CN102520226A - 一种用于电能计量的小电流补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电能计量的小电流补偿方法，属于电力参数测量技术领域。首先对电能表根据电流大小分两个区间进行校准，在小电流区间由于电流互感器及模数转换器的线性度不好且模数转换器的信噪比非常低，电能精度达不到0.2S标准。本发明提出一种小电流软件补偿的方法，小范围内进行线性补偿，算法实现简单，校表速度满足批量生产要求，精度大大优于0.2S表要求。
Description
技术领域
本发明涉及用于电能计量方法，尤其是涉及一种电能计量的小电流补偿的方法，属于电力参数测量技术领域。
背景技术
为达到0.2S的电能计量精度，生产出的电能表需要精度校正，也就是下面提到的校准。常用的电能表校准根据电流大小分三个区间或四个区间甚至更多区间进行校准，在小电流区间里还要再多分几次进行校准。每次校准需要依次对直流、比差、角差进行校正，为保证数据稳定达到要求，在小电流情况下校准时间较长，尤其在小电流区间时，数据跳动较大，稳定性没有大电流区间好，校准成功率较低。而且频繁切换校准参数会影响现场计量的准确性，这种频繁切换给计量带来的影响往往在工厂检验时难以发现。在小电流区间可以再进行细分区间校准还需要一个条件，就是前端的数模转换器具有变增益的功能，可以放大小电流，保证后端处理的数据精度，也就是对硬件有一定的依赖性，不是所有的硬件环境都适合进行分N个区间校准来达到效果。这些是现有的小电流电能计量方法存在的一些问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提出一种用于电能计量的小电流补偿的方法，在电能表根据电流大小分2个区间校准的前提下，对小电流的电能进行小范围的软件线性补偿，弥补电子器件在此范围内的非线性问题,以使在小电流情况下电能计量可以达到0.2S标准。该方法实施简单，补偿效果好。
本发明中提到的校准所需的设备包括：用于向三相功率源发送控制指令和给电能表发送校准命令的PC机1、用于提供电流电压的三相功率源2、用于并接挂载多台被校准电能表的挂表架3、被校准的电能表4。PC机和三相功率源通过串口232相连。PC机和电能表通过以太网相连，需要设置好IP号和端口号。PC机上安装校准软件，通过校准软件给三相功率源发送加电压电流信号的命令，给需要校准的电能表发送校准命令。
本发明的原理是根据模数转换器在小电流区间的有效位数的降低，在小于10%参比电流的小电流区间，对电能精度达不到0.2S的电能进行线性软件补偿，在原有的电能基础上加上补偿电能形成最终的电能，以达到0.2S的精度要求。
要进行精确的电能计算，必须先对电压和电流进行校准。根据电流互感器在电流较小时线性度不好，将电流校准分2个区间进行，大于20%参比电流为第一电流区间，小于20%参比电流为第二电流区间，校准完成后保存2组校准参数，每组校准参数包括各三相电压、三相电流直流偏置和比差，以及各相角差。
补偿多少的参考点选择，选择2%参比电流这个点，即补偿一个和2%In有关的补偿电能ΔE，先分别保存功率因数等于1和0.5时的有功功率P(1)和P(0.5)。
补偿量还要考虑电压、电流相位角的影响，也就是补偿量根据当前功率因数的不同也要调整。
补偿电能公式可以写成ΔE = [P1 + 2(factor-1) * ( P1-P0.5)] * Ns * 1/fs，其中factor是此刻的功率因数，Ns是此刻对应的采样点数，fs是模数转换器的采样频率，1/fs即是每个采样点的时间。
小电能的整个电能计算公式可以表达成: E = E1 + ΔE。其中E1是原本的电能，ΔE是上面提到的补偿电能。
如果精度略有误差，回到前面的第二电流区间的校准，重新选择第二电流区间需要校正的直流偏差和比差的校准精度级别，重新进行第二电流区间的校准，直到精度达到要求。
具体步骤依次如下：
(1)对电能表分区间：大于20%参比电流In为第一电流区间，小于20%参比电流为第二电流区间，两个区间的电流对应的电压都为Un；第一电流区间校准完成后保存第一电流区间的校准参数，接着进行第二电流区间的校准，完成后保存第二电流区间的校准参数；每组校准参数包括各三相电压、三相电流直流偏置和比差，以及各相角差；
(2)对参比电压Un和小于10%参比电流In对应的小电能进行线性补偿：保存在2%In这个点功率因数等于1和0.5时的有功功率P(1)和P(0.5)；
(3)补偿电能ΔE的公式为ΔE = [P1 + 2(factor-1) * ( P1-P0.5)] * Ns * 1/fs，其中factor是此刻的功率因数，Ns是此刻对应的采样点数，fs是模数转换器的采样频率，1/fs即是每个采样点的时间；
(4)小电能的整个电能计算公式为: E = E1 + ΔE；其中E1是原本的电能，ΔE 是上式提到的补偿电能；
(5)若电能表精度达不到0.2S，回到步骤（1），重新选择第二电流区间需要校正的直流偏差和比差的校准精度级别，重新进行第二电流区间的校准，直到精度达到要求。
本发明具有以下优点：
1、容易操作：只需校准时，在2%参比电流In这个点，保存功率因数等于1和0.5的有功功率P(1)和P(0.5)，不需要在小电流时再进行复杂的分区间校准。
2、算法实现运算量小：仔细观察ΔE的计算公式，也就是简单的线性计算，计算速度很快。
3、独立性强：纯粹的软件补偿，对模数转换器等器件性能没什么依赖，适应性强。
4、避免了过多的分区间计算，软件频繁切换参数造成的对计量的影响。
附图说明
图1是本发明电能表校准所述的设备结构示意图；
图2 是校准软件的界面；
图3为小电流软件补偿的流程图。
具体实施方式
参见图1所示，本发明中提到的校准所需的设备包括：用于向三相功率源发送控制指令和给电能表发送校准命令的PC机1、用于提供电流电压的三相功率源2、用于并接挂载多台被校准电能表的挂表架3、被校准的电能表4。PC机和三相功率源通过串口232相连。PC机和电能表通过以太网相连，需要设置好IP号和端口号。PC机上安装校准软件，通过校准软件给三相功率源发送加电压电流信号的命令，给需要校准的电能表发送校准命令。
根据电流互感器在电流较小时线性度不好，对电能表的电流分区间进行校准，大于20%参比电流In为第一电流区间，小于20%参比电流为第二电流区间，两个区间的电流对应的电压都为Un。三相功率源先输出电压Un,电流In，用校准软件（如图2所示）对电能表先进行第一电流区间的校准，将电能表的电压和电流全部校正到三相功率源的输出，精度达到0.2S。点击校准软件的停止按钮，将第一电流区间的校准参数保存到电能表中。接着三相功率源输出电压Un,电流20%In，进行第二电流区间 的校准，校准完成后点击校准软件的停止按钮，保存第二电流区间 的校准参数到电能表中。每组校准参数包括各三相电压、三相电流直流偏置和比差，以及各相角差，其中Un为参比电压，In为参比电流，下同；
在第二电流区间内，尤其在小于10%In以下，由于模数转换器的有效位数的减小，对应的电能精度达不到0.2S，需要进行补偿，这就是本发明的关键所在，补偿软件流程如图3所示，包括以下步骤：
（1）用三相功率源提供Un和2%In的信号，分别加功率因数为1和0.5两种情况，电能表中的程序就会分别保存这两种情况的有功功率P(1)和P(0.5)；
（2）对Un和小于10%In对应的小电能都进行线性补偿，补偿方法根据Un和2%In产生的P(1)和P(0.5)进行拟合；
（3）步骤（1）提到的只是两种特殊情况，小电能的补偿还要考虑电压、电流相位角的影响，也就是考虑不同功率因数下的影响；
（4）补偿公式ΔE = [P1 + 2(factor-1) * ( P1-P0.5)] * Ns * 1/fs，其中factor是此刻的功率因数，Ns是此刻对应的采样点数，fs是模数转换器的采样频率，1/fs即是每个采样点的时间，补偿电能 IE由电能表中的软件程序计算得到；
（5）小电能的整个电能计算公式可以表达成: E = E1 + ΔE ；其中E1是原本的电能，ΔE是上式提到的补偿电能，电能表根据此公式实时进行小电流对应电能的补偿计算；
（6）进行了步骤(5)的补偿，精度一般可以达到要求，如果个别电能表精度达不到0.2S，回到第二电流区间的校准，在校准软件中重新选择第二电流区间需要校正的直流偏差和比差的校准精度级别，重新进行第二电流区间 的校准，直到精度达到要求。
Claims (2)
1.一种用于电能计量的小电流补偿方法，其特征是步骤包括如下：
(1)对电能表分区间：大于20%参比电流In为第一电流区间，小于20%参比电流为第二电流区间，两个区间的电流对应的电压都为Un；第一电流区间校准完成后保存第一电流区间的校准参数，接着进行第二电流区间的校准，完成后保存第二电流区间的校准参数；每组校准参数包括各三相电压、三相电流直流偏置和比差，以及各相角差；
(2)对参比电压Un和小于10%参比电流In对应的小电能进行线性补偿：保存在2%In这个点功率因数等于1和0.5时的有功功率P(1)和P(0.5)；
(3)补偿电能ΔE的公式为ΔE = [P1 + 2(factor-1) * ( P1-P0.5)] * Ns * 1/fs，其中factor是此刻的功率因数，Ns是此刻对应的采样点数，fs是模数转换器的采样频率，1/fs即是每个采样点的时间；
(4)小电能的整个电能计算公式为: E = E1 + ΔE；其中E1是原本的电能，ΔE 是上式提到的补偿电能；
(5)若电能表精度达不到0.2S，回到步骤（1），重新选择第二电流区间需要校正的直流偏差和比差的校准精度级别，重新进行第二电流区间的校准，直到精度达到要求。
2.根据权利要求1所述的用于电能计量的小电流补偿方法，其特征是：所需的设备包括：被校准的电能表（4）、用于并接挂载被校准电能表的挂表架（3）、用于提供电流电压的三相功率源（2）、用于向三相功率源发送控制指令和给被校准的电能表发送校准命令的PC机（1），PC机和三相功率源通过串口相连，PC机和电能表设置好IP号和端口号后通过以太网相连，PC机上安装校准软件，通过校准软件给三相功率源发送加电压电流信号的命令，给需要校准的电能表发送校准命令。
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