今天為大家介紹一項國家發明授權專利——一種數字式電能表功耗測量裝置及方法。該專利由國家電網公司申請，并于2017年4月19日獲得授權公告。

內容說明

本發明涉及一種數字式電能表功耗測量裝置及方法。

發明背景

智能變電站計量回路中，電子式互感實現電壓、電流信號的采集、編碼和串行傳輸，由合并單元對采樣序列進行組幀、打包處理，依據IEC 61850規約傳輸采樣數據，由數字式電能表對合并單元的數據包進行解析、計算，得到有功電能和無功電能值。隨著我國智能變電站的全面推廣，電能計量設備數字式水平越來越高，數字式電能表準確度高、功能強大的優點使之得到了越來越廣泛的應用，但由于采用了光纖接口、以太網芯片等元器件，數字式電能表工作狀態的功率消耗遠遠高于傳統電能表，尤其在高速通信狀態下、運算量較大時，某些型號數字式電能表瞬時功率消耗可達20W以上，約為傳統電能表的3倍，當安裝環境散熱不當時，將引起電能表殼體的溫升，影響電能表計量準確度和安全穩定運行，因此對數字式電能表工作時的功耗進行測量十分必要。傳統測量功耗采用的是萬用表法，即把萬用表調到功率檔，將其電壓測量元件與被測電能表供電電壓并聯，電流測量元件串入供電回路中，人工讀取萬用表顯示的功率值。

該方法接線較復雜，且容易將電壓、電流線接反，導致設備損壞和試驗人員危險，同時測量時電能表并未通信和計量，處于待機狀態，測量到的是靜態功耗，而數字式電能表在通信和計量狀態下的動態功耗要遠高于待機時的靜態功耗，因此傳統方法測量的功耗值比電能表正常工作時的功耗值偏小，從而導致測試結果的誤判。另一方面，由于電能表交流電源回路中電壓、電流并非理想正弦波，存在各種諧波成分，傳統的測量方法往往只針對電壓、電流基波幅值，不能對交流電源的各次諧波進行有效分析，以至于不能合理地確定數字式電能表交流電源電能質量是否符合要求。因此，有必要研究一種數字式電能表功耗測量的新方法，實現對數字式電能表在計量和待機狀態下動態功耗的測量和諧波功率測量，從而對數字式電能表的功耗指標進行有效檢測。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對現有數字式電能表本身功耗普遍偏大，且無有效手段對其在計量和通信狀態下的動態功耗進行實時測量的難題，提供一種適合實驗室檢測的數字電能表功耗測量方法和實現裝置。采用本發明可對智能變電站中數字式電能表的實時功率消耗進行測量，分析其在不同工作狀態下的功耗情況，為數字式電能表電氣性能指標評價提供有效手段，保證數字式電能表的高效率運行。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案是：一種數字式電能表功耗測量裝置，包括采樣單元、信號調理單元和處理控制單元，所述的采樣單元連接被測數字式電能表所檢測的電源回路并采集電源回路電壓和電流信號，所述的信號調理單元連接采樣單元并對所采集的電源回路電壓和電流信號進行放大、濾波，并將電壓、電流信號模擬量轉換為對應的數字量，所述的處理控制單元連接信號調理單元，將時域信號轉換為頻域信號并計算得到被測數字式電能表的功耗。

所述的一種數字式電能表功耗測量裝置，還包括通信接口，處理控制單元通過通信接口連接被測數字式電能表并控制被測數字式電能表在待機狀態和計量狀態間切換。所述的采樣單元包括電流傳感器和電壓傳感器，所述的電流傳感器和電壓傳感器分別連接被測數字式電能表所檢測的電源回路，并分別采集電源回路電壓和電流信號模擬量。所述的信號調理單元包括依次連接的放大電路、濾波電路和A/D轉換器，所述的放大電路連接采樣單元，并將采樣單元所采集的電壓和電流信號模擬量放大后經濾波電路濾波，最后經A/D轉換器轉換為對應的數字量，A/D轉換器連接處理控制單元并將數字量發送至處理控制單元。所述的處理控制單元包括DSP控制器、存儲器、人機接口、時鐘電路和復位電路，所述的DSP控制器連接信號調理單元并接收轉換后的電壓和電流數字量，DSP控制器同時通過通信接口連接被測數字式電能表并控制被測數字式電能表在待機狀態和計量狀態間切換，分別得到不同狀態下的電壓、電流信號并通過計算得到功耗，DSP控制器通過連接存儲器來存儲測量數據，DSP控制器通過連接人機接口輸出功耗計算結果，DSP控制器通過連接時鐘電路和復位電路得到時鐘信號和復位信號。

一種數字式電能表功耗測量方法，設置采樣單元、信號調理單元和處理控制單元，所述的采樣單元連接被測數字式電能表所檢測的電源回路并采集電源回路電壓和電流信號，所述的信號調理單元連接采樣單元并對所采集的電源回路電壓和電流信號進行放大、濾波，并將電壓、電流信號模擬量轉換為對應的數字量，所述的處理控制單元連接信號調理單元，將時域信號通過快速傅里葉變換轉換為頻域信號并通過計算得到被測數字式電能表的功耗。

所述的一種數字式電能表功耗測量方法，處理控制單元通過設置通信接口連接被測數字式電能表并控制被測數字式電能表在待機狀態和計量狀態間切換，以檢測被測數字式電能表在待機狀態和計量狀態的功耗。當檢測被測數字式電能表計量狀態功耗時，處理控制單元通過通信接口向被測電能表發送電壓、電流數據幀，被測數字式電能表對所接收的電壓、電流數據幀進行計量，處理控制單元測量被測數字式電能表在計量時的功耗，檢測被測數字式電能表待機狀態功耗時，處理控制單元停止發送電壓、電流數據幀，被測數字式電能表停止計量進入待機狀態，處理控制單元測量被測數字式電能表在待機時的功耗。

本發明的技術效果在于，采用通信接口與被測數字式電能表實時通信，可在數字式電能表的“計量模式”和“待機模式”下，實時采集被測數字式電能表電源回路電壓、電流信號，采用快速傅里葉頻域變換技術可以準確地分析出被測數字式電能表在“計量模式”和“待機模式”的實時功率消耗值，以判定其功耗是否符合相關技術要求。該方法比用普通萬用表僅測量電能表靜態功耗的方法更具科學性，且具有更高的準確度，避免了復雜的接線和觸電危險，測試過程全自動化，能夠實時測量靜態功耗、動態功耗，對被測數字式電能表交流電源電能質量進行有效評價，確保智能變電站設備的節能和可靠運行。