一、背景知識

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

       首先簡單的說明一下功率分析儀的積分功能測量原理：

       簡單來說，對電流進(jìn)行積分得到的是電量。例如，我們常說某電池的容量是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)品重要的競爭力。而作為電動汽車和儲能系統(tǒng)重要組成部分的動力電池，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。

       對于長時(shí)間運(yùn)行且功率波動較大的用電設(shè)備，測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，功率積分很簡單呀，用功率分析儀獲得的功率值乘以測量時(shí)間，再累加到一起就是功耗值了。這樣計(jì)算也不是沒有道理，但是得到的功耗值精度會比較差，尤其是功率波動比較大的場景。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)算交流信號的功率時(shí)，會在指定的數(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)更新周期不是信號周期的整倍數(shù)時(shí)，整周期之外的采樣點(diǎn)就會被舍棄（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)的功率波動不會體現(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，就會出現(xiàn)誤差。功率波動越大，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積分期間所有的采樣點(diǎn)進(jìn)行積分運(yùn)算，沒有死區(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

       近來有客戶在使用WT1800E測量PC電源平均待機(jī)有功功率的時(shí)候，碰到了一個(gè)問題?？蛻舴从?，他們測量PC電源，不同的樣品待機(jī)功耗測量值波動很大，同一個(gè)樣品在相同的負(fù)載和測試條件下，平均有功功率波動也很大。通過線上的溝通，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)置沒有太大關(guān)系。

       到客戶測試現(xiàn)場實(shí)際觀測電流、電壓、功率波動情況，以及通過波形觀測功能查看實(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，此外觀測到每隔1-2秒就會出現(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)對應(yīng)的電流有效值與有功功率也會隨之遍大，出現(xiàn)明顯的跳變；由于采用的是自動量程，電流量程會在 100mA與200mA之間跳動。通過以上的觀測結(jié)果，結(jié)合之前工程師反映的平均有功功率偏差大的問題有了一個(gè)大概的推測?；臼欠e分量程自動功能方面的問題。

三、什么是積分量程自動功能？

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

       下面就以WT1800E的積分量程自動功能為例說明測量原理：

（1）自動量程功能與量程跳過

       在啟用自動量程功能時(shí)如果開始積分，則會在啟用自動量程功能的情況下進(jìn)行積分。這種狀態(tài)稱之為積分自動量程。

（2）當(dāng)啟用自動量程功能時(shí)

       電壓和電流的測量量程將根據(jù)輸入信號的大小自動切換。自動量程功能切換量程時(shí)的數(shù)據(jù)校正。 當(dāng)通過自動量程功能切換量程時(shí)，不會進(jìn)行測量。在確定測量量程之后，未進(jìn)行測量時(shí)間段的初始測量數(shù)據(jù)將被添加到積分值。當(dāng)對不適用于量程升檔或降檔的單元切換量程時(shí)，也不進(jìn)行測量。此前剛測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)，在測量量程確定之后測量的首批數(shù)據(jù)項(xiàng)中，其中三個(gè)會在滿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)，在測量量程確定之后測量的首批數(shù)據(jù)項(xiàng)中，其中兩個(gè)會在滿足量程降檔條件之前添加到積分值。

       通過前面的說明可以知道：積分量程跳轉(zhuǎn)的間隔，沒有測量值，而積分累加的數(shù)值是由量程變化后的初始組測量值進(jìn)行填充。這里就會出現(xiàn)兩種情況，如果被測樣品的功率值波動較小或線性波動，那么填充的值與實(shí)際測量值相差較小，測量結(jié)果也會相對穩(wěn)定。但是當(dāng)電流或功率波動較大，且波動周期不固定，那么量程跳變后填充的數(shù)值與實(shí)際測量值就會有很大的偏差，從而導(dǎo)致測量樣本的偏差大，測試結(jié)果不理想。上述案例的測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)功率測量結(jié)果偏差。

四、解決方法

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

1、首先，簡單也是有效的就是使用固定量程，那么就不會出現(xiàn)由于量程跳變導(dǎo)致的問題。當(dāng)然固定量程也會引入更大的量程誤差，但相對于產(chǎn)品波動來說，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)對由于電流波形畸變引起的量程跳變，即使使用自動量程也能保證大部分情況下量程不會頻繁跳轉(zhuǎn)。

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