一、背景知識(shí)

       橫河的功率分析儀除了常規(guī)電流、電壓、功率測(cè)量以外，功率積分測(cè)量消耗電力也經(jīng)常被用于光伏、風(fēng)電、家電、適配器電源的測(cè)試。

       首先簡(jiǎn)單的說(shuō)明一下功率分析儀的積分功能測(cè)量原理：

       簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，對(duì)電流進(jìn)行積分得到的是電量。例如，我們常說(shuō)某電池的容量是2000毫安時(shí)(mAh)，指的就是電池的電量：

       如果對(duì)有功功率進(jìn)行積分，得到的就是功耗或者能耗，比如某個(gè)電器耗了10度電(1度電=1千瓦時(shí)(kWh))：

       在節(jié)能減排脫碳的大背景下，低能耗將成為產(chǎn)品重要的競(jìng)爭(zhēng)力。而作為電動(dòng)汽車(chē)和儲(chǔ)能系統(tǒng)重要組成部分的動(dòng)力電池，充放電特性是其重要的性能指標(biāo)。這些都需要用到積分功能。

       對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行且功率波動(dòng)較大的用電設(shè)備，測(cè)量其功耗往往能更準(zhǔn)確直觀地反映設(shè)備的用電效率。所以高精度的積分結(jié)果對(duì)于功耗分析是非常重要的。那么如何獲得高精度的積分結(jié)果呢？

       有人認(rèn)為，功率積分很簡(jiǎn)單呀，用功率分析儀獲得的功率值乘以測(cè)量時(shí)間，再累加到一起就是功耗值了。這樣計(jì)算也不是沒(méi)有道理，但是得到的功耗值精度會(huì)比較差，尤其是功率波動(dòng)比較大的場(chǎng)景。原因如下：

       用電設(shè)備不工作時(shí)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，而功率消耗不斷變化。功率計(jì)或功率分析儀在計(jì)算交流信號(hào)的功率時(shí)，會(huì)在指定的數(shù)據(jù)更新周期內(nèi)取電壓或者電流的完整周期內(nèi)的采樣點(diǎn)去計(jì)算電壓有效值Urms、電流有效值Irms和有功功率值P等參數(shù)，如下圖中陰影部分。當(dāng)數(shù)據(jù)更新周期不是信號(hào)周期的整倍數(shù)時(shí)，整周期之外的采樣點(diǎn)就會(huì)被舍棄（即死區(qū)），不參與功率值的計(jì)算，如下圖空白部分。所以，死區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的功率波動(dòng)不會(huì)體現(xiàn)在有功功率值上。如果我們直接用有功功率值累加的方法去計(jì)算功耗，就會(huì)出現(xiàn)誤差。功率波動(dòng)越大，誤差就越大。

       橫河的WT系列功率分析儀的功率積分功能是對(duì)積分期間所有的采樣點(diǎn)進(jìn)行積分運(yùn)算，沒(méi)有死區(qū)，如下圖所示。使用這樣的功率積分值除以積分時(shí)間就可以得到非常準(zhǔn)確的平均功率值。

二、實(shí)際案例

       近來(lái)有客戶(hù)在使用WT1800E測(cè)量PC電源平均待機(jī)有功功率的時(shí)候，碰到了一個(gè)問(wèn)題。客戶(hù)反映，他們測(cè)量PC電源，不同的樣品待機(jī)功耗測(cè)量值波動(dòng)很大，同一個(gè)樣品在相同的負(fù)載和測(cè)試條件下，平均有功功率波動(dòng)也很大。通過(guò)線上的溝通，初步認(rèn)為是由于樣品本身的待機(jī)功耗不穩(wěn)定導(dǎo)致樣本的平均偏差大，與功率分析儀的設(shè)置沒(méi)有太大關(guān)系。

       到客戶(hù)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)電流、電壓、功率波動(dòng)情況，以及通過(guò)波形觀測(cè)功能查看實(shí)時(shí)波形后發(fā)現(xiàn)：電壓由于是AC電源輸出，正弦波幾乎沒(méi)有畸變非常穩(wěn)定；而電流波形夾雜了高頻分量，波形失真明顯，此外觀測(cè)到每隔1-2秒就會(huì)出現(xiàn)兩三個(gè)周期電流波形突變，突變波形的峰值是正常波形的2-3倍，此時(shí)對(duì)應(yīng)的電流有效值與有功功率也會(huì)隨之遍大，出現(xiàn)明顯的跳變；由于采用的是自動(dòng)量程，電流量程會(huì)在 100mA與200mA之間跳動(dòng)。通過(guò)以上的觀測(cè)結(jié)果，結(jié)合之前工程師反映的平均有功功率偏差大的問(wèn)題有了一個(gè)大概的推測(cè)。基本是積分量程自動(dòng)功能方面的問(wèn)題。

三、什么是積分量程自動(dòng)功能？

       橫河功率分析儀WT300E、WT1800E和WT5000還有一個(gè)非常實(shí)用的功能，就是積分測(cè)量時(shí)的自動(dòng)量程，從而實(shí)現(xiàn)寬量程應(yīng)用的高精度測(cè)量。

       下面就以WT1800E的積分量程自動(dòng)功能為例說(shuō)明測(cè)量原理：

（1）自動(dòng)量程功能與量程跳過(guò)

       在啟用自動(dòng)量程功能時(shí)如果開(kāi)始積分，則會(huì)在啟用自動(dòng)量程功能的情況下進(jìn)行積分。這種狀態(tài)稱(chēng)之為積分自動(dòng)量程。

（2）當(dāng)啟用自動(dòng)量程功能時(shí)

       電壓和電流的測(cè)量量程將根據(jù)輸入信號(hào)的大小自動(dòng)切換。自動(dòng)量程功能切換量程時(shí)的數(shù)據(jù)校正。 當(dāng)通過(guò)自動(dòng)量程功能切換量程時(shí)，不會(huì)進(jìn)行測(cè)量。在確定測(cè)量量程之后，未進(jìn)行測(cè)量時(shí)間段的初始測(cè)量數(shù)據(jù)將被添加到積分值。當(dāng)對(duì)不適用于量程升檔或降檔的單元切換量程時(shí)，也不進(jìn)行測(cè)量。此前剛測(cè)量的功率或電流值被添加到積分值。

（3）量程升檔時(shí)

       每次量程升檔時(shí)，在測(cè)量量程確定之后測(cè)量的首批數(shù)據(jù)項(xiàng)中，其中三個(gè)會(huì)在滿(mǎn)足量程升檔條件之前添加到積分值。

（4）量程降檔時(shí)

       每次量程降檔時(shí)，在測(cè)量量程確定之后測(cè)量的首批數(shù)據(jù)項(xiàng)中，其中兩個(gè)會(huì)在滿(mǎn)足量程降檔條件之前添加到積分值。

       通過(guò)前面的說(shuō)明可以知道：積分量程跳轉(zhuǎn)的間隔，沒(méi)有測(cè)量值，而積分累加的數(shù)值是由量程變化后的初始組測(cè)量值進(jìn)行填充。這里就會(huì)出現(xiàn)兩種情況，如果被測(cè)樣品的功率值波動(dòng)較小或線性波動(dòng)，那么填充的值與實(shí)際測(cè)量值相差較小，測(cè)量結(jié)果也會(huì)相對(duì)穩(wěn)定。但是當(dāng)電流或功率波動(dòng)較大，且波動(dòng)周期不固定，那么量程跳變后填充的數(shù)值與實(shí)際測(cè)量值就會(huì)有很大的偏差，從而導(dǎo)致測(cè)量樣本的偏差大，測(cè)試結(jié)果不理想。上述案例的測(cè)量樣本就屬于第二種情況，電流的非周期性突變，導(dǎo)致量程、電流、功率跳變，量程跳變后填充的測(cè)量值并不符合實(shí)際的工況，就導(dǎo)致了產(chǎn)品待機(jī)功率測(cè)量結(jié)果偏差。

四、解決方法

       我們可以通過(guò)以下幾種方法避免或減少由于電流突變引起的積分測(cè)量誤差：

1、首先，簡(jiǎn)單也是有效的就是使用固定量程，那么就不會(huì)出現(xiàn)由于量程跳變導(dǎo)致的問(wèn)題。當(dāng)然固定量程也會(huì)引入更大的量程誤差，但相對(duì)于產(chǎn)品波動(dòng)來(lái)說(shuō)，增加的量程誤差還是比較小的。

2、此外，WT1800E具有峰值因數(shù)CF6A的功能，該功能可以非常有效的應(yīng)對(duì)由于電流波形畸變引起的量程跳變，即使使用自動(dòng)量程也能保證大部分情況下量程不會(huì)頻繁跳轉(zhuǎn)。

3、另外，針對(duì)這種情況，我們建議您選擇較短的數(shù)據(jù)更新周期，以便在使用自動(dòng)量程時(shí)以更高的精度測(cè)量積分。