一种动态畸变负荷测试系统的制作方法

本发明涉及电能负荷计量技术领域，尤其涉及一种动态畸变负荷测试系统。

背景技术：

随着国民经济的发展，全社会用电负荷日益增长。在建设智能电网以及节能减排的大背景下，电网公司要提高能效管理水平并实现电能的合理利用，离不开更加精准的计量检测支持。在铁路、钢铁、石化等领域的耗电大户中，大型逆变器和整流器以及变频器广泛使用，造成电网电压和电流信号的尖峰波特别明显。由于尖峰波相对标准正弦波是已经高度畸变的波形，

于是在计量检测时对动态畸变负荷模拟功率源的电压、电流输出同步性要求极高，否则在检测过程中会造成被测电能计算的结果跟标准电能相差很大，从而导致检测结果不准确。提高动态畸变负荷条件下的电能计量检测准确度，是电力能源供需双方贸易结算的共同需要。然而，由于基于传统稳态正弦功率理论设计的检测仪器已经难以满足目前行业内对非线性负荷、冲击负荷等种类的动态畸变负荷的计量检测，在非线性负荷和冲击性负荷很明显的耗电大户的电能计量过程中，难以保证足够的准确度，一定程度上对计量的科学、公平、公正、合理原则构成了挑战，同时给电力部门带来巨大的经济损失。

目前，国外电能质量测仪的代表是福禄克公司制造的一款向量测量校准系统fluke6105但是其超过100万的价格非常昂贵，而国内基于传统稳态正弦功率理论设计的检测仪器虽然成本较低，但是难以满足目前行业内对非线性负荷、冲击负荷等种类的动态畸变负荷的计量检测。即已有的电能检定装置，输出的电量和检定点基本上是以稳态正弦基波为主，少数能输出谐波，也仅用于试验，而非检定误差。可是，电能表工作现场的电能波形是动态的、非规则的，还有一些是暂态的和冲击的。在这种情况下，传统检测仪器难以满足严格意义的计量检测要求。

技术实现要素：

本发明实施例公开了一种动态畸变负荷测试系统，解决了已有的电能检定装置，输出的电量和检定点基本上是以稳态正弦基波为主，难以满足电能表工作现场的动态、非规则、冲击的电能波形的计量检测要求的技术问题。

本发明实施例提供了一种动态畸变负荷测试系统，包括：

上位机、嵌入式控制系统、功率放大器，上位机与嵌入式控制系统连接，嵌入式控制系统还与功率放大器连接；

嵌入式控制系统包括通讯控制器、内核存储器、信号发生器、输入输出接口；

上位机与通讯控制器通信连接，通讯控制器还与内核存储器连接，用于将上位机的预置动态波形下发到内核存储器；

内核存储器还与信号发生器连接，信号发生器通过输入输出接口与功率放大器连接，信号发生器用于拟合预置动态波形并经功率放大器放大输出。

可选地，嵌入式控制系统还包括有：数字频率合成器；

信号发生器连接有外部同步触发脉冲，数字频率合成器与信号发生器连接，用于控制信号发生器中的数字模拟转换器的速率与外部同步触发脉冲相匹配。

可选地，嵌入式控制系统还包括有：过载过热保护单元；

过载过热保护单元分别与内核存储器、输入输出接口连接，用于在电压过载或电流过载或系统过热时进行保护操作。

可选地，嵌入式控制系统还包括有：档位控制逻辑单元；

档位控制逻辑单元分别与内核存储器、输入输出接口连接，用于对输入输出接口进行档位控制输出。

可选地，上位机与通讯控制器之间通过网口或通讯串口进行通信连接。

可选地，功率放大器包括电压功率放大器和电流功率放大器。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供了一种动态畸变负荷测试系统，包括：上位机、嵌入式控制系统、功率放大器，上位机与嵌入式控制系统连接，嵌入式控制系统还与功率放大器连接；嵌入式控制系统包括通讯控制器、内核存储器、信号发生器、输入输出接口；上位机与通讯控制器通信连接，通讯控制器还与内核存储器连接，用于将上位机的预置动态波形下发到内核存储器；内核存储器还与信号发生器连接，信号发生器通过输入输出接口与功率放大器连接，信号发生器用于拟合预置动态波形并经功率放大器放大输出。本实施例中通过将上位机通过通讯控制器与内核存储器连接，使得用户可以根据实际需要预先将预置的或预先编辑好的动态波形在上位机下发至内核存储器，并由信号发生器从内核存储器中提取动态波形并进行拟合后输出，获得适合于电能表工作现场所需要的动态波形，解决了已有的电能检定装置，输出的电量和检定点基本上是以稳态正弦基波为主，难以满足电能表工作现场的动态、非规则、冲击的电能波形的计量检测要求的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例中提供的一种动态畸变负荷测试系统的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种动态畸变负荷测试系统的另一个实施例的结构示意图；

图3为本发明实施例中提供的通过数字频率合成器控制调节波形输出与外部脉冲同步的控制流程示意图；

图4为本发明实施例中提供的经控制逻辑控制输出的波形流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种动态畸变负荷测试系统，用于解决已有的电能检定装置，输出的电量和检定点基本上是以稳态正弦基波为主，难以满足电能表工作现场的动态、非规则、冲击的电能波形的计量检测要求的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中提供的一种动态畸变负荷测试系统的一个实施例包括：

上位机1、嵌入式控制系统2、功率放大器3，上位机1与嵌入式控制系统2连接，嵌入式控制系统2还与功率放大器3连接；

嵌入式控制系统2包括通讯控制器4、内核存储器5、信号发生器6、输入输出接口7；

上位机1与通讯控制器4通信连接，通讯控制器4还与内核存储器5连接，用于将上位机1的预置动态波形下发到内核存储器5；

内核存储器5还与信号发生器6连接，信号发生器6通过输入输出接口7与功率放大器3连接，信号发生器6用于拟合预置动态波形并经功率放大器3放大输出。

本实施例中通过将上位机1通过通讯控制器4与内核存储器5连接，使得用户可以根据实际需要预先将预置的或预先编辑好的动态波形在上位机1下发至内核存储器5，并由信号发生器6从内核存储器5中提取动态波形并进行拟合后输出，获得适合于电能表工作现场所需要的动态波形，解决了已有的电能检定装置，输出的电量和检定点基本上是以稳态正弦基波为主，难以满足电能表工作现场的动态、非规则、冲击的电能波形的计量检测要求的技术问题。

请参阅图2，本发明提供的一种动态畸变负荷测试系统的另一个实施例包括：

上位机1、嵌入式控制系统2、功率放大器3，上位机1与嵌入式控制系统2连接，嵌入式控制系统2还与功率放大器3连接；

嵌入式控制系统2包括通讯控制器4、内核存储器5、信号发生器6、输入输出接口7；

上位机1与通讯控制器4通信连接，通讯控制器4还与内核存储器5连接，用于将上位机1的预置动态波形下发到内核存储器5；

内核存储器5还与信号发生器6连接，信号发生器6通过输入输出接口7与功率放大器3连接，信号发生器6用于拟合预置动态波形并经功率放大器3放大输出。

进一步地，嵌入式控制系统2还包括有：数字频率合成器8；

信号发生器6连接有外部同步触发脉冲，数字频率合成器8与信号发生器6连接，用于控制信号发生器6中的数字模拟转换器(dac)的速率与外部同步触发脉冲相匹配。

需要说明的是，动态畸变负荷测试系统(以下简称系统)的输出是在同步触发脉冲下实现同步的，即动态畸变负荷测试系统设计有同步锁相机制，输出波形的过零时刻能够始终保持和过零触发脉冲同步，同步误差小于4us，一般保持在1us左右。锁相功能是通过系统内建的数字频率合成器8频率微调机制来实现的，即信号发生器6所连接的数字频率合成器8的频率微调机制，可以通过微调数字频率合成器8的频率来控制数字模拟转换器的速率，从而能够实现对外部同步触发脉冲的同步跟踪。

如图3所示，系统通过过零中断记录触发脉冲和数字模拟转换器过零的时刻，通过比较过零时刻的差异来调节数字频率合成器8的输出，数字频率合成器8的输出作为数字模拟转换器的输出时钟，调节数字频率合成器8的输出就可以调节数字模拟转换器的过零时刻，直到数字模拟转换器的过零时刻和触发脉冲的到来时刻基本同步。调节过程使用pid调节方式来锁相，让系统的频率输出时刻跟踪上触发信号。

进一步地，嵌入式控制系统2还包括有：过载过热保护单元9；

过载过热保护单元9分别与内核存储器5、输入输出接口7连接，用于在电压过载或电流过载或系统过热时进行保护操作。

进一步地，嵌入式控制系统2还包括有：档位控制逻辑单元10；

档位控制逻辑单元10分别与内核存储器5、输入输出接口7连接，用于对输入输出接口7进行档位控制输出。

进一步地，上位机1与通讯控制器4之间通过网口或通讯串口进行通信连接。

进一步地，功率放大器3包括电压功率放大器和电流功率放大器，其中，电压功率放大器和电流功率放大器均为三相、线性、高精度、高稳定度的功率放大器。

如图4所示，由信号发生器6完成信号的拟合、用户下载波形的插值重建、dac速率匹配等任务。档位控制逻辑单元10则根据用户输出的设定值和档位控制逻辑值表完成档位控制功能，信号发生器6在同步触发脉冲的控制下同时输出多路动态畸变模拟量小信号，然后由输出接口将各路动态畸变模拟量小信号输出到对应的电压功率放大器和电流功率放大器进行放大并输出。这个过程中，过载过热保护单元9完成对系统的保护，主要有电压过载、电流过载以及系统过热。当保护发生时系统将停止输出并给出提示音，并通过通讯控制器4往上位机1的人机界面发送告警信号，从而提醒用户。

本实施例中通过在测试环节把动态畸变负荷模拟功率源的电压和电流输出通过同步触发信号联接起来，即以同步触发输出的原理来实现动态畸变负荷测试系统的电压和电流的同步输出，提供了一种基于电压和电流同步触发输出的动态畸变负荷测试系统，可以以较低成本实现更加精准的电能计量检测，解决了已有的电能检定装置，输出的电量和检定点基本上是以稳态正弦基波为主，难以满足电能表工作现场的动态、非规则、冲击的电能波形的计量检测要求的技术问题。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。