一、简介

HDBZ三相程控精密测试电源是基于1.2G MAC的DSP、大规模的FPGA、高速高精度的DA以及高保真功率放大器构成的新一代高精度标准功率源。适用于电力系统的电测、热工、远动、调度等需要测量、检验及高精度标准信号源的电力部门和企业，也适用于其它需要高精度标准信号源进行测量、检验的场合。

HDBZ可以输出工频（40Hz～65Hz）频率、相位及幅度可调的高精度电压电流，是非常高精度的可调电压电流标准源。

HDBZ可以输出非常纯净的正弦电压电流，其失真度不超过0.1％。HDBZ的电压电流输出有着非常高的输出稳定度，典型值为0.03％RD。因此其非常适合用于需要高精度检验校准的工作场合，比如计量部门对于各种电压、电流、功率等电参数表计的检测。

HDBZ三相程控精密测试电源可以准确输出2～22次谐波，各次谐波可以任意组合叠加在一起同时输出，但是输出谐波时总的谐波含有率之和不要超出下表所出的限制。

HDBZ三相程控精密测试电源在输出谐波时带载能力将会减小一半，为了保证可靠准确的谐波输出，请确保负载不超过额定值的二分之一。尤其是电压输出，因为电压输出经常是要作为被检装置的电源来使用的，其上的功耗会较大。

表1 2～22次谐波输出含有率

1)---此公式用来计算最后一个档位的谐波输出含有率的最大值，电流最后一个档位的最大谐波含有率随着基波电流的增加而减小，比如最大电流档位为10A，输出10A的基波电流时可以在上面叠加（100/10）％＝10％的谐波。

表2 23～50次谐波输出含有率

9、带容性负载能力

标准源的电压输出经常也是仪器或各种仪表的供电来源，因此其负载可能有容性部分，比如各种滤波电容。HDBZ负载的电容最大值如下表，超出表中所列可能会引起输出自激振荡而导致输出保护。

10、体积和重量

HDBZ三相程控精密测试电源

体积：421mm×380mm×160mm（长×宽×高）；

重量：≤18kg。

11、环境条件

工作温度：0℃～40℃；

相对湿度：≤85%；

储存条件：－30℃～60℃。

四、主要功能

1、交流标准源输出

可以输出三相工频（40Hz～65Hz）频率、相位及幅度可调高精度电压电流，方便电力工作者研发、检定。

2、变送器检定

用于电压、电流、功率检定。

3、通讯功能

用于和PC以及其他的主控模块通讯，通讯协议为 《HDBZ程控电源接口协议》。

4、电能校验功能 (选项)

对于配有IO扩展的标准源，可以用来校验电能脉冲输入。

5、分相频率输出

本装置的A、B相频率和C相频率可以独立输出，方便需要两个频率的用户，比如电力保护中的检同期装置。

6、用户自定义功能

用户可以自定义各种函数输出，但要求函数是不含有直流分量的。

7、二次开发

用户可以根据《HDBZ程控电源接口协议》通过通讯口开发出自己需要的各种功能。

8、组态软件

配有组态软件，可以利用个人电脑方便各种复杂波形的输出。

9、当地功能

配有320*240 液晶和24个按键以及旋转编码器，方便当地操作。

10、 告警功能

当功率源发生异常时，比如输出过载或者发生电压短路或者电流开路时功率源可以自动保护切断出现异常的输出相，并在液晶显示上面提示相应的信息，使用者应当确认并排除可能的故障，然后重新输出。

告警信息表

HDBZ三相程控精密测试电源协议总体架构

1.1、适用范围

本协议规定了数据采集和控制单元（以下简称数据单元）与通信单元之间进行数据传输的帧格

式、链路层传输规则、应用数据结构、应用功能和报文格式。

本协议在通信信道方面适用于点对点，一点对多点的通信方式，适用于通信单元对数据单元执行主从问答方式以及数据单元主动上传方式的通信。

本协议适用RS232异步通信方式，波特率38400bps，8位数据，1个停止位，无效验。

1.2、帧格式

1.3、 帧格式说明

1.3.1、帧头:0x68

1.3.2、帧尾:0x16

1.3.3、长度

两个重复的长度Len必须一致，否则，此帧为无效帧；长度Len是从帧头到帧尾（包

括帧头和帧尾）的字节数的总和；长度Len不能大于255字节。

1.3.4、地址域

接收方设备的地址。通信单元地址编号为0x80；数据单元地址编号可以是0到0x7F的任意一个，对于多个数据单元则编号不得重复。

1.3.4、命令域

=0x91: 高精度读

=0x92: 高精度写

=0x03: 启动（源输出）

=0x04: 停止 (源停止)

=0x05：告警 (由数据单元主动上报)

=0x11 幅度校准

=0x12 相位校准

= 0X14 模块信息读

= 0X15 模块信息写

=0X16 谐波读

=0X17 谐波写

=0X18 谐波启动

=0X19 谐波停止

=0X26 超集谐波读

=0X27 超集谐波写

=0X28 超集谐波启动

=0X29 超集谐波停止

=0X36 超集谐波读

=0X37 超集超集谐波写

=0X38 超集超集谐波启动

=0X39 超集超集谐波停止

=0x20 厂家信息

=0x21 设备加密

=0x22 读设备ID

=0x10：确认回答

=0x80: 否定回答

=0x55: 软件下载

1.3.5、数据域

二、特点

、可以输出纯净的，失真度在0.1％（典型值）的正弦功率信号。

2、可以在基波上叠加各次谐波输出。

3、频率输出从40Hz～65Hz任意可调，分辨率0.005Hz，准确度0.005Hz。

4、A、B相为一个频率基准，C相是一个单独的频率基准，因此可以分相变频。

5、相位0～360度任意可调，可以方便模拟各种供电情况，甚至反送电的情形。

6、强劲的带载能力，可以带容性、感性、阻性负载或者复合类型负载，且负载调整

率优于0.03％RG。

7、的温度稳定性，核心器件为温度系数小至1PPM的军工级产品，可以在室外的温度环境下保证输出的精度。

8、采用32位MCU+DSP处理器，功能强大灵活。

9、工频每周波高达50000点的波形捏合，内部信号输出无需滤波器进行平滑滤波，保证了波形的精确输出，使得系统可以输出精确的谐波，也使系统拥有的谐波失真度指标。

10、可通过一个RS232方便和PC相连，拓展其他功能。

11、完善的过流、过压、过热、短路、开路、过载保护。

12、硬件PID，响应极快，负载的改变不会引起输出的丝毫波动。

13、320*240液晶显示，中文界面，操作简单。

14、开放通讯协议，方便二次开发（RTU/FTU/用电管理终端/公变计量终端的出 厂自动检定）。

15、可带纯容性负载。

16、结合PC软件可以检验电能表

1.3.6、校验和

从地址域（包括地址域）到数据域最后一个字节之间的所有数据的8位累加和(模256)。

2、报文应用及数据结构

2.1 ，高精度读

下行帧格式（现在只有一个DSP模块 接收设备地址位0）

上行正确应答帧

单位：电压V,电流A,频率Hz,相位,0 （度）

上行否定应答帧

2.2、高精度写

单位：电压V,电流A,频率Hz,相位,0 （度）

上行正确应答帧

上行否定应答帧

2.3启动

下行帧格式

三、主要技术指标

1、交流电压输出

调节细度：0.05%RG

准确度：优于±0.1%RG

稳定度：优于±0.03%RG/1min

失真度：优于0.1%（非容性负载）

输出功率：额定每相15VA

满负载调整率：小于±0.03%RG

满负载调整时间：小于1mS

输出范围：0V～420V

档位设置：0V～140V、140V～280V、280V～420V，自动档位切换

温度漂移：±15PPM/℃

长期稳定性：±100PPM/年

2、交流电流输出

调节细度：0.05%RG

准确度：优于±0.1%RG

稳定度：优于±0.03% RG /1min

失真度：优于0.1%（非容性负载）

输出功率：额定每相15VA

满负载调整率：小于±0.03%RG

满负载调整时间：小于1ms

输出范围：0A、1mA～10A（20A）

档位设置：0A～0.2A、0.2A～1A、1A～5A、5A～10A，自动档位切换

（可定制：0～1A、1A～5A、5A～10A、10A～20A，自动档位切换）

温度漂移：±15PPM/℃

长期稳定性：±100PPM/年

3、功率输

准确度： 优于0.1%RG

稳定度： 优于0.03%/1min。

4、相位

调节范围：0～359.99度

分辨率：0.02度

准确度：±0.05度

5、频率

调节范围：40Hz～65Hz

分辨率：0.005Hz

准确度：±0.005Hz

温度漂移：±1PPM/℃

长期稳定性：±4PPM/年

6、功率因素

调节范围：-1～0～+1；

分辨率：0.0005；

准确度：0.001。

8、谐波输出

上行帧格式

确认帧(参照写命令)

否定帧(参照写命令)

2.4停止

下行帧格式(参照启动命令)

上行帧格式(参照启动命令)

2.5告警（采用主动上报方式）

上行帧格式

下行帧格式

确认帧参照启动命令）

否定帧参照启动命令）

2.6谐波读

下行帧格式（现在只有一个DSP模块 接收设备地址位0）

上行正确应答帧

上行帧格式

确认帧(参照写命令)

否定帧(参照写命令)

2.7谐波写

下行帧格式

2.8谐波启动

下行帧格式

上行帧格式

确认帧(参照写命令)

否定帧(参照写命令)

2.9谐波停止

下行帧格式

上行帧格式

确认帧(参照写命令)

否定帧(参照写命令)

2.10告警解除

下行帧格式

上行帧格式

确认帧参照启动命令）

否定帧参照启动命令）

说明当装置振荡告警时候发出告警解除命令，恢复功率放大器供电。

2.11读设备ID

=0x22 设备ID

上行正确应答帧

2．12 超集谐波读

参照谐波读命令，把谐波次数更改为129次

2．13超集谐波写

参照谐写读命令，把谐波次数更改为129次

2．14 超集谐波启动

参照谐波启动

2．15超集谐波停止

参照谐波停止

2．16超集谐波读

参照谐波读命令，把谐波次数更改为513次

2．17超超集谐波写

参照谐波读命令，把谐波次数更改为513次

2．18超超集谐波启动

参照谐波启动

2．19超超集谐波停止

参照谐波停止

1、附录A:高精度读写数据项标识别

所有的的项目都用四个字节表示,其中档位和启动，停止，接线方式是DWORD类型其他的全部是浮点类型。

备注

1) 读，写命令中实际上已经包含了启动和停止命令，不要通过

写命令来启动和停止。读命令可以读出源的各相当前的输出状态。

在数据标识中对启动和停止项读出的是当前的状态

1：源处于输出状态 0：源处于断开状态

2) 报文中的数据项全部都是十六进制格式,假如没有0x标识

就是用十进制表示十六进制，而不是BCD码格式了

3) 直流电压幅度(数据标识16)只有电压幅度没有相位和频率

应用举列：

调节A相的电压和相位

2、附录B:S值计算方法

S值计算方法

其中：1一一依据采样次数计算（JJG307-1988附录4）：N=采样次数

2一一依据取样间隔计算。（简易峰一峰值法）T=取样间隔，即计算一次稳定度时间

3一一JJG597一2005，依据取样间隔计算

4一一JJG597一2005，依据取样间隔计算

（一）算法1（JJG307一1988附录4）；N=采样次数（公式与597一89同）(%)

式中：Po一一当COSΦ等于给定值时调的起始功率

Pm一一当COSΦ=1时的计算功率

Pi一一第i次测量的功率读数（i=1,2,3…n）

一一n次功率读数的平均值；

n一一重复读取功率次数

t一置信系数=2.58

（二）算法2（简易峰-峰值法T=取样间隔，即计算一次稳定度时间，DL/T460-2005）r=100(%)

式中：P一一功率最大值

P一一功率最小值

Po一一功率平均值

（三）算法3（JJG597-2005,测试时间至少2min，取样时间1S~1.5S）；

r（%）=（%）

式中：P一一第I次测量的功率读数（i=1，2，3…n）；

一一n次功率读数的平均值；

n一一测量次数。

（四）算法4（JJG597-2005, 测试时间至少2min，取样时间1S~1.5S）

r=100(%)

式中：P一一功率最大值

P一一功率最小值

Po一一功率平均值

3、附录C:校准原理

HDBZ系列功率源的长期稳定性是非常优秀的，出厂时已经使用高精度测量仪表进行精心校准了。如果经过长时间的运行发现精度有偏离，而如果用户对于精度的要求又非常苛刻的话那么可以对功率源进行软件校准，要校准功率源，用户必须要有高精度的测量仪表（0.02级以上），或者送到部门进行校准。如非必要，我们不建议用户自己进行校准，因为校准过程相对复杂，很容易因为操作错误而导致功率源输出不准。

i.校准原理

1、幅度单折率校准原理

设设定值为Set(t),输出值为Out(t),标准表的测量值为 Real(t)，

原校准系数为 K1,

现在校准系数为: K2

则有

Out(t) = K1 * Set(t)

K2 = Out(t) / Real(t);

= Set(t) * K1 / Real(t); (1-2)

如此经过反复多次的校准，最终 K1 == K2;

2、相位单折量校准原理

设设定值为Set(t),输出值为Out(t),标准表的测量值为 Real(t)，

原校准系数为 Q1,

现在校准系数为: Q2,

则有

Out(t) = Set(t+Q1) (2-1)

Q2 = Out(t) / Real(t); (2-2)

= Set(t+Q1) / Real(t);

如此经过反复多次的校准，最终 Q1 == Q2;

3、 幅度多折率校准原理

多折率校准

设输出值为 Y(t)

设定值为X(t)

标准表的读数为R(t)

原校准系数为 Ki (i=[1,17])

新计算校准系数为 NKi (i=[1,17])

源输出时根据不同设定的段ΔXi,利用该设定段的Ki计算出每个设定段 ΔYi，

累加输出

其中 n 为输出值Y(t)对应的最后的Ki

当n=1时候公式可以简化为

校准系数NKi;输出时根据不同的设定点输出Y(t)值，设

校验点i>=2;//当i=1时参照单折率校准

NKi = (Yi-Yi-1)/(Ri-Ri-1); (3-3)

假设上个Xi-1已经校验准确了，则有Ri-1 = Yi-1;

把式 3-3重写

为

NKi = (Yi-Yi-1)/(Ri-Yi-1); (3-4)

把式3-1代入 式 3-4

NKi = (Yi-Yi-1)/(Ri-Yi-1)

由式(3-5)可知NKi和所有的低于i的历史校准点有关，所以校准至少要进行两次以上，经过多次校准后 NKi = Ki;

…

备注: Xi的值可以根据需要任意设定为任意值，比如 0.05%Un, 0.5%Un,

5%Un, 10%Un, 20%Un, 30%Un, 40%Un, 50%Un, 60%Un, 70%Un,…

4、相位多折率校准原理

相位的多折率和单折率校准相差不多,只是不同的段使用不同的校准参数而已和其他的段无关。只要把单折率校准的分成很多段既可。

ii.幅度校准方法

幅度校准比较简单：

首先要保证电脑与功率源已经连接上,打开校准软件如下图1-1所示：

配制好通讯口和波特率。

点击模块信息按钮:就进入模块信息界面,然后点击读模块信息,看到模块信息都是正确的配制,配制如下图1-2所示：说明电脑与功率源已经连接上，(注:一定要点读模块信息,否则不能完成校准)。

因为校准必须针对源输出的每相和每个档位进行，而高档位的输出范围里面包含低档位的输出范围，所以要保证功率源处于手动换挡状态这样才能保证功率源的输出不会因为输出值超过本档位而自动切换到别的档位去。因此要先在标准输出里面将当前要校准的档位下发给功率源，使其处于手动换挡状态。如图7-3所示，假设是校准档位1，然后点击写命令，将档位状态写入下去，这样功率源即处于手动换挡状态。

然后打开幅度校准窗口（图7-4）选择当前要校准的相和档位。将源按当前档位值的10％、20％、30％等等依次输出并将仪表上测得的值依次填入实测值一栏，测完后点击“计算校准系数”，可以观察到“现校准系数”一栏发生了改变，最后点击“写校准系数”将校准系数写入功率源，观察到接收栏有正确应答帧“68 08 00 68 00 10 90 16” 后当前相和当前档位的幅值校准即完成了。在校准幅度时相位校准可以不用理会。

重复其它相和档位，直至校完所有的相和每相的所有档位。

iii. 相位校准方法

相位校准时必须取一个输出值作为参考点，然后所有的其它相都相对于那个参考点做校准，因为所有的测量仪器测相位都是以UA为基准，我们这里暂定于UA的第1档（100V）为基准点。点标准输出,进入如下界面,所有项相对与电压UA为100V校准，

1、首先校第一档,选择同相位,控制输出的配制如图7-5所示： ,

即：UA=100V,其他各项都是第一档的值. (先校第一档的UB)全部启动以后UB就从0V开始每次加10%开始往上升，一直升到140%(140V) 同时记录下每点的相位值，进入幅度校准界面如图7-6所示：在界面的右上角，档位下拉菜单上选“档位1”，下面的下拉框选“Ub_A”。

▲ 在幅度相位按钮处点2下，选择相位,在相位校准栏将刚才测的对应的实测值填入与其百分比相对应的实测值里面,然后“计算校准系数”再“写校准系数”。观察到接收栏有正确应答帧“68 08 00 68 00 10 90 16”后当前UB第一档的相位就校准完成了。

2、然后校第二档的各项，同样针对UA的第一档100V点校准。配制除UA外所有输出为第二档的值，同相位，如图7-7所示：选择全部启动。然后UB就从0V，每次加10%开始往上升，一直升到120%(264V) 同时记录下每点的相位值，进入幅度校准界面：在界面的右上角，档位下拉菜单上选档位2，下面的那个菜单选UB_A， 在相位校准栏将刚才测的对应的实测值填入与其百分比相对应的实测值里面，然后计算校准系数，写校准系数。观察到接收栏有正确应答帧“68 08 00 68 00 10 90 16”后当前UB第二档的相位就校准完成了。UB的其它档位以及UC、IA、IB、IC的校准方法和UB一样,这里就不重复说明了。

3、Ua的档位间的校准。因为Ua的档位和档位之间可能有相位差，所以Ua的其它档位也必须针对Ua的第一档100V这个基准点进行校准，但是我们无法同时输出Ua的两个不同档位，因此我们只能另寻参照。因为我们前面已经把UA以外的其它相都相对于Ua第一档100V参考点校准了，所以我们认为它们的相位相对于Ua 100V点都是准的，因此我们可以使用他们来作为参考，在这里我们使用Ub的第一档100V点为参考。我们配制源输出为UA为第二档，Ub为第一档100V,UA,UB的相位都设为0。启动UA、UB，然后UA的幅值也是按每次10%的顺序从0V按照一次10％升到264V，记录下每个点的相位，同样再次进入幅度校准界面，选择档位1，Ua_A，相位校准，然后将对应的相位值填入实测值里面(注:这里填的UA的相位值=0-表的测量值)。然后计算校准系数，写校准系数完成Ua的档位2的校准。4、Ua第一档的校准。Ua第一档的不同输出值之间可能也有相位差异，比如10V和100V的输出值，可能相位就不一样。这样我们就需要把Ua的第一档也相对于Ua第一档的100V点进行校准，同样我们无法使用Ua来校准Ua，所以我们仍然采用上面校准Ua的第二档的方法，即采用Ub第一档的100V为基准来校准Ua的第一档，方法和上面第三步一样。至此，我们完成了整个功率源的校准。