Prüfung digitaler DC-Energiezähler mit dem LMG600

Die Nachfrage nach Gleichstromzählern und deren Bedeutung wächst zunehmend, unter anderem angesichts des fortschreitenden Ausbaus von Gleichstromnetzen, der Integration von DC Microgrids oder DC Ladestationen für Elektrofahrzeuge, bei denen die zum Laden des Fahrzeugs konsumierte Energie genau gemessen werden muss (Stichwort "Eichrechtskonformität" bzw. E- VDE-AR-E 2418-3-100). Da der vom Gleichstromzähler gemessene Energieverbrauch direkt mit dem Strompreis verknüpft ist, betrifft die Genauigkeit der Messung den Energieverbraucher erheblich und erfordert daher eine Überprüfung bzw. Kalibrierung sowie Zertifizierung der Präzision des Gleichstromzählers. Zahlen Sie nur die tatsächlich erhaltene Energie oder vergüten Sie lediglich die tatsächlich eingespeiste Energie.

Abbildung 1 illustriert die Kopplung einer DC Ladestation zwischen Niederspannungsnetz und Elektrofahrzeug und zeigt den Energiefluss während des Ladevorgangs. Abbildung 2 stellt ein DC Microgrid und die Verwendung von Gleichstromzählern für Energieerzeuger sowie -verbraucher dar. Vor und während des Zertifizierungsprozesses zur Eichrechtskonformität wird ein präzises Leistungsmessgerät wie das Leistungsmessgerät der LMG600 Serie verwendet, um die Genauigkeit der Gleichstromzähler rückführbar zu prüfen.

Abbildung 1: DC Ladestation

Abbildung 2: DC Microgrid

Das LMG600 bietet hochpräzise Gleichstromleistungs- und Energiemessung. Zudem kann es das Signal des Pulsausgangs des digitalen Gleichstromzähler erfassen und die gemessene Energie über eine frei definierbare Anzahl von Impulsintervallen berechnen. Der Vergleich zwischen der Auswertung der Pulse und der direkt vom LMG600 gemessenen Energie kann mit der leistungsstarken CustomMenu-Funktion sinnvoll dargestellt werden. Wo andere Leistungsmessgeräte Schwierigkeiten haben, sorgen die einzigartigen Timing-Funktionen des LMG600 dafür, dass Pulse und Messzyklen perfekt synchronisiert sind.

Um die Gültigkeit des Vergleichs sicherzustellen, müssen die Zeitintervalle von Energiezähler und Leistungsmessgerät identisch sein. Hier haben herkömmliche Leistungsmessgeräte häufig Probleme. Infolgedessen sind Testingenieure gezwungen unzuverlässige Annahmen hinsichtlich des Verhaltens der Energiemessung über die Zeit zu treffen. Präzise Messungen werden durch Rätselraten ersetzt und die Integrität der Zählerprüfung wird gefährdet.

Eine präzise Quelle erzeugt die zu messende Energie, die parallel in den Energiezähler und das Referenzmessgerät, hier ein LMG600, eingespeist wird. Darüber hinaus ist der Pulsausgang des Energiezählers mit dem externen Zykluseingang des LMG600 verbunden, sodass das Leistungsmessgerät den Messzyklus für Spannung, Strom, Leistung, Energie usw. mit den Pulsen des Zählers synchronisieren kann. Da der externe Zykluseingang mit mehr als 5 MHz abgetastet wird, werden die Pulse zuverlässig und präzise erfasst. Abbildung 3 zeigt den grundlegenden Messaufbau mit dem Leistungsmessgerät LMG641.

Abbildung 3: Messaufbau mit dem LMG641

Sobald die Pulsintervalle mit dem Messzyklus des Leistungsmessgeräts synchronisiert sind, kann deren Dauer aufgezeichnet werden. In Kombination mit der Verwendung einer hochstabilen und genauen Gleichstromquelle ermöglicht dies eine einfache Überprüfung der Genauigkeit der Intervalle und damit der gemessenen Energie. Die LMG600 Serie bietet die Möglichkeit, die GUI so anzupassen, dass sie auf eine bestimmte Anwendung angepasst ist. Diese CustomGUI kann mit Werten aus dem integrierten Skripteditor gespeist werden (vorbereitete CustomGUI und dazugehöriges Skript auf Anfrage kostenlos erhältlich), mit diesem Werte berechnet werden können, die aus verschiedenen Messwerten abgeleitet wurden und üblicherweise außerhalb des Bereichs herkömmlicher Leistungsmessgeräte liegen. Durch deren Kombination können alle und nur anwendungsrelevanten Parameter angezeigt werden, wie z.B.:

• die vom LMG600 gemessene Energie
• die vom Gleichstromzähler gemessene Energie basierend auf den Pulsen
• die Dauer jedes Pulsintervalls
• der absolute und relative Fehler zwischen den Messungen des LMG600 und des Gleichstromzählers

Bei den meisten Verifizierungs- und Zertifizierungsprüfungen von Gleichstromzählern wird die Energie über eine Anzahl von Pulsen gemessen. Der Verwender kann die gewünschte Anzahl von Pulsen in der CustomGUI einstellen.

Beispiel:

• Gleichstromzähler mit 1200 Pulsen / kWh
• 100V / 100A angelegt
• Prüfung über 5 Pulsintervalle
• 300ms Pulsintervall

Die CustomGUI bietet eine Starttaste, mit der das Erfassen der Pulse vom Gleichstromzähler und die Energiemessung gestartet werden, die nach den zuvor konfigurierten 5 Pulsintervallen automatisch beendet wird. Das LMG600 zeigt die Messwerte und Skriptvariablen für jedes Intervall an und speichert parallel in einer Logdatei. Abbildung 4 zeigt die Verarbeitung der erfassten Pulse.

Figure 4: Erfasste Pulsintervalle des Gleichstromzählers

Sobald die eingestellte Anzahl von Pulsintervallen erreicht ist, berechnet das Skript im weiteren Zuge die Abweichung zwischen der vom LMG600 und dem Gleichstromzähler gemessenen Energie und zeigt diese in der CustomGUI an. Dieser Messvorgang kann mehrmals durchgeführt werden, um die Wiederholgenauigkeit zu überprüfen. Die Messdaten können dann im CSV-, Octave- und/oder Matlab-Format exportiert werden. Abbildung 5 und 6 zeigen das benutzerdefinierte Menü und das zugrundeliegende Skript. Abbildung 7 zeigt die Messdaten, die parallel gespeichert werden.

Abbildung 5: LMG600 CustomGUI

Abbildung 6: LMG600 integriertes Skript

Abbildung 7: Paralleles Speichern der Messwerte

Das Leistungsmessgerät der Serie LMG600 bietet eine Komplettlösung für die Überprüfung/Kalibrierung von Gleichstrom-Energiezählern. Der Prüfling wird direkt mit dem Referenzmessinstrument verbunden und die Messung wird in einem einzigen Durchgang durchgeführt. Es besteht keine Notwendigkeit die Messdaten aus verschiedenen Quellen zusammenzufügen, kein Risiko von Inkongruenzen, keine Lücken in den Messdaten, kein manuelles Abgleichen von Messwerten, keine zusätzlichen Fehlereinflüsse durch weitere Geräte. Die Ergebnisse werden unmittelbar aussagekräftig und übersichtlich angezeigt und können problemlos in verschiedenen praktischen Formaten wie CSV, MATLAB oder TDMS exportiert werden.

Das oben beschriebene Messverfahren verwendet den im LMG600 integrierten benutzerdefinierten Menü- / Skript-Editor und wird auf dem Leistungsmessgerät selbst ausgeführt. Um die gleiche Funktionalität in einem ferngesteuerten Prüfstand zu replizieren, stellen wir gerne auf Anfrage ein geeignetes Python-Skript zur Verfügung, das mit dem LMG600 über die Gigabit-Ethernet-Schnittstelle interagiert. Es wird mit einer gebrauchsfertigen und gut dokumentierten Python-Klasse geliefert, die Funktionen wie das Öffnen und Schließen der Schnittstelle, Schreiben, Lesen und vieles mehr umfasst.

[Autor: M.Sc. Patrick Fuchs]