盛春册 王振 刘亮
（枣庄光明电力服务有限责任公司 山东省 枣庄市 277100）
摘要：目前，国内尚无直流计量检测系统的行业标准，直流计量检测系统由于缺乏相关的指标导致检测结果的准确性无法保证，通过分析直流电能计量检测系统的指标参数和关键技术，对电能测量方式、纹波影响下直流电能计量检测系统的计量特性、直流电能表检测系统的量值传递体系与校准系统进行研究，提出相应的准确性保证试验方法，为后期建立完善的直流电能表检定方案和准确性保证体系打下基础。
关键词：直流电能计量检测系统；准确性；分析
引言：
为解决直流电能计量装置的动态计量准确性问题，需要对直流电能检测装置在复杂动态环境下的检测性能进行研究。通过研究电能计量装置在直流电能纹波、电源突变、暂降、中断等情况下的工作特性，分析了不同幅度和不同频率纹波对直流计量的影响，设计了直流电能动态计量检测系统。采用高频脉冲数预置法，对被检表的电压暂降和短时中断进行试验，计算出了电能表的相对检定误差。实验结果表明不同输入条件下的基本误差最大修约值为0．3%，低于被检直流电能表的允许误差0．5%，且经过电压暂降和短时中断实验的示值改变量为0kWh，直流纹波对于直流电能表影响的修约值为0，符合国家标准。通过直流电能动态检测系统可对现有直流电能计量装置进行校准，保证计量装置准确性，为直流用电贸易公平结算提供技术支持。
1直流电能计量检测系统
国内现有的直流电能计量检测系统主要采用两种方式进行计量：专用电能计量芯片和ADC采集芯片，二者的主要区别在于控制器所处理的信息，采用专用计量芯片方式的控制器处理计量芯片输出的电能信息，采用高速ADC采集芯片所设计的直流电能计量检测系统如图1所示。在采集直流信号时需要将大电流和大电压信号转换成弱电信号。另外，考虑到数据安全性方面的影响，采用冗余设计使测试数据不易丢失，提高系统的可靠性。直流参数相比交流参数要简单很多，直流电能计量系统的主要参数是电压、电流和功率。
2直流电能动态计量检测系统设计
现电力行业发展过程中使用直流电越来越普遍，但由于各种复杂恶劣的动态环境影响直流电能表计量性能，如纹波、供电电源突变、暂降、中断等对计量特性的影响，其中不同的直流输出都会带有纹波影响。而作为现行业发展趋势的直流电能计量，必定会受到相应的影响，为确定纹波对现有直流计量及电能表的影响特性，将对纹波对直流电能计量的影响，而纹波叠加在直流输出对直流电能计量误差的影响是研究的重点。因此设计了高精度高稳定度AC+DC模式输出直流电能纹波影响检测单元，研制了在输出直流中叠加幅度频率可调高准确度交流量的电源，用于研究不同幅度不同频率纹波对直流计量的影响。该检测单元研究的关键技术之一是交流扫描直流叠加方案，在直流大电压源、电流源、小信号电压源均可叠加交流成分，频带40Hz～1000Hz，幅度、相位均可调，以进行直流纹波影响试验。
直流小电压控制模块输出的电量经幅值调节和频率调节以及正弦波发生器，从而产生交流电量，该交流电量与直流调节模块输出的直流电量进行交直流叠加，即输出了高精度高稳定度的AC+DC电量，从而进行直流电能纹波影响试验。
3直流电能表的校准和准确性保证试验
装置的准确性保证需要考虑装置的精度和测量的影响因素，对装置的精度进行评价时需要依据溯源结构图计算电能的相对误差，但为了减少噪声对测量准确性的影响，需要根据装置电气结构采取相应的措施和测量方案。根据电压电流功率与输出频率的关联性进行了不确定度评估，考虑到电压、电流脉冲频率在测量过程中会引入较大的误差，在测量时，分别采取了相应的抑制措施和测量方案。在对装置进行校准时，根据不同的量程选择对应的分压器和分流器，得到两个采样电压，将它们均经过缓冲器缓冲，最后用矢量分析仪进行测量分析，引入的误差主要来自于电压分压器、分流器、缓冲器和电压矢量分析仪。此外，考虑到装置的电磁兼容性、高低温等因素的影响，准确性的评价应综合考虑装置的内部结构和测试环境影响因素。综上，直流电能检测系统的准确性保证试验，不仅需要依据DL/T1484—2015《直流电能表技术规范》、JJG842—2017《电子式直流电能表》、GB/T33708—2017《静止式直流电能表》的要求，测量参比电压、参比电流的基本误差，以及进行纹波影响试验，还应该注意以下4个方面的影响因素：a.量化误差。在小信号情况下量化误差可能远大于电能计量算法误差，因此在考虑检测系统的不确定度时，量化误差也是数字电能计量系统中重要的组成部分。b.参比电压、电流下的基本误差。相对于交流电能表，直流电能表的检定需要较宽的电流测量范围和电压测量范围，表明直流电能表在进行测试时由于负载和电压的变化范围较大，不能只局限于额定电压。c.电能计量稳定性实验。依据JJF1033—2016《计量标准考核规范》对于稳定性考核的要求，研究表明，电能表由于长时间工作元器件发热会影响电能计量准确度，因此有必要进行电能计量稳定性试验。d.电气间隙和爬电距离。设备的绝缘性能和瞬态过电压或峰值电压对于设备的整体性能有很大的影响，对直流电能表产品电气间隙和爬电距离进行了分析与测试，对整体的计量器具进行了考核。
结语：
通过对于纹波叠加在直流输出对直流电能计量误差影响的分析，基于零磁通的大电流直流滤波器系统研制了高精度高稳定度的AC+DC电源输出方案，并依据交流扫描直流叠加技术，对直流电能纹波影响检测技术进行研究，该0．5级电能表在国标检定规程下在实验中以0．0319%为正向纹波影响的基准，受直流纹波的影响修约值为0%，在允许的误差范围±0．5%以内，对直流纹波抑制效果明显。直流电能检测受电压、电流宽范围动态变化环境的影响很大，为解决宽频带和宽动态范围情况下的高精度大电流计量问题，采用高频脉冲数预置法进行电压暂降、短时中断试验。实验结果表明参比电压下的最大基本误差修约值为－0．20%，参比电流下的最大基本误差修约值为0．05%，在0．5级直流电能表的误差最小限值范围±0．5%内;供电电源的电压暂降和短时中断实验的允许误差为0．27kWh，进行该试验前后示值改变量为0kWh。各项数据表明研制的直流电能动态检测系统对直流电能表的校验效果较好，对于直流电能表的准确性能够起到重要的保障作用。
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