具有功率测量功能的仪器的相频校准方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有功率测量功能的仪器，尤其涉及一种具有功率测量功能的仪器的 相频校准方法及系统。
【背景技术】
[0002] 功率分析仪、电能质量分析仪等具备功率测量功能的仪器仪表在应用之前，都需 要通过校准修正因电压、电流针对同一频率信号的不同延时而导致的功率、功率因数角等 相位敏感参数的误差。
[0003]由于这类功率测量的仪表量程多，因此校准方法决定最终计量精度，校准时间决 定生产效率。目前的相频校准方法大多采用人工手动校准的方法，该方式效率低下、精度不 高、校准周期长;一些自动校准的方法则需要通过扫描大量量程，或者单纯的电压相位或者 电流校准，且不能同时对多台装置同时进行校准。这些校准方法都不能满足功率测量的仪 器相频校准的精度和效率要求。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是如何实现自动对多台装置进行相频校准，且能保证一 定的精度和效率。
[0005] 本发明提供了一种具有功率测量功能的仪器的相频校准方法，包括如下步骤：
[0006] S1:标准功率源依据一个电压量程值以及电流量程值输出相应的电压和电流信号 至各待校准仪器;并确定若干校准频率点及各频率点下的校准相位点；
[0007] S2:采集待校准仪器输出的测量值，直至完成所需相位点的测量;该测量值包括电 流、电压相位值；
[0008] 然后，针对步骤S1中确定的每个校准频率点：
[0009] S3:依据各校准相位点对应的所述步骤S2中自待校准仪器输出的电流、电压相位 值以及步骤S1中输出至待校准仪器的电流、电压相位值，得到该校准频率点下的电流和电 压的相位延迟平均值；
[0010] S 4:依据步骤S 3确定的电流和电压的相位延迟平均值以及该校准频率点的频率 值，确定该校准频率点的相位误差值；
[0011] S5:重复步骤S3和S4,得到所有校准频率点的相位误差值；
[0012] S6:对步骤S5得到的校准频率点和相位误差值，进行差值法(利用函数f(x)在某区 间中插入若干点的函数值，作出适当的特定函数)或者拟合运算(使得该函数与已知点集的 差别最小），得到校准参数；
[0013] S7:取不同的电压量程值和电流量程值的组合，重复步骤S1至S6,得到所有电压量 程值以及电流量程值组合下的校准参数；
[0014] S8:依据步骤S7得到的校准参数，完成所有电压量程值和电流量程值下的相频校 准。
[0015] 可选的，在所述步骤S1中，输出电压的有效值为相应电压量程值的0.5-1倍，输出 电流的有效值为相应电流量程值的0.5-1倍，输出电压和电流信号始终保持同频。
[0016] 可选的，在所述步骤S1中，输出电压的有效值为相应电压量程值的0.75倍，输出电 流的有效值为相应电流量程值的〇. 75倍，能够精确测量其幅频特性从而提高校准精度。
[0017] 可选的，在所述步骤S3中，电流的相位延迟平均值依据以下公式计算得到：
[0019]电压的相位延迟平均值依据以下公式计算得到：
[0021] 其中：
[0022] ATu(f)为f校准频率点下电压的相位延迟平均值；
[0023] ATKf)为f校准频率点下电流的相位延迟平均值；
[0024] N为f校准频率点下标准相位点个数；
[0025] Θ&为第i个标准相位点对应的输入至所述待校准仪器的电压相位值；
[0026] 0Ui '为第i个标准相位点对应的自所述待校准仪器输出的电压相位值；
[0027] ΘΙ,为第i个标准相位点对应的输入至所述待校准仪器的电流相位值；
[0028] ΘI, '为第i个标准相位点对应的自所述待校准仪器输出的电流相位值；
[0029] f为校准频率点的频率值。
[0030] 可选的，在所述步骤S2中采集的测量值中，
[0031] 当采集次数小于预设的稳定超时阈值时，选择最近测量值中满足标准差小于特定 值的若干(不小于10次)测量值的平均值；
[0032] 在采集次数大于预设的稳定超时阈值时，选择若干(不小于10次)最近测量值的平 均值，作为所述步骤S3中采用的自所述待校准仪器输出的电压、电流相位值；
[0033] 所述特定值为对应的输入至所述待校准仪器的电压、电流相位值与一预设的校准 稳定相对阈值的乘积。
[0034] 可选的，在所述步骤S4中，该校准频率点的相位误差值依据以下公式计算得到：
[0036]其中：
[0037] ERROR [ f ]为f校准频率点的相位误差值；
[0038] ATu(f)为f校准频率点下电压的相位延迟平均值；
[0039] ATKf)为f校准频率点下电流的相位延迟平均值；
[0040] f为校准频率点的频率值。
[0041]可选的，在所述步骤S6中，频率和相位误差值的关系被所述校准参数确定，在所述 步骤S7中，依据所述校准参数确定的关系确定各频率的最终相位误差值。
[0042]可选的，在所述S8中，通过以下公式进行相频校准：
[0046] 其中，f为待校准仪器的测量频率；
[0047] U为待校准仪器的测量电压有效值；
[0048] I为待校准仪器的测量电流有效值；
[0049 ] ERR0R[ f ]为f校准频率点的根据校准参数得到相位误差值；
[0050] 为相频校准前的测量电压电流相位差；
[0051 ] 为相频校准后的电压电流相位差；
[0052] Plf)为相频校准后的有功功率；
[0053] Qlf)为相频校准后的无功功率。
[0054] 可选的，在所述步骤S7中，在取不同的电压量程值和电流量程值时，针对Μ个电压 量程值和Ν个电流量程值；
[0055] 先取一特定的电压量程值，将该电压量程值分别与Ν个所述电流量程值组成Ν个组 合，针对各组合分别重复步骤S1至S6，完成该Ν个组合下的相频校准，得到Ν组校准参数；
[0056] 再取一个特定的电流量程值，将该电流量程值分别与所述特定的电压量程值以外 的Μ-1个电压量程值组成Μ-1个组合，针对各组合分别重复步骤S1至S7,完成该Μ-1个组合下 的相频校准，得到Μ-1组校准参数；
[0057]根据Ν+Μ-1个校准参数，完成对所有Ν*Μ组合的相频校准。
[0058]可选的，根据Ν+Μ-1个最终相位误差值，通过以下公式计算得到剩下所有组合的最 终相位误差值，进而完成Ν*Μ个组合的相频校准：
[0059] ERROR [ f ] m-n = ERROR [ f ] m-j -ERROR [ f ] i-j -ERROR [ f ] i-η
[0060] 其中，ERROR [ f ] m-n为电压量程值m对电流量程值n的相位误差值，ERROR [ f ] m-j为电 压量程m对电流量程j的相位误差值，ERR0R[f] i-j为电压量程i对电流量程j的相位误差值， ERROR [ f ] i-n为电压量程i对电流量程η的相位误差值。
[0061] 与方法对应的，本发明还提供了一种具有功率测量功能的仪器的相频校准系统， 包括标准功率源和校准控制平台，所述标准功率源一侧连接所述标准控制平台，另一侧分 别连接各待校准仪器;所述校准控制平台分别连接各待校准仪器；
[0062]所述标准控制平台用以：
[0063] 控制所述标准功率源依据一个电压量程值以及电流量程值输出相应的电压和电 流信号至各待校准仪器;并确定若干校准频率点及各频率点下的校准相位点；
[0064] 采集待校准仪器输出的测量值，直至完成所需相位点的测量;该测量值包括电流、 电压相位值；
[0065]针对每个校准频率点：
[0066]依据各校准相位点对应的自待校准仪器输出的电流、电压相位值以及输出至待校 准仪器的电流、电压相位值，得到该校准频率点下的电流和电压的相位延迟平均值；
[0067] 依据已确定的电流和电压的相位延迟平均值以及该校准频率点的频率值，确定该 校准频率点的相位误差值；
[0068] 得到所有校准频率点的相位误差值；
[0069] 对得到的校准频率点和相位误差值，进行差值或者拟合运算，得到校准参数；
[0070] 取不同的电压量程值和电流量程值的组合，得到所有电压量程值以及电流量程值 的组合下校准参数；
[0071] 依据得到的校准参数，完成对所有电压量程值和电流量程值组合下的相频校准。
[0072] 可选的，所述校准控制平台与标准功率源之间采用GPIB方式通信，所述标准控制 平台与待校准仪器之间通过以太网通信。
[0073] 可选的，所述校准控制平台进一步用以：
[0074] 在采集的测量值中，当采集次数小于预设的稳定超时阈值时，选择最近测量值中 标准差小于特定值的若干(不小于10次)测量值的平均值；
[0075] 在采集次数大于预设的稳定超时阈值时，选择若干(不小于10次)测量值的平均值 作为采用的自所述待校准仪器输出的电压、电流相位值；
[0076] 所述特定值为对应的输入至所述待校准仪器的电压、电流相位