智能表动态特性测试相关问题分析

文/熊龙军，国网吉林省电力长春供电公司客户服务中心计量室

1 动态测试的相关概念与要求

动态特性测试包含着三个方面：(l)动态测试激励信号的建模；（2）测试对象(即：控制系统、测量仪表、传感器等)的系统建模；（3）被测对象量值的测量与溯源方法。与(2)属于信号与系统建模理论的范畴，(3)则属于测试理论与技术的范畴，三者整体构成了动态特性的测试方法。而动态特性既包括动态响应特性，还包括动态误差特性等。动态响应特性是被测对象的输入信号随时间发生变化时，输出信号与输入信号之间的关系，包括：时域响应特性和频域响应特性。系统动态响应特性的描述方法有：脉冲响应函数、系统传递函数和频率响应函数。动态误差特性是测量仪表与传感器在动态测量条件下测量域的性能指标，是被测对象动态特性的外在表现，动态误差特性取决于被测对象本身的动态响应特性，还与被测信号的形式密切相关。

1.1 动态测量的概念

从系统和测量学的角度来看，电能表是一种特殊的测量系统，其功能是完成对功率信号的测量和累计计算电能。对于测量系统，按运动状态可划分为静态测量系统和动态测量系统。静态测量的一般定义为：测量期间被测对象的值可认为是恒定的量的测量。对于动态测量，按照国际计量局(BIPM)、国际电工委员会、国际标准化组织(ISO和国际法制计量组织(OIML)联合制定的《国际通用计量学基本名词》中给出的定义为：为确定变量的瞬时值及(或)其随时间变化的量所进行的测量。B.A.格拉诺夫斯基提出定义为：测量装置在动态条件下使用的测量即为动态测量，动态是以测量装置输出变化信号为特征。概括对动态测量的认识，其核心可归纳为两点：一是认为被测对象的量值(如：瞬时值、有效值、或其他特征值)或参数在时间域上或者空间域上是变化的；二是与被测对象有关的测量输出量是变化的。显然，前者定义属于狭义的动态测量，概念明确；后者定义则属于广义动态测量，涵义更广泛。

1.2 动态电能测量与电能表的动态特性

针对智能电网动态负荷，电能表完成的电能计量属于狭义的动态测量。动态电能测量可定义为：被测信号的特征值在测量期间处于非稳态条件下的测量。与此相对应，稳态电能测量可定义为：被测信号的特征值在测量期间处于稳态条件下的测量。这里的被测信号特征值均指被测电压、电流的有效值(或幅值)、有功功率、无功功率、频率、相位和谐波的有效值(或幅值)等参量。

概括以上论述，电能表动态特性测试与两个因素密切相关：(1)测试激励信号的形式，即：激励信号模型；(2)电能表的系统参数，即系统模型。激励信号模型反映被测对象面临的所有可能客观条件等外部因素，反应的是被测对象的本质特性；而系统模型则反映电能表本身的固有动态特性等内部因素。电能表动态特性的测试需要合理的测试信号及其特性指标来完成。

1.3 动态负荷、冲击负荷与动态电流的概念

动态负荷特性(dynamic characteristics of load)的定义：电力负荷从电力系统吸取的有功功率和无功功率随负荷端点的电压、系统频率、以及用电时间动态变化的关系。动态负荷特性与每种类型用电设备的典型特性相关，同时亦与影响负荷功率的其他因素相关。动态负荷可分为周期性或非周期性两类，其主要特征是对功率需求不断变化，且具有很大的随机性。

冲击负荷(impact load)的定义：相对于平均负荷功率而言，短时间功率变化很大的负荷。从测量角度来看，冲击负荷的主要特征是负荷有功功率短时间内产生突然变化，其峰值可能是其平均负荷的数倍或数十倍。需要注意的是，从电力系统分析而言，经常使用冲击负荷表示电网的动态负荷，但是，从电能表动态特性测试而言，两种负荷对电能表的动态误差影响不同，有必要区别定义。

2 结束语

论述了动态电能测量相关的定义，提出了电能表动态特性测试涉及的科学问题，即：动态测试激励信号的建模、测试对象的系统建模、被测对象量值的测量与溯源方法。进而，提出了电能表动态测试激励信号建模和动态系统建模的具体要求。通过对比控制系统、测量系统、传感器的动态建模研究现状，指出电能表的系统建模属于非线性、带通、多变量输入一输出的复杂测量系统建模。同时，指出针对控制系统、传感器采用的系统建模、测试信号建模和校准方法，不适合电能表的动态特性测试。