CN102590782A - 电能计量芯片电压影响量自动校正方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力领域，公开了一种电能计量芯片电压影响量自动校正方法及其装置。本发明中，为电能计量芯片加载不同的输入电压，分别测量阻性负载和指定输入电流条件下不同输入电压值的电表误差值，对不同的输入电压和对应的电表误差值直接或间接地进行曲线拟合，得到曲线参数；指定输入电流的强度小于标准输入电流强度的10％；测量当前电压值，根据曲线参数计算当前电压值下的电表误差值，根据该电表误差值对测得的有功功率测量值进行校正，可以消除输入电压不稳定对电能计量精度的影响。

Description

电能计量芯片电压影响量自动校正方法及其装置

技术领域

本发明涉及电力领域，特别涉及电能计量芯片电压影响量自动校正技术。

背景技术

在电力系统中，各种电能表在入网计量之前都需要对其电能误差进行校准，这种校准的方法很多，早期采用硬件校表，目前大部分采用软件校表，其根据都是电能表的电能脉冲输出误差。

采用软件校表，一般会校正阻性1.0、100％Un(220V)、大小电流信号下的误差以及感性0.5L、100％Un(220V)、大小电流信号下的误差。这种校正之后的电表一般可以满足正常生产生活中的电能计量精度要求。

每块电表都有各自的变压器，用于将输入的220V隔离并下变至电表所需的工作电压，供给其他模块。但输入的电压信号并不是一直稳定的，当变压器的输入高于或低于220V时，会对电表小信号的计量精度产生影响，并且电流信号越小，该影响会越大。在120％Un(264V)、2.5％Ib(125mA)相对于100％Un(220V)、2.5％Ib(125mA)电流下会引起1％～2％的误差变化。

在申请号为201110100687.2的中国专利中，公开了一种应用校正系统校正电能表的方法及校正系统，该方法包括：主控机控制标准源向电能表输入电信号；电能表计算该电信号的理论有功功率P0和理论视在功率S0；电能表计量电路计算得到初始有功功率P1和初始视在功率S1；电能表根据S1和S0得到功率增益误差，根据P1和P0得到相位误差；电能表将该功率增益误差和相位误差计算出误差值，将该误差值存入寄存器，完成自校正。

在申请号为201110025906.5的中国专利中，公开了一种电能小信号计量校准方法及装置，该方法包括：在电能计量产品通电后，读取所述电能计量产品中功率增益寄存器的值及有功功率寄存器的测量值；读取标准表测得的所述电能计量产品的误差值；根据读取到的所述功率增益寄存器的值及有功功率寄存器的测量值、所述电能计量产品的误差值，计算所述电能计量产品中有功偏置校正寄存器的偏移寄存器数据；在所述有功偏置校正寄存器清零后，将计算所得的所述偏移寄存器数据取负数写入所述有功偏置校正寄存器。

本发明的发明人发现，现有技术中电能误差的校准方法都不能消除输入电压不稳定对电能计量精度的影响，而且操作都不够简单和方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电能计量芯片电压影响量自动校正方法及其装置，可以消除输入电压不稳定对电能计量精度的影响。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种电能计量芯片电压影响量自动校正方法，包括以下步骤：

为电能计量芯片加载不同的输入电压，分别测量阻性负载和指定输入电流条件下不同输入电压值的电表误差值，对不同的输入电压和对应的电表误差值直接或间接地进行曲线拟合，得到曲线参数；指定输入电流的强度小于标准输入电流强度的10％；

测量当前电压值，根据曲线参数计算当前电压值下的电表误差值，根据该电表误差值对测得的有功功率测量值进行校正。

本发明的实施方式还公开了一种电能计量芯片电压影响量自动校正装置，包括：

加载单元，用于为电能计量芯片加载不同的输入电压；

第一测量单元，用于根据加载单元加载的不同的输入电压，分别测量阻性负载和指定输入电流条件下的电表误差值；

曲线拟合单元，用于根据加载单元加载的不同的输入电压和第一测量单元测得的对应的电表误差值直接或间接地进行曲线拟合，得到曲线参数；

第二测量单元，用于测量当前电压值；

计算单元，用于根据曲线拟合单元拟合得到的曲线参数计算在第二测量单元测得的当前电压值下的电表误差值；

第三测量单元，用于测量在第二测量单元测得的当前电压值和指定输入电流强度下的有功功率；

校正单元，用于根据计算单元计算所得的电表误差值对第三测量单元测得的有功功率测量值进行校正；

指定输入电流的强度小于标准输入电流强度的10％。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

对不同输入电压和小输入电流条件下对应的电表误差值进行曲线拟合，得到曲线参数，在使用电能计量芯片时，根据曲线参数和当前电压值，对有功功率测量值进行校正，可以消除输入电压不稳定对电能计量精度的影响。

进一步地，选定5％Ib为指定输入电流的强度的优选值，既能测得明显的电表误差值，而且测量速度也比较快。指定输入电流的强度太大的话电表误差值不明显，指定输入电流的强度太大的话测量需要比较长的时间，速度太慢，发明人经反复的试验确定5％Ib左右是最佳的选择。

进一步地，先将U(i)与标准输入电压Un相比得到X(i)，将Err(i)与基准电表误差值Err相比得到Y(i)，本发明的发明人意外地发现X(i)和Y(i)的数据点分布与二次曲线可以很好地吻合，也就是说对X(i)和Y(i)构成的数据点进行二次曲线拟合的话精度会很高，而二次曲线拟合后只有3个参数，对参数的存储空间要求很小，在实现自动校正时，只需要根据二次曲线的公式进行计算即可，计算量很小。

进一步地，满足触发条件才进行校正，可以大大减少自动校正的工作量。

附图说明

图1是本发明第一实施方式中一种电能计量芯片电压影响量自动校正方法的流程示意图；

图2是本发明第二实施方式中一种功率校准值变化量与电压变化量的关系曲线图；

图3是本发明第三实施方式中一种电能计量芯片电压影响量自动校正装置的结构示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施方式涉及一种电能计量芯片电压影响量自动校正方法。图1是该电能计量芯片电压影响量自动校正方法的流程示意图。

具体地说，如图1所示，该电能计量芯片电压影响量自动校正方法包括以下步骤：

在步骤101中，为电能计量芯片加载不同的输入电压。

输入电压值在标准输入电压的正负20％范围内。

这只是本发明的一个优选实施方式，在本发明的其它某些实施方式中，输入电压值的范围也可以在标准输入电压的正负30％范围内，或正负15％范围内，等等。

标准输入电压标记为Un。

此后进入步骤102，分别测量阻性负载和指定输入电流条件下不同输入电压值的电表误差值。指定输入电流的强度小于标准输入电流强度的10％。

在这里，优选地，指定输入电流的强度为标准输入电流强度的5％。

标准输入电流强度标记为Ib。选定5％Ib为指定输入电流的强度的优选值，既能测得明显的电表误差值，而且测量速度也比较快。满足触发条件才进行校正，可以大大减少自动校正的工作量。

当然，在本发明的其它某些实施方式中，也可以不是5％Ib，而是3％Ib、2％Ib或1％Ib，等等。

在为电能计量芯片加载不同的输入电压，分别测量阻性负载和指定输入电流条件下不同输入电压值的电表误差值的步骤之前，还包括以下步骤：

在阻性负载下，测量标准输入电压和指定输入电流下的电表误差值，得到基准电表误差值。

基准电表误差标记为Err。

此后进入步骤103，对不同的输入电压和对应的电表误差值直接或间接地进行曲线拟合，得到曲线参数。

此后进入步骤104，测量当前电压值。

此后进入步骤105，根据曲线参数计算当前电压值下的电表误差值。

此后进入步骤106，测量当前电压值和指定输入电流强度下的有功功率。

此后进入步骤107，根据该电表误差值对测得的有功功率测量值进行校正。

测量当前电压值，根据曲线参数计算当前电压值下的电表误差值，根据该电表误差值对测得的有功功率测量值进行校正的步骤周期性执行。

此外，可以理解，这只是本发明的一种优选实施方式，在本发明的其它某些实施方式中，也可以不是一直都周期性地执行，而是在指定的时间段内周期性地执行，例如在用电高峰时段周期性地执行。或者不是周期性地执行，例如预先设定要校正的若干时间点，只在这些时间点执行，典型地是在进入用电高峰时段后的某个时间点和进入用电低谷后的某个时间点。

作为另外一种优选的实施方式，测量当前电压值，根据曲线参数计算当前电压值下的电表误差值，根据该电表误差值对测得的有功功率测量值进行校正的步骤也可以在电压变化幅度超过预订门限时执行。

此后结束本流程。

对不同输入电压和小输入电流条件下对应的电表误差值进行曲线拟合，得到曲线参数，在使用电能计量芯片时，根据曲线参数和当前电压值，对有功功率测量值进行校正，可以消除输入电压不稳定对电能计量精度的影响。

本发明第二实施方式涉及一种电能计量芯片电压影响量自动校正方法。

第二实施方式在第一实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于：先将不同的输入电压值U(i)与标准输入电压Un相比得到X(i)，将不同输入电压值对应的电表误差值Err(i)与基准电表误差值Err相比得到Y(i)，本发明的发明人意外地发现X(i)和Y(i)的数据点分布与二次曲线可以很好地吻合，也就是说对X(i)和Y(i)构成的数据点进行二次曲线拟合的话精度会很高，而二次曲线拟合后只有3个参数，对参数的存储空间要求很小，在实现自动校正时，只需要根据二次曲线的公式进行计算即可，计算量很小。

具体地说：

在对不同的输入电压和对应的电表误差值间接地进行曲线拟合，得到曲线参数的步骤包括以下子步骤：

分别将不同输入电压值U(i)与标准输入电压相比，得到X(i)，其中i的范围是从1到N，N为不同输入电压值的数目。

分别将不同输入电压值对应的电表误差值Err(i)与基准电表误差值相比，得到Y(i)。

将Y(i)和X(i)按照公式Y＝a＊X＊X+b＊X+c进行曲线拟合，得到曲线参数a、b和c，其中X(i)作为变量X的实测值，Y(i)作为变量Y的实测值。

这里，标准输入电压为Un，标准输入电流强度为Ib，基准电表误差值为E rr。

接下来，详细说明该曲线拟合的过程。

在阻性负载下，测量标准输入电压Un和指定输入电流下的电表误差值，得到基准电表误差值Err。

作为一种优选的实施方式，指定输入电流强度为标准输入电流强度的5％，即5％Ib。

5％Ib点在阻性负载和标准输入电压Un条件下读取的标准表上输出的有功功率值为P_real，则有：

P_offset＝P_real×Err×C            (1)

其中，P_offset为需要写入的功率校准值，P_real为5％Ib点标准表输出的有功功率值，Err为基准电表误差值，C在相同的电表常数和脉冲常数下为一固定值。

由

可知，当输入的电流不变，输入电压大小变化至U′时，有功功率也相应变化至P′_real，电表误差值变为Err′，此时的P′_offset为：

P′_offset＝P′_real×Err′×C    (2)

在这里，U′对应于上文所述的U(i)，Err′对应于上文所述的Err(i)。

用(2)式除以(1)式有：

$\frac{P_{\mathrm{offset}}^{\′}}{P_{\mathrm{offset}}}=\frac{P_{\mathrm{real}}^{\′}}{P_{\mathrm{real}}}\×\frac{{\mathrm{Err}}^{\′}}{\mathrm{Err}}---\left(3\right)$

令 $z=\frac{P_{\mathrm{offset}}^{\′}}{P_{\mathrm{offset}}},$ $x=\frac{P_{\mathrm{real}}^{\′}}{P_{\mathrm{real}}}=\frac{U^{\′}}{\mathrm{Un}},$ $y=\frac{{\mathrm{Err}}^{\′}}{\mathrm{Err}},$

则可得到功率校准值变化量z与电压变化量x的关系：

z＝x×y                         (4)

通过改变输入电压来改变Preal，得到不同的Err值，进而拟合出误差变化量y与电压变化量x直接的关系曲线：

y＝ax²+bx+c                     (5)

因而，当已知电压变化量x的条件下，可以得到需要新写入的功率校准值P′_offset为：

$P_{\mathrm{offset}}^{\′}=\frac{P_{\mathrm{real}}^{\′}}{P_{\mathrm{real}}}\×\frac{{\mathrm{Err}}^{\′}}{\mathrm{Err}}\×P_{\mathrm{offset}}=({\mathrm{ax}}^3+{\mathrm{bx}}^2+\mathrm{cx})\×P_{\mathrm{offset}}---\left(6\right)$

在这里，上述公式中的x对应于上文所述的X，y对应于上文所述的Y。

图2是上述公式推导所拟合的功率校准值变化量与电压变化量的关系曲线图。

对于同一批表，功率校准值变化量与电压变化量的关系往往具有一致性，因而得到了功率校准值变化量与电压变化量的关系曲线之后可以应用到一批表上，具有很强的实际意义和很好的实用价值。

本发明的各方法实施方式均可以以软件、硬件、固件等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可更换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable Array Logic，简称“PAL”)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Prog rammable Read Only Memory，简称“PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory，简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Prog rammable ROM，简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versatile Disc，简称“DVD”)等等。

本发明第三实施方式涉及一种电能计量芯片电压影响量自动校正装置。图3是该电能计量芯片电压影响量自动校正装置的结构示意图。

具体地说，如图3所示，该电能计量芯片电压影响量自动校正装置包括：

加载单元，用于为电能计量芯片加载不同的输入电压。

加载单元加载的不同的输入电压值在标准输入电压的正负20％范围内。

第一测量单元，用于根据加载单元加载的不同的输入电压，分别测量阻性负载和指定输入电流条件下的电表误差值。

第一测量单元，还用于在阻性负载下，测量标准输入电压和指定输入电流下的电表误差值，得到基准电表误差值。

曲线拟合单元，用于根据加载单元加载的不同的输入电压和第一测量单元测得的对应的电表误差值直接或间接地进行曲线拟合，得到曲线参数。

第二测量单元，用于测量当前电压值。

计算单元，用于根据曲线拟合单元拟合得到的曲线参数计算在第二测量单元测得的当前电压值下的电表误差值。

第三测量单元，用于测量在第二测量单元测得的当前电压值和指定输入电流强度下的有功功率。

校正单元，用于根据计算单元计算所得的电表误差值对第三测量单元测得的有功功率测量值进行校正。

指定输入电流的强度小于标准输入电流强度的10％。

第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明第四实施方式涉及一种电能计量芯片电压影响量自动校正装置。

第四实施方式在第三实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于：

曲线拟合单元包括以下子单元：

X计算子单元，用于将加载单元加载的不同输入电压值U(i)与标准输入电压相比，得到X(i)。

Y计算子单元，用于将加载单元加载的不同输入电压值对应的电表误差值E rr(i)与基准电表误差值相比，得到Y(i)。

二次曲线拟合子单元，用于将Y计算子单元计算所得的Y(i)和X计算子单元计算所得的X(i)按照公式Y＝a＊X＊X+b＊X+c进行曲线拟合，得到曲线参数a、b和c，其中X(i)作为变量X的实测值，Y(i)作为变量Y的实测值。

第二实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

需要说明的是，本发明各装置实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合是才解决本发明所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明上述各装置实施方式并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，这并不表明上述装置实施方式并不存在其它的单元。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电能计量芯片电压影响量自动校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

为电能计量芯片加载不同的输入电压，分别测量阻性负载和指定输入电流条件下不同输入电压值的电表误差值，对不同的输入电压和对应的电表误差值直接或间接地进行曲线拟合，得到曲线参数；所述指定输入电流的强度小于标准输入电流强度的10％；

测量当前电压值，根据所述曲线参数计算当前电压值下的电表误差值，根据该电表误差值对测得的有功功率测量值进行校正。

2.根据权利要求1所述的电能计量芯片电压影响量自动校正方法，其特征在于，所述指定输入电流的强度为标准输入电流强度的5％。

3.根据权利要求2所述的电能计量芯片电压影响量自动校正方法，其特征在于，在所述为电能计量芯片加载不同的输入电压，分别测量阻性负载和指定输入电流条件下不同输入电压值的电表误差值的步骤之前，还包括以下步骤：

在阻性负载下，测量标准输入电压和所述指定输入电流下的电表误差值，得到基准电表误差值。

4.根据权利要求3所述的电能计量芯片电压影响量自动校正方法，其特征在于，在所述对不同的输入电压和对应的电表误差值间接地进行曲线拟合，得到曲线参数的步骤包括以下子步骤：

分别将不同输入电压值U(i)与所述标准输入电压相比，得到X(i)，其中i的范围是从1到N，N为不同输入电压值的数目；

分别将不同输入电压值对应的电表误差值E rr(i)与所述基准电表误差值相比，得到Y(i)；

将Y(i)和X(i)按照公式Y＝a＊X＊X+b＊X+c进行曲线拟合，得到曲线参数a、b和c，其中X(i)作为变量X的实测值，Y(i)作为变量Y的实测值。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电能计量芯片电压影响量自动校正方法，其特征在于，在所述为电能计量芯片加载不同的输入电压，分别测量阻性负载和指定输入电流条件下不同输入电压值的电表误差值的步骤中，输入电压值在标准输入电压的正负20％范围内。

6.根据权利要求5所述的电能计量芯片电压影响量自动校正方法，其特征在于，所述测量当前电压值，根据所述曲线参数计算当前电压值下的电表误差值，根据该电表误差值对测得的有功功率测量值进行校正的步骤周期性执行。

7.根据权利要求5所述的电能计量芯片电压影响量自动校正方法，其特征在于，所述测量当前电压值，根据所述曲线参数计算当前电压值下的电表误差值，根据该电表误差值对测得的有功功率测量值进行校正的步骤在电压变化幅度超过预订门限时执行。

8.一种电能计量芯片电压影响量自动校正装置，其特征在于，包括：

加载单元，用于为电能计量芯片加载不同的输入电压；

第一测量单元，用于根据加载单元加载的不同的输入电压，分别测量阻性负载和指定输入电流条件下的电表误差值；

曲线拟合单元，用于根据加载单元加载的不同的输入电压和第一测量单元测得的对应的电表误差值直接或间接地进行曲线拟合，得到曲线参数；

第二测量单元，用于测量当前电压值；

计算单元，用于根据曲线拟合单元拟合得到的曲线参数计算在第二测量单元测得的当前电压值下的电表误差值；

第三测量单元，用于测量在第二测量单元测得的当前电压值和指定输入电流强度下的有功功率；

校正单元，用于根据计算单元计算所得的电表误差值对第三测量单元测得的有功功率测量值进行校正；

所述指定输入电流的强度小于标准输入电流强度的10％。

9.根据权利要求8所述的电能计量芯片电压影响量自动校正装置，其特征在于，加载单元加载的不同的输入电压值在标准输入电压的正负20％范围内；

所述第一测量单元，还用于在阻性负载下，测量标准输入电压和所述指定输入电流下的电表误差值，得到基准电表误差值。

10.根据权利要求8或9所述的电能计量芯片电压影响量自动校正装置，其特征在于，所述曲线拟合单元包括以下子单元：

X计算子单元，用于将加载单元加载的不同输入电压值U(i)与所述标准输入电压相比，得到X(i)；

Y计算子单元，用于将加载单元加载的不同输入电压值对应的电表误差值E rr(i)与所述基准电表误差值相比，得到Y(i)；

二次曲线拟合子单元，用于将Y计算子单元计算所得的Y(i)和X计算子单元计算所得的X(i)按照公式Y＝a＊X＊X+b＊X+c进行曲线拟合，得到曲线参数a、b和c，其中X(i)作为变量X的实测值，Y(i)作为变量Y的实测值。

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