一、背景知识

       横河的功率分析仪除了常规电流、电压、功率测量以外，功率积分测量消耗电力也经常被用于光伏、风电、家电、适配器电源的测试。

       首先简单的说明一下功率分析仪的积分功能测量原理：

       简单来说，对电流进行积分得到的是电量。例如，我们常说某电池的容量是2000毫安时(mAh)，指的就是电池的电量：

       如果对有功功率进行积分，得到的就是功耗或者能耗，比如某个电器耗了10度电(1度电=1千瓦时(kWh))：

       在节能减排脱碳的大背景下，低能耗将成为产品重要的竞争力。而作为电动汽车和储能系统重要组成部分的动力电池，充放电特性是其重要的性能指标。这些都需要用到积分功能。

       对于长时间运行且功率波动较大的用电设备，测量其功耗往往能更准确直观地反映设备的用电效率。所以高精度的积分结果对于功耗分析是非常重要的。那么如何获得高精度的积分结果呢？

       有人认为，功率积分很简单呀，用功率分析仪获得的功率值乘以测量时间，再累加到一起就是功耗值了。这样计算也不是没有道理，但是得到的功耗值精度会比较差，尤其是功率波动比较大的场景。原因如下：

       用电设备不工作时进入待机状态，实现节能，而功率消耗不断变化。功率计或功率分析仪在计算交流信号的功率时，会在指定的数据更新周期内取电压或者电流的完整周期内的采样点去计算电压有效值Urms、电流有效值Irms和有功功率值P等参数，如下图中阴影部分。当数据更新周期不是信号周期的整倍数时，整周期之外的采样点就会被舍弃（即死区），不参与功率值的计算，如下图空白部分。所以，死区内出现的功率波动不会体现在有功功率值上。如果我们直接用有功功率值累加的方法去计算功耗，就会出现误差。功率波动越大，误差就越大。

       横河的WT系列功率分析仪的功率积分功能是对积分期间所有的采样点进行积分运算，没有死区，如下图所示。使用这样的功率积分值除以积分时间就可以得到非常准确的平均功率值。

二、实际案例

       近来有客户在使用WT1800E测量PC电源平均待机有功功率的时候，碰到了一个问题。客户反映，他们测量PC电源，不同的样品待机功耗测量值波动很大，同一个样品在相同的负载和测试条件下，平均有功功率波动也很大。通过线上的沟通，初步认为是由于样品本身的待机功耗不稳定导致样本的平均偏差大，与功率分析仪的设置没有太大关系。

       到客户测试现场实际观测电流、电压、功率波动情况，以及通过波形观测功能查看实时波形后发现：电压由于是AC电源输出，正弦波几乎没有畸变非常稳定；而电流波形夹杂了高频分量，波形失真明显，此外观测到每隔1-2秒就会出现两三个周期电流波形突变，突变波形的峰值是正常波形的2-3倍，此时对应的电流有效值与有功功率也会随之遍大，出现明显的跳变；由于采用的是自动量程，电流量程会在 100mA与200mA之间跳动。通过以上的观测结果，结合之前工程师反映的平均有功功率偏差大的问题有了一个大概的推测。基本是积分量程自动功能方面的问题。

三、什么是积分量程自动功能？

       横河功率分析仪WT300E、WT1800E和WT5000还有一个非常实用的功能，就是积分测量时的自动量程，从而实现宽量程应用的高精度测量。

       下面就以WT1800E的积分量程自动功能为例说明测量原理：

（1）自动量程功能与量程跳过

       在启用自动量程功能时如果开始积分，则会在启用自动量程功能的情况下进行积分。这种状态称之为积分自动量程。

（2）当启用自动量程功能时

       电压和电流的测量量程将根据输入信号的大小自动切换。自动量程功能切换量程时的数据校正。 当通过自动量程功能切换量程时，不会进行测量。在确定测量量程之后，未进行测量时间段的初始测量数据将被添加到积分值。当对不适用于量程升档或降档的单元切换量程时，也不进行测量。此前刚测量的功率或电流值被添加到积分值。

（3）量程升档时

       每次量程升档时，在测量量程确定之后测量的首批数据项中，其中三个会在满足量程升档条件之前添加到积分值。

（4）量程降档时

       每次量程降档时，在测量量程确定之后测量的首批数据项中，其中两个会在满足量程降档条件之前添加到积分值。

       通过前面的说明可以知道：积分量程跳转的间隔，没有测量值，而积分累加的数值是由量程变化后的初始组测量值进行填充。这里就会出现两种情况，如果被测样品的功率值波动较小或线性波动，那么填充的值与实际测量值相差较小，测量结果也会相对稳定。但是当电流或功率波动较大，且波动周期不固定，那么量程跳变后填充的数值与实际测量值就会有很大的偏差，从而导致测量样本的偏差大，测试结果不理想。上述案例的测量样本就属于第二种情况，电流的非周期性突变，导致量程、电流、功率跳变，量程跳变后填充的测量值并不符合实际的工况，就导致了产品待机功率测量结果偏差。

四、解决方法

       我们可以通过以下几种方法避免或减少由于电流突变引起的积分测量误差：

1、首先，简单也是有效的就是使用固定量程，那么就不会出现由于量程跳变导致的问题。当然固定量程也会引入更大的量程误差，但相对于产品波动来说，增加的量程误差还是比较小的。

2、此外，WT1800E具有峰值因数CF6A的功能，该功能可以非常有效的应对由于电流波形畸变引起的量程跳变，即使使用自动量程也能保证大部分情况下量程不会频繁跳转。

3、另外，针对这种情况，我们建议您选择较短的数据更新周期，以便在使用自动量程时以更高的精度测量积分。