专利名称：三相冲击性负荷功率信号源装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力类测试装置，主要用于电能计量装置的性能测试及现场
负荷状况分析。尤其涉及作为电能计量装置的测试用的三相冲击性负荷功率信号源装置。
背景技术：
冲击性负荷是以炼钢电弧炉、轧钢机、电气化铁路等为代表的，在运行过程中会出 现较大的功率冲击并且波形变化频繁、随机的一类电力负荷。冲击性负荷是电网中的耗电 大户，较少的计量准确度变化即关系到巨大的经济效益，实现冲击负荷条件下的准确电能 计量是电力供需双方都亟待解决的问题。 对于冲击性负荷电能计量，目前还没有一个标准的算法、流程，这是由于冲击性负
荷不同于稳定的线性或者非线性负荷，它具有时变性和随机性，由于目前还没有一个相应
完整的录波装置记录它的运行工况以供实时分析之需，冲击性负荷的电气特性难以得到了
解和认知，冲击性负荷条件下的电能计量方法也难以得到发展、改进以及标准化。 另外，现有的电能计量装置在出厂之前需要通过性能测试，一般使用正弦稳态的
功率信号源提供测试信号，测试结果只能反映电能表在正弦稳态条件下的计量准确度，不
能体现冲击性负荷条件下的准确度。为了验证冲击性负荷条件下的电能计量准确度，需要
提供能充分反映冲击性负荷电气特性的三相功率信号源。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种能对电能计量装置在冲击性负荷条件下的准确 性进行测试的三相冲击性负荷功率信号源装置。 本实用新型提供的这种三相冲击性负荷功率信号源装置，包括信号调理单元、多 通道AD转换单元、测试主机单元、多通道DA转换单元、功率放大单元，其中信号调理单元 包括信号传感电路和信号放大电路，用于将现场的高电压、大电流信号转换成低电压、小电 流信号并通过放大电路放大后传输给多通道AD转换单元；多通道DA转换单元的输出通过 同轴屏蔽信号线与功率放大单元的输入端口连接；测试主机通过一根USB线连接多通道AD 转换单元及多通道DA转换单元，控制二者的运行及停止；AD转换单元所采集的数据通过该 USB线写入测试主机的硬盘进行存储；功率放大单元包括三相电压功率放大器以及三相电 流功率放大器，将DA转换单元输入的电压和电流放大成同形的电压波形及电流波形，构成 一个虚功率源。 使用本实用新型得到冲击性负荷功率信号有两种方法，一是到负荷现场计量点录 取运行波形，存储在测试主机的硬盘内，在实验室里通过DA及功率放大器还原现场信号， 这需要前述AD和DA转换单元、功率放大单元以及测试主机单元的配合使用；另外一种方法 是在测试主机内，使用Matlab、 Multisim、 EMTP等仿真软件构建冲击性负荷的运行模型，通 过求解模型全部或部分还原冲击性负荷的电气特性，将仿真波形与DA单元接口 ，放大后还 原成相应的功率信号，只需要前述测试主机、DA转换单元及功率放大单元配合使用即可。二者均可以作为试验信号源对电能计量装置在冲击性负荷条件下的准确性进行验证。本实用 新型实现便捷、可编程、易扩展、能实时记录、分析冲击性负荷运行工况，并充分体现冲击性 负荷电气特性，为电能计量类表测试提供了适应性的功率源。
图1为本实用新型的结构框图。
图2为信号调理单元的电路图。
具体实施方式参照图l。本实用新型主要包括信号调理单元、多通道AD数据采集单元、多通道 DA数模转换单元、测试主机单元以及功率放大单元，信号调理单元的输出通过同轴屏蔽信 号线与多通道AD转换单元的输入端口连接；多通道DA转换单元的输出通过同轴屏蔽信号 线与功率放大单元的输入端口连接；测试主机通过一根USB线连接多通道AD转换单元及多 通道DA转换单元，控制二者的运行及停止；AD转换单元所采集的数据通过该USB线写入测 试主机的硬盘进行存储。 信号调理单元包括信号传感和信号放大两部分，信号传感部分主要为仪用电压互 感器(PT)及仪用电流互感器(CT)，将现场的高电压、大电流信号转换成低电压、小电流信 号；仪用CT的变比较小，得到的电流传感信号过小，信号放大部分将仪用CT输出的弱信号 通过一个高精度的仪用运放放大，可以改善电流传感信号的信噪比。信号调理单元将调理 后的信号传输给多通道AD转换单元；多通道AD及DA转换单元的主体分别是一张8通道高 精度AD数据采集卡以及一张8通道高精度DA数模转换卡，采样及转换精度均为16位。测 试主机通过USB 口控制采集卡或转换卡的运行、停止，波形数据的读取和输出也通过USB 口 进行，通过编程可以设置采样率或转换率的大小，取决于实际工作的需要，采样率、转换率 的上限为100ksps;通过编程可以对数据的存储或读取空间方便的进行设置。功率放大单 元包括三相电压功率放大器以及三相电流功率放大器，可以将输入的士10V以内的低电压 信号按l : 20的比例分别放大为同形的三相电压及三相电流波形。电压波形的地线与电 流波形的地线彼此隔离，共同构成一个虚功率源作为电能计量装置的测试之用。 参照图2。信号调理单元中的信号传感主要为仪用电压互感器(PT)及钳形电流互 感器(CT)，他们与现场计量点的一次PT、CT的二次输出连接，仪用PT变比为220V : 5V，在 PT的输出端加上设计一个跟随放大器A，可以有效提高信号的带载能力；钳形CT方便现场 接线，变比为10mV/A。钳形CT输出的电压信号十分微弱，通过信号放大单元的放大可以提 高信噪比，信号放大单元主要为可编程高精度仪用运放PGA，放大倍数由电阻RO确定，可以 根据需要灵活设定。经过信号调理单元后，冲击负荷现场计量点的高电压、大电流信号转换 为适于AD转换单元采样的弱电压信号。 多通道AD转换单元采用6通道AD数据采集卡，各通道具有独立的AD芯片，可控 制6个通道同时采样，保证电压、电流信号采样的同步，采样精度为16位；AD采集卡与测试 主机之间通过USB连接，通过主机编程可控制采集卡运行或停止，读取波形数据。AD采样流 程首先进行AD卡的初始化，包括设置采样通道的数目，设置采样率的大小，设置采样数据 的存储地址，然后进行采样以及数据存储，需要停止采样的时候终止程序的运行。[0014] 多通道DA转换单元采用6通道DA数模转换卡，各通道具有独立的DA芯片，可控制 6通道同步输出模拟波形，保证电压、电流信号采样的同步转换，转换精度为16位；DA转换 卡与测试主机之间通过USB连接，通过主机编程可控制转换卡运行或停止，输出模拟波形。 DA转换流程首先进行DA卡的初始化，包括设置转换通道的数目，设置转换率的大小，设置 数据源的存储地址，然后进行数模转换，需要停止转换的时候终止程序的运行。将在冲击性 负荷计量现场采集并存储在主机硬盘中的数据与DA卡接口 ，可以还原现场运行波形；将通 过建模分析求取的仿真波形与DA卡接口，可输出仿真波形，修改数据源地址即可实现。 DA转换卡还原出来的6路低电压信号，分别正比于现场的三相电压、三相电流波 形，通过功率放大还原成与现场电压、电流等级相同的功率信号作为测试之用。功率放大单 元包括三相电压功率放大器及三相电流功率放大器，可以将输入的±10V以内的低电压信 号按l : 20的比例放大为同形的三相电压及三相电流波形，电压功率放大器的地线与电流 功率放大器的地线彼此隔离，构成虚功率源，分别与电能计量装置的电压、电流回路连接。 本实用新型功率源的两个工作流程分别如下 —是现场信号采集与还原首先在负荷现场计量点，将现场三相电压、电流信号通
过信号调理单元及AD转换单元，转换成数字信号，存储在测试主机的硬盘内，然后在实验
室里将这些数字信号通过DA及功率放大器还原现场信号，供仪表测试用； 另一种是仿真信号的放大，首先在测试主机内通过理论分析，构建冲击性负荷的
运行模型，进而通过该模型形成三相电压、电流的数字信号，然后将仿真得到的数字信号通
过DA单元及功率放大单元，呈现类似于现场运行的三相功率信号，供冲击性负荷计量理论
验证及仪表测试用。
权利要求一种三相冲击性负荷功率信号源装置，其特征在于该装置包括信号调理单元、多通道AD转换单元、测试主机单元、多通道DA转换单元、功率放大单元，其中信号调理单元包括信号传感电路和信号放大电路，用于将现场的高电压、大电流信号转换成低电压、小电流信号并通过放大电路放大后传输给多通道AD转换单元；多通道DA转换单元的输出通过同轴屏蔽信号线与功率放大单元的输入端口连接；测试主机通过一根USB线连接多通道AD转换单元及多通道DA转换单元，控制二者的运行及停止；AD转换单元所采集的数据通过该USB线写入测试主机的硬盘进行存储；功率放大单元包括三相电压功率放大器以及三相电流功率放大器，将DA转换单元输入的电压和电流放大成同形的电压波形及电流波形，构成一个虚功率源。
专利摘要本实用新型提供的这种三相冲击性负荷功率信号源装置，包括信号调理单元、多通道AD转换单元、测试主机单元、多通道DA转换单元、功率放大单元，其中信号调理单元包括信号传感电路和信号放大电路，用于将现场的高电压、大电流信号转换成低电压、小电流信号并通过放大电路放大后传输给多通道AD转换单元；测试主机单元通过其USB口控制多通道AD转换单元及多通道DA转换单元的运行或停止，功率放大单元包括三相电压功率放大器以及三相电流功率放大器，将DA转换单元输入的电压和电流放大成同形的电压波形及电流波形，构成一个虚功率源。本实用新型实现便捷、可编程、易扩展、能实时记录、分析冲击性负荷运行工况，并充分体现冲击性负荷电气特性，为电能计量类表测试提供了适应性的功率源。
文档编号G01R35/04GK201548682SQ20092025971
公开日2010年8月11日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者吴先强, 杨晓科, 罗孝龙, 金维宇, 陈金玲 申请人:威胜集团有限公司