[发明专利]正弦无功功率校准系统

说明书

技术领域

本发明属于电工仪器仪表行业无功功率电能校准系统领域，更具体地涉及电气自动化测量、计算机通讯等技术领域，提供了一种正弦无功功率校准系统。

背景技术

伴随着电力工业的发展，对无功功率的评价、计量越来越重要。迄今为止国内尚未建立无功计量标准。由于量值不统一，给基层单位的电力生产、运行、管理、计量造成了不同程度的影响。正弦无功功率校准系统，采用电流比较仪式功率桥技术进行无功测量功能的研发，解决了高等级多功能标准表的无功功率、电能的准确测量。对于统一无功量值、依法有序管理，建立了基础技术平台。

发明内容

为解决高等级无功标准表的准确溯源问题，本发明提供了一种基于电流比较仪功率桥的正弦无功功率校准系统，按照经典的无功功率定义，复现正弦无功功率基本量值，填补了国内无功量值标准及其传递工作的空白。

所采用的技术方案为：

一种正弦无功功率校准系统，包括：高准确度电压源、交直流热电比较仪、功率比较仪电桥、正交电流源、跨导放大器、电流互感器、检测放大器和分压器；该校准系统的工作电压由高准确度电压源经分压器分压后产生，通过交直流热电比较仪和直流电压源来跟踪并补偿工作电压的漂移变化，确保准确性；该工作电压施加在正交电流源上产生同相电流Ir和正交电流Ic，同相电流Ir和正交电流Ic分别输入功率比较仪电桥的Nr、Nc绕组端，所述Nr、Nc绕组端的匝数是根据测试点的相位计算得到的；流经被检表的电流经跨导放大器、电流互感器变换后连接到功率比较仪电桥的Nx端，与功率比较仪电桥的Nr、Nc绕组端输入的标准同相电流Ir和正交电流Ic进行比较，其不平衡电流返回检测放大器，检测放大器根据不平衡电流不断调整输入到跨导放大器的电压，反复循环，至功率比较仪电桥平衡。

该校准系统的工作过程通过计算机进行控制。

对于DC100V电压的校准过程为：直流电压源输出的DC100V电压经分压器分压为10V，该10V电压通过高准确度的数字多用表与固态电压标准进行比较，该固态电压标准溯源到直流电压工作基准上，计算得到该10V电压的实际值，再乘以分压系数便得到DC100V的实际值，以此来调整直流电压源的设置值，使其输出一个准确的DC100V电压。

对于交流电压的校准过程为：交流电压由高稳定度的标准电压源产生，通过电流比较仪式高压分压器分压成100V输入系统，将这个AC 100V电压与准确的DC 100V电压分别接入交直流转换标准器的两个输入通道，通过交直流转换标准将系统的工作电压溯源到直流电压上以保证测量的准确度。

电流比较仪的自动平衡过程为：100V交流电压输入系统，在正交电流源内部标准电阻和标准电容上产生10mA同相电流I_R和正交电流Ic，I_R和Ic分别输入电流比较仪式功率桥的N_R、Nc端，检测放大器根据测试点的相位和电流大小，计算产生与AC REF间存在一定相位，且大小合适的电压驱动跨导放大器，产生电流，这个电流值与输出到被检表的电流存在一定比例关系；精密电流互感器包括两级，其中第一级互感器将跨导放大器输出的电流比例变化后输出到被检表，另一级互感器将输出的电流变换到1A以内，连接到电流比较仪的Nx端，与N_R、Nc端输入的标准电流I_R，Ic进行比较，检测绕组N_D检测到的不平衡电流返回检测放大器，检测放大器根据不平衡电流大小不断调整输入到跨导放大器的电压，从而不断改变被检表中的电流，循环往复，直到电流比较仪平衡，最终，在电流比较仪的自动平衡和反馈回路的作用下，实现被测电流自动跟踪电压。

本发明技术方案的优点是：

1、电流比较仪技术的应用在本系统中通过电流比较仪式功率桥来实现被测电流跟踪交流电压；在正交电流源中，借助于电流比较仪原理的电容桥结构，大容量值工作电容器可以直接和低损耗、稳定性好的小容量标准空气电容进行比较，从而获得校准。通过电流比较仪可以实现对工作电容的动态补偿，使其性能指标大大改善，从而得到纯正、稳定的正交电流。

2、宽量程设置正弦无功功率/电能校准系统的电压、电流量程设置，覆盖了目前国内使用的各种类型标准表的量程范围，其中，电压测量范围：57V-480V；电流测量范围：0.1A-100A；功率因数：0(L)～1.0～0(C)；既保证了在基本量程上得到最高的准确度和稳定性，同时也兼顾到宽范围测量，可以满足实验室和现场测量的不同需求。