智能表動態特性測試相關問題分析

文/熊龍軍，國網吉林省電力長春供電公司客戶服務中心計量室

1 動態測試的相關概念與要求

動態特性測試包含著三個方面：(l)動態測試激勵信號的建模；（2）測試對象(即：控制系統、測量儀表、傳感器等)的系統建模；（3）被測對象量值的測量與溯源方法。與(2)屬于信號與系統建模理論的范疇，(3)則屬于測試理論與技術的范疇，三者整體構成了動態特性的測試方法。而動態特性既包括動態響應特性，還包括動態誤差特性等。動態響應特性是被測對象的輸入信號隨時間發生變化時，輸出信號與輸入信號之間的關系，包括：時域響應特性和頻域響應特性。系統動態響應特性的描述方法有：脈沖響應函數、系統傳遞函數和頻率響應函數。動態誤差特性是測量儀表與傳感器在動態測量條件下測量域的性能指標，是被測對象動態特性的外在表現，動態誤差特性取決于被測對象本身的動態響應特性，還與被測信號的形式密切相關。

1.1 動態測量的概念

從系統和測量學的角度來看，電能表是一種特殊的測量系統，其功能是完成對功率信號的測量和累計計算電能。對于測量系統，按運動狀態可劃分為靜態測量系統和動態測量系統。靜態測量的一般定義為：測量期間被測對象的值可認為是恒定的量的測量。對于動態測量，按照國際計量局(BIPM)、國際電工委員會、國際標準化組織(ISO和國際法制計量組織(OIML)聯合制定的《國際通用計量學基本名詞》中給出的定義為：為確定變量的瞬時值及(或)其隨時間變化的量所進行的測量。B.A.格拉諾夫斯基提出定義為：測量裝置在動態條件下使用的測量即為動態測量，動態是以測量裝置輸出變化信號為特征。概括對動態測量的認識，其核心可歸納為兩點：一是認為被測對象的量值(如：瞬時值、有效值、或其他特征值)或參數在時間域上或者空間域上是變化的；二是與被測對象有關的測量輸出量是變化的。顯然，前者定義屬于狹義的動態測量，概念明確；后者定義則屬于廣義動態測量，涵義更廣泛。

1.2 動態電能測量與電能表的動態特性

針對智能電網動態負荷，電能表完成的電能計量屬于狹義的動態測量。動態電能測量可定義為：被測信號的特征值在測量期間處于非穩態條件下的測量。與此相對應，穩態電能測量可定義為：被測信號的特征值在測量期間處于穩態條件下的測量。這里的被測信號特征值均指被測電壓、電流的有效值(或幅值)、有功功率、無功功率、頻率、相位和諧波的有效值(或幅值)等參量。

概括以上論述，電能表動態特性測試與兩個因素密切相關：(1)測試激勵信號的形式，即：激勵信號模型；(2)電能表的系統參數，即系統模型。激勵信號模型反映被測對象面臨的所有可能客觀條件等外部因素，反應的是被測對象的本質特性；而系統模型則反映電能表本身的固有動態特性等內部因素。電能表動態特性的測試需要合理的測試信號及其特性指標來完成。

1.3 動態負荷、沖擊負荷與動態電流的概念

動態負荷特性(dynamic characteristics of load)的定義：電力負荷從電力系統吸取的有功功率和無功功率隨負荷端點的電壓、系統頻率、以及用電時間動態變化的關系。動態負荷特性與每種類型用電設備的典型特性相關，同時亦與影響負荷功率的其他因素相關。動態負荷可分為周期性或非周期性兩類，其主要特征是對功率需求不斷變化，且具有很大的隨機性。

沖擊負荷(impact load)的定義：相對于平均負荷功率而言，短時間功率變化很大的負荷。從測量角度來看，沖擊負荷的主要特征是負荷有功功率短時間內產生突然變化，其峰值可能是其平均負荷的數倍或數十倍。需要注意的是，從電力系統分析而言，經常使用沖擊負荷表示電網的動態負荷，但是，從電能表動態特性測試而言，兩種負荷對電能表的動態誤差影響不同，有必要區別定義。

2 結束語

論述了動態電能測量相關的定義，提出了電能表動態特性測試涉及的科學問題，即：動態測試激勵信號的建模、測試對象的系統建模、被測對象量值的測量與溯源方法。進而，提出了電能表動態測試激勵信號建模和動態系統建模的具體要求。通過對比控制系統、測量系統、傳感器的動態建模研究現狀，指出電能表的系統建模屬于非線性、帶通、多變量輸入一輸出的復雜測量系統建模。同時，指出針對控制系統、傳感器采用的系統建模、測試信號建模和校準方法，不適合電能表的動態特性測試。