数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法与流程

本发明涉及数字化电能表计量精度测试领域，具体地，涉及一种数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法。

背景技术：

随着智能电网的发展，架构在IEC61850标准基础上的智能变电站大量建设，基于光纤以太网的数字化电能表也在智能变电站中得到大量应用。有别于传统电能表，数字化电能表没有模拟量采样部分，而是直接通过光纤以太网接收合并单元传入的IEC61850-SMV数字化采样值报文，因此，传统的电能表测试方法也无法应用于数字化电能表。而大量电力电子工业负载的应用，使得电网负荷逐渐呈现随时间动态波动，甚至冲击性的特点。由于现有的数字化电能表的测量方法只能测量数字化电能表在稳态负荷下的计量精度，其在非线性负荷下的计量精度无法测量，使得智能变电站关口的计量精度受动态、冲击性负荷的影响越来越大。因此，需要有专用的数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法，来对数字化电能表在非线性负荷下的计量精度进行测量。

目前公布的电能表非线性负荷下计量精度的测量方法主要包括：

1、采用可编程单元与可控硅控制电路，生成三相动态功率输送给电能表，同时比对电能表输出的有功脉冲误差(申请号：201310659769.X，公开号：103630871A，公开日：2014.03.12，申请国：中国)。这种方法自身不生成电压电流信号，而是通过可控硅按照编程逻辑，改变外部功率源输入的电压与电流信号形状，来达到输出非线性负荷的目的，同时接受电能表输入的有功电能脉冲，进行计量精度判定。

2、通过动态功率信号源单元，生产动态调制的功率源信号输入被测电能表，进行电能表非线性负荷测试(申请号：201410613009.X，公开号：104345294A，公开日：2015-2-11，申请国：中国)。这种方法是在设备内部集成一个斜线功率源和指数功率源单元，直接输出调制好的电压与电流波动信号，同时接受被测电能表返回的电能脉冲，进行有功电能精度判定。

上述方法主要针对传统模拟量输入的电能表进行非线性负荷计量性能评测，而无法应用于需要数字化报文输入的数字化电能表。目前仍然未有能够独立测试数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法。

技术实现要素：

本发明实施例的主要目的在于提供一种数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法，用以测量数字化电能表的非线性负荷计量精度。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法，包括：获得用于被测数字化电能表的非线性负荷计量精度测量的电流数字信号、电压数字信号和理论功率；将电流数字信号和电压数字信号输出至被测数字化电能表，获得被测数字化电能表根据电流数字信号和电压数字信号输出的被测有功电能脉冲；根据理论功率和被测有功电能脉冲，获得被测数字化电能表的非线性负荷计量精度。

在其中一种实施例中，数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法还包括：启动用于获得非线性负荷模型选择指令的定时器，待定时器中断后，根据非线性负荷模型选择指令，从多个非线性负荷模型函数中选择调用一个非线性负荷模型函数，获得电流数字信号、电压数字信号和理论功率。

在其中一种实施例中，多个非线性负荷模型函数包括：

第一非线性负荷模型函数Y₁，Y₁＝[U_a1,U_b1,U_c1,I_a1,I_b1,I_c1]；

其中，u_a1为第一非线性负荷模型函数的A相电压，u_b1为第一非线性负荷模型函数的B相电压，u_c1为第一非线性负荷模型函数的C相电压，i_a1为第一非线性负荷模型函数的A相电流，i_b1为第一非线性负荷模型函数的B相电流，i_c1第一非线性负荷模型函数的C相电流，a为第一幅值参数，b为第二幅值参数，f为波形频率，M为波形的频率比例，U_rms为相电压有效值，I_rms为相电流有效值，t为时间；

以及，第二非线性负荷模型函数Y₂，Y₂＝[U_a2,U_b2,U_c2,I_a2,I_b2,I_c2]；

其中，u_a2为第二非线性负荷模型函数的A相电压，u_b2为第二非线性负荷模型函数的B相电压，u_c2为第二非线性负荷模型函数的C相电压，i_a2为第二非线性负荷模型函数的A相电流，i_b2为第二非线性负荷模型函数的B相电流，i_c2第二非线性负荷模型函数的C相电流，a_n为二进制序列，g(t-nT)为幅值增益，T为函数周期，n为周期数，N为非负整数集；

当调用第一非线性负荷模型函数时，电流数字信号包括：第一非线性负荷模型函数的A相电流、第一非线性负荷模型函数的B相电流和第一非线性负荷模型函数的C相电流；电压数字信号包括：第一非线性负荷模型函数的A相电压、第一非线性负荷模型函数的B相电压和第一非线性负荷模型函数的C相电压；当调用第二非线性负荷模型函数时，电流数字信号包括：第二非线性负荷模型函数的A相电流、第二非线性负荷模型函数的B相电流和第二非线性负荷模型函数的C相电流；电压数字信号包括：第二非线性负荷模型函数的A相电压、第二非线性负荷模型函数的B相电压和第二非线性负荷模型函数的C相电压。

在其中一种实施例中，根据理论功率和被测有功电能脉冲，获得被测数字化电能表的非线性负荷计量精度，还包括：根据理论功率，获得平均功率为理论功率的标准电流数字信号和标准电压数字信号；根据标准电流数字信号和标准电压数字信号，获得标准有功电能脉冲；根据被测有功电能脉冲和标准有功电能脉冲，获得被测数字化电能表的非线性负荷计量精度。

在其中一种实施例中，通过如下公式得到被测数字化电能表的非线性负荷计量精度：其中，E为被测数字化电能表的非线性负荷计量精度，M为一函数周期内的标准有功电能脉冲数，N为一函数周期内的被测有功电能脉冲数，C_b为标准数字化电能表的脉冲常数，C_m为被测数字化电能表的脉冲常数，R为比例函数。

在其中一种实施例中，通过如下公式得到比例函数R：当调用第一非线性负荷模型函数时，比例函数R＝1；当调用第二非线性负荷模型函数时，比例函数R＝L/S，其中，L为a_n中二进制数的总数，S为a_n中二进制数为1的总数。

在其中一种实施例中，数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法还包括：将电流数字信号和电压数字信号进行组包，生成报文。

在其中一种实施例中，报文的采样频率与定时器中断频率相等。

在其中一种实施例中，通过IEC61850 9-1协议及IEC618509-2协议，组包生成报文。

在其中一种实施例中，获得用于被测数字化电能表的非线性负荷计量精度测量的电流数字信号、电压数字信号和理论功率，还包括：根据用户输入的非线性负荷模型选择指令、第一幅值参数、第二幅值参数、波形频率、波形的频率比例、相电压有效值、相电流有效值、二进制序列、幅值增益、函数周期、周期数、标准数字化电能表的脉冲常数和被测数字化电能表的脉冲常数，获得电流数字信号、电压数字信号和理论功率。

本发明实施例的数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法，获得用于被测数字化电能表的非线性负荷计量精度测量的电流数字信号、电压数字信号和理论功率；将电流数字信号和电压数字信号输出至被测数字化电能表，获得被测数字化电能表根据电流数字信号和电压数字信号输出的被测有功电能脉冲；根据理论功率和被测有功电能脉冲，获得被测数字化电能表的非线性负荷计量精度，从而实现对数字化电能表在非线性负荷下的计量精度的测量。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法的流程图；

图2是本发明实施例中步骤103的具体流程图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

鉴于目前仍然未有能够独立测试数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法，本发明实施例提供一种数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法，获得用于被测数字化电能表的非线性负荷计量精度测量的电流数字信号、电压数字信号和理论功率；将电流数字信号和电压数字信号输出至被测数字化电能表，获得被测数字化电能表根据电流数字信号和电压数字信号输出的被测有功电能脉冲；根据理论功率和被测有功电能脉冲，获得被测数字化电能表的非线性负荷计量精度，从而实现对数字化电能表在非线性负荷下的计量精度的测量。以下结合附图对本发明进行详细说明。

图1是本发明实施例中数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法的流程图。如图1所示，数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法包括：

步骤101：获得用于被测数字化电能表的非线性负荷计量精度测量的电流数字信号、电压数字信号和理论功率；

步骤102：将电流数字信号和电压数字信号输出至被测数字化电能表，获得被测数字化电能表根据电流数字信号和电压数字信号输出的被测有功电能脉冲；

步骤103：根据理论功率和被测有功电能脉冲，获得被测数字化电能表的非线性负荷计量精度。

具体实施时，先启动用于获得非线性负荷模型选择指令的定时器。待定时器中断后，根据非线性负荷模型选择指令，从多个非线性负荷模型函数中选择调用一个非线性负荷模型函数，获得电流数字信号、电压数字信号和理论功率。同时，定时器按照中断频率进行中断，产生多个中断后的时间t，将其输入到该非线性负荷模型函数中，生成每一时间对应的三相电流数字信号和三相电压数字信号。被测数字化电能表根据每一时间对应的三相电流数字信号和三相电压数字信号，输出被测有功电能脉冲；计量精度测量单元根据理论功率和被测有功电能脉冲，获得被测数字化电能表的非线性负荷计量精度。

实施例中，非线性负荷模型函数可以包括：

第一非线性负荷模型函数Y₁，Y₁＝[U_a1,U_b1,U_c1,I_a1,I_b1,I_c1]；

其中，u_a1为第一非线性负荷模型函数的A相电压，u_b1为第一非线性负荷模型函数的B相电压，u_c1为第一非线性负荷模型函数的C相电压，i_a1为第一非线性负荷模型函数的A相电流，i_b1为第一非线性负荷模型函数的B相电流，i_c1第一非线性负荷模型函数的C相电流，a为第一幅值参数，b为第二幅值参数，f为波形频率，M为波形的频率比例，U_rms为相电压有效值，I_rms为相电流有效值，t为时间；

以及，第二非线性负荷模型函数Y₂，Y₂＝[U_a2,U_b2,U_c2,I_a2,I_b2,I_c2]；

其中，u_a2为第二非线性负荷模型函数的A相电压，u_b2为第二非线性负荷模型函数的B相电压，u_c2为第二非线性负荷模型函数的C相电压，i_a2为第二非线性负荷模型函数的A相电流，i_b2为第二非线性负荷模型函数的B相电流，i_c2第二非线性负荷模型函数的C相电流，a_n为二进制序列，g(t-nT)为幅值增益，T为函数周期，n为周期数，N为非负整数集；

当调用第一非线性负荷模型函数时，电流数字信号包括：第一非线性负荷模型函数的A相电流、第一非线性负荷模型函数的B相电流和第一非线性负荷模型函数的C相电流；电压数字信号包括：第一非线性负荷模型函数的A相电压、第一非线性负荷模型函数的B相电压和第一非线性负荷模型函数的C相电压；

当调用第二非线性负荷模型函数时，电流数字信号包括：第二非线性负荷模型函数的A相电流、第二非线性负荷模型函数的B相电流和第二非线性负荷模型函数的C相电流；电压数字信号包括：第二非线性负荷模型函数的A相电压、第二非线性负荷模型函数的B相电压和第二非线性负荷模型函数的C相电压。

图2是本发明实施例中步骤103的具体流程图。如图2所示，步骤103可以具体包括：

步骤201：根据理论功率，获得平均功率为理论功率的标准电流数字信号和标准电压数字信号；

步骤202：根据标准电流数字信号和标准电压数字信号，获得标准有功电能脉冲；

步骤203：根据被测有功电能脉冲和标准有功电能脉冲，获得被测数字化电能表的非线性负荷计量精度。

实施例中，步骤201可以具体包括：信号发生器依据理论功率生成三相标准电流数字信号和三相标准电压数字信号，其平均功率与理论功率相等；步骤202可以具体包括：标准数字化电能表根据三相标准电流数字信号和三相标准电压数字信号，输出标准有功电能脉冲；步骤203可以具体包括：脉冲比对器接收被测有功电能脉冲和标准有功电能脉冲，根据标准有功电能脉冲得到一函数周期内的标准有功电能脉冲数，根据被测有功电能脉冲得到一函数周期内的被测有功电能脉冲数。

实施例中，可以通过如下公式得到被测数字化电能表的非线性负荷计量精度：

其中，E为被测数字化电能表的非线性负荷计量精度，M为一函数周期内的标准有功电能脉冲数，N为一函数周期内的被测有功电能脉冲数，C_b为标准数字化电能表的脉冲常数，C_m为被测数字化电能表的脉冲常数，R为比例函数。

实施例中，可以通过如下公式得到比例函数R：当调用第一非线性负荷模型函数时，比例函数R＝1；当调用第二非线性负荷模型函数时，比例函数R＝L/S，其中，L为a_n中二进制数的总数，S为a_n中二进制数为1的总数。

实施例中，数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法还可以包括：在获得用于被测数字化电能表的非线性负荷计量精度测量的电流数字信号、电压数字信号和理论功率后，将电流数字信号和电压数字信号进行组包，生成报文，将报文发送至被测数字化电能表。

具体实施时，可以通过IEC61850 9-1协议及IEC618509-2协议，对电流数字信号和电压数字信号组包，生成符合标准要求的网络交采值报文，并调用网络物理层协议将该报文发送至被测数字化电能表。其中，报文的采样频率与定时器中断频率相等，均可以采用4KHz的频率。

实施例中，数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法还可以包括：获得电流数字信号和电压数字信号后，以太网控制器通过多个光纤接口、多个RJ45接口和多个单模光纤接口的其中一个或任意组合，将电流数字信号和电压数字信号输出至被测数字化电能表。其中，光纤接口可以为10/100BASE-FX光纤接口，单模光纤接口可以为FT3协议单模光纤接口。

实施例中，步骤101还可以具体包括：根据用户输入的非线性负荷模型选择指令、第一幅值参数、第二幅值参数、波形频率、波形的频率比例、相电压有效值、相电流有效值、二进制序列、幅值增益、函数周期、周期数、标准数字化电能表的脉冲常数和被测数字化电能表的脉冲常数，获得电流数字信号、电压数字信号和理论功率。其中，触摸屏液晶显示器用于供用户输入上述数据，还可以显示获得的被测数字化电能表的非线性负荷计量精度。

实施例中，数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法还可以包括：通过Nand flash存储器和/或铁电存储器，存储电流数字信号、电压数字信号、理论功率、被测有功电能脉冲、标准电流数字信号、标准电压数字信号、标准有功电能脉冲和数字化电能表的非线性负荷计量精度。

实施例中，数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法还可以包括：通过扩展通讯单元的接口传输数字化电能表的非线性负荷计量精度。扩展通讯单元的接口可以包括：RS485接口，RS232接口和RJ485接口的其中之一或任意组合。

综上，本发明实施例的数字化电能表的非线性负荷计量精度测量方法，获得用于被测数字化电能表的非线性负荷计量精度测量的电流数字信号、电压数字信号和理论功率；将电流数字信号和电压数字信号输出至被测数字化电能表，获得被测数字化电能表根据电流数字信号和电压数字信号输出的被测有功电能脉冲；根据理论功率和被测有功电能脉冲，获得被测数字化电能表的非线性负荷计量精度，从而实现对数字化电能表在非线性负荷下的计量精度的测量。本发明还可以通过多路接口，传输电流数字信号和电压数字信号至被测数字化电能表，可同时对多台不同接口类型的数字化电能表进行测量，提高了测量效率。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。