本發(fā)明涉及電能計量儀表測試技術領域，尤其涉及一種三相電能表動態(tài)性能檢定裝置及系統。

背景技術：

目前，電能表的檢定主要是針對電能表的穩(wěn)態(tài)正弦特性，并未考察電能表在動態(tài)負荷情況下的計量準確性，而在實際情況中的負載往往是非穩(wěn)態(tài)、非正弦的，尤其是風力、太陽能、大型煉鋼廠、大型金屬冶煉廠的電能使用都是快變化、非正弦、非穩(wěn)態(tài)的，因此電能表在實際應用中非穩(wěn)態(tài)情況下的電能計量準確性急需檢定。

傳統的電能表動態(tài)性能檢定裝置，一般采用標準表法，高精度的標準表作為向上溯源設備，其結構一般是使用精度相對不高的功率源加高精度的標準表構成檢定裝置，將標準表作為溯源器件，通過溯源標準表，確定整個電能表檢定裝置的精度，對低兩個等級的電能表進行計量精度檢定。但是功率源的波動性、失真度較大、頻率帶寬低，難以精確復現非正弦、快變化的動態(tài)負荷模型，且對于非正弦、快變化的動態(tài)負荷，標準表需要使用超高速AD同步采樣電壓、電流，因此需要同時兼顧高帶寬、高精度，對AD芯片的要求較高。

因此，尋找一種通過高精度、高帶寬的標準功率源，模擬現場工況下，快變化、非正弦的動態(tài)負荷模型，對電能表的動態(tài)性能計量準確性進行檢定的裝置成為本技術領域人員所研究的重要課題。

技術實現要素：

本發(fā)明實施例提供了一種三相電能表動態(tài)性能檢定裝置及系統，用于解決現有技術中標準表法內功率源帶寬低、精度低、響應速度慢，不能夠完全模擬動態(tài)負荷波形的問題。

本發(fā)明實施例提供了一種三相電能表動態(tài)性能檢定裝置，包括：工控機單元、主控單元、三相標準功率源和掛表架；

所述工控機單元與所述主控單元進行連接；

所述工控機單元與所述掛表架進行連接；

所述工控機單元用于運行檢定裝置控制的軟件，用于人機交互模塊，與主控單元、掛表架通訊，發(fā)送控制命令，讀取檢定數據，異常狀態(tài)提示；

所述主控單元與所述三相標準功率源進行連接；

所述主控單元與所述掛表架進行連接，用于與掛表架進行通訊，計算需要輸出的電壓、電流波形、動態(tài)負荷波形的功率；

所述三相標準功率源與所述掛表架進行連接，用于輸出三相動態(tài)電壓、電流到掛表架。

可選地，所述工控機單元通過以太網口主控單元連接；

所述工控機單元通過以太網口與掛表架連接。

可選地，所述掛表架包括誤差計算器；

所述誤差計算器通過以太網口與工控機單元進行連接；

所述誤差計算器與主控單元進行連接。

可選地，所述主控單元為DSP控制器。

可選地，所述三相標準功率源包括動態(tài)信號源和三相功率放大模塊；

所述動態(tài)信號源包括所述DSP控制器的數字信號和雙DA信號發(fā)生器，用于產生高精度的任意波形信號，為所述三相功率放大模塊提供信號源。

可選地，所述三相功率放大模塊由三個一樣單相功率放大模塊組成；

所述單相功率放大模塊包括電流放大模塊和電壓放大模塊；

所述電流放大模塊包括變壓器、整流濾波電路、電流功放、檔位切換和告警信號輸出；

所述電壓放大模塊包括開關電源組、電壓功放1、電壓功放2、電壓功放3、檔位切換、告警信號輸出。

可選地，所述工控機單元包括人機交互模塊和工控機主板。

可選地，還包括機柜；

所述機柜由所述工控機單元、所述主控單元、所述三相標準功率源組成。

本發(fā)明實施例提供了一種三相電能表動態(tài)性能檢定系統，包括：上述的三相電能表動態(tài)性能檢定裝置和被檢電能表；

所述被檢電能表掛接于所述三相電能表動態(tài)性能檢定裝置的掛表架內；

所述被檢電能表與所述三相電能表動態(tài)性能檢定裝置中的誤差計算器進行連接。

可選地，所述被檢電能表用于接收所述的三相電能表動態(tài)性能檢定裝置中的三相標準功率源提供的電壓、電流，然后輸出被檢電能脈沖至所述的三相電能表動態(tài)性能檢定裝置中的誤差計算器，進行誤差計算。

從以上技術方案可以看出，本發(fā)明實施例具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明實施例提供了一種三相電能表動態(tài)性能檢定裝置及系統，其中裝置包括：工控機單元、主控單元、三相標準功率源和掛表架；所述工控機單元與所述主控單元進行連接；所述工控機單元與所述掛表架進行連接；所述工控機單元用于運行檢定裝置的控制軟件，用于人機交互模塊，與主控單元、掛表架通訊，發(fā)送控制命令，讀取檢定數據，異常狀態(tài)提示；所述主控單元與所述三相標準功率源進行連接；所述主控單元與所述掛表架進行連接，用于與掛表架進行通訊，計算需要輸出的電壓、電流波形、動態(tài)負荷波形的功率；所述三相標準功率源與所述掛表架進行連接，用于輸出三相動態(tài)電壓、電流到掛表架。本實施例中的檢定裝置通過一個高精度的標準功率源作為向上溯源標準，無需標準表，通過標準功率源的高精度檢定電能表動態(tài)負荷下的準確度，降低了系統的復雜度；能夠從更接近電能表實際應用工況下檢定電能表的計量準確度，為電能表的動態(tài)性能計量準確度提供檢定依據，并且標準功率源輸出的動態(tài)波形功率直接由波形算得，減少了標準表重復采樣計算環(huán)節(jié)，因此標準功率源的精度即是檢定裝置的精度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供了一種三相電能表動態(tài)性能檢定裝置的一個實施例的具體結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供了一種三相電能表動態(tài)性能檢定裝置的另一個實施例的動態(tài)信號源硬件圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供了一種三相電能表動態(tài)性能檢定裝置的另一個實施例的單相標準功率源原理圖。

具體實施方式

本發(fā)明實施例提供了一種三相電能表動態(tài)性能檢定裝置及系統，用于解決現有技術中標準表法內功率源帶寬低、精度低、響應速度慢，不能夠完全模擬動態(tài)負荷波形的問題。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點能夠更加的明顯和易懂，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而非全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1，本發(fā)明實施例提供了一種三相電能表動態(tài)性能檢定裝置，包括：工控機單元、主控單元、三相標準功率源和掛表架；

工控機單元與主控單元進行連接；

工控機單元與掛表架進行連接；

工控機單元用于運行檢定裝置的控制軟件，用于人機交互模塊，與主控單元、掛表架通訊，發(fā)送控制命令，讀取檢定數據，異常狀態(tài)提示；

主控單元與三相標準功率源進行連接；

主控單元與掛表架進行連接，用于與掛表架進行通訊，計算需要輸出的電壓、電流波形、動態(tài)負荷波形的功率；

三相標準功率源與掛表架進行連接，用于輸出三相動態(tài)電壓、電流到掛表架；

本實施例中，工控機單元，控制軟件的運行平臺，運行檢定裝置控制軟件，用于人機交互模塊，與主控單元、掛表架通訊，發(fā)送控制命令，讀取檢定數據，異常狀態(tài)提示。

主控單元，包括DSP控制器和動態(tài)信號發(fā)生，DSP控制器作為主控單元的核心，為動態(tài)信號源的發(fā)生DA電路提供數字信號，處理三相標準功率源上報的告警信號，包括電壓的過載、過熱，電流的過載、開路、過熱。主控單元與掛表架連接，通過隔離的RS485與掛表架進行通訊，通過計算需要輸出的電壓、電流波形，計算輸出動態(tài)負荷波形的功率，并輸出相應的電能脈沖，作為標準脈沖送給掛表架的誤差計算器。

三相標準功率源，包括動態(tài)信號源和三相功率放大模塊。動態(tài)信號源在主控單元完成，動態(tài)信號經三相功率放大模塊，輸出三相動態(tài)電壓、電流，送至掛表架的被檢電能表。三相標準功率源作為本裝置的關鍵，其精度決定了檢驗裝置的精度，因此對于0.05級的電能表動態(tài)性能檢定裝置，其三相標準功率源的準確度要求至少達到0.05級，因此對于動態(tài)信號源和三相功率放大模塊要求較高，動態(tài)信號源需要復現各種動態(tài)負荷模型，因此必須具備高精度、高帶寬、低上升時間；動態(tài)信號源，包括DSP控制器輸出的數字信號和雙AD發(fā)生器，DSP控制器提供數字信號，即離散的模擬信號，輸送至雙DA發(fā)生器，經數模轉換輸出模擬信號，模擬信號的帶寬、上升時間受限于數字信號的傳輸速率和雙DA發(fā)生器的帶寬及相關運放的壓擺率；對于三相功率放大模塊，傳統的功率放大模塊是通過PID調節(jié)控制，先輸出一個近似值，通過高精度的回采電路采樣輸出值，送至控制器，做PID算法緩慢調節(jié)輸出值至準確，在這個過程中，輸出至穩(wěn)定的時間很長，意味著上升時間長、帶寬低，一般幾百毫秒甚至更長，并且其精度依賴回采電路的精度，對于快變化、高精度的動態(tài)信號波形，其難以復現，因此對于快變化、高精度的動態(tài)信號波形，其功率放大最好采用純硬件負反饋實現，其反饋時間是硬件級別，基本瞬間完成，相較壓擺率的上升時間，可以忽略，三相功率放大采用純硬件負反饋，精度高、穩(wěn)定性好，其輸出穩(wěn)定度基本能跟隨信號的穩(wěn)定度，通過向上溯源，完全能夠達到0.05級，并且功率放大采用集成運放，高帶寬、高壓擺率，能夠高保真的復現快變化、非正弦的動態(tài)波形。

進一步地，工控機單元通過以太網口與主控單元連接；

工控機單元通過以太網口與掛表架連接。

進一步地，掛表架包括誤差計算器；

誤差計算器通過以太網口與工控機單元進行連接；

誤差計算器與主控單元進行連接。

進一步地，主控單元為DSP控制器。

進一步地，三相標準功率源包括動態(tài)信號源和三相功率放大模塊；

動態(tài)信號源包括DSP控制器的數字信號和雙DA信號發(fā)生器，用于產生高精度的任意波形信號，為三相功率放大模塊提供信號源。

進一步地，三相功率放大模塊由三個一樣單相功率放大模塊組成；

單相功率放大模塊包括電流放大模塊和電壓放大模塊；

電流放大模塊包括變壓器、整流濾波電路、電流功放、檔位切換和告警信號輸出；

電壓放大模塊包括開關電源組、電壓功放1、電壓功放2、電壓功放3、檔位切換、告警信號輸出。

進一步地，工控機單元包括人機交互模塊和工控機主板。

進一步地，還包括機柜；

機柜由工控機單元、主控單元、三相標準功率源組成。

上述是對本發(fā)明實施例提供的一種三相電能表動態(tài)性能檢定裝置的結構進行詳細的描述，下面將以另一個實施例對本三相電能表動態(tài)性能檢定系統的結構進行詳細的描述，本發(fā)明實施例提供的一種三相電能表動態(tài)性能檢定系統包括：上述的三相電能表動態(tài)性能檢定裝置和被檢電能表；

被檢電能表掛接于三相電能表動態(tài)性能檢定裝置的掛表架內；

被檢電能表與三相電能表動態(tài)性能檢定裝置中的誤差計算器進行連接。

進一步地，被檢電能表用于接收的三相電能表動態(tài)性能檢定裝置中的三相標準功率源提供的電壓、電流，然后輸出被檢電能脈沖至的三相電能表動態(tài)性能檢定裝置中的誤差計算器，進行誤差計算。

上述是對本發(fā)明實施例提供的一種三相電能表動態(tài)性能檢定系統的結構進行詳細的描述，下面將以一個應用方法對本檢定裝置及系統進行詳細的描述，請參閱圖1、圖2和圖3，本發(fā)明實施例提供的一種三相電能表動態(tài)性能檢定裝置及系統的一個應用例包括：

請參閱圖1，本實施例三相電能表動態(tài)性能檢定裝置包含機柜、掛表臺兩部分：機柜是由工控單元、主控單元、三相功率放大模塊組成，工控單元是上層軟件的運行平臺，包括人機交互模塊、工控機底板，與主控單元、掛表架連接，通過網口通訊，發(fā)送控制命令，進行數據交互；主控單元運行底層控制軟件，實現信號發(fā)生、標準脈沖發(fā)生、輸出控制、告警處理等功能；三相功率放大模塊包含三個一樣的單相功率放大模塊，放大動態(tài)信號源，輸出動態(tài)負荷功率波形；掛表架包括被檢電能表、誤差計算器，誤差計算器接收被檢電能脈沖和標準電能脈沖，計算誤差，通過以太網口發(fā)送至工控機單元。

動態(tài)信號源包括DSP控制器的數字信號、雙DA信號發(fā)生器，產生高精度的任意波形信號，為三相功率放大模塊提供信號源，其硬件結構如圖2示，為單路信號發(fā)生，以一個DSP為核心，通過數字隔離芯片將DSP控制器和信號處理單元隔離，隔離后的數字信號送至雙DA電路，產生動態(tài)信號，雙DA包括兩個DA芯片、一個基準芯片，DA芯片采用ADI的AD5545，16位高精度DA，雙DA電路的基準參考采用TI的基準芯片ADR444，雙DA電路，一個為幅值DA，控制幅值大小的調節(jié)，一個為波形DA，控制輸出波形形狀，加數字隔離是為了保證每路信號隔離，經隔離供電的三相放大電路，輸出隔離的電壓、電流功率信號，因為電壓輸出為多電壓模塊串聯方案，所以必須要三路隔離的電壓動態(tài)信號，并且輸出電壓、電流相隔離，可以隔絕電壓、電流之間的相互影響，確保輸出的精度。本發(fā)明裝置需要12路動態(tài)信號，其發(fā)生是通過一個DSP控制器產生數字信號，接入12個單相信號發(fā)生單元產生12路動態(tài)信號。

動態(tài)信號源發(fā)生，隔離后的DSP控制器數字信號發(fā)送給雙DA電路，產生動態(tài)信號。動態(tài)信號發(fā)生的關鍵是任意波形信號的發(fā)生，任意波信號的發(fā)生包括模數轉換、數模轉換：模數轉換即AD轉換，一個模擬信號通過一定時間間隔抽樣轉變?yōu)殡x散信號，即D(n)＝S(t),其中S(t)為模擬的連續(xù)信號，t＝n*T，T為抽樣間隔，起始時刻為0時刻，經過量化編碼為數字信號，根據采樣定理，采樣頻率大于信號頻率的兩倍，在頻譜中就能夠保證信號的頻譜無失真，完全保留原信號的特征，經過量化編碼存在量化誤差，所得的數字信號丟失一部分原信號的特征，因此想更精確的還原信號，需要采用過采樣技術提高離散數字信號精度，采樣率提高對應每周波采樣點數必然增加，每周波數據量也必然增加，本發(fā)明的DSP控制器的數字信號輸出速率最高可達30M，周波基于工頻50Hz，可實現每周波5萬點的數據量，因此對于每周波5萬點的數字信號的抽樣，即抽樣間隔最小為0.4uS，抽樣頻率為2.5MHz,可通過軟件設置抽樣頻率，本發(fā)明的任意波形的抽樣是在工控機上進行，通過上層軟件實現，用戶輸入需要輸出的任意波形，其特征為相關波形函數表達式或者高數據量的數字存儲的波形，可以是現場電能表動態(tài)負荷的錄波數據，也可以是動態(tài)負荷波形的數學模型，由于DSP數字信號的輸出頻率有限，因此對于數據量過大的波形數據，需要根據設置的抽樣頻率進行再次抽樣，減少為DSP可處理的數據量，工控機運行抽樣算法，通過0.4uS的抽樣間隔，離散為數字信號；數模轉換即DA轉換，本實例中DA轉換采用的是ADI的16位DAC，通過雙DA提高轉換精度，一個幅值DA，一個波形DA，理論上能夠將DA的有效位數提高兩倍，本實例的DA轉換使用的是TI芯片OPA2277，其壓擺率0.8V/us，決定了信號的階躍響應不高于0.8V/us，實際中動態(tài)信號源的階躍響應約15us。因此在上升時間允許的范圍內，動態(tài)信號源可以產生諧波、次諧波、指數包絡、斜線包絡、現場錄波等波形，完全可以實現動態(tài)負荷波形信號的發(fā)生。

請參閱圖3，三相功率放大電路由三個一樣單相功率放大模塊組成，每個單相功率放大模塊包括電流放大、電壓放大。電流放大包括變壓器、整流濾波電路、電流功放、檔位切換、告警信號輸出，變壓器、整流濾波電路構成電流功放的主電源，電流功放通過檔位切換保證輸出各個區(qū)間段電流的精度，告警電路檢測到電流的開路、過載、過熱狀態(tài)，輸出相應的告警信號至主控單元，并且為硬件、軟件雙重保護；電壓放大包括開關電源組、電壓功放1、電壓功放2、電壓功放3、檔位切換、告警信號輸出，開關電源組為電壓功放1、電壓功放2、電壓功放3供電，通過檔位切換保證輸出電壓的精度，告警電路檢測電壓的過載、過熱狀態(tài)，輸出相應的告警信號至主控單元，并且為硬件、軟件雙重保護?，F有的高壓放大器一般供電只能到100V，輸出最多60V AC，因此本發(fā)明的電壓功放是由三個電壓功放組成，分別為電壓功放1、電壓功放2、電壓功放3，通過三個電壓功放的串聯實現高壓輸出，三個電壓功放通過檔位切換電路，實現串聯高壓輸出、單塊低壓輸出，保證電壓全范圍輸出的準確度。

本發(fā)明采用的是標準源法，標準功率源是檢定裝置實現0.05級的關鍵，而標準功率源0.05級的關鍵在于動態(tài)信號源、三相功率放大模塊。動態(tài)信號源的關鍵在于任意波形的發(fā)生，三相功率放大的關鍵在于電壓放大、電流放大，本發(fā)明的電壓放大和電流放大均采用線性功放技術，線性功放具有紋波小、失真小、線性度好等特點，紋波小有利于動態(tài)負荷在低端的時候輸出準確度，失真小表示放大輸出的波形畸變程度小，可以更好的、高保真放大輸入的動態(tài)信號源，線性度好表明放大輸出在不同百分比點輸出時的一致性，線性度越好一致性越好，可保證動態(tài)波形幅值非正弦、快變化情況下的準確度。

以上所述，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。