CN102353928A - 带交流脉动的直流电能计量装置的溯源***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及直流电能的计量装置的溯源方法，尤其涉及一种带交流脉动(纹波)的直流电能计量装置的溯源方法，用于对0.05级的带交流脉动直流电能表的电能量计量溯源。本发明还涉及使用于该方法的***。
Description
技术领域
本发明涉及直流电能的计量溯源方法，尤其涉及一种带交流脉动(纹波)的直流电能计量装置的溯源方法，用于对0.05级的带交流脉动直流电能表的电能量计量溯源。本发明还涉及使用于该方法的***。
背景技术
目前，电动汽车作为一种新兴的绿色交通工具，得到国家的大力支持，电动汽车需要采用直流充电，对非车载充电机的直流充电，必然涉及到直流电能的计量。目前国家对直流电能表的标准还在制定中，而电动汽车充电桩已经在全国大力推广。根据电力计量法无论是交流电能还是直流电能只要涉及到贸易结算，计量器具就必须具备向上可溯源性。而目前电动汽车在充电过程中所充的不单单是直流电还会叠加有约2％左右的交流脉动电流。所以针对带交流脉动的直流电能的计量的溯源迫在眉睫，目前市面上未出现过针对电动汽车带交流脉动的直流电能计量的溯源***和方案。
发明内容
本发明的第一个目的，就是提供一种带交流脉动的直流电能计量装置的溯源***，其特征是包括：
一交流电能功率标准源，输出交流电压源和交流电流源；
一直流电能功率标准源，输出直流电压源和直流电流源；
所述的交流电压源和直流电压源串联接到被检的带交流脉动的直流电能计量装置(U4)上，所述的交流电流源和直流电流源并联接到被检的带交流脉动的直流电能计量装置(U4)上；
被检的带交流脉动的直流电能计量装置(U4)输出至第一频率计(U9)；
所述的交流电压源和交流电流源还同时接到一0.01级标准电能表(U1)上；
所述的0.01级标准电能表(U1)则输出到第二频率计(U8)的第一输入端；
所述的直流电压源同时输入到第一0.01级数字多用表(U5)、直流电流源同时输入到0.002基标准直流电阻(R1)进行I/V变换后输出到第二0.01级数字多用表(U6)；
一个人电脑(U7)输入第一GPIB接口卡(K2)连接第一0.01级数字多用表(U5)的输出、输入第二GPIB接口卡(K3)连接第二0.01级数字多用表(U6)的输出，输出并对采集后的数字做乘法运算后控制IO卡(K1)输出到第二频率计(U8)的第二输入端；
第二频率计(U8)对两路输入做加法后显示电能脉冲频率。
对于直流电压源(VDC)和交流电压源(VAC)要求其对输入电源***的绝缘不低于输出的直流电压和交流电压之和；对于直流电压源(VDC)和交流电压源(VAC)同时要求其对大地的绝缘不低于输出的直流电压和交流电压之和；同时交流电压源(VAC)要能够承受直流负载电流，直流电压源(VDC)要能够承受交流负载电流。
对于直流电流源和交流电流源要求两路是相互绝缘的，同时交流电流源(IAC)必须能够承受直流负载电流，直流电流源(IDC)必须能够承受交流负载电流。
一般来说直流电流源多数都能承受交流负载电流，但是交流电流源很多采用变压器输出方案是无法承受直流负载电流，一个解决方法是如图3(B)所示，在交流源和直流电流源之间串联两个电容C1和C2，C1和C2容值越大越好，要是C1和C2是有极性的电容，则要求C1正极和C2的负极相连，改善交流电流的负载特性。
本发明利用全球最新的仪器仪表成果，利用两路相互绝缘的高精度直流电压信号和交流电压信号，可不需要同步串联合成为带交流脉动的直流电压信号源，并且在合成中无其他附加环节，不引入附加误差。同时，利用两路相互绝缘的高精度直流电流信号和交流电流信号，可不需要同步并联合成为带交流脉动的直流电流信号源，并且在合成中无其他附加环节，不引入附加误差。解决了直流电能和交流电能的无附加误差合成，从而把带交流脉动的直流电能的溯源，分解为交流电能的单独溯源和直流电能的单独溯源。而目前交流电能的溯源非常完善，纯直流电流的溯源可以简化为对直流电压和直流电流的单独溯源。而其中直流电流的溯源又可以通过精密电阻转换为直流电压的溯源。
本发明的第二个目的，就是提供一种使用如前所述的***解决带交流脉动(纹波)的直流电能溯源所采用的方法，其包括步骤：
1)把交流电能功率标准源(U2)输出的交流电压源和交流电流源连接到0.01级标准电能表(U1)上实现交流电能计量，并输出电流脉冲(P1)；
2)把直流电能功率标准源(U3)输出的直流电压源和直流电流源分别输出给第一和第二0.01级数字多用表(U5和U6)、第一第二0.01级数字多用表(U5和U6)的输出都给个人PC电脑(U7)计算直流电能计量，并通过IO卡(K1)输出电能脉冲(P2)；
3)把交流电压源和直流电压源串联、交流电流源和直流电流源并联后连接到被检0.05级带交流脉动的直流电能计量装置(U4)上，实现带脉动的交直流电能计量，并输出电能脉冲(P3)；
4)被检0.05级带交流脉动的直流电能计量装置的输出电能脉冲(P3)接到第一频率计数器上(U9)；
5)交流电能表脉冲(P1)和直流电能表脉冲(P2)分别输入到第二频率计(U8)的第一第二端口；
6)对比两个频率计的频率计算被检直流电能计量装置的误差，从而实现了对0.05级带交流脉动直流电能装置(U4)的溯源。
所述步骤2)包括子步骤：
2-1：把直流电能功率标准源(U3)的直流电压源输出直接接到第一0.01级数字多用表(U5)的电压输入上；
2-2：把直流电能功率标准源(U3)直流电流源通过0.002级精密电阻(R1)转换为直流电压输入到第二0.01级数字多用表(U6)上；
2-3：通过计算机的第一第二GPIB接口(K2和K3)控制第一第二0.01级数字多用表(U5和U6)，把采集到的直流采样值经过计算得到其电能；
2-4：把计算到的电能值以及设定好的脉冲常数通过IO卡(K1)输出脉冲到第二频率计(U8)上。
所述的步骤3)中的直流电压串联叠加交流电压，是通过两台相互隔离的Fluke6105A相互串联起来，其中，一台Fluke6105A(U2)输出交流电压信号，一台Fluke6105A(U3)输出直流电压信号；所述的直流电流并联叠加交流电流，是通过两台相互隔离的Fluke6105A相互并联起来，其中，一台Fluke6105A(U2)输出交流信号，一台Fluke6105A(U3)输出直流信号。
所述的交流电压信号和直流电压信号是相互绝缘隔离的，通过串联的方法来实现交直流混合，直流电压源为Fluke6105A(U3)或其他直流电压源，交流电压源为Fluke6105A(U2)或其他的交流电压源；
所述的两路电流信号是相互隔的，并且一路是交流电流信号，一路是直流电流信号，通过并联的方法来实现交直流混合，直流电流源可以是Fluke6105A(U3)也可以是其他的直流电流源，交流电流源可以是Fluke6105A(U2)也可以是其他的交流电流源。
所述步骤4)包括子步骤：
4-1：把交流电能脉冲和直流电能脉冲输入到第二频率计(U8)，通过频率计自身的运算功能计算交流电能脉冲和直流脉冲取和后的频率值，并显示；
4-2：把被检带交流脉动的电能计量装置的输出脉冲输入到第一频率计(U9)上，通过频率计(U9)显示其输出频率；
4-3：比对第一频率计(U8)和第二频率计(U9)显示的频率，计算被检带交流脉动的直流电能表的误差。
有益效果：本发明提供了一种带交流脉动的直流电能计量装置的溯源***和使用该***的溯源方法。
附图说明
图1为本发明一种带交流脉动的直流电能溯源流程图；
图2为本发明一种带交流脉动的直流电流合成示意图；
图3A、3B为本发明一种带交流脉动的直流电流合成示意图；
图4为本发明一种带交流脉动的直流电能装置溯源***硬件连接图。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图4所示，本发明的带交流脉动的直流电能溯源的实施例：
交流电能功率标准源Fluke6105A(U2)输出交流电压源和交流电流源，直流电能功率标准源Fluke6105A(U3)输出直流电压源和直流电流源，Fluke6105A(U2)的交流电压源和Fluke6105A(U3)的直流电压源串联接到带交流脉动的直流电能计量装置(U4)上，Fluke6105A(U2)的交流电流源和Fluke6105A(U3)的直流电电流源并联接到带交流脉动的直流电能计量装置(U4)上，带交流脉动的直流电能计量装置(U4)计算合成后的交流信号的电能并输出电能到第一频率计Agilent5313(U9)上显示，Fluke6105A(U2)的交流电压源和Fluke6105A(U2)的交流电流源同时接到Zera公司的0.01级标准电能表COM3000(U1)上，如果交流电压源和交流电流源输出的频率大约50Hz，则COM3000(U1)可更换为ZES公司的LMG500(最大可以支持10MHz的频率)。
COM3000(U1)输出的电能脉冲接入到第二频率计Agilent53132(U8)的一个脉冲测试输入端子上并显示，Fluke6105A(U3)的直流电压源同时输入到第一0.01级数字多用表Agilent3458A(U5)的电压输入，Fluke6105A(U3)的直流电流源同时输入到0.002基标准直流电阻(R1)进行I/V变换后输出到第二0.01级数字多用表Agilent3458A(U6)的电压输入。
个人电脑(U7)控制GPIB接口卡(K2)采集Agilent3458A(U5)的采样值同时控制GPIB接口卡(K3)采集Agi lent3458A(U6)的采样值，个人电脑(U7)对采集后的数字做乘法运算后控制IO卡(K1)输出电能脉冲到Agilent53132(U8)的另外一个频率输入端子，Agilent53132(U8)对两路电能脉冲做加法后显示电能脉冲频率，同时和另外一个Agilent53132(U9)的电能脉冲频率做比对，就可以计算出被检带交流脉动的直流电能计量装置的电能误差。实现对0.05级带交流脉动直流电能计量装置的误差检定和量值溯源。
图1为实现一种带交流脉动的直流电能计量的溯源方法流程图，实施步骤为：
1)把带交流脉动的直流电能的溯源，分解为直流电能溯源(步骤A)和交流电能溯源(步骤B)；把交流电能功率标准源Fluke6105A(U2)输出的交流电压源和交流电流源连接到0.01级标准电能表COM3000(U1)上实现交流电能计量，并输出电流脉冲(P1)；
2)把直流电能功率标准源Fluke6105A(U3)输出的直流电压源和直流电流源分别输出给第一和第二0.01级数字多用表(U5和U6)、第一第二0.01级数字多用表(U5和U6)的输出都给个人PC电脑(U7)计算直流电能计量，并通过IO卡(K1)输出电能脉冲(P2)；
3)把交流电压源和直流电压源串联、交流电流源和直流电流源并联后连接到被检0.05级带交流脉动的直流电能计量装置(U4)上，实现带脉动的交直流电能计量，并输出电能脉冲(P3)；
4)被检0.05级带交流脉动的直流电能计量装置的输出电能脉冲(P3)接到第一频率计数器上(U9)；
5)交流电能表脉冲(P1)和直流电能表脉冲(P2)分别输入到第二频率计(U8)的第一第二端口；
6)对比两个频率计的频率，计算被检直流电能计量装置的误差，从而实现了对0.05级带交流脉动直流电能装置(U4)的溯源。
所述步骤2)包括子步骤：
2-1：把直流电能功率标准源(U3)的直流电压源输出直接接到第一0.01级数字多用表(U5)的电压输入上；
2-2：把直流电能功率标准源(U3)直流电流源通过0.002级精密电阻(R1)转换为直流电压输入到第二0.01级数字多用表(U6)上；
2-3：通过计算机的第一第二GPIB接口(K2和K3)控制第一第二0.01级数字多用表(U5和U6)，把采集到的直流采样值经过计算得到其电能；
2-4：把计算到的电能值以及设定好的脉冲常数通过IO卡(K1)输出脉冲到第二频率计(U8)上。
所述的步骤3)中的直流电压串联叠加交流电压，是通过两台相互隔离的Fluke6105A相互串联起来，其中，一台Fluke6105A(U2)输出交流电压信号，一台Fluke6105A(U3)输出直流电压信号；所述的直流电流并联叠加交流电流，是通过两台相互隔离的Fluke6105A相互并联起来，其中，一台Fluke6105A(U2)输出交流信号，一台Fluke6105A(U3)输出直流信号。
所述的交流电压信号和直流电压信号是相互绝缘隔离的，通过串联的方法来实现交直流混合，直流电压源为Fluke6105A(U3)或其他直流电压源，交流电压源为Fluke6105A(U2)或其他的交流电压源；
所述的两路电流信号是相互隔的，并且一路是交流电流信号，一路是直流电流信号，通过并联的方法来实现交直流混合，直流电流源可以是Fluke6105A(U3)也可以是其他的直流电流源，交流电流源可以是Fluke6105A(U2)也可以是其他的交流电流源。
所述步骤4)包括子步骤：
4-1：把交流电能脉冲和直流电能脉冲输入到第二频率计(U8)，通过频率计自身的运算功能计算交流电能脉冲和直流脉冲取和后的频率值，并显示；
4-2：把被检带交流脉动的电能计量装置的输出脉冲输入到第一频率计(U9)上，通过频率计(U9)显示其输出频率；
4-3：比对第一频率计(U8)和第二频率计(U9)显示的频率，计算被检带交流脉动的直流电能表的误差。
根据本发明带交流脉动(纹波)的直流电能溯源电压加法合成方案为如图2所示，把直流电压源(VDC)的正端和交流电压源(VAC)的负端相连，把直流电压的负端和交流电压源的正端，捏合为合成后的电压源输出给被检设备。
根据本发明带交流脉动(纹波)的直流电能溯源的电流加法合成方案为如图3(A)图所示，把直流电流源(IDC)的正端和交流电流源(IAC)的正端相连，把直流电流源(IDC)的负端和交流电流源(IAC)的负端相连，捏合为合成后的电流源输出给被检设备。对于输出变压器输出的交流电流源或其他无法承受直流施加的交流电流源如图3(B)所示，增加两个电容C1和C2实现隔直。
在图2中测试的带交流脉动的直流电压源，由直流电压源(VDC)和交流电压源VAC组成，其中直流电压源(VDC)的正端和交流电压源(VAC)的负端相连，直流电压源(VDC)的负端作为合成后信号的负端，交流电压源的正端作为合成后信号源的正端，对于直流电压源(VDC)和交流电压源(VAC)要求其对输入电源***的绝缘不低于输出的直流电压和交流电压之和，对于直流电压源(VDC)和交流电压源(VAC)同时要求其对大地的绝缘也不低于输出的直流电压和交流电压之和。同时交流电压源(VAC)必须能够承受直流负载电流(如Fluke6105A交流直源)，直流电压源(VDC)必须能够承受交流负载电流如(如Fluke6105A交直流源)。
在图3(A)中测试的带交流脉动的直流电流源，由直流电流源(IDC)和交流电流源IAC组成，其中直流电流源(IDC)的正端和交流电流源(IAC)的正端相连，直流电流源(IDC)的负端和交流电流源(IAC)的负端相连，并联后的输出就是带交流脉动的直流电流源，对于直流电流源和交流电流源要求两路是相互绝缘的，同时交流电流源(IAC)必须能够承受直流负载电流(如Fluke6105交直流源)，直流电流源(IDC)必须能够承受交流负载电流(如Fluke6105A交直流源)。一般来说直流电流源多数都能承受交流负载电流，但是交流电流源很多采用变压器输出方案是无法承受直流负载电流，一个解决方法是如图3(B)所示，在交流源和直流电流源之间串联两个电容C1和C2，C1和C2容值越大越好，要是C1和C2是有极性的电容，则要求C1正极和C2的负极相连。改善交流电流的负载特性。
Claims (8)
1.一种带交流脉动的直流电能计量装置的溯源***，其特征是包括：
一交流电能功率标准源(U2)，输出交流电压源和交流电流源；
一直流电能功率标准源(U3)，输出直流电压源和直流电流源；
所述的交流电压源和直流电压源串联接到被检的带交流脉动的直流电能计量装置(U4)上，所述的交流电流源和直流电流源并联接到被检的带交流脉动的直流电能计量装置(U4)上；
被检的带交流脉动的直流电能计量装置(U4)输出至第一频率计(U9)；
所述的交流电压源和交流电流源还同时接到一0.01级标准电能表(U1)上，所述的0.01级标准电能表(U1)输出到第二频率计(U8)的第一输入端；
所述的直流电压源同时输入到第一0.01级数字多用表(U5)、直流电流源同时输入到0.002基标准直流电阻(R1)进行I/V变换后输出到第二0.01级数字多用表(U6)；
一个人PC电脑(U7)通过第一GPIB接口卡(K2)连接第一0.01级数字多用表(U5)、通过第二GPIB接口卡(K3)连接第二0.01级数字多用表(U6)，并对采集的数值做乘法运算后控制I0卡(K1)输出到第二频率计(U8)的第二输入端；
第二频率计(U8)对两路输入做加法后显示电能脉冲频率。
2.根据权利要求1所述的带交流脉动的直流电能计量装置的溯源***，其特征是：所述的直流电压源和交流电压源对输入的绝缘不低于输出的直流电压和交流电压之和；所述的直流电压源和交流电压源对大地的绝缘不低于输出的直流电压和交流电压之和；所述的交流电压源可承受直流负载电流，直流电压源可承受交流负载电流；所述的直流电流源和交流电流源相互绝缘，同时交流电流源可承受直流负载电流，直流电流源可承受交流负载电流。
3.一种根据权利要求1或2所述的带交流脉动的直流电能计量装置的溯源***的溯源方法，包括步骤：
1)把交流电能功率标准源(U2)输出的交流电压源和交流电流源连接到0.01级标准电能表(U1)上实现交流电能计量，并输出电流脉冲(P1)；
2)把直流电能功率标准源(U3)输出的直流电压源和直流电流源分别输出给第一和第二0.01级数字多用表(U5和U6)、第一第二0.01级数字多用表(U5和U6)的输出都给个人PC电脑(U7)计算直流电能计量，并通过IO卡(K1)输出电能脉冲(P2)；
3)把交流电压源和直流电压源串联、交流电流源和直流电流源并联后连接到被检0.05级带交流脉动的直流电能计量装置(U4)上，实现带脉动的交直流电能计量，并输出电能脉冲(P3)；
4)被检0.05级带交流脉动的直流电能计量装置的输出电能脉冲(P3)接到第一频率计数器上(U9)；
5)交流电能表脉冲(P1)和直流电能表脉冲(P2)分别输入到第二频率计(U8)的第一第二端口；
6)对比两个频率计的频率计算被检直流电能计量装置的误差，从而实现了对0.05级带交流脉动直流电能装置(U4)的溯源。
4.根据权利要求3所述的带交流脉动的直流电能计量装置的溯源***的溯源方法，其特征在于所述步骤2)包括子步骤：
2-1：把直流电能功率标准源(U3)的直流电压源输出直接接到第一0.01级数字多用表(U5)的电压输入上；
2-2：把直流电能功率标准源(U3)直流电流源通过0.002级精密电阻(R1)转换为直流电压输入到第二0.01级数字多用表(U6)上；
2-3：通过计算机的第一第二GPIB接口(K2和K3)控制第一第二0.01级数字多用表(U5和U6)，把采集到的直流采样值经过计算得到其电能；
2-4：把计算到的电能值以及设定好的脉冲常数通过IO卡(K1)输出脉冲到第二频率计(U8)上。
5.根据权利要求4所述的带交流脉动的直流电能计量装置的溯源***的溯源方法，其特征在于所述的步骤3)中的直流电压串联叠加交流电压，是通过两台相互隔离的Fluke6105A相互串联起来，其中，一台Fluke6105A(U2)输出交流电压信号，一台Fluke6105A(U3)输出直流电压信号；所述的直流电流并联叠加交流电流，是通过两台相互隔离的Fluke6105A相互并联起来，其中，一台Fluke6105A(U2)输出交流信号，一台Fluke6105A(U3)输出直流信号。
6.根据权利5所述的带交流脉动的直流电能计量装置的溯源***的溯源方法，其特征在于：所述的交流电压信号和直流电压信号是相互绝缘隔离的，通过串联的方法来实现交直流混合，直流电压源为Fluke6105A(U3)或其他直流电压源，交流电压源为Fluke6105A(U2)或其他的交流电压源；
7.根据权利6所述的带交流脉动的直流电能计量装置的溯源***的溯源方法，其特征在于：所述的两路电流信号是相互隔的，并且一路是交流电流信号，一路是直流电流信号，通过并联的方法来实现交直流混合，直流电流源可以是Fluke6105A(U3)也可以是其他的直流电流源，交流电流源可以是Fluke6105A(U2)也可以是其他的交流电流源。
8.根据权利要求7所述的带交流脉动的直流电能计量装置的溯源***的溯源方法，其特征在于所述步骤4)包括子步骤：
4-1：把交流电能脉冲和直流电能脉冲输入到第二频率计(U8)，通过频率计自身的运算功能计算交流电能脉冲和直流脉冲取和后的频率值，并显示；
4-2：把被检带交流脉动的电能计量装置的输出脉冲输入到第一频率计(U9)上，通过频率计(U9)显示其输出频率；
4-3：比对第一频率计(U8)和第二频率计(U9)显示的频率，计算被检带交流脉动的直流电能表的误差。
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