基于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的電能表現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置的原理及設(shè)計(jì)

今天為大家介紹一項(xiàng)國家發(fā)明授權(quán)專利——基于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的電能表現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置。該專利由成都天興電氣有限公司申請，并于2017年7月11日獲得授權(quán)公告。

內(nèi)容說明

本發(fā)明涉及信號精密計(jì)量領(lǐng)域，特別是涉及一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的電能表現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置。

發(fā)明背景

目前，電能表的校準(zhǔn)都是在計(jì)量實(shí)驗(yàn)室完成的。在電能表的使用壽命內(nèi)，還要經(jīng)過周期檢定。越是精度高的表計(jì)，越是重要場合的表計(jì)其周檢間隔時(shí)間越短。這類重要場合的表計(jì)，由于數(shù)量龐大，很難完成規(guī)定的周期檢定。沒有進(jìn)行周期檢定的表計(jì)，其計(jì)量誤差是未知的。由于存在這些不確定的因素，導(dǎo)致電力計(jì)量錯(cuò)誤，每年給國家?guī)砭薮髶p失。

現(xiàn)在大多數(shù)電力部門主要使用現(xiàn)場校驗(yàn)儀進(jìn)行比對。由于現(xiàn)場校驗(yàn)儀受自身工作原理、計(jì)量精度、現(xiàn)場電力電壓、電流波動的影響，不能實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)，只能進(jìn)行比對。這種校準(zhǔn)裝置的測量結(jié)果也只能作為參考。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的電能表現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置，使得電能表現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置，能在任何工作場合和工作環(huán)境下，完成電能表的現(xiàn)場校準(zhǔn)工作，其測量和校準(zhǔn)結(jié)果具有高精確性、可信性、可靠性和可溯源性。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：基于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的電能表現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置，它包括電能表電壓計(jì)量回路、電能表電流計(jì)量回路，它還包括單相/三相標(biāo)準(zhǔn)交流信號源、電壓-頻率轉(zhuǎn)換模塊、處理模塊和衛(wèi)星授時(shí)模塊。

單相/三相標(biāo)準(zhǔn)信號源在處理模塊的控制下產(chǎn)生符合落地國要求的單相、三相三線或三相四線制的交流信號源，單相/三相標(biāo)準(zhǔn)信號源輸出三路電壓交流信號和三路電流交流信號，其輸出的電壓交流信號和電流交流信號分別與電能表電壓計(jì)量回路、電能表電流計(jì)量回路連接，其輸出的電壓交流信號和電流交流信號還分別與電壓-頻率轉(zhuǎn)換模塊連接。電能表電壓計(jì)量回路、電能表電流計(jì)量回路分別對電壓交流信號和電流交流信號進(jìn)行電參數(shù)計(jì)量，并將計(jì)量的電參數(shù)結(jié)果發(fā)送給處理模塊。

所述的電壓-頻率轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與單相/三相標(biāo)準(zhǔn)信號源的輸出信號連接，電壓-頻率轉(zhuǎn)換模塊的輸出與處理模塊連接。電壓-頻率轉(zhuǎn)換模塊將單相/三相標(biāo)準(zhǔn)交流信號源輸出的三路電壓信號、三路電流信號轉(zhuǎn)換成與其幅值成正比的頻率信號。

所述的處理模塊通過通訊總線與待校準(zhǔn)電能表連接，處理模塊的校準(zhǔn)命令及電參數(shù)的獲取均通過通訊總線進(jìn)行交互，處理模塊的電能脈沖輸入與待校準(zhǔn)電能表的電能脈沖輸出連接，處理模塊控制單相/三相標(biāo)準(zhǔn)信號源產(chǎn)生交流信號源。處理模塊根據(jù)衛(wèi)星授時(shí)模塊輸出的時(shí)鐘信號對電壓-頻率轉(zhuǎn)換模塊輸出的頻率信號進(jìn)行定時(shí)采樣，并根據(jù)采樣結(jié)果對單相/三相標(biāo)準(zhǔn)交流信號源輸出的電壓信號、電流信號進(jìn)行電參數(shù)計(jì)量。處理模塊將其計(jì)量的電參數(shù)與待校準(zhǔn)電能表計(jì)量的電參數(shù)進(jìn)行比較計(jì)算出該待校準(zhǔn)電能表的計(jì)量誤差，并根據(jù)該計(jì)量誤差對待校準(zhǔn)電能表進(jìn)行校準(zhǔn)。

所述的衛(wèi)星授時(shí)模塊從衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收授時(shí)信號并提取出時(shí)鐘信號，衛(wèi)星授時(shí)模塊的輸出分別與標(biāo)準(zhǔn)信號源、電壓-頻率轉(zhuǎn)換模塊和處理模塊的時(shí)鐘輸入連接，為標(biāo)準(zhǔn)信號源、電壓-頻率轉(zhuǎn)換模塊和處理模塊提供時(shí)鐘基準(zhǔn)。

所述的處理模塊包括信號源控制模塊、頻率采集模塊，電參數(shù)測量模塊、電參數(shù)比對模塊和校準(zhǔn)控制信號產(chǎn)生模塊。所述的信號源控制模塊控制單相/三相標(biāo)準(zhǔn)信號源產(chǎn)生符合落地國要求的單相、三相三線或三相四線制的交流信號源。所述的頻率采集模塊接收電壓-頻率轉(zhuǎn)換模塊輸出的頻率信號，對其進(jìn)行定時(shí)采樣，并將采樣信號傳送給電參數(shù)測量模塊。所述的電參數(shù)測量模塊根據(jù)采樣信號對標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行電參數(shù)測量，并將所得的電參數(shù)測量數(shù)據(jù)傳送給電參數(shù)比對模塊。

所述的電參數(shù)比對模塊接收待校準(zhǔn)電能表對標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行電參數(shù)測量所得的電參數(shù)測量數(shù)據(jù)，并將其與電參數(shù)測量模塊所得的電參數(shù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，即計(jì)算出待校準(zhǔn)電能表的計(jì)量誤差。所述的校準(zhǔn)控制信號產(chǎn)生模塊根據(jù)該計(jì)量誤差通過控制端向待校準(zhǔn)電能表發(fā)出校準(zhǔn)指令，對待校準(zhǔn)電能表進(jìn)行校準(zhǔn)。所述的衛(wèi)星授時(shí)模塊由衛(wèi)星授時(shí)處理電路和高穩(wěn)恒溫晶振電路組成，根據(jù)衛(wèi)星授時(shí)時(shí)間和高穩(wěn)恒溫晶振之間的時(shí)差，采用馴服算法，實(shí)時(shí)調(diào)整高穩(wěn)恒溫晶振的時(shí)鐘精度，保證提供給單相/三相標(biāo)準(zhǔn)交流信號源、電壓-頻率轉(zhuǎn)換模塊和處理模塊的時(shí)鐘信號始終保持高精度和時(shí)鐘的可溯源。

所述的衛(wèi)星授時(shí)模塊包括GPS衛(wèi)星授時(shí)模塊、北斗衛(wèi)星授時(shí)模塊、GLONASS衛(wèi)星授時(shí)模塊和伽利略衛(wèi)星授時(shí)模塊中的任意一種或多種的組合。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過電壓-頻率轉(zhuǎn)換模塊，將標(biāo)準(zhǔn)信號源產(chǎn)生的交流信號轉(zhuǎn)換成與之相應(yīng)的頻率信號，然后利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的高精度時(shí)鐘信號，測量出該交流信號的電壓、電流、有功功率和無功功率等電參數(shù)，并根據(jù)該電參數(shù)與待校準(zhǔn)電能表所測的電參數(shù)進(jìn)行比較，計(jì)算得出待測量電能表的計(jì)量誤差，最后根據(jù)該計(jì)量誤差完成對該電能表的校準(zhǔn)。

本發(fā)明電能表現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置采用能提供高精度時(shí)鐘信號的衛(wèi)星授時(shí)模塊、具有高線性度、高穩(wěn)定特性的電壓-頻率轉(zhuǎn)換模塊和符合《JJG 597-2005交流電能表檢定裝置檢定規(guī)程》要求的交流信號源，保證本發(fā)明電能表現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置的測量結(jié)果和電能表的校準(zhǔn)具有高精確性、可信性、可靠性和可溯源性。本發(fā)明電能表現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置，符合國家交流電能表檢定裝置檢定規(guī)程的要求。

本發(fā)明電能表現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置能在任何工作場合和工作環(huán)境下，完成電能表的現(xiàn)場校準(zhǔn)工作，使得該電能表無需再定期送到計(jì)量鑒定機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)。本發(fā)明還能避免傳統(tǒng)量值溯源和量值傳遞方式所帶來的問題，避免計(jì)量誤差的累積傳遞。

本發(fā)明電能表現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置還可增設(shè)通信模塊，通過通信模塊實(shí)現(xiàn)電力計(jì)量管理部門對該電能表現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置的遠(yuǎn)程控制和管理。