电能表动态误差测量系统设计

摘要：本文分析动态激励信号的数学模型，以及动态误差的计算方法。基于此，开发动态误差测试装置，最终构建了动态误差测试系统。

关键词：电能表；误差测量；系统设计

中图分类号：TM933 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）05-0180-02

1 引起电能表动态计量偏差的原因

在电能计量方面有很大误差，包括以下方面：其一，电能计量装置是在以往正弦稳态功率理论的基础上形成的，这样无法实现准确计量电能，即在动态负荷条件下。特别电网中的耗电大户，电能计量的准确度不是很高，诸如：电弧炉、电气化铁路、轧钢机、矿井提升机等，因此，电力供需双方均想准确计量动态的负荷耗能；其二，电能表积极用于实际，其真实运行情况与标准信号条件差距太大，即与实验室常规检定所要求的，电能表在实际的电能计量的偏差远离常规检定指标，基于动态负荷条件，量值溯源设备与技术不够先进，其电能计量的溯源问题无法解决。基于动态负荷，采取何种方法来准确获得电能表的实际计量偏差，以及提高电能计量的正确性，从定性的角度进行分析对每一种扰动因素对电能计量的影响。

2 动态误差测试装置

为了更好地评估电能表动态误差，可以采取测试的方法以及动态负荷模型需等，具体特点包括：（1）动态负荷的变化区域以及变化模式等被充分体现出来；（2）控制与产生比较容易；（3）按周期来进行；（4）电能量值的溯源易于实现。本文借助ASK进行调制，最终实现周期性电流的导通或关断，即在任何一个整数周期上，这样做的目的是为了转换周期性电流信号，使其变为转换电流信号，即依据实际所需的动态变化，真正模拟动态负荷的变化。与此同时，基于周期正弦条件，可以用稳态电能值来表示对应的动态负荷所耗用的电能量，作为一个理论值。

2.1 动态激励信号数学模型

动态激励电压和电流信号的数学模型的构建，如下式所示：

2.2 动态误差计算方法

以电能量的计算、累积等过程为依据，接着，在计算、分析的基础上发现，动态电能的理论值，即通过使用检电能表完成计量，公式为：

其中，TA代表周期数，即电流正向导通的；TB代表周期数，即电流关断的；ESO（N）代表从标准电能表计量到稳态电能量值，即使用检电能表输出脉冲期间的；K等于0，即代表对应单向功率的模式）或 等于-1，即代表对应正、反双向功率的模式。这就说明，动态电能量值到稳态电能量值的溯源可以从理论上获得。

2.3 动态误差测试装置的硬件实现

依动态电能量的数学模型，研发电能表动态误差测试装置，原理结构如图1所示。通过使用信号调理电路，可以转换三相正弦稳态电压与电流信号，使其变为方波信号，即与之同步。对于可编程逻辑控制器件，其时钟就是通过信号调理电路输出的方波信号，以电流正向导通或关断的周期个数为依据，确定对应的控制信号，即基于动态负荷测试用激励信号。另外，电力电子开关器件能够形成单、双向动态负荷耗用的动态电能信号，即以可编程逻辑控制器件发出的控制信号为依据。通过使用单片机系统，来控制全局情况，并收集有关脉冲，包括：标准电能表的、被测电能表输出的，求出被测电能表的动态偏差。

3 动态误差测试系统

对于电能表的动态误差，需要采取合理的方法去测试，使用电能表动态误差测试系统，如图2所示。包括：程控功率源、标准电能表、动态误差测试装置、被测电能表等。系统的主控计算机发送控制命令向程控功率源，即借助RS-232C接口，同时实施对应的控制程序来实现，在这个过程中，需要对程控功率源的电压、电流量程等方面进行设置，还要设置电压、电流和功率，即针对控制程控功率源输出正弦稳态的。而標准电能表和动态误差测试装置能够接收电压和信号，即从程控功率源那里获得。对于动态误差测试装置，能够控制正弦稳态三相电压与三相电流，进而形成测试用三相电流以及双向的动态功率激励信号，即具有动态变化的特点，并被作为输入成分，即被测电能表所接收到的信息。利用动态误差测试装置可以对被测电能表动态误差的性能进行测试，以及对被测电能表的电能计量误差进行评估，即以测量标准电能表输出的电能脉冲数与被测电能表输出的电能脉冲数为依据。

参考文献

[1]郑荐中，陆祖良，李敏.电能表动态特性实验研究[J].电测与仪表，2011，（03）：98-100.

[2]陆祖良，王磊，李敏.对电能表动态测量功能评价的讨论[J].电测与仪表，2010，（04）：74-76.

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