唐登平，李俊，鄭欣，夏天，向鑫，李紅斌

(1.國(guó)網(wǎng)湖北電力公司計(jì)量中心，武漢 430018； 2.華中科技大學(xué)，武漢 430074)

0 引 言

近年來(lái)，數(shù)字化電能表以其穩(wěn)定度高、誤差小的優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代化智能變電站的建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用[1-3]。數(shù)字電能表從合并單元接收IEC 61850協(xié)議采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行電能計(jì)量，與自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣模塊、接收二次側(cè)模擬信號(hào)的傳統(tǒng)電能表在結(jié)構(gòu)上有本質(zhì)性區(qū)別[4]，這使得基于傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電能表的現(xiàn)場(chǎng)在線校驗(yàn)方法已不再適用，有必要研制標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表進(jìn)行數(shù)字化電能表現(xiàn)場(chǎng)在線校驗(yàn)。

對(duì)0.2級(jí)數(shù)字化電能表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)，需要在不斷電的情況下在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度校驗(yàn)，這需要標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表實(shí)現(xiàn)0.05級(jí)電能計(jì)量精度同時(shí)輸出10 kHz以上的高頻電能脈沖[5]。但是，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電能表前端采樣系統(tǒng)常用的4 kHz采樣頻率、250 μs數(shù)據(jù)傳輸間隔、逐次比較型采樣原理[6]，限制了標(biāo)準(zhǔn)電能脈沖的有效輸出頻率、采樣值數(shù)據(jù)處理和電能計(jì)算的時(shí)間以及電能算法的電能計(jì)量精度，從而影響現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)準(zhǔn)確度的提升。

文中研制了一種能夠用于數(shù)字化電能表現(xiàn)場(chǎng)在線校驗(yàn)系統(tǒng)的高性能標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表。通過(guò)高精度分頻脈沖技術(shù)實(shí)現(xiàn)，以實(shí)時(shí)DSP系統(tǒng)為核心，研制的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表的電能計(jì)量準(zhǔn)確度高、實(shí)時(shí)性好、可靠性強(qiáng)，能夠保證數(shù)字化電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的準(zhǔn)確、快速、可靠進(jìn)行。

1 原理

基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表的數(shù)字化電能表現(xiàn)場(chǎng)在線校驗(yàn)原理圖如圖1所示。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表需要接收現(xiàn)場(chǎng)合并單元發(fā)送的IEC 61850協(xié)議數(shù)據(jù)，進(jìn)行精確電能計(jì)算，同時(shí)輸出高頻次標(biāo)準(zhǔn)電能脈沖[7]。

圖1 數(shù)字化電能表在線校驗(yàn)原理圖

作為一種應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)電能計(jì)量裝置，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表需要具備比普通數(shù)字化電能表更高的性能：需要有更高的復(fù)雜負(fù)荷電能計(jì)量準(zhǔn)確度和現(xiàn)場(chǎng)可靠性；輸出的標(biāo)準(zhǔn)電能脈沖需要能夠準(zhǔn)確響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)負(fù)荷的實(shí)時(shí)變化和較高的校驗(yàn)精度；設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮準(zhǔn)確度、校驗(yàn)可操作性、校驗(yàn)人力時(shí)間成本之間的合理性。但是，現(xiàn)場(chǎng)在線校驗(yàn)中，數(shù)字化電能表的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境給標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表的性能提升提出了挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

(1)采樣頻率限制。

在電能計(jì)量過(guò)程中，數(shù)字化電能表以采樣時(shí)間間隔對(duì)電能進(jìn)行累計(jì)，電能表輸出的固定脈沖數(shù)表示的電能與實(shí)際的電能之間的主要誤差為脈沖計(jì)數(shù)溢出誤差，其值為采樣間隔瞬時(shí)累計(jì)三相電能量與計(jì)量的總電能量之間的比值，為:

(1)

式中P為三相電能功率；Δt為采樣間隔時(shí)間；t為電能計(jì)量總時(shí)間；從式(1)可以看出，溢出誤差大小與采樣頻率有關(guān)，采樣頻率越小，則采樣間隔時(shí)間Δt越長(zhǎng)，電能計(jì)量的溢出誤差越大。

與此同時(shí)，當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)電能脈沖進(jìn)行電能表校驗(yàn)時(shí)，校驗(yàn)系統(tǒng)最大電能累計(jì)誤差為一個(gè)電能脈沖所表示的電能，當(dāng)輸出的電能脈沖頻率越高，系統(tǒng)校驗(yàn)精度將會(huì)越高，達(dá)到固定校驗(yàn)精度所需的校驗(yàn)時(shí)間也將越短。

數(shù)字化電能計(jì)量系統(tǒng)的前端采樣系統(tǒng)通常采用4 kHz，標(biāo)準(zhǔn)化電能表接收采樣數(shù)據(jù)輸出電能脈沖的溢出誤差受到采樣頻率限制，使用其進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)校驗(yàn)的精度和時(shí)間均受到限制，提升標(biāo)準(zhǔn)化電能表輸出的電能脈沖頻率無(wú)法再提升校驗(yàn)精度，即標(biāo)準(zhǔn)化電能表輸出的電能脈沖有效頻率也被限制在4 kHz，難以達(dá)到0.05級(jí)以上的標(biāo)準(zhǔn)電能表額定功率下脈沖輸出頻率不小于10 kHz的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2)處理時(shí)間和算法限制。

不同于傳統(tǒng)電能表集成采樣系統(tǒng)，數(shù)字化電能表得到采樣值數(shù)據(jù)需要通過(guò)IEC 61850通信協(xié)議，因此標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表既需要在250 μs時(shí)間內(nèi)快速完成對(duì)網(wǎng)口數(shù)據(jù)的接收、對(duì)協(xié)議的解析和對(duì)電能的計(jì)算，又需要保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確性和高頻脈沖輸出的實(shí)時(shí)性。

同時(shí)，相比于傳統(tǒng)電能表，數(shù)字化電能表達(dá)到高精度的電能計(jì)量對(duì)電能算法的要求更高。為取得高準(zhǔn)確度的電能計(jì)量精度，傳統(tǒng)電能表往往集成Σ-Δ采樣原理的高頻率采樣設(shè)備，相當(dāng)于電能計(jì)算之前先對(duì)采樣序列進(jìn)行高階插值積分，使用點(diǎn)積和算法就能獲得很高的電能計(jì)量精度[8-9]。數(shù)字化電能表的前端采樣設(shè)備通常采用逐次比較型原理，使用點(diǎn)積和算法只有一階代數(shù)精度，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜負(fù)荷的電能計(jì)量精度難以保證；使用快速傅里葉變換等復(fù)雜電能算法需要對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間的采樣數(shù)據(jù)列進(jìn)行處理[10]，計(jì)算量大的同時(shí)，電能計(jì)算、電能脈沖輸出和數(shù)據(jù)采集之間存在延時(shí)，電能計(jì)量的實(shí)時(shí)性較低。

根據(jù)上述特點(diǎn)，文章研制了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表。該標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表由光電轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)包接收解碼模塊、DSP三相電能計(jì)量模塊、定時(shí)分頻脈沖輸出模塊和電能存儲(chǔ)顯示模塊組成，如圖2所示。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表結(jié)構(gòu)框圖

該裝置中，光電轉(zhuǎn)換模塊完成IEC 61850協(xié)議采樣值數(shù)據(jù)從光纖信號(hào)到電信號(hào)的高精度解碼轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)接收解碼模塊對(duì)采樣值數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，提取有效的采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行高精度實(shí)時(shí)電能計(jì)算；定時(shí)分頻模塊通過(guò)高精度分頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)高頻次脈沖輸出；電能存儲(chǔ)顯示模塊對(duì)歷史電能進(jìn)行累計(jì)，并定時(shí)刷新顯示。該數(shù)字化電能表具有如下特點(diǎn)：

(1)高精度分頻脈沖輸出技術(shù)。對(duì)采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行插值細(xì)化重采樣，再將電能脈沖分頻輸出，提高了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表輸出脈沖的有效頻率，校驗(yàn)時(shí)，校驗(yàn)的精度得到提高，校驗(yàn)時(shí)間縮短；

(2)基于高性能DSP實(shí)時(shí)處理。以快速的處理能力和高速的響應(yīng)速度保證高頻次脈沖輸出在采樣間隔內(nèi)的準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、可靠進(jìn)行；

(3)插值重采樣點(diǎn)積和電能計(jì)算。為高精度分頻脈沖輸出技術(shù)提供重采樣的基礎(chǔ)，同時(shí)，提升復(fù)雜負(fù)荷的電能計(jì)量準(zhǔn)確度，抑制電網(wǎng)負(fù)荷中的隨機(jī)噪聲成分。

2 實(shí)現(xiàn)

高精度分頻脈沖輸出技術(shù)是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表的核心，通過(guò)高性能實(shí)時(shí)DSP系統(tǒng)和插值重采樣點(diǎn)積和電能計(jì)量算法為高精度分頻脈沖輸出技術(shù)提供硬件和算法上的支撐，同時(shí)用插值重采樣點(diǎn)積和算法保證復(fù)雜負(fù)荷的電能計(jì)量精度。

2.1 高精度分頻脈沖輸出技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)高精度分頻脈沖輸出，對(duì)采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行了三次細(xì)化，參與計(jì)算的采樣值間隔Δt時(shí)間變?yōu)樵蓸娱g隔的四分之一，從公式(1)可知，誤差縮小為原來(lái)的四分之一，從而額定工況最大有效脈沖輸出頻率提高到前端采樣系統(tǒng)采樣頻率的四倍，即16 kHz，在達(dá)到0.05級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電能表脈沖輸出頻率和保證裕度的同時(shí)，節(jié)省運(yùn)算時(shí)間，保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。高精度分頻脈沖輸出技術(shù)的工作原理如圖3所示。

實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：當(dāng)電能表接收到一個(gè)IEC 61850協(xié)議數(shù)據(jù)包后，DSP一方面控制CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)包解析和電能計(jì)算，以四分之一采樣時(shí)間間隔對(duì)瞬時(shí)的重采樣后的采樣電能值進(jìn)行計(jì)算并累加，當(dāng)電能累加量超過(guò)設(shè)定的閾值后，將對(duì)應(yīng)脈沖的標(biāo)志位置為有效，并將累加量減去一個(gè)脈沖當(dāng)量的電能值；另一方面，DSP在接收數(shù)據(jù)包的同時(shí)產(chǎn)生中斷觸發(fā)定時(shí)分頻功能，每定時(shí)四分之一個(gè)采樣時(shí)間間隔后，校驗(yàn)相應(yīng)的標(biāo)志位，當(dāng)標(biāo)志位有效則觸發(fā)一個(gè)電能脈沖輸出后繼續(xù)定時(shí)，直至將一個(gè)完整的采樣周期四等分。精準(zhǔn)分頻技術(shù)將采樣數(shù)據(jù)與采樣間隔均勻四等分，保證電能脈沖輸出的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性。

圖3 高精度分頻脈沖輸出

2.2 電能計(jì)量算法

文章充分兼顧現(xiàn)場(chǎng)電能計(jì)量的準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性需求，提出了插值重采樣點(diǎn)積和的算法。算法原理如下：

首先對(duì)采樣值序列三階插值細(xì)化，以電壓采樣序列為例：對(duì)于任意連續(xù)的采樣值序列中的采樣點(diǎn)i，利用與之相鄰的三個(gè)連續(xù)采樣點(diǎn)i-3,i-2,i-1，使用式(2)進(jìn)行在i和i+1之間進(jìn)行三次等間隔插值，得到四個(gè)新的采樣點(diǎn)，然后利用式(3)的點(diǎn)積和算法對(duì)新的采樣序列進(jìn)行電能計(jì)算。

(2)

(3)

式中Δt′插值后新序列采樣點(diǎn)間的間隔時(shí)間，取值為原采樣間隔時(shí)間Δt的四分之一；N′為插值后新序列采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)。

對(duì)采樣值序列三階插值細(xì)化這一過(guò)程相當(dāng)于將原有采樣序列重采樣，重采樣的頻率是原有采樣頻率的四倍，根據(jù)插值的原理，重采樣的時(shí)刻和時(shí)鐘定時(shí)分頻的時(shí)間恰好能一一對(duì)應(yīng)，為分頻脈沖輸出技術(shù)的高精度實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)。同時(shí)插值細(xì)化使得動(dòng)態(tài)變化的負(fù)荷的采樣能力提升，而且插值過(guò)程實(shí)際上是對(duì)一段采樣間隔內(nèi)的數(shù)據(jù)加權(quán)求和，信號(hào)中的隨機(jī)噪聲成分大多呈高斯分布，在求和的過(guò)程中相互削弱，隨機(jī)誤差得到抑制。

對(duì)上述算法進(jìn)行仿真，首先通過(guò)不同頻率的正弦函數(shù)模擬基波和諧波、通過(guò)隨機(jī)數(shù)生成函數(shù)模擬時(shí)域上相互獨(dú)立的隨機(jī)噪聲，再使用疊加方法將上述函數(shù)疊加生成電壓電流信號(hào)函數(shù)，然后用4 kHz頻率將函數(shù)在時(shí)域上離散化，再將離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)作為算法的輸入，將電能算法計(jì)算出的電能值與輸入函數(shù)所代表的理論電能值比較。

諧波仿真分別在基波電壓、電流的基礎(chǔ)上依次疊加5%基波含量的2～13次諧波和直流分量，取10次電能仿真計(jì)算誤差的最大值，結(jié)果如表1所示。

間諧波仿真，在基波電流的基礎(chǔ)上依次疊加5%基波含量的0.25倍～4.75倍基波頻率的諧波，計(jì)算總電能的計(jì)量誤差，結(jié)果如表2所示。

頻率影響量仿真在50±1 Hz內(nèi)調(diào)整輸入電壓、電流函數(shù)的頻率，取10次電能仿真計(jì)算誤差的最大值，結(jié)果如表3所示。

噪聲仿真在工頻信號(hào)分別疊加30 dB～50 dB高斯噪聲，取50次獨(dú)立試驗(yàn)的最大誤差，仿真結(jié)果如表4所示。

表1 算法諧波仿真

表2 算法間諧波仿真

表3 算法頻率影響仿真

表4 算法噪聲仿真

2.3 高性能實(shí)時(shí)DSP系統(tǒng)

高精度分頻脈沖輸出和電能算法都對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字表的處理能力和可靠性提出了更高的要求。文章基于32位高性能浮點(diǎn)DSP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表。裝置的硬件系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 基于DSP的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表硬件結(jié)構(gòu)

其中DSP系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表的核心，采用硬件一體化設(shè)計(jì)，由DSP統(tǒng)一協(xié)調(diào)IEC 61850協(xié)議數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)解析、實(shí)時(shí)電能計(jì)算、高精度高頻電能脈沖輸出等功能，避免多進(jìn)行芯片級(jí)聯(lián)帶來(lái)的系統(tǒng)可靠性降低。主系統(tǒng)采用6層板工業(yè)設(shè)計(jì)，發(fā)熱量小、溫度范圍寬、抗電磁干擾能力強(qiáng)，并通過(guò)電源濾波器和線性穩(wěn)壓直流電源保證供電的穩(wěn)定性。

(1)接收、解析數(shù)據(jù)包。

IEC 61850協(xié)議數(shù)據(jù)通過(guò)10 M/100 M以太網(wǎng)控制器連接到DSP系統(tǒng)，地址匹配系統(tǒng)會(huì)過(guò)濾無(wú)效數(shù)據(jù)包，并將有效數(shù)據(jù)高速收入到EMAC緩存區(qū)并產(chǎn)生中斷，DSP的CPU在納秒內(nèi)響應(yīng)中斷，讀取數(shù)據(jù)并解析，同時(shí)觸發(fā)定時(shí)器定時(shí)。數(shù)據(jù)包接收時(shí)，直接通過(guò)高速底層通信協(xié)議進(jìn)行，避免了常用的通信協(xié)議層與層之間頻繁數(shù)據(jù)交換帶來(lái)的誤碼和時(shí)延，再依托高性能數(shù)字信號(hào)處理能力，實(shí)時(shí)DSP系統(tǒng)能夠在30 μs內(nèi)完成數(shù)據(jù)包的準(zhǔn)確接收和解析。

(2)數(shù)據(jù)運(yùn)算。

DSP的CPU通過(guò)智能算法，判定IEC 61850協(xié)議數(shù)據(jù)包的標(biāo)志信息，對(duì)重復(fù)數(shù)據(jù)包進(jìn)行舍棄，對(duì)丟失數(shù)據(jù)包進(jìn)行線性插值補(bǔ)償；使用集成的硬件乘法器對(duì)采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行高速計(jì)算。數(shù)字信號(hào)處理采用456 MHz工作主頻，具有高速的數(shù)字信號(hào)處理能力，能在5 μs內(nèi)完成一個(gè)采樣點(diǎn)的電能計(jì)量；數(shù)據(jù)采用32位高精度浮點(diǎn)計(jì)算，數(shù)字信號(hào)運(yùn)算精度高，截?cái)嗾`差小。

(3)脈沖輸出。

計(jì)時(shí)觸發(fā)的準(zhǔn)時(shí)性、脈沖輸出時(shí)刻的精確性是高精度分頻脈沖輸出技術(shù)的關(guān)鍵。文章通過(guò)分配多優(yōu)先級(jí)別的DSP中斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)：數(shù)據(jù)接收中斷>定時(shí)觸發(fā)中斷>定時(shí)器中斷>脈沖輸出中斷，并將中斷響應(yīng)時(shí)間和定時(shí)誤差控制在納秒級(jí)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

(1)誤差測(cè)試項(xiàng)目及方法[11-13]。

基本誤差試驗(yàn)：在額定電壓下，分別在功率因數(shù)1/0.5 L/0.8 C下進(jìn)行電流波動(dòng)為0.1In～1.2In的誤差試驗(yàn)。

電壓影響量試驗(yàn)：在額定電流下、功率因數(shù)為1條件下，進(jìn)行電壓波動(dòng)為0.9Un～1.1Un的誤差試驗(yàn)。

頻率影響量實(shí)驗(yàn)：功率因數(shù)為1條件下，做頻率波動(dòng)為49 Hz～51 Hz誤差影響試驗(yàn)。

逆相序試驗(yàn)：在功率因數(shù)為1條件下，改變?nèi)嚯妷弘娏飨嘈?，測(cè)試誤差。

電壓不平衡試驗(yàn)：在額定電流，功率因數(shù)為1條件下，分別進(jìn)行單相失壓和雙相失壓下的誤差試驗(yàn)。

5次諧波試驗(yàn)，在基波電壓為Un、電流為0.5Imax的基礎(chǔ)上分別疊加0.1倍基波電壓和0.4倍基波電流的5次諧波，進(jìn)行誤差試驗(yàn)。

間諧波試驗(yàn)：在額定電壓下，通過(guò)特定波形電流產(chǎn)生基波與間諧波相疊加的效果，即輸入波形為兩周期In與兩周期0.5In交替循環(huán)的電流[12]，進(jìn)行間諧波誤差試驗(yàn)。

(2)測(cè)試1

借助某0.01級(jí)不確定度的數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)源和標(biāo)準(zhǔn)脈沖計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)裝置，使用瓦秒法[11]對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表進(jìn)行誤差測(cè)試。測(cè)試系統(tǒng)框圖如圖5所示，脈沖計(jì)數(shù)裝置計(jì)量被校標(biāo)準(zhǔn)表輸出的固定脈沖數(shù)目，標(biāo)準(zhǔn)計(jì)時(shí)裝置測(cè)量收到這些脈沖數(shù)所用的時(shí)間，誤差計(jì)算模塊可以根據(jù)脈沖數(shù)和計(jì)時(shí)時(shí)間計(jì)算被校表輸出的功率，再與數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)源的標(biāo)準(zhǔn)功率比較得出誤差。每組校驗(yàn)項(xiàng)目的各測(cè)試點(diǎn)分別測(cè)試10次，取電能計(jì)量誤差的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，測(cè)試結(jié)果如表5所示。

序號(hào)測(cè)試項(xiàng)目平均誤差/%誤差標(biāo)準(zhǔn)差1基本誤差試驗(yàn)0.002 74.5×10-52電壓影響量試驗(yàn)0.009 22.2×10-53頻率影響量試驗(yàn)-0.000 61.0×10-64逆相序試驗(yàn)-0.000 51.0×10-65電壓不平衡試驗(yàn) 0.001 92.3×10-565次諧波試驗(yàn)0.000 97.3×10-57間諧波試驗(yàn)0.0254.3×10-5

(3)測(cè)試2

使用該標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表和標(biāo)準(zhǔn)脈沖計(jì)數(shù)裝置，對(duì)某0.2級(jí)數(shù)字化電能表進(jìn)行誤差測(cè)試結(jié)果校驗(yàn)，與同一時(shí)間使用某一經(jīng)過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢定的0.05級(jí)數(shù)字化電能表校驗(yàn)系統(tǒng)的校驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，試驗(yàn)框圖如圖6所示，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源生成IEC 61850協(xié)議數(shù)據(jù)供被校數(shù)字化電能表、數(shù)字電能表校驗(yàn)裝置、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表使用，誤差計(jì)算模塊通過(guò)比較被校數(shù)字化電能表輸出的低頻脈沖和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表輸出的高頻脈沖得出校驗(yàn)誤差，再與同步控制狀態(tài)下的數(shù)字化電能表校驗(yàn)系統(tǒng)的校驗(yàn)結(jié)果比較。每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的各測(cè)試點(diǎn)分別測(cè)試10次，分別求兩種校驗(yàn)在各測(cè)試項(xiàng)目下測(cè)試結(jié)果的平均值。測(cè)試結(jié)果如表6所示。

由測(cè)試結(jié)果可以看出，文章研制的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表，在標(biāo)準(zhǔn)要求的各數(shù)字化電能表校驗(yàn)項(xiàng)目中，電能計(jì)量誤差均不超過(guò)0.03%；使用該標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表對(duì)0.2級(jí)電能表進(jìn)行校驗(yàn)，與相同測(cè)試條件下0.05級(jí)數(shù)字化電能能表校驗(yàn)系統(tǒng)的校驗(yàn)結(jié)果高度一致，校驗(yàn)結(jié)果間差值不超過(guò)0.01%。

圖6 數(shù)字化電能表校驗(yàn)結(jié)果比較試驗(yàn)框圖

序號(hào)測(cè)試項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)電能表校驗(yàn)誤差σ1(%)校驗(yàn)系統(tǒng)校驗(yàn)誤差σ2(%)σ1-σ2(%)1基本誤差試驗(yàn)0.015 10.016 4-0.001 32電壓影響量試驗(yàn)0.016 20.016 00.000 23頻率影響量試驗(yàn)0.016 70.016 5 0.000 24逆相序試驗(yàn)0.012 6 0.016 5 -0.003 95電壓不平衡試驗(yàn)0.017 60.016 40.001 265次諧波試驗(yàn)0.015 10.016 9 -0.001 8

4 結(jié)束語(yǔ)

(1)分析了數(shù)字化電能計(jì)量特點(diǎn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能研制提出的高性能要求，并基于高性能DSP實(shí)時(shí)系統(tǒng)研制了高頻次脈沖輸出頻率的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化電能表；

(2)測(cè)試結(jié)果表明：該裝置的電能計(jì)量誤差不超過(guò)0.03%。使用該裝置對(duì)數(shù)字化電能表進(jìn)行校驗(yàn)，與某0.05級(jí)的數(shù)字化電能表校驗(yàn)系統(tǒng)的校驗(yàn)結(jié)果間差值不超過(guò)0.01%；

(3)研制的裝置可應(yīng)用于數(shù)字化電能表現(xiàn)場(chǎng)在線校驗(yàn)，對(duì)數(shù)字化電能表在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)負(fù)荷下的計(jì)量性能監(jiān)測(cè)和運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估具有重要意義。在今后的研究中，將進(jìn)一步驗(yàn)證該裝置在現(xiàn)場(chǎng)條件下的運(yùn)行特性。