CN101915903B - 智能电表的功率校表系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能电表的功率校表方法，通过校表的方式提高基于锰铜采样的智能电表的功率精度，保证批量生产的高效性和一致性。校表系统包括校表台、上位机及连接两者的通讯电路；校表台提供有校表用电源电路、功率误差读取电路及校表数据写入电路。校表方法采用二点混合校表方案，在大电流点快速读取智能电表的实时误差值、在小电流点稳定读取实时功率值，然后依据相应算法计算得到电表的功率增益、功率偏置值两个校表参数，然后利用校表数据写入电路将其写入电表。

Description

智能电表的功率校表系统及方法

【技术领域】

本发明涉及电能计量领域，具体涉及基于锰铜采样智能电表功率校表方案。

【背景技术】

在风靡全球的智能电网的推动下，如何提高智能电表的计量精度已经成为电能计量行业内共同追求的目标。

以基于锰铜采样的电表为例，由于考虑到功率损耗及系统发热等问题，锰铜电阻取值一般为微欧级的，故电流回路输入AD采样端信号也比较小（小电流点仅为几十微幅），这么微弱的信号极容易受外界信号的影响而导致小电流点功率误差偏大，这些影响来自于电流采样回路上存在的寄生电容、变压器的漏磁干扰、电源回路的干扰等带来的直流偏置，如果不能将这些信号回路中引入的直流偏置进行有效处理，势必无法保证小电流点误差的精度和电表在整个测量范围内的线性度。

一直以来电表行业都认为锰铜采样信号微弱导致计量精度不高，致使锰铜采样方案始终停留于居民用的单相表和精度要求不高的三相有功表。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种智能电表的功率校表系统及方法，通过校表的方式提高基于锰铜采样的智能电表的功率精度，保证批量生产的高效性和一致性。

实现上述目的的技术方案为：

一种智能电表的功率校表系统，针对基于锰铜采样的智能电表，其特征在于：包括校表台、上位机及连接两者的通讯电路；校表台提供有校表用电源电路、功率误差读取电路及校表数据写入电路，上位机通过通讯电路设定校表用电源电路的电压及电流幅度，校表用电源电路提供校表电源给被校电表，功率误差读取电路从被校电表获取功率误差数据并通过通讯电路上传给上位机，上位机经通讯电路控制校表数据写入电路将校表数据写入被校电表中相应的变量寄存器和非易失存储器中。

基于上述智能电表的功率校表系统的校表方法，针对基于锰铜采样的智能电表，其特征在于，包括以下步骤：

（1）依据被校电表的参数规格，利用上位机、通过通讯接口设置校表台的校表用电源电路输出相匹配的电压幅度；

（2）将校表用电源接入被校电表，调节校表用电源电流至第一校表点I₁，通过功率误差读取电路读取被校电表的实时功率误差E1，并上传给上位机；

（3）调节校表用电源电流至第二校表点I₂，I₂小于I₁，待电表和校表台工作稳定后，通过功率误差读取电路读取此时电表相对于校表台的功率误差E2，并上传给上位机；

（4）上位机获取功率误差E1、E2后，计算得到功率增益GAIN和功率偏置值OFFSET，然后通过校表数据写入电路将其写入被校电表相应的变量寄存器和非易失存储器中。

本发明提供了一套智能电表的功率校表系统，并采用二点混合校表方案，在大电流点快速读取智能电表的实时误差值、在小电流点稳定读取实时功率值，然后依据相应算法计算得到电表的功率增益、功率偏置值两个校表参数。能将锰铜表的计量精度提升到一个前所未有的高度，使其满足0.5S级、甚至0.2S级智能电表的精度要求。

【附图说明】

图1为本发明提供的智能电表的功率校表系统的示意图。

【具体实施方式】

基于锰铜采样的智能表的电流采样回路由于输入信号非常微弱，且整个系统中存在各种直流信号产生的直流偏置的影响，电表的功率普遍遵从于公式1中的计量内部功率值计算，故如何有效计算功率增益GAIN及功率偏置OFFSET便成为本发明创造的核心内容。

P_测量=GAIN×W+OFFSET         （公式1）

其中：P_测量为智能电表测量到的实时功率值，GAIN为功率增益，OFFSET为功率偏置，W为通过电流电压点积后的功率原始值。

并采用以下公式2计算功率误差，其中：E为电表相对于校表台的实时功率误差，P_测量为智能电表测量到的实时功率值，P_标准为校表台的标准功率值。

E=P_测量/P_标准-1}×100        （公式2）

为实现本发明智能电表功率校表方法，本实施例首先提供一种智能电表功率校表系统，参见图1，该系统包括校表台、上位机及连接两者的通讯电路；校表台提供有校表用电源电路、功率误差读取电路及校表数据写入电路，上位机通过通讯电路设定校表用电源电路的电压及电流幅度，校表用电源电路提供校表电源给被校电表，功率误差读取电路从被校电表获取功率误差数据并通过通讯电路上传给上位机，上位机经通讯电路控制校表数据写入电路将校表数据写入被校电表中相应的变量寄存器和非易失存储器中。

基于上述智能电表功率校表系统的校表方法，包括以下步骤：

（1）依据被校电表的参数规格，上位机（上位机内集成相应校表软件）通过通讯电路设置校表台校表用电源电路输出电压的幅度，使其与被校电表的参数规格匹配。

（2）将校表用电源接入被校电表，调节校表用电源电流至第一校表点I₁，通过功率误差读取电路读取被校电表的实时功率误差E1，并上传给上位机。

（3）调节校表用电源电流至第二校表点I₂，I₂小于I₁，待电表和校表台工作稳定后，通过功率误差读取电路读取此时电表相对于校表台的功率误差E2，并上传给上位机。

（4）上位机获取功率误差E1、E2后，计算得到功率增益GAIN和功率偏置值OFFSET，然后通过校表数据写入电路将其写入被校电表相应的变量寄存器和非易失存储器中。

上位机利用下面的算法计算得到功率增益GAIN和功率偏置值OFFSET：

已知GAIN=GAIN0，OFFSET=0时，测得E1、E2，设I1=N×I2，目标，求出新的增益GAINn+1和OFFSET使得P标准=GAINn+1×W+OFFSET；建立以下方程组：

P_{大电流·测量}=GAIN_n+1×W₁+OFFSET           ①

P_{小电流·测量}=GAIN_n+1×W₁+OFFSET           ②

E1＝(P_{大电流·测量}/P_{大电流·标准}-1)×100   ③

E2＝(P_{小电流·测}/P_{小电流·标准}-1)×100     ④

P_{大电流·测量}＝GAIN_n×W2                   ⑤

P_{小电流·测量}＝GAIN_n×W₁                   ⑥

P_{大电流·标准}=N×I₁×U_n×100               ⑦

P_{小电流·标准}=I₂×U_n×100                  ⑧

对上述方程组求解：

1、由上式③④⑤⑥可得W₁、W₂关于P_标准、E1、E2、GAIN_n的表达式，即：

W₁=(E1+1)P_{大电流·标准}/GAIN_n               ⑨

W₂=(E2+1)P_{小电流·标准/}GAIN_n               ⑩

2、将公式①减②后，再将公式⑦⑧⑨⑩带入可得GAIN_n+1，即：

GAIN_n+1＝GAIN_n×(N-1)/[N×(1+E1)-(1+E2)]

由上式可以看出GAIN_n+1和电流电压大小并没有关系。

3、将公式①加②后，可得OFFSET的计算公式，即：

OFFSET＝(E1-E2)×N×I₂×U_n×100/[N×(1+E1)-(1+E2)]

由上式可以看出OFFSET和电流电压大小成正比例关系。

通过读取智能电表相对于标准校表台的大、小电流点的功率误差值，及上述一系列的计算公式便可得到准确的功率增益值GAIN_n+1及功率偏置值OFFSET，然后利用校表数据写入电路将其写入电表，从而完成基于锰铜采样的高精度智能电表的功率校表流程。

Claims (1)

1.一种智能电表的功率校表方法，针对基于锰铜采样的智能电表，智能电表的功率校表系统包括校表台、上位机及连接两者的通讯电路；校表台提供有校表用电源电路、功率误差读取电路及校表数据写入电路，上位机通过通讯电路设定校表用电源电路的电压及电流幅度，校表用电源电路提供校表电源给被校电表，功率误差读取电路从被校电表获取功率误差数据并通过通讯电路上传给上位机，上位机经通讯电路控制校表数据写入电路将校表数据写入被校电表中相应的变量寄存器和非易失存储器中；其特征在于，该校表方法包括以下步骤：

（1）依据被校电表的参数规格，利用上位机、通过通讯接口设置校表台的校表用电源电路输出相匹配的电压幅度；

（2）将校表用电源接入被校电表，调节校表用电源电流至第一校表点I₁，通过功率误差读取电路读取被校电表的实时功率误差E1，并上传给上位机；

（3）调节校表用电源电流至第二校表点I₂，I₂小于I₁，待电表和校表台工作稳定后，通过功率误差读取电路读取此时电表相对于校表台的功率误差E2，并上传给上位机；

（4）上位机获取功率误差E1、E2后，计算得到功率增益GAIN和功率偏置值OFFSET，然后通过校表数据写入电路将其写入被校电表相应的变量寄存器和非易失存储器中；利用下面的算法计算得到功率增益GAIN和功率偏置值OFFSET：

已知GAIN=GAIN₀，OFFSET=0时，测得E1、E2，设I₁=N×I₂，求出新的增益GAIN_n+1和OFFSET使得P_标准=GAIN_n+1×W+OFFSET；建立以下方程组：

P_{大电流·测量}＝GAIN_n+1×W₁+OFFSET        ①

P_{小电流·测量}=GAIN_n+1×W₂+OFFSET         ②

E1＝(P_{大电流·测量}/P_{大电流·标准}-1)×100 ③

E2＝(P_{小电流·测量}/P_{小电流·标准}-1)×100 ④

P_{大电流·测量}＝GAIN_n×W₂                 ⑤

P_{小电流·测量}＝GAIN_n×W₁        ⑥

P_{大电流·标准}＝N×I₁×U_n×100   ⑦

P_{小电流·标准}=I₂×U_n×100       ⑧

对上述方程组求解：

1）、由上式③④⑤⑥可得W₁、W₂关于P_{小电流·标准}、P_{大电流·标准}、E1、E2、GAIN_n的表达式，即：

W₁=(E1+1)P_{大电流·标准}/GAIN_n    ⑨

W₂=(E2+1)P_{小电流·标准}/GAIN_n    ⑩

2）、将公式①减②后，再将公式⑦⑧⑨⑩带入可得GAIN_n+1，即：

GAIN_n+1＝GAIN_n×(N-1)/[N×(1+E1)-(1+E2)]

3）、将公式①加②后，可得OFFSET的计算公式，即：

OFFSET＝(E1-E2)×N×I₂×U_n×100/[N×(1+E1)-(1+E2)]

其中：P_{大电流.测量}为大电流下智能电表测量到的实时功率值，P_{小电流·测量}为小电流下智能电表测量到的实时功率值，P_{大电流·标准}为大电流下校表台的标准功率值，P_{小电流·标准}为小电流下校表台的标准功率值，OFFSET为功率偏置，W₁为对应E1的通过电流电压点积后的功率原始值，W₂为对应E2的通过电流电压点积后的功率原始值。

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