1單相智能電能表設(shè)計(jì)方案多目標(biāo)穩(wěn)健性評(píng)價(jià)通則本文件規(guī)定了針對(duì)單相智能電能表設(shè)計(jì)方案開展多目標(biāo)穩(wěn)健性評(píng)價(jià)的對(duì)象、流程和方法。本文件適用于基于仿真模型的單相智能電能表設(shè)計(jì)方案多目標(biāo)穩(wěn)健性評(píng)價(jià)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文件中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。DL/T1490-2015智能電能表功能規(guī)范3術(shù)語和定義DL/T1490-2015界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1干擾因素interferencefactor在產(chǎn)品生產(chǎn)、存儲(chǔ)和使用過程中，引起產(chǎn)品質(zhì)量特性波動(dòng)的外界因素。注：干擾因素可能來自相同工藝不同批次產(chǎn)品間、同一批次不同產(chǎn)品間制造工藝、環(huán)境等。3.2質(zhì)量一致性qualityconsistency表征產(chǎn)品質(zhì)量特性波動(dòng)幅度的綜合指標(biāo)，用標(biāo)準(zhǔn)偏差值表示。3.3多目標(biāo)穩(wěn)健性評(píng)價(jià)robustnessevaluation在環(huán)境溫度、磁場等干擾因素影響下對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行質(zhì)量一致性評(píng)價(jià)的活動(dòng)。4評(píng)價(jià)對(duì)象及干擾因素4.1評(píng)價(jià)對(duì)象單相智能電能表設(shè)計(jì)方案多目標(biāo)穩(wěn)健性評(píng)價(jià)應(yīng)包含但不限于如下對(duì)象：a)計(jì)量單元；b)控制單元；2c)電源單元。4.2干擾因素單相智能電能表設(shè)計(jì)方案多目標(biāo)穩(wěn)健性評(píng)價(jià)應(yīng)包含但不限于如下干擾因素：a)環(huán)境溫度；b)工頻磁場；c)恒定磁場。5評(píng)價(jià)流程 圖1單相智能電能表硬件部分設(shè)計(jì)方案多目標(biāo)穩(wěn)健性評(píng)價(jià)流程6評(píng)價(jià)方法6.1信息收集所需信息見表1。表1單相智能電能表設(shè)計(jì)方案多目標(biāo)穩(wěn)健性評(píng)價(jià)所需信息123按照如下步驟建立仿真模型：a)分析單相智能電能表評(píng)價(jià)對(duì)象的工作原理及組成結(jié)構(gòu)；b)根據(jù)所評(píng)價(jià)對(duì)象，確定適合的仿真工具，建立仿真模型，參見附錄A；c)測試、驗(yàn)證與修正仿真模型；d)若需大量計(jì)算，可建立快速計(jì)算模型，基本流程見圖2。圖2快速計(jì)算基本流程6.3質(zhì)量特性分析6.3.1概述按照收集到的信息確定仿真模型中評(píng)價(jià)對(duì)象設(shè)計(jì)允許偏差范圍。用于質(zhì)量特性分析的虛擬樣本數(shù)量每批次應(yīng)不少于1000只。6.3.2溫度影響下計(jì)量誤差分析基于單相智能電能表計(jì)量單元仿真模型，在計(jì)量單元各參數(shù)公差范圍內(nèi)建立虛擬樣本（可采用正態(tài)分布在參比頻率、參比電流和參比電壓條件下，在產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)每間隔10℃,仿真得到每批次單相智能電能表的計(jì)量誤差分布。6.3.3工頻磁場影響下計(jì)量誤差分析基于單相智能電能表計(jì)量單元仿真模型，在計(jì)量單元各參數(shù)公差范圍內(nèi)建立虛擬樣本（可采用正態(tài)分布在參比頻率、參比電壓條件下，各方向施加規(guī)范規(guī)定的工頻磁場強(qiáng)度（如0.5mT仿真得到無負(fù)載電流、Itr下每批次單相智能電能表的計(jì)量誤差分布。6.3.4溫度影響下控制單元質(zhì)量特性分析基于單相智能電能表控制單元仿真模型，在控制單元各參數(shù)公差范圍內(nèi)建立虛擬樣本（可采用正態(tài)4分布在參比頻率、參比電壓、參比電流條件下，在產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)每間隔10℃,仿真得到每批次單相智能電能表的負(fù)荷開關(guān)動(dòng)作時(shí)間分布。6.3.5恒定磁場影響下控制單元質(zhì)量特性分析基于單相智能電能表控制單元仿真模型，在控制單元各參數(shù)公差范圍內(nèi)建立虛擬樣本（可采用正態(tài)分布在參比頻率、參比電壓、參比電流條件下，各方向施加規(guī)范規(guī)定的恒定磁場（如200mT仿真得到每批次單相智能電能表的負(fù)荷開關(guān)分閘時(shí)間分布及合閘時(shí)間分布。6.3.6溫度影響下電源單元質(zhì)量特性分析基于單相智能電能表整機(jī)熱仿真模型及電源單元仿真模型，在電源單元各參數(shù)公差范圍內(nèi)建立虛擬樣本（可采用正態(tài)分布電壓分別選取參比電壓、1.25倍參比電壓，電流分別選取10Itr、50%Imax、Imax、1.2Imax，在產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)每間隔10℃,仿真得到每批次單相智能電能表誤保護(hù)概率。6.4.1單一對(duì)象穩(wěn)健性計(jì)算根據(jù)6.3得到的質(zhì)量特性分布，應(yīng)用式（1）計(jì)算單一對(duì)象穩(wěn)健性標(biāo)準(zhǔn)偏差值s(Y)。（1）參見附錄C。5仿真軟件對(duì)于溫度場、磁場等結(jié)構(gòu)場的仿真，推薦采6（資料性）單相智能電能表單一對(duì)象穩(wěn)健性評(píng)價(jià)示例以某款2級(jí)單相智能電能表在溫度影響下的計(jì)量誤差評(píng)價(jià)為例，收集產(chǎn)品設(shè)計(jì)文件和生產(chǎn)工藝文件，梳理計(jì)量原理，確定各類元器件的公差范圍。測量計(jì)量芯片參考電壓、150KΩ分壓電阻、680Ω采樣電阻的溫度系數(shù)；溫度（-40～70）℃在計(jì)量芯片參考電壓Uref、150KΩ分壓電阻R150KΩ及680Ω采樣電阻R680Ω隨溫度的變化情況并擬合曲線得到：k150kΩ=-15.713/148.9k=-105.56×10-6oC-1k680Ω=3.8037×10-2/679.7=55.96×10-6oC-1T——測量溫度；k150KΩ——150KΩ分壓電阻的溫度系數(shù)；k680Ω——680Ω采樣電阻的溫度系數(shù)。B.2建立仿真模型B.2.1分析單相智能電能表工作原理及各單元組成結(jié)構(gòu)單相智能電能表計(jì)量單元由電阻分壓網(wǎng)絡(luò)、錳銅采樣回路、計(jì)量芯片三部分組成，其中電阻分壓網(wǎng)絡(luò)用于獲取電壓信號(hào)，錳銅采樣回路用于獲取電流信號(hào)，計(jì)量芯片主要用于功率計(jì)算、電能量計(jì)算、輸出脈沖信號(hào)。B.2.2確定適合的仿真工具，建立仿真模型選擇MATLAB/Simulink建立計(jì)量單元仿真模型。計(jì)量單元各組成部分及整體仿真模型建立方法如a)建立計(jì)量芯片仿真模型:1）根據(jù)計(jì)量芯片的工作原理，在模型內(nèi)集成相應(yīng)的數(shù)字放大模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、高低通濾波器、相位補(bǔ)償器和數(shù)字乘法器；2）根據(jù)芯片數(shù)據(jù)手冊配置相關(guān)參數(shù)：電壓放大倍數(shù)KU，火線電流放大倍數(shù)KL，零線電流放大倍數(shù)KZ。計(jì)量芯片仿真模型見圖B.1。7b)建立電阻分壓網(wǎng)絡(luò)模型：1）根據(jù)電阻分壓采樣電路原理圖，使用建立的可變電阻模型，參考電壓模型和隨機(jī)數(shù)模塊，搭建仿真模型；2）考慮分壓電阻容差的影響，建立隨機(jī)數(shù)模塊，與可變電阻模型上的不確定因素端口連接，以表示容差。分壓電阻網(wǎng)絡(luò)仿真模型見圖B.2。c）建立錳銅采樣回路模型：1)根據(jù)錳銅采樣回路建立模型，將參考電壓溫度模型集成在錳銅分流采樣回路仿真模型2)采用不確定因素端口連接隨機(jī)數(shù)模塊，并在一定范圍內(nèi)模擬電阻容差。錳銅采樣回路仿真模型見圖B.3。8圖B.3錳銅采樣器仿真模型示例d）建立計(jì)量單元整體模型：1）用交流電壓源和交流電流源模擬電網(wǎng)電壓和電流；子系統(tǒng)current為錳銅分流采樣器模型，voltage為電阻分壓采樣電路模型，calculate為計(jì)量芯片模型。輸出電能值可以通過Display模塊顯示，Display1為電能計(jì)量值，Display2為電能理論值；2）ToWorkspace模塊可以將仿真電能值記錄在MATLAB工作區(qū)中，以方便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。計(jì)量單元整體仿真模型見圖B.4。B.2.3若需大量計(jì)算，可建立快速計(jì)算模型計(jì)量單元MATLAB/Simulink仿真計(jì)算較快，可不需要快速計(jì)算模型。B.2.4測試、驗(yàn)證與修正仿真模型對(duì)比計(jì)量單元仿真電能計(jì)量結(jié)果與實(shí)測結(jié)果，驗(yàn)證仿真模型的準(zhǔn)確性。可依據(jù)實(shí)測結(jié)果對(duì)仿真模型進(jìn)行修正。B.3質(zhì)量特性分析9計(jì)算-40℃~70℃溫度條件下的各元器件參數(shù)。通過收集到的工藝信息中各關(guān)鍵參數(shù)的公差限確定虛擬樣本容差范圍，每種溫度條件，采用蒙特卡洛試驗(yàn)方法，仿真生成1000組虛擬樣本的誤差值。為不同溫度下計(jì)量誤差均值，s(y)為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)差。