专利名称：电能计量检定方法、装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电能计量技术领域，更具体地说，涉及一种电能计量仿真方法、装置和系统。
背景技术：
目前，电能的计量是通过电能表测定负载消耗电能进行，对于电能表的计量准确性需利用标准电能计量装置检定。标准的电能计量装置是由功率源、标准电能表、误差采集器和分析软件组成，其测试方法为比较法，即将虚拟功率源输出的功率，采集的标准电能表和被测电能表累积的电能值进行比较，通过计算得到计量误差后进行电能计量的进一步分析。然而，利用该种电能计量装置检定电能表的方式至少存在如下问题由于标准电能计量装置的计 量原理和算法不同，测试的分析结果不同而造成对电能表检定的通用度低，且上述计量方式难于对非正弦的无功电能计量，另外由于实际应用的电能表均测定实际负荷，故针对虚拟功率检定方式不能保证电能表在实际应用环境下的计量准确性。

发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电能计量仿真方法、装置和系统，以实现提高对电能表检定的通用度及电能表在实际应用环境下计量准确性。一种电能计量仿真方法，包括将采集到的实际负荷和/或虚拟负荷的电压和电流参量输入至dSPACE系统中进行模数转换，得到转换数据，所述dSPACE系统嵌入矩阵实验室MATLAB平台；将所述转换数据发送至所述MATLAB平台并调用电能计量算法模型库进行电能计量仿真及分析。本实施方式将采集到的实际的负荷及虚拟负荷的电参量，经过dSPACE系统的参量计算处理及所述MATALAB平台的算法调用及软件扩展功能，实现了实际负荷电参量采集和处理及非正弦无功计量的算法优化，可对不同原理和算法的电能表计量准确性仿真及分析，从而为根据实际负荷情况选择合理的计量原理提供了技术依据，保证了对电能计量检定通用度，及电能表在实际应用环境下的测试准确性。优选地，当采集到的负荷为实际负荷时，利用传感器采集到的实际负荷的电压和电流参量经过调理电路的隔离处理，转换为与所述dSPACE系统匹配的电信号。传感器采集实际负荷的电压、电流参数并将其转换为隔离的适合dSPACE处理的电信号。所述调理电路实现阻抗匹配、信号放大与滤波功能。优选地，当采集到的负荷为虚拟负荷时，调用标准源模型库中的指定标准源，由所述MATALAB平台利用所述指定标准源计算得到的电压和电流参量输入至所述dSPACE中产生标准源信号。所述标准源模型库中提供典型谐波源信号，或从现场录波数据形成的标准源信号，模拟输出实际电网电压、电流信号等。优选地，在所述MATALAB平台下通过图形用户界面⑶I构建可视化界面，显示电能计量仿真及分析的结果，并调用所述电能计量算法模型库的算法及所述标准源模型库中的指定标准源。所述MATALAB平台实现对所述dSPACE系统的控制以模拟电能表，基于所述平台的可视化界面显示电能计量结果，并具有调用电能计量算法模型库的算法及所述标准源模型库中的指定标准源，从而使得所述MATALAB平台可进行电能计量仿真及分析。一种电能计量仿真装置，包括dSPACE系统、矩阵实验室MATALAB平台和电能计量算法模型库，其中将采集到的实际负荷和/或虚拟负荷的电压和电流参量输入至dSPACE系统中进行模数转换，得到转换数据，所述dSPACE系统嵌入矩阵实验室MATLAB平台；矩阵实验室MATALAB平台将接收到的转换数据结合调用的电能计量算法模型库指定算法模型进行电能计量仿真及分析。优选地，当所述负荷为实际负荷时，所述装置还包括信号采集前端设备，包括 采集实际负荷电压和电流参量的传感器，及将该参量经隔离处理转换为与所述dSPACE系统匹配的电信号的调理电路。优选地，当采集到的负荷为虚拟负荷时，还包括标准源模型库，所述标准模型库调用所述标准源模型库中的指定标准源，由所述MATALAB平台利用所述指定标准源计算得到的电压和电流参量输入至所述dSPACE系统中产生标准源信号。上述实施方式中的装置与方法对应，构建了基于dSPACE平台及MATALAB系统的仿真装置，拥有高速的计算能力及易于调试和扩展的软件环境，保证了实际负荷的电参量采集、非正弦无功计量分析，实现了电能计量检定的通用度，及电能表在实际应用环境下的测试准确性。优选地，所述装置还包括电能计量可视化界面，该界面在所述MATALAB平台下通过图形用户界面GUI构建，用于显示电能计量仿真结果，并调用所述电能计量算法模型库的算法及所述标准源模型库中的指定标准源进行电能计量仿真及分析。优选地，所述装置还包括与所述dSPACE系统相接的GPS时钟模块，该模块输出时钟信号校准所述dSPACE系统内部时钟。本实施例中所述GPS时钟模块提高了计时精度，实现对电压、电流信号以及三相电压、电流信号的同步采样，也可提供多个被检电能表的时间基准。一种电能计量仿真系统，包括实际负荷和/或虚拟负荷、电能计量检定装置、处理器、接口电路和被检电能表，其中所述电能计量仿真装置包括dSPACE系统、矩阵实验室MATALAB平台和电能计量算法模型库， 其中将采集到的实际负荷和/或虚拟负荷的电压和电流参量输入至dSPACE系统中进行模数转换，得到转换数据，所述dSPACE系统嵌入矩阵实验室MATLAB平台；矩阵实验室MATALAB平台将接收到的转换数据结合调用的电能计量算法模型库指定算法模型进行电能计量仿真及分析。所述处理器与所述dSPACE系统通讯，所述实际负荷通过所述接口电路分别与所述被检电能表与所述dSPACE系统连接。所述系统与上述方法、装置分别对应，该系统整合了处理器，处理器可为计算机终端，所述被检电能表可通过所述接口电路连接多个，同时与所述系统配合进行仿真。优选地，所述电能计量仿真装置还包括信号采集前端设备，当所述负荷为实际负荷时，所述信号采集前端设备包括采集实际负荷电压和电流参量的传感器，及将该参量经隔离处理转换为与所述dSPACE系统匹配的电信号的调理电路。优选地，所述电能计量仿真装置还包括标准源模型库，当采集到的负荷为虚拟负荷时，所述标准源模型库调用所述标准源模型库中的指定标准源，由所述MATALAB平台利用所述指定标准源计算得到的电压和电流参量输入至所述dSPACE系统中产生标准源信
号。 从上述的技术方案可以看出，本发明实施例在嵌入了 MATLAB平台的dSPACE系统中转换及处理，根据功率理论编制计量算法形成计量算法模型库，可对不同原理和算法的电能表计量准确性进行仿真及分析，克服了现有技术中不同原理的标准表对检定结果产生影响导致的局限性；并且将采集到的实际负荷和/或虚拟负荷的电压、电流参量利用 dSPACE系统的参量计算处理及所述MATALAB平台的算法调用及软件扩展功能，实现了实际负荷电参量采集和处理及非正弦无功计量的算法优化，提高了电能表在实际应用环境下的计量准确性。


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，下面将对实施例或现有技术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为本发明实施例公开的一种电能计量仿真方法流程图；图2为本发明又一实施例公开的一种电能计量仿真方法流程图；图3为本发明又一实施例公开的一种电能计量仿真方法流程图；图4为本发明实施例公开的一种电能计量仿真装置结构示意图；图5为本发明又一实施例公开的一种电能计量仿真装置结构示意图；图6为本发明实施例公开的一种电能计量仿真系统结构示意图；图7为本发明又一实施例公开的一种电能计量仿真系统的接口电路结构示意图。
具体实施例方式为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词、简写或缩写总结如下dSPACE dSPACE实时仿真系统是由德国dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/ Simulink的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台；MATLAB :MATLAB 是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称，是美国 MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分；⑶I =Graphical User Interface，图形用户界面，指采用图形方式显示的计算机操作用户界面； A/D转换模拟/数字转换；GPS时钟模块是一种接受GPS卫星发射的低功率无线电信号，通过计算得出GPS 时间的接收装置。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作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。本发明实施例公开了电能计量仿真方法、装置和系统，以实现提高对电能表检定的通用度及电能表在实际应用环境下计量准确性。图1示出了一种电能计量仿真方法，包括步骤11 将采集到的实际负荷和/或虚拟负荷的电压和电流参量输入至dSPACE 系统中进行模数转换，得到转换数据，所述dSPACE系统嵌入矩阵实验室MATLAB平台；所述dSPACE系统实现了和MATLAB/Simulink/RTW的完全无缝连接。dSPACE实时系统拥有实时性强，可靠性高，扩充性好等优点。dSPACE硬件系统中的处理器具有高速的计算能力，并配备了丰富的I/O支持，用户可以根据需要进行组合；软件环境的功能强大且使用方便，包括实现代码自动生成/下载和试验/调试的整套工具。步骤12 将所述转换数据发送至所述MATLAB平台并调用电能计量算法模型库进行电能计量仿真及分析。所述电能计量算法包括有功、无功、基波和谐波等电能计量算法，针对采样误差给出误差补偿，采样数据同步化，加窗插值、准周期采样算法，还包括信号处理、频谱分析算法，并可配合可视化模块显示。将采集到的实际的负荷及虚拟负荷的电参量，经过dSPACE系统的参量计算处理及所述MATALAB平台的算法调用及软件扩展功能，实现了实际负荷电参量采集和处理及非正弦无功计量的算法优化，尤其对不同原理的电能表进行仿真及分析，从而为根据实际负荷情况选择合理的计量原理提供了技术依据，保证了对电能计量检定通用度，及电能表在实际应用环境下的测试准确性。图2示出了又一种电能计量仿真方法，该实施例阐明的是关于负载为实际负载时的状况，包括步骤21 利用传感器采集到的实际负荷的电压和电流参量经过调理电路的隔离处理，转换为与所述dSPACE系统匹配的电信号；所述传感器采集实际负荷的电压、电流参数，将负荷电压、电流转换成隔离的适合所述dSPACE处理的电信号。为分析高次谐波信号，传感器应具有宽频带特性、高线性度和高精度特性，以模拟高精度电能表；调理电路实现阻抗匹配、信号放大与滤波功能。步骤22 将所述电信号输入至dSPACE系统中进行模数转换，得到转换数据，所述 dSPACE系统嵌入矩阵实验室MATLAB平台；步骤23 将所述转换数据发送至所述MATLAB平台并调用电能计量算法模型库进行电能计量仿真及分析。本实施方式实现了实际负荷电参量采集和处理，对于计量实际负荷的电能表来说，分析结果更具说服力及准确性。图3示出了一种电能计量仿真方法，该实施例阐明的是关于负载为虚拟负载时的状况，包括步骤31 在所述MATALAB平台下通过图形用户界面⑶I构建可视化界面；步骤32 所述电能计量可视化界面调用标准源模型库中的指定标准源，由所述 MATALAB平台利用所述指定标准源计算得到的电压和电流参量输入至所述Dspace中产生标准源信号；所述标准源模型库中包含有实际电网中的典型电压、电流信号模型，其模型一方面来源于典型谐波源信号，还可由现场的录波数据形成标准源信号，模拟输出实际电网电压、电流信号或重现现场电压、电流信号。步骤33 将所述电信号输入至dSPACE系统中进行模数转换，得到转换数据，所述 dSPACE系统嵌入矩阵实验室MATLAB平台；

步骤34 将所述转换数据发送至所述MATLAB平台的可视化界面，所述可视化界面调用电能计量算法模型库进行电能计量仿真及分析。步骤35 显示电能计量仿真及分析的结果。所述MATALAB平台实现对所述dSPACE系统的控制以模拟电能表，基于所述平台的可视化界面显示电能计量结果，并具有调用电能计量算法模型库的算法及所述标准源模型库中的指定标准源，从而使得所述MATALAB平台可进行电能表的电能计量仿真及分析。图4示出了一种电能计量仿真装置，包括dSPACE系统41、矩阵实验室MATALAB平台42和电能计量算法模型库43，其中将采集到的实际负荷和/或虚拟负荷的电压和电流参量输入至dSPACE系统41中进行模数转换，得到转换数据，所述dSPACE系统41嵌入矩阵实验室MATLAB平台42 ；矩阵实验室MATALAB平台42将接收到的转换数据结合调用的电能计量算法模型库43指定算法模型进行电能计量仿真。本实施例中构建了基于dSPACE平台及MATALAB系统的仿真装置，拥有高速的计算能力及易于调试和扩展的软件环境，保证了实际负荷的电参量采集、非正弦无功计量分析与研究、电能计量结果准确性及电能表准确性检定通用度提高的技术效果。图5示出了又一种电能计量仿真装置，相同之处参见图4及其描述，现仅就不同指出说明，图5中示出了信号采集前端设备51、当采集到的负荷为实际负荷时，所述装置中可整合所述信号采集前端设备51，该设备可包括采集实际负荷电压和电流参量的传感器，及将该参量经隔离处理转换为与所述dSPACE系统匹配的电信号的调理电路。标准源模型库52，当采集到的负荷为虚拟负荷时，调用所述标准源模型库52中的指定标准源，由所述MATALAB平台42利用所述指定标准源计算得到的电压和电流参量输入至所述dSPACE系统41中产生标准源信号；电能计量可视化界面53，该界面在所述MATALAB平台42下通过图形用户界面⑶I 构建，用于显示电能计量仿真的结果，并调用所述电能计量算法模型库43的算法及所述标准源模型库52中的指定标准源进行电能计量仿真及分析；以及与所述dSPACE系统相接的GPS时钟模块54，该模块输出时钟信号校准所述 dSPACE系统内部时钟。该GPS时钟模块提高了计时精度，实现对电压、电流信号以及三相电压、电流信号的同步采样，也可提供多个被检电能表的时间基准，进一步体现了该发明方法及装置对于不同电能表校验的高通用度和合理性。图6示出了一种电能计量仿真系统，包括实际负荷61、电能计量仿真装置62、处理器63、接口电路64和被检电能表65，其中所述电能计量仿真装置62包括dSPACE系统621、矩阵实验室MATALAB平台622 和电能计量算法模型库623，其中将采集到的实际负荷和/或虚拟负荷的电压和电流参量输入至dSPACE系统621 中进行模数转换，得到转换数据； 矩阵实验室MATALAB平台622将接收到的转换数据结合调用的电能计量算法模型库623指定算法模型进行电能计量仿真及分析。所述处理器63与所述dSPACE系统621通讯，所述实际负荷通过所述接口电路64 分别与所述被检电能表65与所述dSPACE系统621连接。所述系统与上述方法、装置分别对应，该系统整合了处理器，处理器可为计算机终端，所述被检电能表可通过所述接口电路连接多个，同时与所述系统配合进行检定，所述接口电路可为标准谐波源设备实现。信号采集前端设备624、当采集到的负荷为实际负荷时，所述装置中可整合所述信号采集前端设备624，该设备可包括采集实际负荷电压和电流参量的传感器，及将该参量经隔离处理转换为与所述dSPACE系统匹配的电信号的调理电路，但并不局限于该种实现方式。进一步地，电能计量可视化界面625，该界面在所述MATALAB平台下通过图形用户界面GUI构建，用于显示电能计量仿真的结果，并调用所述电能计量算法模型库的算法及所述标准源模型库中的指定标准源进行电能计量仿真及分析；图6示出了所述电能计量仿真装置的标准源模型库626，当采集到的负荷为虚拟负荷时，调用所述标准源模型库626中的指定标准源，由所述MATALAB平台622利用所述指定标准源计算得到的电压和电流参量输入至所述dSPACE系统621中产生标准源信号。其他对于电能计量仿真装置的结构参见图4及图5的图示及对应说明，此处不再赘述。图7示出了电能计量仿真系统的接口电路，包括第一接口电路71、第二接口电路72和谐波源装置73，根据功率理论编制对应不同类型电能表的电能计量算法组成计量算法模型库、在MATLAB平台上运行，实际负荷和/或虚拟电参量通过第一接口电路71变换调理后输入到所述dSPACE系统中，根据计量结果比较完成电能表仿真及分析；由现场实录波形或谐波数学模型组成谐波源模型库，虚拟电参量通过第二接口电路72变换、谐波源装置73放大后，得到含有谐波的虚拟负荷电参量，从而进行各种谐波情况下的电能计量相关问题的分析。需要说明的是，所述接口电路的实施方式有多种，并不局限于该种实现形式，其他方式不做赘述。综上所述本发明实施例在嵌入了 MATLAB平台的dSPACE系统中转换及处理，根据功率理论编制计量算法形成计量算法模型库，针对不同的电能表均可进行仿真及分析，可对不同原理和算法的电能表计量准确性进行仿真及分析，克服了现有技术中不同原理的标准表对检定结果产生影响导致的局限性；并且将采集到的实际负荷和/或虚拟负荷的电压、电流参量利用dSPACE系统的参量计算处理及所述MATALAB平台的算法调用及软件扩展功能，实现了实际负荷电参量采集和处理及非正弦无功计量的算法优化，提高了电能表在实际应用环境下的计量准确性。 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置和系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。本领域技术人员可以理解，可以使用许多不同的工艺和技术中的任意一种来表示信息、消息和信号。例如，上述说明中提到过的消息、信息都可以表示为电压、电流、电磁波、 磁场或磁性粒子、光场或以上任意组合。专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种电能计量仿真方法，其特征在于，包括将采集到的实际负荷和/或虚拟负荷的电压和电流参量输入至dSPACE系统中进行模数转换，得到转换数据，所述dSPACE系统嵌入矩阵实验室MATLAB平台；将所述转换数据发送至所述MATLAB平台并调用电能计量算法模型库进行电能计量仿真及分析。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当采集到的负荷为实际负荷时，利用传感器采集到的实际负荷的电压和电流参量经过调理电路的隔离处理，转换为与所述dSPACE 系统匹配的电信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当采集到的负荷为虚拟负荷时，调用标准源模型库中的指定标准源，由所述MATALAB平台利用所述指定标准源计算得到的电压和电流参量输入至所述dSPACE中产生标准源信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述MATALAB平台下通过图形用户界面 GUI构建可视化界面，显示电能计量仿真及分析结果，并调用所述电能计量算法模型库的算法及所述标准源模型库中的指定标准源。
5.一种电能计量仿真装置，其特征在于，包括dSPACE系统、矩阵实验室MATALAB平台和电能计量算法模型库，其中将采集到的实际负荷和/或虚拟负荷的电压和电流参量输入至dSPACE系统中进行模数转换，得到转换数据，所述dSPACE系统嵌入矩阵实验室MATLAB平台；矩阵实验室MATALAB平台将接收到的转换数据结合调用的电能计量算法模型库指定算法模型进行电能计量仿真及分析。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述负荷为实际负荷时，所述装置还包括信号采集前端设备，包括采集实际负荷电压和电流参量的传感器，及将该参量经隔离处理转换为与所述dSPACE系统匹配的电信号的调理电路。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当采集到的负荷为虚拟负荷时，还包括 标准源模型库，所述标准模型库调用所述标准源模型库中的指定标准源，由所述MATALAB 平台利用所述指定标准源计算得到的电压和电流参量输入至所述dSPACE系统中产生标准源信号。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括电能计量可视化界面，该界面在所述MATALAB平台下通过图形用户界面GUI构建，用于显示电能计量仿真及分析的结果，并调用所述电能计量算法模型库的算法及所述标准源模型库中的指定标准源进行电能计量仿真及分析。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括与所述dSPACE系统相接的GPS时钟模块，该模块输出时钟信号校准所述dSPACE系统内部时钟。
10.一种电能计量仿真系统，其特征在于，包括实际负荷和/或虚拟负荷、电能计量仿真装置、处理器、接口电路和被检电能表，其中所述电能计量仿真装置包括dSPACE系统、矩阵实验室MATALAB平台和电能计量算法模型库，其中将采集到的实际负荷和/或虚拟负荷的电压和电流参量输入至dSPACE系统中进行模数转换，得到转换数据，所述dSPACE系统嵌入矩阵实验室MATLAB平台；矩阵实验室MATALAB平台将接收到的转换数据结合调用的电能计量算法模型库指定算法模型进行电能计量仿真及分析；所述处理器与所述dSPACE系统通讯，所述实际负荷通过所述接口电路分别与所述被检电能表与所述dSPACE系统连接。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述电能计量仿真装置还包括信号采集前端设备，当所述负荷为实际负荷时，所述信号采集前端设备包括采集实际负荷电压和电流参量的传感器，及将该参量经隔离处理转换为与所述dSPACE系统匹配的电信号的调理电路。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述电能计量仿真装置还包括标准源模型库，当采集到的负荷为虚拟负荷时，所述标准源模型库调用所述标准源模型库中的指定标准源，由所述MATALAB平台利用所述指定标准源计算得到的电压和电流参量输入至所述dSPACE系统中产生标准源信号。
全文摘要
本发明实施例公开了一种电能计量仿真方法、装置和系统，本发明实施例在嵌入了MATLAB平台的dSPACE系统中转换及处理，根据功率理论编制计量算法形成计量算法模型库，可对不同原理和算法的电能表计量准确性进行仿真及分析，克服了现有技术中不同原理的标准表对检定结果产生影响导致的局限性；并且将采集到的实际负荷和/或虚拟负荷的电压、电流参量利用dSPACE系统的参量计算处理及所述MATALAB平台的算法调用及软件扩展功能，实现了实际负荷电参量采集和处理及非正弦无功计量的算法优化，提高了电能表在实际应用环境下的计量准确性。
文档编号G01R35/04GK102156272SQ20111006346
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者付志红, 侯兴哲, 李胜芳, 胡晓锐 申请人:重庆电力科学试验研究院