CN101655545A - 电能表现场校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电能表现场校验方法，该方法使用校验仪与电能表电连接，该方法包括：校验仪计算电能表时间常数与校验仪时间常数之间的差值；校验仪根据计算出的时间常数差值，调整自身的时间常数，使校验仪的时间常数与电能表的时间常数一致；校验仪计算单位时间内消耗的电能值，并接收电能表计算的电能值，计算电能表计算的电能值与校验仪计算的电能值之间的误差值。本发明提供的电能表校现场校验方法在计算电能表误差前先调整校验仪的时间常数，校验的误差值变化较小，便于校验人员精确地读取误差数据。

Description

电能表现场校验方法

技术领域

本发明属于仪表校验领域，具体地说，是电能表的一种现场校验方法。

背景技术

在供电系统中，每一接入供电网络的用户均安装一块电能表，以计算用户的用电量。电能表计算用户的用电量以有功功率表示，有功功率P的计算公式为：

(式1)

式1中，U是电能表计量的电压值，I是电能表计量的电流值，

是电压与电流之间的夹角，称为功率因数角，

也就是有功功率的功率因数。

由于电能表运行过程中难免出现误差，供电部门需要定期或不定期地使用电能表校验仪对电能表进行现场校验，以确保电能表计量的准确性，所谓现场校验，是只对连接在供电网络上的电能表进行的实时校验。使用电能表校验仪对电能表进行现场校验时，电能表校验仪与电能表电连接，电能表与电能表校验仪分别计算有功功率，并由电能表校验仪计算出两者计算的有功功率误差。

参见图1，使用电能表校验仪2对电能表1进行校验时，电能表校验仪2的电压输入端，即端子1、3连接电网中的火线L与零线N，电能表校验仪2的端子2为电流端子，其连接至电能表1的电流输入端，向电能表1输出电流。

现有的电能表校验仪2大多设有信号采样单元，包括有A/D转换器，用于检测电网的电压、流经电能表1的电流以及电压与电流之间的夹角等，并设有连接至信号采样单元输出端的计算单元，如单片机等，用于计算有功功率，并计算电能表1的误差等。

但是，电能表1与电能表校验仪2对电网负载功率的变化响应并不同步，这导致电能表1与电能表校验仪2计算的电能误差存较大的波动。例如，如图2所示，在t1时刻，电网负载功率PA发生跳变，而电能表1计算的功率PB则在t3时刻才发生跳变，电能表校验仪2计算的功率PC在t2时刻发生跳变了。可见，电能表1与电能表校验仪2计算电网负载功率时均存在延时现象，这个延时时间被称为时间常数。

本例子中，电能表1计算的功率PB与电网负载功率PA之间的延时时间为t1时刻与t3时刻之间的时间间隔，该时间间隔长度即为电能表1的时间常数τ1。相同地，电能表校验仪2计算的功率PC与电网负载功率PA之间的延时时间为t1时刻与t2时刻之间的时间间隔，该时间间隔长度即为电能表校验仪2的时间常数τ2。

由图2可见，电能表1的时间常数τ1与电能表校验仪2的时间常数τ2并不相等，且两时间常数τ1、τ2之间存在Δt的时间差，该时间差即为电能表1与电能表校验仪2之间的时间常数差值。

因此，在t2时刻与t3时刻之间，电能表校验仪2计算的功率PC与电能表1计算的功率PB之间误差很大，而在t3时刻之后，电能表校验仪2计算的功率PC与电能表1计算的功率PB之间误差较小。可见，电能表校验仪2校验获得的电能表1误差值变化十分剧烈，校验人员无法从电能表校验仪2中读取正确的误差数据，给校验工作带来极大不便。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种校验误差变化量较小的电能表现场校验方法；

本发明的另一目的是提供一种便于校验人员精确读取电能表误差值的电能表现场校验方法。

为实现上述的主要目的，本发明提供的电能表现场校验方法中，电能表与一电能表校验仪电连接，该电能表校验仪用于校验电能表，该方法包括以下步骤：

电能表时间常数计算步骤：电能表校验仪计算电能表时间常数与电能表校验仪时间常数之间的差值；

电能表校验仪时间常数调整步骤：电能表校验仪根据计算出的时间常数差值，调整自身的时间常数，使电能表校验仪的时间常数与电能表的时间常数一致；

电能表误差计算步骤：电能表校验仪计算单位时间内消耗的电能值，并接收电能表计算的电能值，计算电能表计算的电能值与电能表校验仪计算的电能值之间的误差值。

由上述方案可见，电能表校验仪在计算电能表误差前，先计算电能表时间常数与电能表校验仪时间常数之间的差值，并根据该差值调整自身的时间常数，使自身的时间常数与电能表的时间常数一致。这样电能表校验仪计算功率时功率曲线变化与电能表计算的功率曲线变化同步一致，电能表校验仪计算的误差值变化量较小，便于校验人员精确地读取电能表的误差值。

一个优选的方案是，上述电能表时间常数计算步骤包括以下步骤

步骤一：电能表校验仪确定一时间长度，并自采样时刻起计算电能表校验仪的电压周波功率，形成一组有序的电压周波功率数据；

步骤二：电能表校验仪以该时间长度为单位，使用多个不同时刻作为时间长度的起止时刻，计算多个时间长度内电能表计算电量参数值与电能表校验仪计算电量参数值之间的误差，形成一组有序的误差值数据；此步骤中，电量参数值可以为电能值或功率值；

步骤三：计算该组误差值数据中相邻两误差值之间的误差变化值，查找误差变化值中绝对值的最小值所对应的时刻，使用该时刻与采样时刻之间的时间间隔作为时间常数差值。

由此可见，电能表校验仪计算不同起止时刻下电能表校验误差变化值的最小值，并以最小值对应的时刻与采样时刻之间的时间间隔作为时间常数差值，这样计算的时间常数差值更为准确，误差值变化量最小。

另一个优选的方案是，电能表校验仪存储有一组时间常数差值数据，上述电能表时间常数计算步骤包括：电能表校验仪从上述一组时间常数差值数据中选择一个作为电能表时间常数与电能表校验仪时间常数之间的差值。

由上述方案可见，电能表校验仪生产厂家根据不同电能表的规格，预先将多种电能表对应的时间常数存储在电能表校验仪内。校验人员校验时，只需要根据不同电能表选择对应的时间常数即可方便地对电能表进行校验，减少电能表校验仪计算时间常数的时间，提高对电能表校验的工作效率。

附图说明

图1是电能表校验仪进行现场校验电能表的接线图；

图2是现有电能表校验仪校验电能表时负载功率、电能表计算功率以及电能表校验仪计算功率的波形图；

图3是本发明第一实施例的流程图；

图4是本发明第一实施例中计算误差值的示意图；

图5是使用本发明第一实施例进行现场校验电能表时，负载功率、电能表计算功率以及电能表校验仪计算功率的波形图；

图6是本发明第二实施例中计算误差值的示意图。

以下结合各实施例及其附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明使用电能表校验仪对电能表进行现场校验，电能表校验仪与电能表电连接，其中电能表校验仪具有信号采样单元，其包括有A/D转换器等，用于检测电能表的电压、流经电能表的电流等，一个计算单元，与信号采样单元的输出端连接，用于计算有功功率，并比较计算出的有功功率与电能表计算的有功功率之间的误差。

本发明使用的电能表校验仪设有一个时间常数调整单元，其计算电能表时间常数与电能表校验仪时间常数之间的差值，并根据时间常数差值调整电能表校验仪的时间常数。

第一实施例：

参见图3，电能表校验仪校验电能表前，首先执行步骤S1，计算电能表校验仪自身时间常数与电能表时间常数之间的差值。下面结合图4说明电能表校验仪如何计算自身时间常数与电能表时间常数之间的差值。

参见图4，计算电能表时间常数与电能表校验仪时间常数差值时，首先选择一个合适的时间长度。本实施例中，电能表校验仪选择电能表两个相邻的脉冲时间间隔T作为时间长度，时间间隔T也称为窗口时间。

然后，自某一时刻开始，如t10时刻，计算电能表校验仪每一电压周波的周波功率，形成一组有序的电压周波功率数据，如图4中的P10、P11、P12……P19，并将该组电压周波功率数据存储起来。

由于电能表校验仪电压周波时间固定，如0.02秒，因此计算相邻两电压周波功率所经过的时间是相等的，也就是t10时刻计算的周波功率为P10，t11时刻计算的周波功率为P11，如此类推。

接着，以窗口时间T为单位，选择一个时刻作为窗口时间T的起始时刻或终止时刻，计算窗口时间T内多个电压周波功率之和。如选择时刻t19作为第一个窗口时间T19的终止时刻，则第一个窗口时间T19的起始时刻为t14。此时，计算窗口时间T19内多个电压周波功率的总和∑P19，即

∑P19＝P14+P15+P16+P17+P18+P19        (式2)

同时，电能表校验仪计算相同时间内，即时刻t14与时刻t19之间电能表计算的电压周波功率之和∑P19′，计算此时电能表的误差值ε19，即

$\mathrm{\ϵ}19=\frac{\mathrm{\ΣP}19-\mathrm{\ΣP}{19}^{\′}}{\mathrm{\ΣP}19}\×100\%$ (式3)

这样，获得第一个误差值数据ε19。并且，时刻t19为本实施例的采样时刻，用于计算时间常数差值。

然后，改变窗口时间T的起止时刻，如第二个窗口时间T18的起始时刻与终止时刻分别为t13、t18，再次计算窗口时间内多个电压周波功率之和∑P18，即

∑P18＝P13+P14+P15+P16+P17+P18        (式4)

并且，电能表校验仪计算相同时间内，即时刻t13与时刻t18之间电能表计算的电压周波功率之和∑P18′，并计算此时电能表的误差值ε18，即

$\mathrm{\ϵ}18=\frac{\mathrm{\ΣP}18-\mathrm{\ΣP}{18}^{\′}}{\mathrm{\ΣP}18}\×100\%$ (式5)

这样，获得第二个误差值数据ε18。

接着，按照相同方向再次改变窗口时间T的起止时刻，形成第三个窗口时间T17、第四个窗口时间T16、第五个窗口时间T15等，并且计算相应窗口时间内对应的误差值ε17、ε16、ε15，这样多个误差值数据便形成一组有序的误差值数据。

然后，计算该组误差值数据中每相邻两个数据的差值，即

Δε11＝ε19-ε18    (式6)

Δε12＝ε18-ε17    (式7)

Δε13＝ε17-ε16    (式8)

Δε14＝ε16-ε15    (式9)

这样，Δε11、Δε12、Δε13、Δε14形成一组误差变化值数据。最后，从该组误差变化值数据中查找绝对值的最小值，例如Δε13的绝对值为该组数据中的最小值，则以Δε13对应的时刻与采样时刻之间的时间间隔作为电能表时间常数与电能表校验仪时间常数之间的差值。本实施例中，Δε13对应的误差值数据为ε16，而ε16对应的窗口时间的终止时刻为t16，则时刻t16与采样时刻t19之间的时间间隔即为时间常数差值，即

Δt＝t19-t16         (式10)

至此，电能表校验仪时间常数与电能表时间常数之间的差值计算完毕，即执行完毕步骤S1。

然后，电能表校验仪执行步骤S2，根据计算出来的时间常数差值Δt调整自身的时间常数，使电能表校验仪的时间常数与电能表的时间常数相等，此时负载功率、电能表计算功率以及电能表校验仪计算功率的波形图如图5所示。

电能表校验仪调整时间常数后，电能表校验仪与电能表的时间常数相等，均为τ4。这样，电能表计算的功率PB与电能表校验仪计算的功率PC均在t5时刻发生跳变，即电能表计算的功率PB与电能表校验仪计算的功率PC同步变化。

最后，电能表校验仪执行步骤S3，在调整后的时间常数基础上计算电能表的误差，即电能表校验仪计算在单位时间内负载所消耗的电能值，并获取相同时间内电能表所计算的电能值，计算两个电能值之间的误差值。

此时电能表校验仪计算的电能值与电能表校验仪计算的电能值之间误差变化量较小，且稳定在一个固定的范围内，校验人员可精确地读取校验仪所计算的误差值。

当然，电能表校验仪还可以使用滤波法来计算电能表校验仪时间常数与电能表时间常数之间的差值。

第二实施例：

参见图6，电能表校验仪首先选择电能表校验仪相邻的两个脉冲时间间隔作为窗口时间T，并自采样时刻t20起连续地计算每一电压周波功率，形成一组有序的周波功率数据P20、P21、P22……P29。

然后以窗口时间T为单位，选择第一个窗口时间T20的起止时刻，如选择时刻t20、t25作为第一个窗口时间T20的起止时刻，使用平均滤波法计算第一个窗口时间T20内多个周波功率的平均功率

即

$\stackrel{\‾}{P20}=\frac{P20+P21+P22+P23+P24+P25}{6}$ (式11)

接着，通过直接数字频率合成器(DDS)将平均功率转换成函数Fh，即

$\mathrm{Fh}=f\left(\stackrel{\‾}{P20}\right)$ (式12)

然后将函数Fh代入公式

$R20=\underset{0}{\overset{t25}{\∫}}\mathrm{Fh}$ (式13)

计算获得电能值R20。同时，电能表校验仪获取相同时间内电能表计算的电能值R20′，并计算两电能值的误差值ε20，即

$\mathrm{\ϵ}20=\frac{R20-R{20}^{\′}}{R20}\×100\%$ (式14)

接着，电能表校验仪改变窗口时间T的起止时刻，如使用时刻t21、t26作为第二窗口时间T21的起始时刻，应用上述方法计算第二个误差值ε21。如此类推，电能表校验仪计算第三个窗口时间T22、第四个窗口时间T23以及第五个窗口时间T24所对应的误差值ε22、ε23、ε24，形成一组有序的误差值数据。

然后，计算该组误差值数据中每相邻两个数据的差值，即

Δε21＝ε20-ε21    (式15)

Δε22＝ε21-ε22    (式16)

Δε23＝ε22-ε23    (式17)

Δε24＝ε24-ε24    (式18)

这样，Δε21、Δε22、Δε23、Δε24形成一组误差变化值数据。最后，从该组误差变化值数据中查找绝对值的最小值，例如Δε22的绝对值为该组数据中的最小值，则以Δε22对应的时刻与采样时刻之间的时间间隔作为电能表时间常数与电能表校验仪时间常数之间的差值。

例如，本实施例中，Δε22对应的误差值数据为ε22，而ε22对应的窗口时间的终止时刻为t22，则时刻t22与采样时刻t20之间的时间间隔即为时间常数差值，即

Δt＝t22-t20         (式19)

这样，即可计算出电能表校验仪时间常数与电能表时间常数之间的差值。最后，电能表校验仪根据计算出的时间常数差值调整自身的时间常数，使电能表校验仪的时间常数与电能表的时间常数相等，并在调整后的时间常数基础上计算电能表误差。

使用上述方法也可以减少电能表校验仪计算误差值的变化率，便于校验人员精确地读取电能表误差值数据。

当然，本实施例中，电能表校验仪使用平均滤波法计算窗口时间T内多个电压周波功率的平均值，实际应用时，还可以使用加权滤波法计算，即将窗口时间T内多个电压周波功率数值中，去掉最大值与最小值后再计算平均值，或者使用中位数滤波法，即取窗口时间T内多个电压周波功率数据的中位数作均值，以此计算电能值，也是可以实现本发明的目的。

第三实施例：

应用本实施例的电能表校验仪具有信号采样单元、计算单元以及时间常数调整单元，其中时间常数调整单元还设有一个存储模块，存储有多个不同的时间常数差值。存储在存储模块内的时间常数差值是电能表校验仪生产厂家预先测试不同型号、不同规格的电能表的时间常数与电能表校验仪时间常数的差值数据，校验人员使用时，根据不同规格的电能表选择相应的时间常数数据即可。

当然，本实施例的电能表校验仪还设有时间常数选择单元，时间常数选择单元是设置在电能表校验仪壳体上的多个按键，每一按键分别对应一个时间常数差值数据，校验人员按下某一按键后，该按键对应的电路向时间常数调整单元输出选择信息，电能表校验仪即从存储模块中选取对应的时间常数差值，即可对电能表进行校验。这样可以节省电能表校验仪现场计算时间常数差值所消耗的时间，提高电能表校验工作的效率。

电能表校验仪选取对应的时间常数差值后，调整自身的时间常数，并应用调整后的时间常数计算电能表的误差，这些与前述的实施例相同，在此不再赘述。

可见，本发明中，电能表校验仪先计算自身时间常数与电能表时间常数之间的差值，再根据该差值调整自身的时间常数，这样计算出的误差值变化量较小，该误差值可精确地反映电能表计量性能，便于校验人员开展工作。

当然，上述实施例仅是本发明的较佳的实施方案，实际应用中，还可以使用更多的方法计算电能表校验仪时间常数与电能表时间常数之间的差值，例如，电能表校验仪随机选择多个时间进行测试，计算多个时间的误差值，并选择误差值最小的时间最为时间差值；或者电能表校验仪分别绘制电能表校验仪以及电能表计算的功率变化曲线，对比两条功率变化曲线，计算两条曲线之间的时间间隔，使用该时间间隔作为时间常数差值等等，也可以实现本发明的目的。

此外，电能表校验仪可以同时使用上述多种计算时间常数差值的方法，分别计算时间常数差值，再选择其中一个合适的作为时间常数差值使用。或者电能表校验仪内设多种时间常数差值计算方式，由校验人员选择其中一种合适的使用，以便校验人员灵活地使用电能表校验仪。

并且，第一实施例中，窗口时间T可以是两个或更多的脉冲时间间隔，且电能表校验仪可以是间隔地计算电压周波功率，而并非连续地计算等，这些改变并不影响本发明的实施。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，例如信号采样电路的改变、窗口时间起止时刻选择的改变、误差值数据个数的改变等微小的变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1、电能表现场校验方法，一电能表校验仪与所述电能表电连接，用于校验所述电能表，该方法包括

所述电能表时间常数计算步骤：所述电能表校验仪计算所述电能表时间常数与所述电能表校验仪时间常数之间的差值；

所述电能表校验仪时间常数调整步骤：所述电能表校验仪根据计算出的时间常数差值，调整自身的时间常数，使所述电能表校验仪的时间常数与所述电能表的时间常数一致；

所述电能表误差计算步骤：所述电能表校验仪计算单位时间内消耗的电能值，并接收所述电能表计算的电能值，计算所述电能表计算的电能值与所述电能表校验仪计算的电能值之间的误差值。

2、根据权利要求1所述的电能表现场校验方法，其特征在于：

所述电能表时间常数计算步骤包括

步骤一：所述电能表校验仪确定一时间长度，并自采样时刻起计算所述电能表校验仪的电压周波功率，形成一组有序的电压周波功率数据；

步骤二：所述电能表校验仪以所述时间长度为单位，使用多个不同时刻作为所述时间长度的起止时刻，计算多个所述时间长度内所述电能表计算电量参数值与所述电能表校验仪计算电量参数值之间的误差，形成一组有序的误差值数据；

步骤三：计算所述一组误差值数据中相邻两误差值之间的误差变化值，查找误差变化值的绝对值中最小值所对应的时刻，使用该时刻与采样时刻之间的时间间隔作为时间常数差值。

3、根据权利要求2所述的电能表现场校验方法，其特征在于：

所述步骤二进一步包括：所述电能表校验仪计算所述时间长度内多个电压周波功率值之和，获取相同时间内所述电能表计算的周波功率之和，并计算两周波功率和值之间的误差。

4、根据权利要求2所述的电能表现场校验方法，其特征在于：

所述步骤二进一步包括：所述电能表校验仪使用滤波法计算所述时间长度内多个电压周波功率的均值，使用该均值计算所述时间长度内的电能值；

所述电能表校验仪获取相同时间内所述电能表计算的电能值，并计算两电能值之间的误差。

5、根据权利要求4所述的电能表现场校验方法，其特征在于：

所述滤波法为平均滤波法或加权滤波法或中位数滤波法。

6、根据权利要求1至5任一项所述的电能表现场校验方法，其特征在于：

所述电能表校验仪存储有一组时间常数差值数据；

所述电能表时间常数计算步骤包括：所述电能表校验仪从所述一组时间常数差值数据中选择一个作为所述电能表时间常数与所述电能表校验仪时间常数之间的差值。

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