基于卫星导航系统的电能表现场校准装置的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——基于卫星导航系统的电能表现场校准装置。该专利由成都天兴电气有限公司申请，并于2017年7月11日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及信号精密计量领域，特别是涉及一种基于卫星导航系统的电能表现场校准装置。

发明背景

目前，电能表的校准都是在计量实验室完成的。在电能表的使用寿命内，还要经过周期检定。越是精度高的表计，越是重要场合的表计其周检间隔时间越短。这类重要场合的表计，由于数量庞大，很难完成规定的周期检定。没有进行周期检定的表计，其计量误差是未知的。由于存在这些不确定的因素，导致电力计量错误，每年给国家带来巨大损失。

现在大多数电力部门主要使用现场校验仪进行比对。由于现场校验仪受自身工作原理、计量精度、现场电力电压、电流波动的影响，不能实现校准，只能进行比对。这种校准装置的测量结果也只能作为参考。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于卫星导航系统的电能表现场校准装置，使得电能表现场校准装置，能在任何工作场合和工作环境下，完成电能表的现场校准工作，其测量和校准结果具有高精确性、可信性、可靠性和可溯源性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于卫星导航系统的电能表现场校准装置，它包括电能表电压计量回路、电能表电流计量回路，它还包括单相/三相标准交流信号源、电压-频率转换模块、处理模块和卫星授时模块。

单相/三相标准信号源在处理模块的控制下产生符合落地国要求的单相、三相三线或三相四线制的交流信号源，单相/三相标准信号源输出三路电压交流信号和三路电流交流信号，其输出的电压交流信号和电流交流信号分别与电能表电压计量回路、电能表电流计量回路连接，其输出的电压交流信号和电流交流信号还分别与电压-频率转换模块连接。电能表电压计量回路、电能表电流计量回路分别对电压交流信号和电流交流信号进行电参数计量，并将计量的电参数结果发送给处理模块。

所述的电压-频率转换模块的输入端与单相/三相标准信号源的输出信号连接，电压-频率转换模块的输出与处理模块连接。电压-频率转换模块将单相/三相标准交流信号源输出的三路电压信号、三路电流信号转换成与其幅值成正比的频率信号。

所述的处理模块通过通讯总线与待校准电能表连接，处理模块的校准命令及电参数的获取均通过通讯总线进行交互，处理模块的电能脉冲输入与待校准电能表的电能脉冲输出连接，处理模块控制单相/三相标准信号源产生交流信号源。处理模块根据卫星授时模块输出的时钟信号对电压-频率转换模块输出的频率信号进行定时采样，并根据采样结果对单相/三相标准交流信号源输出的电压信号、电流信号进行电参数计量。处理模块将其计量的电参数与待校准电能表计量的电参数进行比较计算出该待校准电能表的计量误差，并根据该计量误差对待校准电能表进行校准。

所述的卫星授时模块从卫星导航系统接收授时信号并提取出时钟信号，卫星授时模块的输出分别与标准信号源、电压-频率转换模块和处理模块的时钟输入连接，为标准信号源、电压-频率转换模块和处理模块提供时钟基准。

所述的处理模块包括信号源控制模块、频率采集模块，电参数测量模块、电参数比对模块和校准控制信号产生模块。所述的信号源控制模块控制单相/三相标准信号源产生符合落地国要求的单相、三相三线或三相四线制的交流信号源。所述的频率采集模块接收电压-频率转换模块输出的频率信号，对其进行定时采样，并将采样信号传送给电参数测量模块。所述的电参数测量模块根据采样信号对标准信号进行电参数测量，并将所得的电参数测量数据传送给电参数比对模块。

所述的电参数比对模块接收待校准电能表对标准信号进行电参数测量所得的电参数测量数据，并将其与电参数测量模块所得的电参数测量数据进行比较，即计算出待校准电能表的计量误差。所述的校准控制信号产生模块根据该计量误差通过控制端向待校准电能表发出校准指令，对待校准电能表进行校准。所述的卫星授时模块由卫星授时处理电路和高稳恒温晶振电路组成，根据卫星授时时间和高稳恒温晶振之间的时差，采用驯服算法，实时调整高稳恒温晶振的时钟精度，保证提供给单相/三相标准交流信号源、电压-频率转换模块和处理模块的时钟信号始终保持高精度和时钟的可溯源。

所述的卫星授时模块包括GPS卫星授时模块、北斗卫星授时模块、GLONASS卫星授时模块和伽利略卫星授时模块中的任意一种或多种的组合。

本发明的有益效果是：本发明通过电压-频率转换模块，将标准信号源产生的交流信号转换成与之相应的频率信号，然后利用卫星导航系统提供的高精度时钟信号，测量出该交流信号的电压、电流、有功功率和无功功率等电参数，并根据该电参数与待校准电能表所测的电参数进行比较，计算得出待测量电能表的计量误差，最后根据该计量误差完成对该电能表的校准。

本发明电能表现场校准装置采用能提供高精度时钟信号的卫星授时模块、具有高线性度、高稳定特性的电压-频率转换模块和符合《JJG 597-2005交流电能表检定装置检定规程》要求的交流信号源，保证本发明电能表现场校准装置的测量结果和电能表的校准具有高精确性、可信性、可靠性和可溯源性。本发明电能表现场校准装置，符合国家交流电能表检定装置检定规程的要求。

本发明电能表现场校准装置能在任何工作场合和工作环境下，完成电能表的现场校准工作，使得该电能表无需再定期送到计量鉴定机构进行检定和校准。本发明还能避免传统量值溯源和量值传递方式所带来的问题，避免计量误差的累积传递。

本发明电能表现场校准装置还可增设通信模块，通过通信模块实现电力计量管理部门对该电能表现场校准装置的远程控制和管理。