轉(zhuǎn)換 后的電壓和電流數(shù)字量，DSP控制器同時(shí)通過通信接口連接被測(cè)數(shù)字式電能表并控制被測(cè) 數(shù)字式電能表在待機(jī)狀態(tài)和計(jì)量狀態(tài)切換，分別得到不同狀態(tài)下的電壓、電流信號(hào)并通過 計(jì)算得到功耗，DSP控制器通過連接存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)，DSP控制器通過連接人機(jī)接口 輸出功耗計(jì)算結(jié)果，DSP控制器通過連接時(shí)鐘電路和復(fù)位電路得到時(shí)鐘信號(hào)和復(fù)位信號(hào)。
[0009] 一種數(shù)字式電能表功耗測(cè)量方法，設(shè)置采樣單元、信號(hào)調(diào)理單元和處理控制單元， 所述的采樣單元連接被測(cè)數(shù)字式電能表所檢測(cè)的電源回路并采集電源回路電壓和電流信 號(hào)，所述的信號(hào)調(diào)理單元連接采樣單元并對(duì)所采集的電源回路電壓和電流信號(hào)進(jìn)行放大、 濾波，并將電壓、電流信號(hào)模擬量轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，所述的處理控制單元連接信號(hào)調(diào)理 單元，將時(shí)域信號(hào)通過快速傅里葉變換轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)并通過計(jì)算得到被測(cè)數(shù)字式電能表 的功耗。
[0010] 所述的一種數(shù)字式電能表功耗測(cè)量方法，處理控制單元通過設(shè)置通信接口連接被 測(cè)數(shù)字式電能表并控制被測(cè)數(shù)字式電能表在待機(jī)狀態(tài)和計(jì)量狀態(tài)間切換，W檢測(cè)被測(cè)數(shù)字 式電能表在待機(jī)狀態(tài)和計(jì)量狀態(tài)的功耗。
[0011] 所述的一種數(shù)字式電能表功耗測(cè)量方法，當(dāng)檢測(cè)被測(cè)數(shù)字式電能表計(jì)量狀態(tài)功耗 時(shí)，處理控制單元通過通信接口向被測(cè)電能表發(fā)送電壓、電流數(shù)據(jù)帖，被測(cè)數(shù)字式電能表對(duì) 所接收的電壓、電流數(shù)據(jù)帖進(jìn)行計(jì)量，處理控制單元測(cè)量被測(cè)數(shù)字式電能表在計(jì)量時(shí)的功 耗，檢測(cè)被測(cè)數(shù)字式電能表待機(jī)狀態(tài)功耗時(shí)，處理控制單元停止發(fā)送電壓、電流數(shù)據(jù)帖，被 測(cè)數(shù)字式電能表停止計(jì)量進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，處理控制單元測(cè)量被測(cè)數(shù)字式電能表在待機(jī)時(shí)的 功耗
[0012] 所述的一種數(shù)字式電能表功耗測(cè)量方法，對(duì)被測(cè)數(shù)字式電能表進(jìn)行測(cè)量的步驟包 括：
[001引步驟一；設(shè)定采樣頻率t和采樣點(diǎn)數(shù)N
[0014] 步驟二對(duì)電源回路的電壓、電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換得到電源端口電壓、電 流采樣序列u(n)、i (n)，其中n = 0, 1，2…N,-l，N,為設(shè)定的采樣點(diǎn)數(shù)；
[001引步驟立；對(duì)11(11