CN102590784B - 单相智能电能表分布式校表方法 - Google Patents

Abstract

单相智能电能表分布式校表方法，涉及一种电表的校表方法，本发明利用了智能电表的软硬件资源实现了分布式校表方法，每个校准点只需要主控计算机与被校准电能表通信一次，并使用了智能电表中特有的脉冲加速技术，由于主控计算机不需要采集电能表的脉冲输出，检测误差时使用电能表内部高精度晶体振荡器作为时钟基准，可以精确捕捉计量芯片输出脉冲间隔，经过粗调和精调校准，把校准点的误差控制在±0.1%以内，这样校表的精度和一致性得到明显的提高，校表过程中不需要连接误差检测线，节约电能表安装时间，降低了劳动强度。

Description

单相智能电能表分布式校表方法

技术领域

本发明涉及一种电表的校表方法，特别是涉及一种单相智能电能表的分布式校表方法。

背景技术

近年来，我国智能电网建设已经全面展开，单相智能电表在全国范围内广泛应用，2011年仅国家电网公司招标总量就达到7600.88万只智能电能表。面对如此巨大的订单数量，很多生产厂家出现供货不及时和个别电能表误差超差等问题，智能电能表的校表是生产智能电能表中关系生产效率和产品质量的一个重要环节。

目前现有的智能电能表的校表采用以主控计算机为核心的集中式控制方式，即主控计算机担负绝大部分的校表工作，这些任务包括控制校表台、读取表台各表电能脉冲误差、计算校表参数、向各电能表下装校表参数等，具体步骤如图1（以单相智能电能表的火线通道基本电流校准为例）所示：

步骤101，开始校表，计算机启动校表台；

步骤102，计算机启动误差读取，并等待被校电能表输出误差；

步骤103，计算机通过串口从校表台读取一台被校表误差；

步骤104，计算机依据读取的被校电能表和预设表参数计算，并得到计量芯片的增益寄存器值；

步骤105，计算机通过RS485总线将计算得到的增益寄存器结果写入被校电能表中；

步骤106，计算机如果所有被校电能表都完成校准，则继续进行步骤107，如果仍有电能表未完成增益寄存器校准，则重复步骤103，校准下一台电能表；

步骤107，计算机读取1台被校电能表的功率、电压、电流的寄存器值；

步骤108，计算机通过公式计算被校电能表的功率、电压、电流参数；

步骤109，计算机将得到的参数结果通过RS485总线写入被校电能表；

步骤110，计算机检测是否所有被校电能表都完成功率、电压、电流参数校准，如果所有电能表均完成参数校准，则校表结束，如果仍有电能表未完成参数校准，则重复步骤107校准下一台电能表，直到所有被校电能表均完成校准。

现有的智能电能表的集中式校表方式，没有利用智能电能表内在的运算处理能力，这样校表时间、效率及一致性都没有到达最优，具体缺点如下：

由主控计算机逐一读取每块被校电能表数据，按照程序预设公式计算，并将结果逐一写入被校电能表。智能电能表通信波特率2400bit/s，通信方式为问答式，每台电能表一次通信平均0.5秒，控制通信开关切换时间为0.5秒，所以主控计算机与48块被校电能表通信一次时间为48秒。

在校准电能表火线计量精度过程中，主控计算机需要采集电能表输出的脉冲，例如校准5（60）A，脉冲常数1200规格的电能表，校准基准电流（5A）误差等待时间为3秒，一般情况取第3个输出作为误差有效值，所以基准电流校准时采集误差时间为9秒；主控计算机每0.5秒读取1台被校电能表误差，48表位总计为24秒；读取误差后由主控计算机按预设公式计算，并将计算结果写入被校电能表，累计处理时间为48秒；基准电流校准过程中误差处理时间累计为81秒。0.5L相位校准误差输出时间为基准电流校准的2倍，即18秒；0.1倍基准电流校准时，误差输出时间为基准电流校准的10倍，即90秒。所以，在不考虑计算机自身处理时间的情况下，误差校时间已经达到5.55分钟。防窃电智能电能表还需要对零线计量精度校准，校准时间与火线校准时间一致，为5.55分钟。

精度校准完成后，智能电能表还需要对电压、火线电流、零线电流、有功功率、火线电流补偿、零线电流补偿、功率补偿等参数校准，通常做法是最少读取5次电能表的寄存器值，再由计算机平均算法，计算得到系数值再写入被校电能表，总处理时间通常大于10分钟。

现有智能电能表校准方法所花费总时间通常大于20分钟，包括电能表安装及拆除等人工操作，每个表台校表时间约为35分钟，使用48表位校表台8小时校表658块智能电能表。而且现有技术通常功率源由于电网干扰出现波动时，标准表采集的电能与各电能表脉冲输出由于时间不完全同步，这时计算校表参数偶然误差会变大，导致同一批次电能表一致性差，存在个别电能表超差的问题。校表前需要连接每一台被校电能表的脉冲输出端子，用于检测电能表输出误差，不但速度慢，工人操作也容易出现失误。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单相智能电能表的分布式校表方法，该方法充分利用了智能电表的软硬件资源实现了分布式校表方法，主控计算机使用广播下发命令，所有接收到命令的电能表的MCU同时校表，这样校表的速度得到明显提高，并使用了粗调和精调两步校准，把校准点的误差控制在±0.1%以内，这样校表的精度和一致性得到明显的提高。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

单相智能电能表分布式校表方法，其所述分布式校表方法包括以下过程：

主控计算机使用广播方式下发命令；所有电能表同时接收到命令，利用智能电能表的软硬件资源，由电能表的MCU校表，包括脉冲输出加速、捕捉脉冲间隔时间、计算计量误差、计算校正系数、计量芯片设置；计量精度粗调校准完成后再完成计量精度精调校准，其中粗调校准为：主控计算机以广播方式下发命令，命令包括精度校准控制字、当前功率值，电能表接收到主控计算机下发的命令，MCU通过SPI总线设置计量芯片能量阀值寄存器，并加速脉冲输出，通过外部中断方式采集计量芯片输出的精度误差脉冲，并使用一个计数器获得两个脉冲之间的实际累计时间，按照从命令中读取当前功率值计算出两个脉冲之间的理论累计时间，MCU通过实际累计时间和理论累计时间的差值，计算得到计量芯片的误差，再由误差计算得到计量芯片的修正参数，通过SPI总线写入计量芯片；其中精调校准为：完成计量精度粗调校准后，在校准点的误差在±0.5%以内，MCU捕捉粗调校准后计量芯片两个脉冲之间的实际累计时间，与理论误差计算得到计量芯片误差值，判断误差控制在±0.1%以内，如果在范围内则完成校准；如果超出误差，采用逐次逼近法，把新的修正参数，写入计量芯寄存器，通过实测，采用3次逐次逼近，消除功率源波动产生的对校表的影响，达到把校准点的误差控制在±0.1%以内。

 所述的单相智能电能表分布式校表方法，其所述的分布式校表方法的电路包括：一个MCU，一个高精度晶体振荡器作为MCU的基准时钟源，一个具有软件校表功能的计量芯片；计量芯片具有脉冲输出功能，并与MCU的一个外部中断相连接；计量芯片具有SPI通信总线，并与MCU的SPI总线连接。

所述的单相智能电能表分布式校表方法，其所述的分布式校表方法的主控计算机下发广播命令后不参与其它工作。

所述的单相智能电能表分布式校表方法，其所述的分布式校表方法的计量芯片设定16倍脉冲加速输出，粗调加精调的时间仅为集中式校准方式1/3。

本发明提供的参数校准方法是，MCU从主控计算机下发的命令中读取当前功率、当前电压、当前电流等参数，MCU的中断接收计量芯片数据采样完成中断输出的信号后，MCU通过SPI总线一次性读取计量芯片内部电流、电压、功率数据，并与当前功率、当前电压、当前电流计量得到相应参数。

本发明的优点与效果是：

由于本发明充分利用了智能电表的软硬件资源实现了分布式校表方法，每个校准点只需要主控计算机与被校准电能表通信一次，并使用了智能电表中特有的脉冲加速技术，所以使用分布式校表方法的校表时间仅是现有技术所用时间的1/3；由于主控计算机不需要采集电能表的脉冲输出，所以不需要连接校表台与电能表的脉冲输出端子，节约电能表安装时间，降低了劳动强度；包括电能表安装及拆除等人工操作，每个表台校表总时间约为17分钟，使用48表位校表台8小时校表总数为1355，工作效率提高一倍以上。另外，检测误差时使用电能表内部高精度晶体振荡器作为时钟基准，可以精确捕捉计量芯片输出脉冲间隔，经过粗调和精调校准，可以把校准点的误差控制在±0.1%以内，这样校表的精度和一致性得到明显的提高。

附图说明

图1是现有技术中对电能表校准的控制流程图；

图2是本发明提供的电能表校准的控制流程图；

图3是本发明提供的智能电能表的校准原理结构图；

图4是主控计算机与校表台及电能表的连接关系图。

具体实施方式

下面以国网单相智能电能表的校准为例，结合图3对分布式校准方法进一步说明。

火线通道基本电流校1.0相位误差校准步骤如下：

步骤1，主控计算机通过RS232总线控制校表台的率源输出额定电压、额定电流、和1.0相位；主控计算机从标准电能表中读取当前的电压、电流、功率值，并以广播的方式，通过RS485总线下发1.0相位误差校准命令。主控计算机进入定时等待状态，下面的步骤由各电能表MCU完成；

步骤2，脉冲加速：所有被校电能表同时接收到开始校表命令，从命令中读取当前功率值，MCU根据功率选择适当的脉冲加速倍率， MCU执行【306】操作，通过SPI总线将加速倍率写入计量芯片的脉冲加速寄存器，MCU启动校表流程；

步骤3，误差粗调：为被校电能表的粗调过程，电能表的MCU根据电表脉冲常数和主控计算机下发的当前功率值，MCU首先按照公式(1)计算出计量芯片的脉冲常数，并执行【304】操作通过SPI总线将脉冲输出常数设置到计量芯片的能量阀值寄存器，计量芯片累计能量大于能量阀值则计量芯片输出脉冲。设置能量阀值寄存器后，MCU按照公式(2)计算出电能表脉冲间隔的理论时间T，并开启外部中断和定时器捕捉计量芯片输出的脉冲信号的时间间隔，得到两个脉冲的时间间隔t1，按照公式(3)计算得到增益系数GAIN，MCU通过SPI写入计量芯的增益寄存器，如【302】操作所示；

步骤4，误差精调：电能表MCU执行【304】操作重新采集两个连续的脉冲输出时间，与公式(2)得到的T的误差控制在±0.1%以内，如果在范围内则完成校准；如果超出误差，利用公式(3)计算新的修正参数，写入计量芯寄存器。采用逐次逼近法，循环3次，完成该校准点的误差精调。

对电流、电压、有功功率等系数校准过程如下：

步骤1，主控计算机控制校表台的率源输出额定电压、额定电流、和1.0相位，并以广播的方式下发参数校准命令；

步骤2，电能表MCU依次执行【307】、【308】、【309】操作，通过SPI总线读取计量芯片的有功功率、和电流、电压有效值，并计算出电压、电流、有功功率的校正系数，并将系数存储在智能电能表的非易失性存储器中。

对火线通道基本电流0.5L相位校准过程如下：

步骤1，主控计算机控制校表台，切换到0.5L相位；主控计算机从标准电能表中读取当前的有功功率值，并以广播的方式，通过RS485总线下发给所有被校电能表；

步骤2，相位粗调：MCU依据公式（4）计算出0.5L相位时两个脉冲之间的理论间隔时间，并执行205操作捕捉计量芯片输出的两个连续脉冲，得到两个脉冲的时间间隔t2，按照公式(5)计算得到相位补偿寄存器值PHA，MCU执行【301】操作将结果写入计量芯片相位寄存器。

步骤3，相位精调：MCU执行【305】操作捕捉计量芯片输出的两个连续脉冲，得到两个脉冲的时间间隔t2，以步骤2计算的PHA为基础，进一步修正PHA值，并执行【301】操作将结果写入计量芯片相位寄存器。

HFConst=[32.2075*Vu*Vi*10¹¹/(EC*Un*Ib)]                公式(1)

T=3600000/(PULSE*POWER/10000)                         公式(2)

GAIN=|T-t1|*32768/T                                   公式(3)

T_0.5L=T/2                                               公式(4)

PHA=|T-t2|/(0.0006*T)                                 公式(5)

公式中HFConst为计量芯片脉冲常数；Vu为电压通道的电压；Vi为电流通道的电压；Un为额定电压；Ib为额定电流；EC为电表常数；T为1.0相位两个脉冲之间的理论间隔时间（秒）；PULSE为电能表的脉冲常数；POWER为功率源输出的实际功率；GAIN为写入计量芯片增益寄存器的值；t1为1.0相位计量芯片输出两个脉冲之间的间隔时间；T_0.5L为0.5L相位两个脉冲之间的理论间隔时间（秒）；t2为0.5L相位计量芯片输出两个脉冲之间的间隔时间。

以上所述仅为本发明的示例性实施例，凡在本发明的范围下进行的等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.单相智能电能表分布式校表方法，其特征在于，所述分布式校表方法包括以下过程：

主控计算机使用广播方式下发命令；所有电能表同时接收到命令，利用智能电能表的软硬件资源，由电能表的MCU校表，包括脉冲输出加速、捕捉脉冲间隔时间、计算计量误差、计算校正系数、计量芯片设置；计量精度粗调校准完成后再完成计量精度精调校准，其中粗调校准为：主控计算机以广播方式下发命令，命令包括精度校准控制字、当前功率值，电能表接收到主控计算机下发的命令，MCU通过SPI总线设置计量芯片能量阀值寄存器，并加速脉冲输出，通过外部中断方式采集计量芯片输出的精度误差脉冲，并使用一个计数器获得两个脉冲之间的实际累计时间，按照从命令中读取当前功率值计算出两个脉冲之间的理论累计时间，MCU通过实际累计时间和理论累计时间的差值，计算得到计量芯片的误差，再由误差计算得到计量芯片的修正参数，通过SPI总线写入计量芯片；其中精调校准为：完成计量精度粗调校准后，在校准点的误差在±0.5%以内，MCU捕捉粗调校准后计量芯片两个脉冲之间的实际累计时间，与理论误差计算得到计量芯片误差值，判断误差控制在±0.1%以内，如果在范围内则完成校准；如果超出误差，采用逐次逼近法，把新的修正参数，写入计量芯寄存器，通过实测，采用3次逐次逼近，消除功率源波动产生的对校表的影响，达到把校准点的误差控制在±0.1%以内；

所述的分布式校表方法的电路包括：一个MCU，一个高精度晶体振荡器作为MCU的基准时钟源，一个具有软件校表功能的计量芯片；计量芯片具有脉冲输出功能，并与MCU的一个外部中断相连接；计量芯片具有SPI通信总线，并与MCU的SPI总线连接；

所述的分布式校表方法的主控计算机下发广播命令后不参与其它工作，所有接收到命令的电能表的MCU同时校表；

所述的分布式校表方法的计量芯片设定16倍脉冲加速输出，粗调加精调的时间仅为集中式校准方式1/3。