CN104237592B - 一种电测量误差分布式比对系统及比对、来源分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电测量误差分布式比对系统及比对、来源分析方法，各比对装置时钟同步；对比装置中，由同步采集模块将电参量数据发送至电测量计算及比对算法模块进行计算；将计算出的电参量打上时标，通过通信模块传输至其他比对装置或服务器上，同时通过通信模块接收其他比对装置传输过来的具有时标的电参量与其本身打上时标的电参量进行比对，将比对结果进行分析记录；同时，记录环境监测模块监测的当前采集电参量的环境参数，并将这些环境参数同电测量计算结果、电参量比对结果同时保存。本系统和方法可以对电测量误差进行比对，同时分析不同环境下的比对误差关系及环境对误差的影响，从而判断计量系统存在的误差，确定电测量的计量准确度。

Description

一种电测量误差分布式比对系统及比对、来源分析方法

技术领域

本发明涉及一种电测量误差分布式比对系统及比对、来源分析方法，属于电测量技术领域。

背景技术

在电测量领域，需要的对电压、电流、功率等电测量量进行计量，其电测量的计量准确度是电计量专业领域重点研究的方向之一。在电测量量计量系统实际运行过程中，由于高频信号、电磁干扰、温度等各种因素的干扰，计量系统存在一定的误差，分析出误差来源对于电测量的准确度确定非常重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于同步采集原理实现电测量误差分布式比对系统及比对、来源分析方法，可以对电测量误差进行比对，同时分析不同环境下的比对误差关系及环境对误差的影响。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电测量误差分布式比对系统，其特征是，至少含有两台完全相同的比对装置，比对装置通过同步时钟网络或GPS进行时钟同步；每个对比装置中包括同步采集模块、电测量计算及比对算法模块、通信模块和环境监测模块；

由同步采集模块将采集到电参量数据发送至电测量计算及比对算法模块进行电测量参量的计算；将计算出的电参量打上时标，通过通信模块传输至其他比对装置或服务器上，同时通过通信模块接收其他比对装置传输过来的具有时标的电参量与其本身打上时标的电参量进行比对，将比对结果进行分析记录；

在通过同步时钟进行电参量计算及比对的同时，记录环境监测模块监测的当前采集电参量的环境参数，并将这些环境参数同电测量计算结果、电参量比对结果同时保存。

环境参数包括温度、湿度和电场强度，通过数据积累及数据统计，分析不同环境下的比对误差关系，用于分析环境对误差的影响。

同步采集模块采用AD采集芯片。

一种电测量误差分布式比对、来源分析方法，其特征是，包括以下步骤：

1）通过同步时钟网络或GPS对多个比对装置进行时钟同步；

2）将同步采集模块采集到电参量数据发送至电测量计算及比对算法模块，由该模块进行电测量参量的计算；

3）各比对装置完成各自电参量的计算后，对每个计算的电参量打上时标，将这些含有时标的电参量通过通信网络传输至其他比对装置或服务器上，同时通过通信网络接收其他比对装置传输过来的具有时标的电参量，对本比对装置与接收的比对装置的电参量进行比对，并将比对结果进行记录及显示；

4）在通过同步时钟进行电参量计算及比对的同时，记录环境监测模块监测的当前的环境参数，并将这些环境参数同电测量计算结果、电参量比对结果同时保存，通过保存积累的数据分析不同环境下的比对误差关系，分析环境对误差的影响。

电测量计算及比对算法模块计算的电测量参量包括：电压幅值、相位及21次谐波含量，电流幅值、相位及21次谐波含量，有功功率电参量。

采用FFT快速傅里叶变换的方法通过频域计算其幅值、相位及21次谐波的幅值，并对采集过程中出现的延时进行修正。

对有功功率的电参量计算采用时域法。

步骤3）中比对的内容包括：电压幅值、相位及谐波分量，电流幅值、相位及谐波分量，电能量，功率因数。

以本比对装置中的电参量为基准量，其他比对装置中的电参量为比对电参量，比对算法如下：

比差=（比对电参量-基准电参量）/基准电参量 * 100%。

本发明所达到的有益效果：

本发明提供了一种基于同步采集原理实现电测量误差分布式比对系统及比对、来源分析方法，可以对电测量误差进行比对，同时分析不同环境下的比对误差关系及环境对误差的影响，从而判断计量系统存在的误差，确定电测量的计量准确度。

附图说明

图1是电测量误差分布式比对系统示意图；

图2是幅值、相位计算流程图；

图3是有功功率的时域计算方法的计算流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的电测量误差分布式比对系统至少含有两台完全相同的比对装置，比对装置通过同步时钟网络(B码、PPS秒脉冲或IEEE1588)或GPS进行时钟同步，保障各比对装置能够同时采集及计算。每个对比装置中包括同步采集模块、电测量计算及比对算法模块、通信模块、环境监测模块、同步模块。

由同步采集模块将采集到的电压、电流等电参量数据发送至电测量计算及比对算法模块进行电测量参量的计算。完成各自电压电流、有功等电参量的计算后，针对每个计算的电参量将打上时标，将这些含有时标的电参量通过通信网络传输至其他设备或服务器上，同时通过通信网络接收其他设备传输过来的具有时标的电参量，可对这些电参量进行比对，并将比对结果进行记录及显示。

同步采集模块采用高精度AD采集芯片，通过已同步的时钟进行电压、电流电参量的采集，实现多台比对装置同时采集。AD采集芯片一般采用AD7606，采样速率为12.8KHz，采样精度为16位。

在通过同步时钟进行电参量计算及比对的同时，记录环境监测模块监测的当前电参量采集的环境因素，含温度、湿度、电场强度等，并将这些环境参数同电测量计算结果、电参量比对结果同时保存，通过数据积累及数据统计，分析不同环境下的比对误差关系，用于分析环境对误差的影响。

本发明的基于时间同步的电测量误差分布式比对、来源分析方法包括以下步骤：

1.通过同步时钟网络(B码、PPS秒脉冲、IEEE1588)或GPS对多个比对装置进行时钟同步，保障各比对装置能够同时采集及计算。

2.将同步采集模块采集到的电压、电流等电参量数据发送至电测量计算及比对算法模块，由该模块进行电测量参量的计算，主要计算电压幅值、相位及21次谐波含量，电流幅值、相位及21次谐波含量，有功功率电参量。

其中，电压、电流幅值、相位及谐波分量的计算方法：针对电压和电流的计算，本方法采用FFT快速傅里叶变换的方法通过频域计算其幅值、相位及21次谐波的幅值，其幅值、相位计算流程图如图2，先对采集到的A/D数据流进行1024点分段，如果不足则补零；然后对1024点进行快速浮点FFT计算；然后在频率谱中寻找最大能量谱线，即等价为0～PI数字频率范围内最高幅度值的谱线，该谱线即为基波频率，计算其幅值和相位；然后寻找谐波谱线，计算对应幅值和相位；最后输出结果。

在进行相位计算过程中，因电压电流的采集虽然通过同步时钟进行同步，但采集过程中仍然会出现一定延时，但该延时是固定延时，可通过软件进行修正，算法中已经含有对延时的修正：

基波初始相位θ_{基波 0}=θ_基波计算- 2*Л*f_基波*t_时延

谐波初始相位θ_{谐波 0}=θ_谐波计算- 2*Л*f_谐波*t_时延

式中，θ_基波计算为计算的基波相位，f_基波为基波频率，t_时延为延时时间；θ_谐波计算为计算的谐波相位，f_谐波为谐波频率。

有功功率的时域计算方法：针对有功功率的电参量计算采用时域法，相比频域法计算，时域有功计算能够将电压、电流谐波的功率计算在内，准确度较高，计算简单速度快，其计算流程图如图3。

首先判断有功功率计算结束否，如未结束则进入计算微能量环节，如已完成，则结束全部计算；计算环节首先计算每个采样点的微能量dP，其中dU为采样点电压幅值，dI为采样点电流幅值；然后进行微电能累积计算accP；判断累积微电能accP的绝对值是否达到电能脉冲能量值的十分之一，如达到，则进入电能能量统计计算环节，如未达到，则进入判断有功功率计算结束否环节；电能能量统计计算首先判断累积微电能的符号Sign(accP)，如果为正则，累加到正向电能totlPP，如果为负则，累加到反向电能totlNP，最后清零微电能累积值accP=0，进入判断有功功率计算结束否环节。

最后，

正向有功功率=正向电能totlPP/计算时长

反向有功功率=反向电能totlNP/计算时长。

3.完成各自电压电流、有功等电参量的计算后，针对每个计算的电参量将打上时标，将这些含有时标的电参量通过通信网络传输至其他设备或服务器上，同时通过通信网络接收其他设备传输过来的具有时标的电参量，可对这些电参量进行比对，并将比对结果进行记录及显示。

比对内容含：电压幅值、相位及谐波分量，电流幅值、相位及谐波分量，电能量，功率因数。比对算法（以本设备为基准设备）如下：

比差=（比对电参量-基准电参量）/基准电参量 * 100%

比对电参量：与之比对的电参量，有电压幅值、相位、谐波分量、电能量等

基准电参量：本设备的电参量，有电压幅值、相位、谐波分量、电能量等

4.在通过同步时钟进行电参量计算及比对的同时，记录环境监测模块监测的当前电参量采集的环境因素，含温度、湿度、电场强度等，并将这些环境参数同电测量计算结果、电参量比对结果同时保存，通过数据积累及数据统计，分析不同环境下的比对误差关系，用于分析环境对误差的影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电测量误差分布式比对、来源分析方法，其特征是，包括以下步骤：

1）通过同步时钟网络或GPS对多个比对装置进行时钟同步；

2）将同步采集模块采集到电参量数据发送至电测量计算及比对算法模块，由该模块进行电参量的计算；

3）各比对装置完成各自电参量的计算后，对每个计算的电参量打上时标，将这些含有时标的电参量通过通信网络传输至其他比对装置或服务器上，同时通过通信网络接收其他比对装置传输过来的具有时标的电参量，对本比对装置与接收的比对装置的电参量进行比对，并将比对结果进行记录及显示；

4）在通过同步时钟进行电参量计算及比对的同时，记录环境监测模块监测的当前的环境参数，并将这些环境参数同电参量计算结果和电参量比对结果同时保存，通过保存积累的数据分析不同环境下的比对误差关系，分析环境对误差的影响。

2.根据权利要求1所述的电测量误差分布式比对、来源分析方法，其特征是，电测量计算及比对算法模块计算的电参量包括：电压幅值、相位及21次谐波含量，电流幅值、相位及21次谐波含量，有功功率电参量。

3.根据权利要求2所述的电测量误差分布式比对、来源分析方法，其特征是，采用FFT快速傅里叶变换的方法通过频域计算其幅值、相位及21次谐波含量，并对采集过程中出现的延时进行修正。

4.根据权利要求2所述的电测量误差分布式比对、来源分析方法，其特征是，对有功功率电参量计算采用时域法。

5.根据权利要求1所述的电测量误差分布式比对、来源分析方法，其特征是，步骤3）中比对的内容包括：电压幅值、相位及谐波分量，电流幅值、相位及谐波分量，电能量，功率因数。

6.根据权利要求5所述的电测量误差分布式比对、来源分析方法，其特征是，以本比对装置中的电参量为基准电参量，其他比对装置中的电参量为比对电参量，比对算法如下：

比差=（比对电参量-基准电参量）/基准电参量 * 100%。