电压与电流同步的键控动态功率信号产生装置的制作方法

本发明属于电能表测试技术领域，涉及一种电压与电流同步的键控动态功率信号产生装置，特别涉及一种用于电能表动态特性测试的电压与电流同步的键控动态功率信号产生装置。

背景技术：

目前，随着我国智能电网的建设和发展，电网中动态负荷的数量和功率不断增加，动态负荷的非线性、冲击性和不确定性导致电能表对动态负荷消耗电能的计量不准确，进而影响电能收费的公正性。这个问题随着动态负荷的增加趋于严重，引起该领域研究人员的重视。目前，智能电能表和电子式电能表的动态特性仅能够在稳态电压和动态电流条件下完成测试；而如何产生动态测试电压，以及与动态测试电压同步的动态测试电流，实现动态电压与动态电流同步变化条件下电能表的动态特性测试，亟待得到有效的解决。本发明涉及的电压与电流同步的键控动态功率信号产生装置为解决这一问题提供了一种有效的方法。

技术实现要素：

本发明的目的是解决如何产生动态电压，并实现动态电压和动态电流的同步，在动态电压和动态电流同步的条件下进行电能表动态特性测试的技术问题，而发明了一种电压与电流同步的键控动态功率信号产生装置。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种电压与电流同步的键控动态功率信号产生装置，其特征在于：包括三相电压U_N输入端子1、三相电流I_N输入端子2、动态电压控制单元11、动态电流控制单元12、控制端子13及三相电压电流输出端子14；三相电压U_N输入端子1与动态电压控制单元11的三相输入连接，三相电流I_N输入端子2与动态电流控制单元12的三相输入连接，动态电压控制单元11和动态电流控制单元12的输出分别连接至控制端子13和三相电压电流输出端子14，由控制端子13向动态电压控制单元11和动态电流控制单元12输入控制信号。

动态电压控制单元11包括三相电压转换互感器PT 3、第一电压控制可控硅组5、第二电压控制可控硅组6和电压检测互感器9，动态电流控制单元12包括三相电流转换互感器CT 4、第一电流控制可控硅组7、第二电流控制可控硅组8和电流检测互感器10。

本发明键控动态功率信号产生装置的动态电压控制单元11，其特征在于：三相电压转换互感器PT 3的三相输入与三相电压U_N输入端子1连接，100%U_N和80%U_N三相输出分别与第一电压控制可控硅组5和第二电压控制可控硅组6的三相输入串联连接，第一电压控制可控硅组5和第二电压控制可控硅组6的三相输出分别并联连接，经过电压检测互感器9连接至三相电压电流输出端子14，通过控制端子13的控制信号CON1、CON2分别驱动第一电压控制可控硅组5和第二电压控制可控硅组6导通与关断，产生动态测试电压，电压检测互感器9检测三相动态测试电压，并将检测的动态测试电压信号送至控制端子13。

动态电压控制单元11输入有效值为U_N的三相稳态电压，第一电压控制可控硅组5在(M₁+M₂)个工频周期内导通输出有效值为100%U_N的电压，此时，第二电压控制可控硅组6关断，然后第二电压控制可控硅组6在(M₁+M₂)个工频周期内导通输出有效值为80%U_N的电压，此时，第一电压控制可控硅组5关断，使动态电压控制单元11输出有效值为100%U_N和80%U_N交替变化的动态测试电压。

本发明键控动态功率信号产生装置的动态电流控制单元12，其特征在于：三相电流转换互感器CT 4的三相输入与三相电流I_N输入端子2连接、100%I_N和I_N三相输出分别与第一电流控制可控硅组7和第二电压控制可控硅组8的三相输入串联连接，第一电流控制可控硅组7和第二电流控制可控硅组8的三相输出分别并联连接，经过电流检测互感器10连接至三相电压电流输出端子14，控制端子13的控制信号CON3、CON4分别驱动第一电流控制可控硅组7和第二电流控制可控硅组8导通与关断，产生动态测试电流，电流检测互感器10检测三相动态测试电流，并将检测的动态测试电流信号送至控制端子13。

动态电流控制单元12输入有效值为I_N的三相稳态电流，第一电流控制可控硅组7在M₁个工频周期内导通输出有效值为100%I_N的电流，此时，第二电流控制可控硅组8关断，然后第二电流控制可控硅组8在M₂个工频周期内导通输出有效值为I_N的电流，此时，第一电流控制可控硅组7关断，使动态电流控制单元12输出有效值为100%I_N和I_N交替变化的动态测试电流，取值为5%~60%。

本发明的键控动态功率信号产生装置，其特征在于：控制端子13输入的键控信号中，CON1与CON2波形反相，CON1驱动第一电压控制可控硅组5，CON2驱动第二电压控制可控硅组6；CON3与CON4波形反相，CON3驱动第一电流控制可控硅组7，CON4驱动第二电流控制可控硅组8；CON3和CON1同步、CON4和CON2同步，动态测试电压的周期为输入工频信号周期的2(M₁+M₂)倍，动态测试电流的周期为输入工频信号周期的(M₁+M₂)倍，M₁和M₂均为整数。

附图说明

图1：为本发明电压与电流同步的键控动态功率信号产生装置的构成图；

图中：1-三相电压U_N输入端子，2-三相电流I_N输入端子，3-三相电压转换互感器PT，4-三相电流转换互感器CT，5-第一电压控制可控硅组，6-第二电压控制可控硅组，7-第一电流控制可控硅组，8-第二电流控制可控硅组，9-电压检测互感器，10-电流检测互感器，11-动态电压控制单元，12-动态电流控制单元，13-控制端子，14-电压电流输出端子；

图2：为本发明电压与电流同步的键控动态功率信号产生装置输出的动态电压和动态电流波形图；

图3：为本发明电压与电流同步的键控动态功率信号产生装置工作时的键控信号波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明所述的可控硅调制动态功率控制装置的构成图，本发明由三相电压U_N输入端子1、三相电流I_N输入端子2、动态电压控制单元11、动态电流控制单元12、控制端子13及三相电压电流输出端子14构成，动态电压控制单元11包括三相电压转换互感器PT 3、第一电压控制可控硅组5、第二电压控制可控硅组6和电压检测互感器9，动态电流控制单元12包括三相电流转换互感器CT 4、第一电流控制可控硅组7、第二电流控制可控硅组8和电流检测互感器10。

动态电压控制单元11中三相电压转换互感器PT 3的三相输入与三相电压U_N输入端子1连接、100%U_N和80%U_N三相输出分别与第一电压控制可控硅组5和第二电压控制可控硅组6的三相输入串联连接，第一电压控制可控硅组5和第二电压控制可控硅组6的三相输出分别并联连接，经过电压检测互感器9连接至三相电压电流输出端子14，通过控制端子13分别驱动第一电压控制可控硅组5和第二电压控制可控硅组6导通与关断，电压检测互感器9检测三相动态电压，并将检测的动态电压信号送至控制端子13。

动态电流控制单元12中三相电流转换互感器CT 4的三相输入与三相电流I_N输入端子2连接、100%I_N和I_N三相输出分别与第一电流控制可控硅7和第二电压控制可控硅组8的三相输入串联连接，第一电流控制可控硅组7和第二电流控制可控硅组8的三相输出分别并联连接，经过电流检测互感器10连接至三相电压电流输出端子14，通过控制端子13的控制信号分别驱动第一电流控制可控硅组7和第二电流控制可控硅组8导通与关断，电流检测互感器10检测三相动态电流，并将检测的动态电流信号送至控制端子13。

本发明在使用时，三相电压U_N输入端子1、三相电流I_N输入端子2分别输入由三相标准功率源提供的稳态交流电压U_N和稳态交流电流I_N。三相电压转换互感器PT 3实现稳态电压的有效值转换，输出有效值为100%U_N和80%U_N的电压分别送至第一电压控制可控硅组5、第二电压控制可控硅组6；三相电流转换互感器CT 4实现稳态电流的有效值转换，输出有效值为100%I_N和I_N的电流分别送至第一电流控制可控硅组7、第二电流控制可控硅组8。由控制端子13输入同步的键控信号CON1、CON2、CON3和CON4，其中，控制信号CON1、CON2分别驱动第一电压控制可控硅组5和第二电压控制可控硅组6，使动态电压控制单元11输出有效值为100%U_N、80%U_N交替变化的电压；控制信号CON3和CON4分别驱动第一电流控制可控硅组7和第二电流控制可控硅组8，使动态电流控制单元12输出有效值为100%I_N、I_N交替变化的电流。电压检测互感器9检测三相动态测试电压，并将检测的动态测试电压信号送至控制端子13，电流检测互感器10检测三相动态测试电流，并将检测的动态测试电流信号送至控制端子13。三相电压电流输出端子14将动态测试电压、动态测试电流送至被测电能表，产生键控动态功率信号。

本发明装置的动态电压控制单元11采用三相电压转换互感器PT 3的100%U_N和80%U_N三相输出与第一电压控制可控硅组5、第二电压控制可控硅组6分别串联的方式，动态电流控制单元12采用三相电流转换互感器CT 4的100%I_N和I_N三相输出与第一电流控制可控硅组7、第二电流控制可控硅组8分别串联的方式，图3为控制端子13输入的键控信号，首先控制信号CON1驱动第一电压控制可控硅组5导通、CON2驱动第二电压控制可控硅组6关断，动态电压控制单元11输出有效值为100%U_N的电压，同时，控制信号CON3驱动第一电流控制可控硅组7导通、CON4驱动第二电流控制可控硅组8关断，动态电流控制单元12输出有效值为100%I_N的电流；M₁个工频周期后，控制信号CON3驱动第一电流控制可控硅组7关断、CON4驱动第二电流控制可控硅组8导通，输出有效值为I_N的电流；M₂个工频周期后，控制信号CON1驱动第一电压控制可控硅组5关断、CON2驱动第二电压控制可控硅组6导通，输出有效值为80%U_N的电压，同时，控制信号CON3驱动第一电流控制可控硅组7导通、CON4驱动第二电流控制可控硅组8关断，输出有效值为100%I_N的电流；M₁个工频周期后，控制信号CON3驱动第一电流控制可控硅组7关断、CON4驱动第二电流控制可控硅组8导通，输出有效值为I_N的电流，最终，动态电压控制单元11输出周期为2(M₁+M₂)的动态测试电压，动态电流控制单元12输出周期为(M₁+M₂)的动态测试电流。输出动态电压、动态电流的波形如图2所示。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。