CN102411090A - 一种自检式电子电能表及其自检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自检式电子电能表及其自检方法，能够在实现自检的同时对电力系统电能进行精确计量，自检式电子电能表包括：计量电路、微处理机、MTP存储单元、显示单元、供电电源以及校表输出端，所述计量电路包括采样电路、A/D转换电路和计量芯片。本发明的技术方案实现了低成本校表，提高效率；提高校表参数的安全性，提高电能表误差的可靠性；降低成本，低碳环保。

Description

一种自检式电子电能表及其自检方法

技术领域

本发明涉及电能计量技术领域，具体涉及一种能实现自检功能的电子电能表以及自检的方法。

背景技术

电能表是一种对电力系统的用电量进行测量的装置，随着技术的不断进步和电力系统的日趋复杂化，电能表的计量精度不断提高，例如分时、分段、费率控制等精确数据测量等。因此，电能表计量精确与否至关重要，当前，对电子式电能表，尤其是智能电能表的校验主要通过对电力系统电流与电压信息进行采集后，在计量部分前端设置一个电阻检验网络，并通过对电阻网络的调整而实现对电能表误差的校正。这种依靠人工校表的工序过程繁琐，误差较大，而且电磁干扰过大，损害电路芯片。

有研究提出通过智能电表MCU的内部时钟来输出误差校正值，并输出校验脉冲，这种技术方案虽然缓解了手动校表产生的问题，但其技术本身实际上仅是一种“计量芯片+校表软件”的内容，其技术缺陷是仍需要依靠硬件实现校表，MCU输出的校验脉冲仍需要电能表外部校验设备来进行数据处理分析，校表工序仍然繁琐，降低生产效率。

随着技术的不断改进，有人提出采用“计量芯片+MCU+EEPROM”的方案，或采用“NVM+掉电检测电路”解决上述缺陷，这样做的目的主要是保证系统掉电时对某些计量数据能够进行保存，以免造成数据丢失，但是成本极高，也有人研究采用“计量芯片+EEPROM”的方式来降低成本，但是这两种方案都无法解决一个问题，即数据可靠性根本无法保证，在需要重复读写计量数据的过程中，由于(例如)多次读数据或覆盖数据，会造成EEPROM的内容被扰乱，甚至被改写，而且这种缺陷的几率较高，所以并不可取。同时，对电能表的精确度校验在通常情况下并非仅仅能一次完成，例如在电能表生产过程中存在对电能表进行改装或复核的可能，上述技术方案明显不能解决或改善这样的问题。

发明内容

本发明旨在解决现有技术存在的缺陷，提出一种自检式电子电能表，它能够在实现自检的同时对电力系统电能进行精确计量。本发明第一技术方案的自检式电子电能表包括：计量电路，它包括采样电路、A/D转换电路和计量芯片，所述采样电路用于对至少一相电能模拟量信息进行采样，并将模拟量信息传输至A/D转换电路以转换为数字信息，所述A/D转换电路电连接于计量芯片以传输所述数字信息，所述计量芯片包括接收端和数据缓存区，分别用以接收外部标准数据和写入校表参数，所述接收端与数据缓存区相互耦合连接，所述计量芯片将所述数字信息与外部标准数据进行比较后，计算转化为校表参数；微处理机，它通信连接至所述计量芯片，接收所述校表参数并将其至少一次写入计量芯片中的数据缓存区；MTP存储单元，它通信连接至所述计量芯片和微处理机，用于至少一次写入状态数据、电量数据和校表参数，当微处理机确定参数正确后将校表参数写入MTP存储单元中；显示单元，它通信连接至所述微处理机，用于显示电量数据和状态数据；供电电源，它电连接至所述计量电路、微处理机和显示单元并为之提供工作电源；以及校表输出端，它通信连接至所述微处理机，用于输出计量信息。

其中，状态数据包括反映电能表自检状态的可视化指示信息。

一种电子电能表的自检方法包括下列步骤：(1)从电能表外部产生一个预设校表信息；(2)所述电能表的计量电路根据预设校表信息采样至少一相电能模拟量信息并转换为数字信息；(3)通过计量电路的一个接收端来接收外部标准数据；(4)将产生的数字信息与外部标准数据进行比较，根据计量公式计算得出校表参数；(5)通过电能表的微处理机将所述校表参数写入所述计量电路中的数据缓存区；(6)在所述微处理机确定校表参数正确后至少一次将其写入一个MTP存储单元中；(7)计量电路至少一次从MTP存储单元中读取校表参数；(8)计量电路根据校表参数采样至少一相电能模拟量信息并转换为数字信息进行计量，将计量后的数字信息传输至所述微处理机；(9)微处理机对数字信息进行数据处理后得出计量信息，将其传输至显示单元和校表输出端。

其中，显示单元提供一个反映自检起始状态的第一指示信息。

其中，显示单元提供一个反映自检进行状态的第二指示信息。

其中，显示单元提供一个反映自检完成状态的第三指示信息。

本发明电子电能表的自检方法包括将电能表与另外若干个电能表通信连接并同时进行自检的步骤。

本发明第二技术方案的自检式电子电能表包括：计量电路，它包括采样电路、A/D转换电路和计量芯片，所述采样电路用于对至少一相电能模拟量信息进行采样，并将模拟量信息传输至A/D转换电路以转换为数字信息，所述A/D转换电路电连接于计量芯片以传输所述数字信息，所述计量芯片包括MTP存储单元和接收端，所述MTP存储单元用于至少一次写入状态数据、电量数据和校表参数，所述接收端用以接收外部标准数据，所述MTP存储单元与接收端相互耦合连接，所述计量芯片将所述数字信息与外部标准数据进行比较后，计算转化为校表参数；显示单元，它通信连接至所述计量芯片，用于显示电量数据和状态数据；供电电源，它电连接至所述计量电路和显示单元并为之提供工作电源；以及校表输出端，它通信连接至所述计量芯片，用于输出计量后的数字信息。

其中，状态数据包括反映电能表校表状态的可视化信息。

一种电子电能表的自检方法包括下列步骤：(1’)从电能表外部产生一个预设校表信息；(2’)所述电能表的计量电路根据预设校表信息采样至少一相电能模拟量信息并转换为数字信息；(3’)通过所述计量电路的一个接收端来接收外部标准数据；(4’)将产生的数字信息与外部标准数据进行比较，根据计量公式计算得出校表参数；(5’)将所述校表参数至少一次写入一个MTP存储单元中；(6’)所述计量电路至少一次从MTP存储单元中读取校表参数；(7’)所述计量电路根据校表参数采样至少一相电能模拟量信息并转换为数字信息进行计量，将计量后的数字信息传输至显示单元和校表输出端。

其中，显示单元提供一个反映自检起始状态的第一指示信息。

其中，显示单元提供一个反映自检进行状态的第二指示信息。

其中，显示单元提供一个反映自检完成状态的第三指示信息。

本发明电子电能表的自检方法包括将电能表与另外若干个电能表通信连接并同时进行自检的步骤。

通过上述技术方案实现了低成本校表，提高效率；提高校表参数的安全性，提高电能表误差的可靠性；降低成本，低碳环保。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明自检式电子电能表的第一优选实施例的结构示意图；

图2为本发明自检式电子电能表的第二优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明一种自检式三相电子电能表的第一实施例主要包括：计量电路100，供电电源200，微处理机300，显示单元400和MTP存储单元500。其中如图所示，计量电路100包括电流采样电路101，电压采样电路102，A/D转换电路和计量芯片103。三相电流Ia、Ib、Ic接入电流采样电路101和供电电源200，三相电压Ua、Ub、Uc接入电压采样电路102，采样电路，101和102用于对三相电流和电压信号进行采样，并分别将电流和电压模拟量信息传输至A/D转换电路以转换为数字信息，A/D转换电路电连接于计量芯片103以传输数字信息。计量芯片103包括接收端105和数据缓存区104，分别用以接收外部标准数据和写入校表参数，接收端105与数据缓存区104相互耦合连接，计量芯片103将这些数字信息与外部标准数据进行比较后，计算转化为校表参数。微处理机300通信连接至计量芯片103，接收校表参数并将其至少一次写入计量芯片103中的数据缓存区104。MTP存储单元500通信连接至计量芯片103和微处理机300，用于至少一次写入状态数据、电量数据和校表参数，当微处理机300确定参数正确后将校表参数写入MTP存储单元500中。显示单元400通信连接至微处理机300，用于显示电量数据和状态数据。供电电源200电连接至计量电路100、微处理机300和显示单元400并为之提供工作电源。校表输出端600通信连接至微处理机300，用于输出计量信息。应当理解，此处给出的是一个三相电能表上所实施的优选实施例，目的仅为能够更全面解释本发明的实施方式，但是并不是将本发明内容限定在三相电能表之上，本领域技术人员应当懂得，在(例如)单相、网络预付费电能表上，本发明同样适用。

可多次编程(multi-time programmable，MTP)属于可编程逻辑器件(PLD)中的一类，专利CN101473634A具体描述了一种MTP不可擦除存储结构的原理，本文不予赘述。

其中，状态数据包括反映电能表自检状态的可视化指示信息。

微处理机300能够接收来自计量芯片103的校表参数，同时，微处理机300用于对计量电路100所计量计算得出的电量数据进行处理，对电量数据进行检测和记录，并分析对三相电流和电压信号采样和转换得出的数字信息以及相应相位角数据是否存在误差。在本实施例中，微处理机300可将电量数据多次存入MTP存储单元500中。

计量芯片103可将电压数字信息与电流数字信息相乘，并进行累加，例如在一个三相四线电能表中，电能计算公式为：

P＝U_aI_a+U_bI_b+U_cI_c

或者，可以表示为P＝∑{DIG_U_X·DIG_I_X}，其中DIG_U_X代表多相电压U的数字信号，DIG_I_X代表多相电流I的数字信号，X＝{a，b，c，a，b，c，...}。然后，计量芯片103将此电能数据传输至微处理机300。

微处理机300计算此数据，直到达到一个电量阈值，当达到此阈值，微处理机300产生产生一个电量脉冲并增加一个电量计度。此时，微处理机300将此电量计度传输给显示单元400和MTP存储单元500，显示单元400此时会提供对此电量计度的一个可视化显示，便于人工观测。MTP存储单元500一方面将电量数据进行存储，便于在(例如)电网掉电或通讯故障恢复的情况下，数据能够被重新读取，另一方面便于计量芯片103和微处理机300在电能表自检的情形下能多次读数据。

此外，微处理机300能够对计量电路100进行控制，尤其是对计量芯片103和A/D转换电路进行数字化控制。

同时，计量芯片103传输(例如)三相电流每一相的电压数字量和相位角数据，计量芯片103会对电压数字量和电流数字量执行一种例如RMS运算。然后，计量芯片将电压数字量和电流数字量以及相位角数据传输至微处理机300。应当懂得的是，微处理机300可执行对所述经计算数据信息的进一步转换。本发明电子电能表执行自检程序是为了更精确地计量电力系统用电量信息，而(例如)电流数字量或相位角则是主要的障碍。

如图1所示，计量芯片103包括一个接收端105，用于接收来自一个高精度电能计量装置(特定为一个标准表)的电脉冲信号。根据本发明的优选实施例，此标准表产生一个计量频率下的脉冲信号，并将这一系列脉冲通过接收端105传输给计量芯片103，根据这一系列脉冲，计量芯片将标准表的计量值与自身电能表的计量值比较一段预定时间，这个预定时间可以由微处理机300来决定，也可以由计量芯片本身决定——对于某些不具备处理功能的电能表而言，其本身不带有数据处理单元(例如MCU)，则这个时间段是预先设定的，而对于例如智能电能表，例如实现分时计费、分费率计费或者网络通信的电能表而言，这个时间周期是可以选择性制定。

根据本发明第一优选实施例的电能表，可以实现一种电子电能表的自检方法，这个方法包括下列步骤：

(1)从电能表外部产生一个预设校表信息；

(2)电能表的计量电路100根据预设校表信息采样至少一相电能模拟量信息并转换为数字信息；

(3)通过计量电路100的一个接收端105来接收外部标准数据；

(4)将产生的数字信息与外部标准数据进行比较，根据计量公式计算得出校表参数；

(5)通过电能表的微处理机300将所述校表参数写入所述计量电路100中的数据缓存区104；

(6)在微处理机300确定校表参数正确后至少一次将其写入一个MTP存储单元500中；

(7)计量电路100至少一次从MTP存储单元500中读取校表参数；

(8)计量电路100根据校表参数采样至少一相电能模拟量信息并转换为数字信息进行计量，将计量后的数字信息传输至所述微处理机300；

(9)微处理机300对数字信息进行数据处理后得出计量信息，将其传输至显示单元400和校表输出端600。

同时，本发明第一实施例的电子电能表的自检方法包括电能表与另外若干个电能表通信连接并同时进行自检的步骤。例如，可将N个电子电能表N₁、N₂、N₃...N_n同时进行自检。一般情况下，为了最佳生产效率，n优选为10至30，对于每一电表N_x可同时设定时钟信号，或直接对每一电表串接简单手动开关，以便在这些电能表其中之一完成自检后使继电器跳闸，而不影响其他电能表的进程。

作为优选，在接收端105接收到外部标准数据时，显示单元400提供一个反映自检起始状态的第一指示信息。

作为优选，从步骤(4)至步骤(9)的一段时间内，显示单元400提供一个反映自检进行状态的第二指示信息。

作为优选，在步骤(9)完成后，显示单元400提供一个反映自检完成状态的第三指示信息。

现参照图2，图中示意性绘示出本发明一种自检式电子电能表的第二实施例。对于某些不具有通讯、费率控制而仅具有计量读表功能的简单式电能表，本发明同样适用。本发明实施例的电子电能表主要包括计量电路100’，显示单元400’，MTP存储单元500’和校表输出端600’。计量电路100’包括电流采样电路101’、电压采样电路102’、A/D转换电路和计量芯片103’，采样电路101’，102’用于对三相电能模拟量信息进行采样，并将模拟量信息传输至A/D转换电路以转换为数字信息，所述A/D转换电路电连接于计量芯片103’以传输所述数字信息。计量芯片103’包括MTP存储单元500’和一个接收端105’，MTP存储单元500’用于至少一次写入状态数据、电量数据和校表参数，接收端105’用以接收外部标准数据。MTP存储单元500’与接收端105’相互耦合连接，计量芯片103’将所述数字信息与外部标准数据进行比较后，计算转化为校表参数。显示单元400’通信连接至所述计量芯片103’，用于显示电量数据和状态数据。供电电源200’电连接至所述计量电路100’和显示单元400’并为之提供工作电源；校表输出端600’通信连接至所述计量芯片103’，用于输出计量后的数字信息。

作为优选，状态数据包括反映电能表校表状态的可视化信息。

与本发明第一实施例类似地，计量芯片103可将电压数字信息与电流数字信息相乘，并进行累加，例如在一个三相三线直读式电能表中，电能计算公式为：

P＝U_aI_a+U_bI_b+U_cI_c

或者，可以表示为P＝∑{DIG_U_X·DIG_I_X}，其中DIG_U_X代表多相电压U的数字信号，DIG_I_X代表多相电流I的数字信号，X＝{a，b，c，a，b，c，...}。然后，计量芯片103将此电能数据直接传输至校表输出端600’，并将计量数据显示于显示单元400’上。

同时，计量芯片103’传输(例如)三相电流每一相的电压数字量和相位角数据，计量芯片103’会对电压数字量和电流数字量执行一种例如RMS运算。

根据本发明第二优选实施例的电能表，可以实现一种电子电能表的自检方法，这种方法包括下列步骤：

(1’)从电能表外部产生一个预设校表信息；

(2’)电能表的计量电路100’根据预设校表信息采样至少一相电能模拟量信息并转换为数字信息；

(3’)通过计量电路100’的一个接收端105’来接收外部标准数据；

(4’)将产生的数字信息与外部标准数据进行比较，根据计量公式计算得出校表参数；

(5’)将校表参数至少一次写入一个MTP存储单元500’中；

(6’)计量电路100’至少一次从MTP存储单元500’中读取校表参数；

(7’)计量电路100’根据校表参数采样至少一相电能模拟量信息并转换为数字信息进行计量，将计量后的数字信息传输至显示单元400’和校表输出端600’。

同时，本发明第二实施例的电子电能表的自检方法包括电能表与另外若干个电能表通信连接并同时进行自检的步骤。例如，可将N个电子电能表N₁、N₂、N₃...N_n同时进行自检。一般情况下，为了最佳生产效率，n优选为10至30，对于每一电表N_x可同时设定时钟信号，或直接对每一电表串接简单手动开关，以便在这些电能表其中之一完成自检后使继电器跳闸，而不影响其他电能表的进程。

作为优选，在所述接收端105’接收到外部标准数据时，显示单元400’提供一个反映自检起始状态的第一指示信息。

作为优选，从步骤(4’)至步骤(7’)的一段时间内，显示单元400’提供一个反映自检进行状态的第二指示信息。

作为优选，在步骤(7’)完成后，显示单元400’提供一个反映自检完成状态的第三指示信息。

以上仅为本发明的若干个优选实施例，仅为方便本发明技术方案的描述，并非是对本发明的限定。其中，数量词“一个”并非指代单数，可能包括多个或其组合。应当了解，一切基于本发明的修改、变化及替代，均应涵盖于本发明的技术范畴内。

Claims (14)

1.一种自检式电子电能表，用于计量电力系统的至少一相电能，其特征在于包括：

计量电路(100)，它包括采样电路(101，102)、A/D转换电路和计量芯片(103)，所述采样电路(101，102)用于对至少一相电能模拟量信息进行采样，并将模拟量信息传输至A/D转换电路以转换为数字信息，所述A/D转换电路电连接于计量芯片(103)以传输所述数字信息，所述计量芯片(103)包括接收端(105)和数据缓存区(104)，分别用以接收外部标准数据和写入校表参数，所述接收端(105)与数据缓存区(104)相互耦合连接，所述计量芯片(103)将所述数字信息与外部标准数据进行比较后，计算转化为校表参数；

微处理机(300)，它通信连接至所述计量芯片(103)，接收所述校表参数并将其至少一次写入计量芯片(103)中的数据缓存区(104)；

MTP存储单元(500)，它通信连接至所述计量芯片(103)和微处理机(300)，用于至少一次写入状态数据、电量数据和校表参数，当微处理机(300)确定参数正确后将校表参数写入MTP存储单元(500)中；

显示单元(400)，它通信连接至所述微处理机(300)，用于显示电量数据和状态数据；

供电电源(200)，它电连接至所述计量电路(100)、微处理机(300)和显示单元(400)并为之提供工作电源；以及

校表输出端(600)，它通信连接至所述微处理机(300)，用于输出计量信息。

2.如权利要求1所述的一种自检式电子电能表，其特征在于：所述状态数据包括反映电能表自检状态的可视化指示信息。

3.一种电子电能表的自检方法，其特征在于包括下列步骤：

1)从电能表外部产生一个预设校表信息；

2)所述电能表的计量电路(100)根据预设校表信息采样至少一相电能模拟量信息并转换为数字信息；

3)通过所述计量电路(100)的一个接收端(105)来接收外部标准数据；

4)将产生的数字信息与外部标准数据进行比较，根据计量公式计算得出校表参数；

5)通过电能表的微处理机(300)将所述校表参数写入所述计量电路(100)中的数据缓存区(104)；

6)在所述微处理机(300)确定校表参数正确后至少一次将其写入一个MTP存储单元(500)中；

7)所述计量电路(100)至少一次从MTP存储单元(500)中读取校表参数；

8)所述计量电路(100)根据校表参数采样至少一相电能模拟量信息并转换为数字信息进行计量，将计量后的数字信息传输至所述微处理机(300)；

9)所述微处理机(300)对数字信息进行数据处理后得出计量信息，将其传输至显示单元(400)和校表输出端(600)。

4.如权利要求3所述的一种电子电能表的自检方法，其特征在于：在所述接收端(105)接收到外部标准数据时，所述显示单元(400)提供一个反映自检起始状态的第一指示信息。

5.如权利要求3所述的一种电子电能表的自检方法，其特征在于：从步骤(4)至步骤(9)的一段时间内，所述显示单元(400)提供一个反映自检进行状态的第二指示信息。

6.如权利要求3所述的一种电子电能表的自检方法，其特征在于：在步骤(9)完成后，所述显示单元(400)提供一个反映自检完成状态的第三指示信息。

7.一种电子电能表的自检方法，其特征在于包括将电能表与另外若干个电能表通信连接并同时进行自检的步骤。

8.一种自检式电子电能表，用于计量电力系统的至少一相电能，其特征在于包括：

计量电路(100’)，它包括采样电路(101’，102’)、A/D转换电路和计量芯片(103’)，所述采样电路(101’，102’)用于对至少一相电能模拟量信息进行采样，并将模拟量信息传输至A/D转换电路以转换为数字信息，所述A/D转换电路电连接于计量芯片(103’)以传输所述数字信息，所述计量芯片(103’)包括MTP存储单元(500’)和接收端(105’)，所述MTP存储单元(500’)用于至少一次写入状态数据、电量数据和校表参数，所述接收端(105’)用以接收外部标准数据，所述MTP存储单元(500’)与接收端(105’)相互耦合连接，所述计量芯片(103’)将所述数字信息与外部标准数据进行比较后，计算转化为校表参数；

显示单元(400’)，它通信连接至所述计量芯片(103’)，用于显示电量数据和状态数据；

供电电源(200’)，它电连接至所述计量电路(100’)和显示单元(400’)并为之提供工作电源；以及

校表输出端(600’)，它通信连接至所述计量芯片(103’)，用于输出计量后的数字信息。

9.如权利要求8所述的一种自检式电子电能表，其特征在于：所述状态数据包括反映电能表校表状态的可视化信息。

10.一种电子电能表的自检方法，其特征在于包括下列步骤：

1’)从电能表外部产生一个预设校表信息；

2’)所述电能表的计量电路(100’)根据预设校表信息采样至少一相电能模拟量信息并转换为数字信息；

3’)通过所述计量电路(100’)的一个接收端(105’)来接收外部标准数据；

4’)将产生的数字信息与外部标准数据进行比较，根据计量公式计算得出校表参数；

5’)将所述校表参数至少一次写入一个MTP存储单元(500’)中；

6’)所述计量电路(100’)至少一次从MTP存储单元(500’)中读取校表参数；

7’)所述计量电路(100’)根据校表参数采样至少一相电能模拟量信息并转换为数字信息进行计量，将计量后的数字信息传输至显示单元(400’)和校表输出端(600’)。

11.如权利要求10所述的电子电能表的自检方法，其特征在于：在所述接收端(105’)接收到外部标准数据时，所述显示单元(400’)提供一个反映自检起始状态的第一指示信息。

12.如权利要求10所述的电子电能表的自检方法，其特征在于：从步骤(4’)至步骤(7’)的一段时间内，所述显示单元(400’)提供一个反映自检进行状态的第二指示信息。

13.如权利要求10所述的电子电能表的自检方法，其特征在于：在步骤(7’)完成后，所述显示单元(400’)提供一个反映自检完成状态的第三指示信息。

14.一种电子电能表的自检方法，其特征在于包括将电能表与另外若干个电能表通信连接并同时进行自检的步骤。

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