CN101086511A - 电能计量中的功率修正电路和功率修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电能计量中的功率修正电路和一种电能计量中的功率修正方法。本发明在电压恒定的情况下，针对不同的电流有效值范围所对应的功率值分别设置多个对应的校准参数，以保证计算每个电流有效值范围对应的功率值相对于理想值的偏差较小，并计算输入电流的有效值，根据电流有效值选择对应的校准参数对功率进行修正，从而实现了对功率的分段修正，进而能够保证在输入电流动态范围较大的情况下，电能计量电路中计算得到的功率相比于校表台测量得到的功率的线性度误差小于预设的阈值。

Description

电能计量中的功率修正电路和功率修正方法

技术领域

本发明涉及电能计量技术，特别涉及一种电能计量中的功率修正电路和一种电能计量中的功率修正方法。

背景技术

电能计量是计量有功功率发生的能量。在实际应用中，电能计量电路计算得到的功率P1与校表台测量得到的功率P0之间会存在一定的线性度误差。

为了解决上述问题，通常在电能计量电路中会对计算得到的功率P1进行线性度修正，使得线性度误差e小于预设的误差阈值，例如0.1％。

其中， $e=\frac{(E1-E0)}{E0}100\%,$ E0为功率P0的能量累加结果，E1为相同时间内功率P1的能量累加结果。

图1为现有实现功率修正的电能计量电路的结构图。如图1所示，该电路包括：模数转换单元101和模数转换单元102、乘法器103、校准参数寄存器104、线性度修正单元105和能量累加单元106。

模数转换单元101将电流模拟信号转换为电流数字信号。

模数转换单元102将电压模拟信号转换为电压数字信号。

乘法器103计算电流数字信号和电压数字信号的乘积，即功率P1。

校准参数寄存器104存储预设的校准参数C。

线性度修正单元105根据校准参数寄存器104中存储的校准参数C，对乘法器103输出的功率P1进行修正，得到修正后的功率P1’。

其中，P1’＝P1×C；校准参数C则是根据尽可能满足P1’＝P0的要求而设定的，以使得 $e=\frac{(E{1}^{\′}-E0)}{E0}100\%$ 小于预设的阈值，E1’为相同时间内功率P1’的能量累加结果。

能量累加单元106将线性度修正单元105输出的修正后的功率P1’进行累加，即能量累加，在累加结果溢出时，通过数频转换输出用于电能计量的校表脉冲。

然而，在实际应用中，由于上述电路的输入电流的动态范围非常大，例如50A～10mA，即5000∶1，从而使得乘法器103输出的功率P1跳变范围也非常大。

图2为电压恒定情况下的功率电流曲线示意图。如图2所示，以输入电流的动态范围为0～I_m为例，连接功率-电流曲线上分别与0和I_m所对应的两点的虚线线段表示理想状态下的功率-电流曲线。这种情况下，不同输入电流对应的功率相比于理想功率的误差也是不同的，即如图2所示的抛物线上的每一点相比于虚线线段的距离。而现有功率修正对于整个输入电流的动态范围所对应的功率，仍然采用相同的校准参数C进行修正，从而使得修正后的功率无法满足线性度误差e小于预设的误差阈值的要求。

可见，现有功率修正的可靠性和精度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个主要目的在于，提供一种电能计量中的功率修正电路，能够提高功率修正的可靠性和精度。

本发明的另一个主要目的在于，本发明提供一种电能计量中的功率修正方法，能够提高功率修正的可靠性和精度。

根据上述的一个主要目的，本发明提供了一种电能计量中的功率修正电路，包括：校准参数选择控制单元和线性度修正单元，其中，

在所述校准参数选择控制单元中预设多个分段区间及每个分段区间对应的校准参数；

所述校准参数选择控制单元，计算输入电流的有效值大小，判断计算得到的有效值大小所对应的预设分段区间，从预先设置的多个校准参数中，选择与该分段区间对应的一个并输出给线性度修正单元；

所述线性度修正单元，根据所述校准参数选择控制单元输出的校准参数，对接收到的功率信号进行修正。

所述校准参数选择控制单元包括：有效值计算子单元、分段判断子单元、多选一子单元和多个分段校准参数子单元，其中，

所述预设的多个分段区间设置在所述分段判断子单元中，所述预设的每个分段区间对应的校准参数分别存储在所有分段校准参数子单元中；

所述有效值计算子单元，计算当前输入的电流有效值，并输出给所述分段判断子单元；

所述分段判断子单元，判断当前接收到的电流有效值大小所对应的预设分段区间，并向多选一子单元输出对应的控制信号；

所述多选一子单元，根据接收到的控制信号及每个分段区间与分段校准参数子单元的对应关系，从对应的分段校准参数子单元中读取校准参数，并输出给所述线性度修正单元。

所述多个分段区间中，

第i个分段区间的电流有效值下限等于第i-1个分段区间的电流有效值上限，

第i个分段区间的电流有效值上限等于第i+1个分段区间的电流有效值下限；

其中，i为大于1且小于分段区间个数-1的正整数。

所述多个分段区间中，

第i个分段区间的电流有效值下限小于第i-1个分段区间的电流有效值上限，

第i个分段区间的电流有效值上限大于第i+1个分段区间的电流有效值下限；

其中，i为大于1且小于分段区间个数-1的正整数。

所述预设的误差阈值为0.1％；

所述每个分段区间对应的校准参数C_i≤(1+0.1％)P0_i/P1_i；

其中，P0_i为校表台测量得到的第i个分段区间所对应的功率；P1_i为电能计量电路计算得到的第i个分段区间所对应的功率。

根据上述的另一个主要目的，本发明提供了一种电能计量中的功率修正方法，包括：

预设多个分段区间及每个分段区间对应的校准参数；

计算输入的电流数字信号的有效值，并判断计算得到的有效值大小所对应的预设分段区间；

从预设的多个校准参数中，选择与判断得到的分段区间所对应的一个，并利用选择的校准参数对功率信号进行修正。

所述多个分段区间中，

第i个分段区间的电流有效值下限等于第i-1个分段区间的电流有效值上限，

第i个分段区间的电流有效值上限等于第i+1个分段区间的电流有效值下限；

其中，i为大于1且小于分段区间个数-1的正整数。

所述多个分段区间中，

第i个分段区间的电流有效值下限小于第i-1个分段区间的电流有效值上限，

第i个分段区间的电流有效值上限大于第i+1个分段区间的电流有效值下限；

其中，i为大于1且小于分段区间个数-1的正整数。

所述预设的误差阈值为0.1％；

所述每个分段区间对应的校准参数C_i≤(1+0.1％)P0_i/P1_i；

其中，P0_i为校表台测量得到的第i个分段区间所对应的功率；P1_i为电能计量电路计算得到的第i个分段区间所对应的功率。

由此可见，本发明在电压恒定的情况下，针对不同的电流有效值范围所对应的功率值分别设置多个对应的校准参数，以保证计算每个电流有效值范围对应的功率值相对于理想值的偏差较小，并计算输入电流的有效值，根据电流有效值选择对应的校准参数对功率进行修正，从而能够保证在输入电流动态范围较大的情况下，电能计量电路中计算得到的功率相比于校表台测量得到的功率的线性度误差小于预设的误差阈值。

而且，考虑到输入电流的有效值大小可能会在某两个相邻分段区间的交界处上下频繁的抖动，本发明基于回差效应，设置相邻两个分段区间存在一个交集，从而避免了输入电流的有效值大小在两个相邻分段区间的交界处上下频繁抖动时，频繁切换对应的校准参数，进而节省了电路中的资源。

附图说明

图1为现有实现功率修正的电能计量电路的结构图。

图2为电压恒定情况下的功率电流曲线示意图。

图3为本发明实施例中功率修正原理的示意图。

图4为本发明实施例中功率修正电路的结构图。

图5为本发明实施例中功率修正方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例中，在电压恒定的情况下，针对输入电流动态范围内不同的电流有效值范围所对应的功率值，分别设置多个对应的校准参数，以保证计算每个电流有效值范围对应的功率值相对于理想值的偏差较小，并计算输入电流的有效值，根据电流有效值选择对应的校准参数对功率进行修正，从而能够保证对每个电流有效值范围对应的功率值进行修正后，均能够满足对应的线性度误差小于预设的误差阈值，即实现对功率的分段修正。

其中，电流有效值的定义为：与交流热效应等效的恒定电流值叫电流有效值，可以表示为：

i²(t)*R*t＝I_²rms*R*t，i(t)为输入电流；R为负载电阻；t为时间；I_rms为电流有效值，恒大于0。当输入电流稳定的时候，电流有效值I_rms是个比较稳定的数值。

图3为本发明实施例中功率修正原理的示意图。如图3所示，基于电压恒定情况下的功率-电流曲线，并以根据输入电流的有效值大小将功率P1分为两段为例，I₁～I₂所对应的功率取值的最大跳变和I₂～I₃所对应的功率取值的最大跳变，均小于整个动态范围内，即I₁～I₃所对应的功率取值的最大跳变。

而且，实际的功率-电流曲线为一条如图3所示的抛物线，而由于电压恒定，理想的功率-电流曲线应当为动态范围内电流有效值上限和下限所对应的功率值之间的线段，如图3所示的连接功率-电流曲线上分别与I₁和I₃所对应的两点的虚线线段。这样，在整个动态范围内，即I₁～I₃所对应的功率取值相比于理想功率取值的偏差，即如图3所示的包络线范围q₀就比较大。而I₁～I₂所对应的功率取值相比于理想功率取值的偏差和I₂～I₃所对应的功率取值相比于理想功率取值的偏差，即如图2所示的分段后的功率-电流曲线包络线范围q₁和q₂，均小于I₁～I₃所对应的功率取值相比于理想功率取值的偏差q₀。

这样，针对每个功率跳变较小且线性度误差较小的分段区间，分别设置对应的校准参数，即可保证修正后的功率能够满足特定的线性度误差。

以线性度误差应小于0.1％为例，即线性度误差e应当小于等于0.1％，由于E0和E1分别为功率P0和P1在相同时间内的能量累加结果，其中，P0_i为校表台测量得到的第i个分段区间所对应的功率；P1_i为电能计量电路计算得到的第i个分段区间所对应的功率。因此，对于第i个分段区间对应的修正后的功率C_i×P1_i，相比于该分段区间所对应的校表台测量得到的P0_i，产生的e_i可以表示为：

$e_i=\frac{(C_i\×{P1}_i-{P0}_i)}{{P0}_i}100\%$

如果e_i应当小于等于0.1％，则可以推导出，对于每个分段区间对应的校准参数C_i，均应满足：

C_i≤(1+0.1％)P0_i/P1_i。

实际应用中，在满足线性度误差小于等于预设误差阈值的前提下，可以根据输入电流的有效值大小，设置多个分段区间。

在多个分段区间中，第i个分段区间的电流有效值下限等于第i-1个分段区间的电流有效值上限，第i个分段区间的电流有效值上限等于第i+1个分段区间的电流有效值下限。

其中，i为大于1且小于(分段区间个数-1)的正整数。

考虑到输入电流的有效值大小可能会在某两个相邻分段区间的交界处上下频繁的抖动，因此，基于回差效应，本实施例中也可以设置相邻两个分段区间存在一个交集。

即多个分段区间中，第i个分段区间的电流有效值下限小于第i-1个分段区间的电流有效值上限，第i个分段区间的电流有效值上限大于第i+1个分段区间的电流有效值下限。

其中，i为大于1且小于(分段区间个数-1)的正整数。

这样，如果输入电流的有效值大小在第i个分段区间的下限上下频繁抖动，则由于此时的输入电流有效值大小仍然处于第i-1个分段区间内，因此不切换对应的校准参数，从而节省了电路中的资源。

下面，对本发明实施例中基于上述原理的功率修正电路进行详细说明。

图4为本发明实施例中功率修正电路的结构图。如图4所示，本实施例中的功率修正电路包括：校准参数选择控制单元400和线性度修正单元105。

校准参数选择控制单元400，计算输入电流的有效值大小，判断计算得到的有效值大小所对应的预设分段区间，从预先设置的多个校准参数中，选择与该分段区间对应的一个并输出给线性度修正单元105。

其中，输入电流来自电能计量电路中的模数转换单元101；每个预设分段区间分别对应一个校准参数，以满足该分段区间对应的功率信号，经修正后能够满足对应的线性度误差小于预设的误差阈值。

线性度修正单元105，根据校准参数选择控制单元400输出的校准参数，对接收到的功率信号进行修正。

其中，线性度修正单元105接收到的功率信号来自电能计量电路中的乘法器103，并将修正后的功率信号输出给电能计量电路中的能量累加单元106。

可见，上述电路实现了对功率的分段修正，从而能够保证在输入电流动态范围较大的情况下，电能计量电路中计算得到的功率相比于校表台测量得到的功率的线性度误差，小于预设的误差阈值。

具体来说，校准参数选择控制单元400包括：有效值计算子单元401、分段判断子单元402、多选一子单元404和多个分段校准参数子单元403。

有效值计算子单元401，计算输入电流的有效值，并输出给分段判断子单元402；

分段判断子单元402，判断计算得到的电流有效值大小所对应的预设分段区间，并向多选一子单元404输出对应的控制信号；

多个分段校准参数子单元403，分别存储与每个预设分段区间对应的校准参数；

多选一子单元404，根据接收到的控制信号及每个分段区间与校准参数的对应关系，从对应的分段校准参数子单元404中读取校准参数，并输出给所述线性度修正单元105。

实际应用中，有效值计算子单元401、分段判断子单元402和多选一子单元404可以由一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)来实现；多选一子单元404也可以由一个多路选择开关来实现；多个分段校准参数子单元403可以由多个存储器来实现，所有预设分段区间对应的校准参数也可以存储在一个存储器中。

下面，再对本发明实施例中的功率修正方法进行详细说明。

图5为本发明实施例中功率修正方法的流程图。如图5所示，本实施例中的功率修正方法包括以下步骤：

步骤501，预先设置多个分段区间，以及每个分段区间对应的校准参数。

本步骤中，设置的分段区间及其对应的校准参数应当满足如下条件：

每个分段区间对应的功率，在经过对应的校准参数修正后，产生的线性度误差小于等于预设误差阈值。

步骤502，计算输入的电流数字信号的有效值。

步骤503，判断有效值大小所处的预设分段区间。

步骤504，根据预设的分段区间与校准参数的对应关系，从预设的多个校准参数中选择与判断得到的分段区间所对应的一个。

步骤505，根据选择的校准参数，对接收到的功率信号进行修正。

至此，本流程结束。

上述流程实现了对功率的分段修正，从而能够保证在输入电流动态范围较大的情况下，电能计量电路中计算得到的功率相比于校表台测量得到的功率的线性度误差，小于预设的阈值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种电能计量中的功率修正电路，其特征在于，该电路包括：校准参数选择控制单元和线性度修正单元，其中，

在所述校准参数选择控制单元中预设多个分段区间及每个分段区间对应的校准参数；

所述校准参数选择控制单元，计算输入电流的有效值大小，判断计算得到的有效值大小所对应的预设分段区间，从预先设置的多个校准参数中，选择与该分段区间对应的一个并输出给线性度修正单元；

所述线性度修正单元，根据所述校准参数选择控制单元输出的校准参数，对接收到的功率信号进行修正。

2、如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述校准参数选择控制单元包括：有效值计算子单元、分段判断子单元、多选一子单元和多个分段校准参数子单元，其中，

所述预设的多个分段区间设置在所述分段判断子单元中，所述预设的每个分段区间对应的校准参数分别存储在所有分段校准参数子单元中；

所述有效值计算子单元，计算当前输入的电流有效值，并输出给所述分段判断子单元；

所述分段判断子单元，判断当前接收到的电流有效值大小所对应的预设分段区间，并向多选一子单元输出对应的控制信号；

所述多选一子单元，根据接收到的控制信号及每个分段区间与分段校准参数子单元的对应关系，从对应的分段校准参数子单元中读取校准参数，并输出给所述线性度修正单元。

3、如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述多个分段区间中，

第i个分段区间的电流有效值下限等于第i-1个分段区间的电流有效值上限，

第i个分段区间的电流有效值上限等于第i+1个分段区间的电流有效值下限；

其中，i为大于1且小于分段区间个数-1的正整数。

4、如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述多个分段区间中，

第i个分段区间的电流有效值下限小于第i-1个分段区间的电流有效值上限，

第i个分段区间的电流有效值上限大于第i+1个分段区间的电流有效值下限；

其中，i为大于1且小于分段区间个数-1的正整数。

5、如权利要求1至4中任意一项所述的电路，其特征在于，所述预设的误差阈值为0.1％；

所述每个分段区间对应的校准参数C_i≤(1+0.1％)P0_i/P1_i；

其中，P0_i为校表台测量得到的第i个分段区间所对应的功率；P1_i为电能计量电路计算得到的第i个分段区间所对应的功率。

6、一种电能计量中的功率修正方法，其特征在于，包括：

预设多个分段区间及每个分段区间对应的校准参数；

计算输入的电流数字信号的有效值，并判断计算得到的有效值大小所对应的预设分段区间；

从预设的多个校准参数中，选择与判断得到的分段区间所对应的一个，并利用选择的校准参数对功率信号进行修正。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多个分段区间中，

第i个分段区间的电流有效值下限等于第i-1个分段区间的电流有效值上限，

第i个分段区间的电流有效值上限等于第i+1个分段区间的电流有效值下限；

其中，i为大于1且小于分段区间个数-1的正整数。

8、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多个分段区间中，

第i个分段区间的电流有效值下限小于第i-1个分段区间的电流有效值上限，

第i个分段区间的电流有效值上限大于第i+1个分段区间的电流有效值下限；

其中，i为大于1且小于分段区间个数-1的正整数。

9、如权利要求6至8中任意一项所述的方法，其特征在于，所述预设的误差阈值为0.1％；

所述每个分段区间对应的校准参数C_i≤(1+0.1％)P0_i/P1_i；

其中，P0_i为校表台测量得到的第i个分段区间所对应的功率；P1_i为电能计量电路计算得到的第i个分段区间所对应的功率。

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