本發(fā)明涉及數(shù)字化電能表檢定
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源的數(shù)字化電能表檢定和溯源方法。
背景技術(shù)：
：數(shù)字化電能表是應(yīng)用于數(shù)字化智能變電站的計(jì)量裝置，與傳統(tǒng)模擬式電能表不同，其輸入信號(hào)為符合iec61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字報(bào)文。因此數(shù)字化電能表的溯源和檢定方式與傳統(tǒng)電能表不同。目前對(duì)于數(shù)字化電能表的量值溯源問(wèn)題，人們參考模擬電能表的溯源方法進(jìn)行相應(yīng)復(fù)制。事實(shí)上，a/d轉(zhuǎn)換過(guò)程的輸出是一個(gè)沒(méi)有單位的數(shù)字量，所以a/d轉(zhuǎn)換之后都不存在量的溯源問(wèn)題。因此，對(duì)整個(gè)電能計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行量的溯源就是對(duì)a/d轉(zhuǎn)換之前的處理進(jìn)行量的溯源。數(shù)字化電能表的實(shí)質(zhì)是數(shù)值處理，只存在數(shù)值溯源，而不存在量的溯源的問(wèn)題。現(xiàn)有的數(shù)字化電能表檢定方法忽略了實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)中產(chǎn)生的b類不確定度。事實(shí)上，整個(gè)計(jì)量系統(tǒng)中始終存在誤差傳遞，例如模擬電路產(chǎn)生的噪聲、電力系統(tǒng)中的諧波及截?cái)嗾`差都會(huì)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳遞給數(shù)字化電能表進(jìn)而影響電能計(jì)量的準(zhǔn)確度。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源的數(shù)字化電能表檢定和溯源方法，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化電能表的檢定和溯源。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源的數(shù)字化電能表檢定和溯源方法，包括以下步驟：步驟1：在給定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源的理論功率值p0的情況下，根據(jù)被檢數(shù)字化電能表的期望準(zhǔn)確度等級(jí)來(lái)確定數(shù)值精度r和隨機(jī)函數(shù)fu(t)、fi(t)的參數(shù)；步驟2：由標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源產(chǎn)生傅里葉級(jí)數(shù)形式的三角函數(shù)u(t)和i(t)，分別與隨機(jī)函數(shù)fu(t)、fi(t)相加得到復(fù)合函數(shù)u’(t)和i’(t)；把u’(t)和i’(t)送入同步采樣模塊，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)截?cái)嗟玫诫x散值u’(n)和i’(n)；同時(shí)，數(shù)據(jù)截?cái)嗪碗S機(jī)函數(shù)的引入使測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生b類不確定度sb；其中，u’(t)和i’(t)的表達(dá)式為：式中：角頻率ω、初相位和均可調(diào)，和要保持恒定的相位差，即un和in為電壓、電流諧波幅值；理論功率值p0的表達(dá)式為：p0(t)＝u(t)×i(t)(2)步驟3：基于iec61850通信協(xié)議把離散值u’(n)和i’(n)發(fā)送給被檢數(shù)字化電能表；步驟4：將被檢數(shù)字化電能表輸出的實(shí)測(cè)功率值p和理論功率值p0同時(shí)送入p/f模塊，通過(guò)電能比較得到被檢數(shù)字化電能表的a類不確定度，根據(jù)合成不確定度判定被檢數(shù)字化電能表的實(shí)際準(zhǔn)確度等級(jí)。進(jìn)一步的，根據(jù)被檢數(shù)字化電能表的期望準(zhǔn)確度等級(jí)來(lái)確定數(shù)值精度的步驟為：對(duì)不同準(zhǔn)確度等級(jí)的數(shù)字表檢定時(shí)采用不同數(shù)值精度的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源，選擇的依據(jù)見(jiàn)表1：表1標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源數(shù)值精度的選擇依據(jù)進(jìn)一步的，確定數(shù)值精度后進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)步驟包括：步驟1：按照表1的規(guī)則選擇數(shù)值精度足夠的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源作為被檢數(shù)字化電能表的輸入，評(píng)估被檢數(shù)字化電能表的測(cè)量不確定度；若被檢數(shù)字化電能表的測(cè)量結(jié)果相對(duì)真值的不確定度小于期望準(zhǔn)確度等級(jí)，則進(jìn)行步驟2校驗(yàn)；否則認(rèn)為不能達(dá)到期望的準(zhǔn)確度等級(jí)；步驟2：選擇數(shù)值精度不滿足表1要求的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源作為被檢數(shù)字化電能表的輸入，評(píng)估被檢數(shù)字化電能表的測(cè)量不確定度；此時(shí)由標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源數(shù)值精度引起的b類不確定度比被檢數(shù)字化電能表的期望準(zhǔn)確度大；經(jīng)過(guò)上述2步校驗(yàn)，滿足條件的被檢數(shù)字化電能表被判定為達(dá)到期望準(zhǔn)確度等級(jí)，否則認(rèn)為不能達(dá)到期望的準(zhǔn)確度等級(jí)。進(jìn)一步的，根據(jù)被檢數(shù)字化電能表的期望準(zhǔn)確度等級(jí)來(lái)確定隨機(jī)函數(shù)的步驟為：采用隨機(jī)函數(shù)來(lái)模擬實(shí)際信號(hào)采樣過(guò)程中引入的各種形態(tài)的噪聲，并根據(jù)被檢數(shù)字化電能表的準(zhǔn)確度等級(jí)來(lái)設(shè)置隨機(jī)函數(shù)的參數(shù)；隨機(jī)函數(shù)f(t)的選擇滿足以下兩個(gè)基本條件：①隨機(jī)函數(shù)f(t)的平均值為0，方差可調(diào)；②隨機(jī)函數(shù)f(t)與正弦函數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0；集成電路的主要噪聲形態(tài)為高斯白噪聲和1/f噪聲；施加這兩種隨機(jī)函數(shù)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)差的大小根據(jù)被檢數(shù)字化電能表的期望準(zhǔn)確度等級(jí)設(shè)置，設(shè)置依據(jù)見(jiàn)表2、表3：表2高斯白噪聲標(biāo)準(zhǔn)差的設(shè)置規(guī)則表31/f噪聲標(biāo)準(zhǔn)差的設(shè)置規(guī)則檢定過(guò)程中施加的隨機(jī)函數(shù)f(t)是滿足上述準(zhǔn)則的任何形式的隨機(jī)函數(shù)的線性組合，f(t)的表達(dá)式為：f(t)＝d1×f1(t)+d2×f2(t)+d3×f3(t)+d4×f4(t)+...(3)式中：f(t)為檢定過(guò)程中施加的隨機(jī)函數(shù)；f1(t)、f2(t)、f3(t)...為滿足①和②條件的任何形式的隨機(jī)函數(shù)，數(shù)值精度為32位；d1、d2、d3……為組合系數(shù)。進(jìn)一步的，設(shè)置隨機(jī)函數(shù)的參數(shù)后，進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)步驟包括：步驟1：按照表2和表3的規(guī)則施加隨機(jī)函數(shù)，評(píng)估被檢數(shù)字化電能表的測(cè)量不確定度；若被檢數(shù)字化電能表的測(cè)量結(jié)果相對(duì)真值的不確定度小于期望準(zhǔn)確度等級(jí)，則進(jìn)行步驟2校驗(yàn)；否則認(rèn)為不能達(dá)到期望的準(zhǔn)確度等級(jí)；步驟2：施加標(biāo)準(zhǔn)差大小不滿足表2或表3要求的隨機(jī)函數(shù)，評(píng)估被檢數(shù)字化電能表的測(cè)量不確定度，此時(shí)由隨機(jī)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差引起的b類不確定度比被檢數(shù)字化電能表的期望準(zhǔn)確度大；經(jīng)過(guò)上述2步校驗(yàn)，滿足條件的被檢數(shù)字化電能表被判定為達(dá)到期望準(zhǔn)確度等級(jí)，否則認(rèn)為不能達(dá)到期望的準(zhǔn)確度等級(jí)。進(jìn)一步的，實(shí)際電力系統(tǒng)中的諧波會(huì)產(chǎn)生功率，對(duì)被檢數(shù)字化電能表的測(cè)量準(zhǔn)確度帶來(lái)影響；檢定時(shí)施加諧波的最高次數(shù)滿足采樣定理的要求。進(jìn)一步的，施加諧波滿足表4要求：表4施加諧波的幅值要求本發(fā)明針對(duì)數(shù)字化電能表的檢定和量值溯源問(wèn)題，提出了一種新的基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源的方法。這種方法的主要思想是：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表只有數(shù)值溯源而不存在物理量的溯源以及理論值即真值的觀點(diǎn)，提出了將三角函數(shù)形式的傅立葉級(jí)數(shù)與隨機(jī)函數(shù)相加所得的復(fù)合函數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源的輸出形式。在給定功率理論值的情況下，根據(jù)被檢數(shù)字化電能表(以下簡(jiǎn)稱被檢表)的期望準(zhǔn)確度等級(jí)來(lái)確定合適的數(shù)值精度和隨機(jī)函數(shù)的參數(shù)，以此來(lái)配置標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源并獲得給定精度的電壓和電流離散化數(shù)據(jù)發(fā)送給被檢表。通過(guò)評(píng)估被檢表的測(cè)量結(jié)果與理論值之間的不確定度來(lái)確定被檢表的實(shí)際準(zhǔn)確度等級(jí)。本發(fā)明詳細(xì)規(guī)定了各種情況下數(shù)值精度和隨機(jī)函數(shù)的設(shè)置，評(píng)估了它們所引起的功率測(cè)量的b類不確定度，還限定了諧波的施加以及對(duì)被檢表準(zhǔn)確度等級(jí)的判定內(nèi)容。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)指出數(shù)字化電能表的實(shí)質(zhì)是數(shù)值處理，只存在數(shù)值溯源，而不存在量的溯源的問(wèn)題。如果要進(jìn)行電能計(jì)量量值溯源，則必須把電子式互感器(含合并單元)和數(shù)字化電能表的整體進(jìn)行溯源。本發(fā)明相對(duì)科學(xué)地解決了關(guān)于數(shù)字化電能表溯源問(wèn)題的困惑。(2)針對(duì)數(shù)字化電能表的檢定問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種新型的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源模型，包含了實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)中的截?cái)嗾`差、模擬噪聲和諧波功率，并詳細(xì)規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源的設(shè)置依據(jù)。附圖說(shuō)明圖1為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源模型和校驗(yàn)方法示意圖；圖2為施加諧波的幅頻特性圖；圖3為截?cái)嗾`差分布圖；圖4為高斯白噪聲的概率密度分布圖；圖5為1/f信號(hào)的功率譜密度。具體實(shí)施方式1、數(shù)字化電能表的檢定和溯源方法對(duì)于數(shù)字化電能表的量值溯源問(wèn)題，數(shù)字化電能表只存在數(shù)值溯源，而不存在量的溯源。數(shù)字化電能表的實(shí)質(zhì)是數(shù)值處理，只接收沒(méi)有量的數(shù)值，如果要進(jìn)行電能計(jì)量量值溯源，則必須把電子式互感器(含合并單元)和數(shù)字化電能表的整體進(jìn)行溯源。針對(duì)數(shù)字化電能表的檢定，本發(fā)明提出了一種基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源的數(shù)字化電能表檢定和溯源方法。該標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源的模型如圖1所示，u’(t)和i’(t)為傅里葉級(jí)數(shù)形式的三角函數(shù)u(t)和i(t)與隨機(jī)函數(shù)fu(t)和fi(t)的復(fù)合函數(shù)，其表達(dá)式為：式中：角頻率ω、初相位和均可調(diào)，但是和要保持恒定的相位差，即電壓、電流諧波幅值un和in的選擇依據(jù)見(jiàn)后續(xù)4。功率理論值p0的表達(dá)式為：p0(t)＝u(t)×i(t)(2)在給定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源的理論功率值p0的情況下，根據(jù)被檢數(shù)字化電能表的期望準(zhǔn)確度等級(jí)來(lái)確定合適的數(shù)值精度和隨機(jī)函數(shù)的參數(shù)。將u’(t)和i’(t)送入同步采樣模塊，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)截?cái)嗟玫揭欢ň鹊碾x散值u’(n)和i’(n)。同時(shí)，數(shù)據(jù)截?cái)嗪碗S機(jī)函數(shù)的引入會(huì)使測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生b類不確定度sb。再基于iec61850通信協(xié)議把離散值u’(n)和i’(n)發(fā)送給被檢數(shù)字化電能表。最后將被檢數(shù)字化電能表輸出的實(shí)測(cè)功率值p和理論功率值p0同時(shí)送入p/f模塊，通過(guò)電能比較得到被檢數(shù)字化電能表的a類不確定度，根據(jù)合成不確定度判定被檢數(shù)字化電能表的實(shí)際準(zhǔn)確度等級(jí)。2、數(shù)值精度的選擇和檢定依據(jù)原理：數(shù)據(jù)截?cái)鄷?huì)引起截?cái)嗾`差并傳遞給被檢數(shù)字化電能表的測(cè)量結(jié)果，產(chǎn)生b類不確定度對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度造成影響。即使計(jì)算方法準(zhǔn)確，也不能得到真值，所以對(duì)不同等級(jí)表檢定時(shí)必須對(duì)數(shù)值精度進(jìn)行規(guī)定。輸入數(shù)字表的數(shù)值精度取決于a/d采樣精度和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位數(shù)，與被檢數(shù)字化電能表自身的準(zhǔn)確度無(wú)關(guān)。準(zhǔn)則：對(duì)不同準(zhǔn)確度等級(jí)的數(shù)字表檢定時(shí)應(yīng)該采用不同數(shù)值精度的數(shù)字源，選擇的依據(jù)見(jiàn)表1。校驗(yàn)步驟分為2步。表1數(shù)字源數(shù)值精度的選擇依據(jù)校驗(yàn)步驟:步驟1：嚴(yán)格按照表1的規(guī)則選擇數(shù)值精度足夠的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源作為被檢數(shù)字化電能表的輸入，評(píng)估被檢數(shù)字化電能表的測(cè)量不確定度。例如，對(duì)期望準(zhǔn)確度等級(jí)為0.02級(jí)的數(shù)字化電能表定級(jí)時(shí)，只能選擇32位、24位或16位數(shù)值精度的數(shù)字化功率源作為被檢數(shù)字化電能表的輸入。若被檢數(shù)字化電能表的測(cè)量結(jié)果相對(duì)真值的不確定度s≤0.02％，則進(jìn)行步驟2校驗(yàn)；否則認(rèn)為不能達(dá)到期望的準(zhǔn)確度等級(jí)。步驟2：選擇數(shù)值精度不滿足表1要求的數(shù)字功率源作為被檢數(shù)字化電能表的輸入，評(píng)估被檢數(shù)字化電能表的測(cè)量不確定度。此時(shí)由數(shù)字源數(shù)值精度引起的b類不確定度比被檢數(shù)字化電能表的期望準(zhǔn)確度大。例如檢定期望準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí)的數(shù)字化電能表時(shí)選用了數(shù)值精度為12位的數(shù)字功率源(b類不確定度≤0.06％)，被檢數(shù)字化電能表測(cè)量結(jié)果的相對(duì)不確定度其中sexp是被檢數(shù)字化電能表的期望不確定度，sb1是數(shù)值截?cái)嘁鸬腷類不確定度。經(jīng)過(guò)上述2步校驗(yàn)，滿足條件的被檢數(shù)字化電能表被判定為達(dá)到期望準(zhǔn)確度等級(jí)，否則認(rèn)為不能達(dá)到期望的準(zhǔn)確度等級(jí)。3.隨機(jī)函數(shù)的選擇與檢定規(guī)則思想：實(shí)際信號(hào)在采樣過(guò)程中會(huì)引入各種模擬噪聲，產(chǎn)生b類不確定度，傳遞給離散化后的瞬時(shí)電壓、電流值，從而對(duì)被檢數(shù)字化電能表的測(cè)量準(zhǔn)確度造成影響。由噪聲引起的b類不確定度與被檢數(shù)字化電能表自身的準(zhǔn)確度等級(jí)無(wú)關(guān)。本發(fā)明采用隨機(jī)函數(shù)來(lái)模擬實(shí)際信號(hào)采樣過(guò)程中引入的各種形態(tài)的噪聲，并根據(jù)被檢數(shù)字化電能表的準(zhǔn)確度等級(jí)來(lái)設(shè)置隨機(jī)函數(shù)的參數(shù)。準(zhǔn)則：隨機(jī)函數(shù)f(t)的選擇應(yīng)滿足以下兩個(gè)基本條件：①隨機(jī)函數(shù)f(t)的平均值為0，方差可調(diào)；②隨機(jī)函數(shù)f(t)與正弦函數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0(不產(chǎn)生功率)。校驗(yàn)步驟分為2步。集成電路的主要噪聲形態(tài)為高斯白噪聲和1/f噪聲，相應(yīng)隨機(jī)函數(shù)的生成方式見(jiàn)本發(fā)明說(shuō)明。施加這兩種隨機(jī)函數(shù)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)差的大小應(yīng)根據(jù)被檢數(shù)字化電能表的期望準(zhǔn)確度等級(jí)設(shè)置，設(shè)置依據(jù)見(jiàn)表2，表3。表2高斯白噪聲標(biāo)準(zhǔn)差的設(shè)置規(guī)則表31/f噪聲標(biāo)準(zhǔn)差的設(shè)置規(guī)則檢定過(guò)程中施加的隨機(jī)函數(shù)f(t)是滿足上述準(zhǔn)則的任何形式的隨機(jī)函數(shù)的線性組合，f(t)的表達(dá)式為：f(t)＝d1×f1(t)+d2×f2(t)+d3×f3(t)+d4×f4(t)+...(3)式中：f(t)為檢定過(guò)程中施加的隨機(jī)函數(shù)；f1(t)、f2(t)、f3(t)...為滿足①和②條件的任何形式的隨機(jī)函數(shù)，數(shù)值精度為32位；d1、d2、d3……為組合系數(shù)。在合成不確定度符合要求的前提下，組合系數(shù)可自行決定，本發(fā)明中不作要求。校驗(yàn)步驟：步驟1：嚴(yán)格按照表2和表3的規(guī)則施加隨機(jī)函數(shù)，評(píng)估被檢數(shù)字化電能表的測(cè)量不確定度。例如，對(duì)期望準(zhǔn)確度等級(jí)為0.1級(jí)的數(shù)字化電能表定級(jí)時(shí)，只能選擇標(biāo)準(zhǔn)差δ≤0.03％的1/f噪聲或標(biāo)準(zhǔn)差δ≤0.1％的高斯白噪聲與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源復(fù)合。若被檢數(shù)字化電能表的測(cè)量結(jié)果相對(duì)真值的不確定度s≤0.1％，則進(jìn)行步驟2校驗(yàn)；否則認(rèn)為不能達(dá)到期望的準(zhǔn)確度等級(jí)。步驟2：施加標(biāo)準(zhǔn)差大小不滿足表2或表3要求的隨機(jī)函數(shù)，評(píng)估被檢數(shù)字化電能表的測(cè)量不確定度。此時(shí)由隨機(jī)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差引起的b類不確定度比被檢數(shù)字化電能表的期望準(zhǔn)確度大。例如檢定期望準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí)的數(shù)字化電能表時(shí)施加了標(biāo)準(zhǔn)差為0.06％的的1/f噪聲(b類不確定度≤0.1％)，被檢數(shù)字化電能表測(cè)量結(jié)果的相對(duì)不確定度其中sexp是被檢數(shù)字化電能表的期望不確定度，sb2是隨機(jī)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差引起的b類不確定度。經(jīng)過(guò)上述2步校驗(yàn)，滿足條件的被檢數(shù)字化電能表被判定為達(dá)到期望準(zhǔn)確度等級(jí)，否則認(rèn)為不能達(dá)到期望的準(zhǔn)確度等級(jí)。4.諧波的選擇與檢定規(guī)則實(shí)際電力系統(tǒng)中的諧波會(huì)產(chǎn)生功率，對(duì)被檢數(shù)字化電能表的測(cè)量準(zhǔn)確度帶來(lái)影響。因此檢定時(shí)施加諧波的最高次數(shù)應(yīng)滿足采樣定理的要求。以準(zhǔn)確度等級(jí)為0.1級(jí)的數(shù)字化電能表為例，施加諧波的幅值應(yīng)不超過(guò)圖2給出的要求。其中am是電流諧波幅值aip與電流基波幅值ai之比，am＝aip/ai，δf為諧波頻率fip與基波頻率f0的差，δf＝fip-f0。在滿足采樣定理的條件下，當(dāng)δf>100hz時(shí)，施加諧波幅值不應(yīng)超過(guò)基波幅值。對(duì)其他等級(jí)電能表進(jìn)行檢定時(shí)，施加諧波的幅頻特性曲線與圖2類似，下表給出一些典型頻率的諧波對(duì)應(yīng)的幅值要求。表4施加諧波的幅值要求說(shuō)明：1.數(shù)字化電能表只存在數(shù)值溯源的依據(jù)數(shù)字化電能表的實(shí)質(zhì)是數(shù)值處理，只接收沒(méi)有量的數(shù)值。因此對(duì)數(shù)字化電能表溯源時(shí)只存在數(shù)值溯源，而不存在物理量溯源的問(wèn)題。若要進(jìn)行物理量溯源，則必須把電子式互感器(含合并單元)和數(shù)字化電能表的整體進(jìn)行溯源。電子式互感器將一次電壓和電流通過(guò)光學(xué)或其它方式傳感后轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，即把模擬信號(hào)離散化成數(shù)字序列(a/d轉(zhuǎn)換)，再對(duì)數(shù)字序列進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理得到輸出序列。其中，a/d轉(zhuǎn)換過(guò)程的輸出-輸入關(guān)系式為：(4)式中d為轉(zhuǎn)換結(jié)果，ui為輸入電壓，n為轉(zhuǎn)換位數(shù)，uref為參考電壓。由(4)式知，a/d轉(zhuǎn)換過(guò)程的輸出是一個(gè)沒(méi)有單位的數(shù)字量，所以a/d轉(zhuǎn)換之后都不存在量的溯源問(wèn)題。因此，對(duì)整個(gè)電能計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行量的溯源就是對(duì)a/d轉(zhuǎn)換之前的處理進(jìn)行量的溯源。但是在整個(gè)計(jì)量系統(tǒng)中始終存在誤差傳遞，例如模擬電路產(chǎn)生的噪聲、電力系統(tǒng)中的諧波都會(huì)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳遞給數(shù)字化電能表進(jìn)而影響電能計(jì)量的準(zhǔn)確度，所以數(shù)字化電能表存在數(shù)值溯源的問(wèn)題。2.表1中數(shù)字源精度選擇規(guī)則的理論依據(jù)數(shù)據(jù)截?cái)鄷?huì)引起截?cái)嗾`差并傳遞給被檢數(shù)字化電能表的測(cè)量結(jié)果，產(chǎn)生b類不確定度對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度造成影響。截?cái)嗾`差類似ad轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的量化誤差。截?cái)嗾`差的分布是一個(gè)周期鋸齒波如圖3所示。其幅度范圍是[－δ/2,+δ/2]，δ＝1/2n，n為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的位數(shù)。截?cái)嗾`差f(x)的復(fù)指數(shù)傅立葉級(jí)數(shù)為：理論電壓、電流信號(hào)u(t)和i(t)的表達(dá)式為其中和是相位差恒定的隨機(jī)數(shù)，au和ai分別為電壓和電流的幅值，則理論功率值電能表的采樣頻率為4000hz，50hz正弦波的周期是20ms，所以一個(gè)周波內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)為80個(gè)，即n為80。將電壓、電流離散值的理論真值分別截取為8位、12位、16位、24位和32位數(shù)值精度的數(shù)據(jù)，得到一定精度的離散值u(k)和i(k)。由有功功率計(jì)算公式：可得到每個(gè)周期的測(cè)量平均功率。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析原理，累計(jì)測(cè)量1000個(gè)周波，計(jì)算這1000個(gè)測(cè)量功率相對(duì)理論功率的平均標(biāo)準(zhǔn)差即為由數(shù)值截?cái)嘁鸬腷類不確定度sb1。根據(jù)正態(tài)分布概率表，95％置信區(qū)間對(duì)應(yīng)的置信因子為1.96，擴(kuò)展不確定度s’b1＝1.96×sb1。采用不同數(shù)值精度數(shù)據(jù)引起的擴(kuò)展不確定度大小見(jiàn)表5：表5不同數(shù)值精度數(shù)據(jù)引起的擴(kuò)展不確定度數(shù)值精度/位812162432數(shù)值截?cái)嘁鸬腷類不確定度s’b1(％)0.9950.06170.001970.003865.823e-063.表2、3中隨機(jī)函數(shù)設(shè)置規(guī)則的理論依據(jù)3.1噪聲的生成實(shí)際信號(hào)在采樣過(guò)程中會(huì)引入各種模擬噪聲，產(chǎn)生b類不確定度，傳遞給離散化后的瞬時(shí)電壓、電流值，從而對(duì)被檢數(shù)字化電能表的測(cè)量準(zhǔn)確度造成影響。集成電路的主要噪聲形態(tài)為高斯白噪聲和1/f噪聲。(1)高斯白噪聲的生成調(diào)用matlab內(nèi)建函數(shù)randn產(chǎn)生均值為0標(biāo)準(zhǔn)差為1的正態(tài)分布序列,根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理,經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的變換就能得到不同標(biāo)準(zhǔn)差的高斯白噪聲序列。例如用該方法生成的均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為0.5的高斯白噪聲序列的概率密度分布圖如圖4所示。(2)1/f噪聲的生成1/f信號(hào)y(n)可以用零均值的白噪聲信號(hào)x(n)通過(guò)如下三階iir濾波器產(chǎn)生，且輸出信號(hào)y(n)具有和x(n)一致的標(biāo)準(zhǔn)差s。用該方法生成的1/f信號(hào)的功率譜密度如圖5所示。3.2表2、3中隨機(jī)函數(shù)設(shè)置規(guī)則的理論依據(jù)用隨機(jī)函數(shù)f(t)來(lái)模擬實(shí)際信號(hào)采樣過(guò)程中引入的高斯白噪聲和1/f噪聲，則實(shí)際電壓、電流信號(hào)u’(t)和i’(t)的表達(dá)式為將電壓、電流離散值的理論真值截取為32位數(shù)值精度的數(shù)據(jù)，得到一定精度的離散值u’(k)和i’(k)。由有功功率計(jì)算公式：可得到每個(gè)周期的測(cè)量平均功率。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析原理，累計(jì)測(cè)量1000個(gè)周波，計(jì)算這1000個(gè)測(cè)量功率相對(duì)理論功率的平均標(biāo)準(zhǔn)差即為由隨機(jī)函數(shù)引起的b類不確定度sb。根據(jù)正態(tài)分布概率表，95％置信區(qū)間對(duì)應(yīng)的置信因子為1.96，擴(kuò)展不確定度sb’＝1.96×sb。施加不同標(biāo)準(zhǔn)差的隨機(jī)函數(shù)引起的擴(kuò)展不確定度見(jiàn)表6，表7：表6不同標(biāo)準(zhǔn)差的gauss白噪聲引起的b類不確定度標(biāo)準(zhǔn)差(％)0.020.10.20.41高斯白噪聲引起的b類不確定度sb2’(％)0.0880.0450.0860.180.47表7不同標(biāo)準(zhǔn)差的1/f噪聲引起的b類不確定度標(biāo)準(zhǔn)差(％)0.0060.030.060.120.31/f噪聲引起的b類不確定度sb3’(％)0.00950.0480.0930.190.474.表4中諧波施加規(guī)則的理論依據(jù)實(shí)際電力系統(tǒng)中的諧波會(huì)產(chǎn)生功率，對(duì)電能表的測(cè)量準(zhǔn)確度帶來(lái)影響?；娏鞯谋磉_(dá)式為：基波電壓的表達(dá)式為：頻率為fp的電流諧波的表達(dá)式為:ip(t)＝aipsin(2π×fp×t+θ)。則瞬時(shí)功率的表達(dá)式為：上式有1個(gè)直流項(xiàng)和3個(gè)交流項(xiàng)，直流項(xiàng)即理論功率值。電能計(jì)量時(shí)通常采用fir低通濾波器降低諧波功率的影響，濾波特性取決于濾波器的采樣點(diǎn)數(shù)、截止頻率以及窗函數(shù)的選擇。若濾波器設(shè)計(jì)不佳，諧波功率將對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。下面根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際情況推斷不同等級(jí)的數(shù)字化電能表應(yīng)具備的濾波特性，考慮到實(shí)際電網(wǎng)系統(tǒng)中以奇次諧波為主，則若施加與基波幅值相同的3次諧波產(chǎn)生的不確定度不應(yīng)超過(guò)預(yù)期值。為方便計(jì)算，假設(shè)功率因數(shù)角為0，基波幅值與150hz諧波幅值均為1a(v)，實(shí)際平均功率與理論平均功率的偏差δp≈0.52×3×ap2≤s％(其中，s為期望準(zhǔn)確度等級(jí)，ap為濾波器的衰減比)。此時(shí)，諧波功率項(xiàng)中有100hz和150hz的交流分量，根據(jù)低通濾波器的特性知150hz處的衰減大于100hz處的衰減，則100hz處濾波器的衰減比應(yīng)滿足選擇最基本的漢明窗函數(shù)，通過(guò)調(diào)整數(shù)字濾波器的截止頻率使濾波特性滿足上述條件，此時(shí)得到的幅頻特性曲線應(yīng)為該準(zhǔn)確度等級(jí)電能表的濾波特性的上限值。另外，基本漢明窗函數(shù)無(wú)法滿足0.02級(jí)電能表的濾波特性，故對(duì)于更高等級(jí)的電能表選擇漢明卷積窗函數(shù)。施加不同頻率的諧波時(shí)，造成諧波功率的主要項(xiàng)是(7)式中的第三項(xiàng)，根據(jù)濾波器的幅頻特性可確定施加諧波的衰減比進(jìn)而確定施加諧波的最大幅值。當(dāng)前第1頁(yè)12