今天為大家介紹一項(xiàng)國(guó)家發(fā)明授權(quán)專利——一種數(shù)字式電能表功耗測(cè)量裝置及方法。該專利由國(guó)家電網(wǎng)公司申請(qǐng)，并于2017年4月19日獲得授權(quán)公告。

內(nèi)容說明

本發(fā)明涉及一種數(shù)字式電能表功耗測(cè)量裝置及方法。

發(fā)明背景

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)行組幀、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、以太網(wǎng)芯片等元器件，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以上，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，以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

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。

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。

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。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。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。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)間切換，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)。

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。

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，以檢測(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。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)幀，被測(cè)數(shù)字式電能表對(duì)所接收的電壓、電流數(shù)據(jù)幀進(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)幀，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。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于，采用通信接口與被測(cè)數(shù)字式電能表實(shí)時(shí)通信，可在數(shù)字式電能表的“計(jì)量模式”和“待機(jī)模式”下，實(shí)時(shí)采集被測(cè)數(shù)字式電能表電源回路電壓、電流信號(hào)，采用快速傅里葉頻域變換技術(shù)可以準(zhǔn)確地分析出被測(cè)數(shù)字式電能表在“計(jì)量模式”和“待機(jī)模式”的實(shí)時(shí)功率消耗值，以判定其功耗是否符合相關(guān)技術(shù)要求。該方法比用普通萬用表僅測(cè)量電能表靜態(tài)功耗的方法更具科學(xué)性，且具有更高的準(zhǔn)確度，避免了復(fù)雜的接線和觸電危險(xiǎn)，測(cè)試過程全自動(dòng)化，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量靜態(tài)功耗、動(dòng)態(tài)功耗，對(duì)被測(cè)數(shù)字式電能表交流電源電能質(zhì)量進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，確保智能變電站設(shè)備的節(jié)能和可靠運(yùn)行。