一种数字式电能表功耗测量装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种数字式电能表功耗测量装置及方法。
【背景技术】
[0002] 智能变电站计量回路中，电子式互感实现电压、电流信号的采集、编码和串行传 输，由合并单元对采样序列进行组帖、打包处理，依据IEC 61850规约传输采样数据，由数 字式电能表对合并单元的数据包进行解析、计算，得到有功电能和无功电能值。随着我国智 能变电站的全面推广，电能计量设备数字式水平越来越高，数字式电能表准确度高、功能强 大的优点使之得到了越来越广泛的应用，但由于采用了光纤接口、W太网巧片等元器件，数 字式电能表工作状态的功率消耗远远高于传统电能表，尤其在高速通信状态下、运算量较 大时，某些型号数字式电能表瞬时功率消耗可达20W W上，约为传统电能表的3倍，当安装 环境散热不当时，将引起电能表壳体的温升，影响电能表计量准确度和安全稳定运行，因此 对数字式电能表工作时的功耗进行测量十分必要。传统测量功耗采用的是万用表法，即把 万用表调到功率档，将其电压测量元件与被测电能表供电电压并联，电流测量元件串入供 电回路中，人工读取万用表显示的功率值。该方法接线较复杂，且容易将电压、电流线接反， 导致设备损坏和试验人员危险，同时测量时电能表并未通信和计量，处于待机状态，测量到 的是静态功耗，而数字式电能表在通信和计量状态下的动态功耗要远高于待机时的静态功 耗，因此传统方法测量的功耗值比电能表正常工作时的功耗值偏小，从而导致测试结果的 误判。另一方面，由于电能表交流电源回路中电压、电流并非理想正弦波，存在各种谐波成 分，传统的测量方法往往只针对电压、电流基波幅值，不能对交流电源的各次谐波进行有效 分析，W至于不能合理地确定数字式电能表交流电源电能质量是否符合要求。因此，有必要 研究一种数字式电能表功耗测量的新方法，实现对数字式电能表在计量和待机状态下动态 功耗的测量和谐波功率测量，从而对数字式电能表的功耗指标进行有效检测。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是，针对现有数字式电能表本身功耗普遍偏大，且无有 效手段对其在计量和通信状态下的动态功耗进行实时测量的难题，提供一种适合实验室检 测的数字电能表功耗测量方法和实现装置。采用本发明可对智能变电站中数字式电能表的 实时功率消耗进行测量，分析其在不同工作状态下的功耗情况，为数字式电能表电气性能 指标评价提供有效手段，保证数字式电能表的高效率运行。
[0004] 为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是；一种数字式电能表功耗测量装置， 包括采样单元、信号调理单元和处理控制单元，所述的采样单元连接被测数字式电能表所 检测的电源回路并采集电源回路电压和电流信号，所述的信号调理单元连接采样单元并对 所采集的电源回路电压和电流信号进行放大、滤波，并将电压、电流信号模拟量转换为对应 的数字量，所述的处理控制单元连接信号调理单元，将时域信号转换为频域信号并计算得 到被测数字式电能表的功耗。
[0005] 所述的一种数字式电能表功耗测量装置，还包括通信接口，处理控制单元通过通 信接口连接被测数字式电能表并控制被测数字式电能表在待机状态和计量状态间切换。
[0006] 所述的一种数字式电能表功耗测量装置，所述的采样单元包括电流传感器和电压 传感器，所述的电流传感器和电压传感器分别连接被测数字式电能表所检测的电源回路， 并分别采集电源回路电压和电流信号模拟量。
[0007] 所述的一种数字式电能表功耗测量装置，所述的信号调理单元包括依次连接的放 大电路、滤波电路和A/D转换器，所述的放大电路连接采样单元，并将采样单元所采集的电 压和电流信号模拟量放大后经滤波电路滤波，最后经A/D转换器转换为对应的数字量，A/D 转换器连接处理控制单元并将数字量发送至处理控制单元。
[000引所述的一种数字式电能表功耗测量装置，所述的处理控制单元包括DSP控制器、 存储器、人机接口、时钟电路和复位电路，所述的DSP控制器连接信号调理单元并接收转换 后的电压和电流数字量，DSP控制器同时通过通信接口连接被测数字式电能表并控制被测 数字式电能表在待机状态和计量状态切换，分别得到不同状态下的电压、电流信号并通过 计算得到功耗，DSP控制器通过连接存储器来存储测量数据，DSP控制器通过连接人机接口 输出功耗计算结果，DSP控制器通过连接时钟电路和复位电路得到时钟信号和复位信号。
[0009] 一种数字式电能表功耗测量方法，设置采样单元、信号调理单元和处理控制单元， 所述的采样单元连接被测数字式电能表所检测的电源回路并采集电源回路电压和电流信 号，所述的信号调理单元连接采样单元并对所采集的电源回路电压和电流信号进行放大、 滤波，并将电压、电流信号模拟量转换为对应的数字量，所述的处理控制单元连接信号调理 单元，将时域信号通过快速傅里叶变换转换为频域信号并通过计算得到被测数字式电能表 的功耗。
[0010] 所述的一种数字式电能表功耗测量方法，处理控制单元通过设置通信接口连接被 测数字式电能表并控制被测数字式电能表在待机状态和计量状态间切换，W检测被测数字 式电能表在待机状态和计量状态的功耗。
[0011] 所述的一种数字式电能表功耗测量方法，当检测被测数字式电能表计量状态功耗 时，处理控制单元通过通信接口向被测电能表发送电压、电流数据帖，被测数字式电能表对 所接收的电压、电流数据帖进行计量，处理控制单元测量被测数字式电能表在计量时的功 耗，检测被测数字式电能表待机状态功耗时，处理控制单元停止发送电压、电流数据帖，被 测数字式电能表停止计量进入待机状态，处理控制单元测量被测数字式电能表在待机时的 功耗
[0012] 所述的一种数字式电能表功耗测量方法，对被测数字式电能表进行测量的步骤包 括：
[001引步骤一；设定采样频率t和采样点数N
[0014] 步骤二对电源回路的电压、电流进行实时采样和模数转换得到电源端口电压、电 流采样序列u(n)、i (n)，其中n = 0, 1，2…N,-l，N,为设定的采样点数；
[001引步骤立；对11(11