CN105242233B - 一种单相电能表的快速校表方法 - Google Patents

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一种单相电能表的快速校表方法，采用预先设置在被校表的计量芯片的功率增益校正寄存器中的增益初值快速定位到目标误差值，只调试100％Ib点感性0.5这个误差点，在此误差点同时获取视在功率偏差和有功功率偏差，利用视在功率偏差进行100％Ib点阻性1.0的增益校正，利用有功功率偏差进行100％Ib点感性0.5的相位校正，直接利用已经计算得到的100％Ib点感性0.5的误差值，来进行5％Ib点阻性1.0小信号校正，避免了小信号调试时间过长，该方法具有快速定位误差目标值，校表效率和精度显著提高的优点。

Description

一种单相电能表的快速校表方法
技术领域
本发明涉及电能计量技术领域，具体涉及一种单相电能表的快速校表方法。
背景技术
所有的电能表都需要经过误差校准才能正式挂网计量，因此对于大批量生产电表的厂家而言，调表要占用很大的一部分时间，而且调表精度的好坏也直接影响表计的质量。
目前常规的单相表校表流程如下：
(1)上位机控制程控功率源同时给被校表和标准表提供100％额定电压Un和100％标定电流Ib，且功率因数PF＝1.0，待校表台输出误差值后，上位机回读该误差值并计算需要写入被校表的计量芯片的功率增益校正寄存器的增益值，待增益值写入计量芯片后，再回读一次误差值，若误差值在允许范围内，则100％Ib点阻性1.0校表结束，完成这样一次加载校正的过程大概需要10秒，若误差值不在允许范围内，则需要重新写入新的增益值后再回读误差。
(2)上位机控制程控功率源同时给被校表和标准表提供100％额定电压Un和100％标定电流Ib，且功率因数PF＝0.5L，待校表台输出误差值后，上位机回读该误差值并计算需要写入被校表的计量芯片的相位校正寄存器的相位值，待相位值写入计量芯片后，再回读一次误差值，若误差值在允许范围内，则100％Ib点感性0.5校表结束，完成这样一次加载校正的过程大概需要10秒，若误差值不在允许范围内，则需要重新写入相位值后再回读误差。
(3)上位机控制程控功率源同时给被校表和标准表提供100％额定电压Un和5％Ib小信号电流，且功率因数PF＝1.0，待校表台输出误差值后，上位机回读该误差值并计算需要写入被校表的计量芯片的有功功率偏置校正寄存器的偏置值，待偏置值写入计量芯片后，再回读一次误差值，若误差值在允许范围内，则5％Ib点阻性1.0校表结束，完成这样一次加载校正的过程大概需要180秒，误差值不在允许范围内，则需要重新写入偏置值后再回读误差。
上述常规的校表流程存在以下问题：
1、上述校表流程需要调试3个误差点，100％Ib点阻性1.0、100％Ib点感性0.5和5％Ib点阻性1.0，如果各步骤都能一次加载校正成功，大概需要200秒，但如果一次加载校正不成功，通常最多允许再加载校正3-5次，如果仍然不在误差允许范围内，则直接结束本次调试，重新开始新的一轮调试，这样整个校表过程将远远超出200秒。
2、上述校表流程需要等校表台误差稳定后输出误差值，才能将计算值写入被校表的计量芯片中，还要等下一次误差回读正确后才能进行下一个调试步骤，整个过程等待时间很长。
3、由于电能表输出的脉冲信号的频率正比于被测功率的大小，在步骤(3)的小信号电流作用下，被测功率非常小导致出脉冲速度很慢，这样使得步骤(3)的脉冲计量过程非常漫长，而且在用户对精度要求很高的情况下，例如需要通过2％Ib点阻性1.0的测试时，等待的时间将会更长，除此之外小信号电流本身信号比较微弱，极易受到周围环境的干扰，导致校正结果也不准确；目前虽然有针对步骤(3)的小信号电流调试出脉冲慢的问题，采用直接读取被校表的计量芯片的功率寄存器值的方法，但至少要读取20次并求平均值，效率仍然较低，而且小电流功率值稳定性差，还有台体跳变引起的误差，导致校表精度不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种能快速定位误差目标值，校表效率和精度显著提高的单相电能表的快速校表方法。
本发明的技术解决方案是：一种单相电能表的快速校表方法，应用于单相电能表的校表系统中，所述单相电能表的校表系统包括上位机、程控功率源、被校表和标准表，所述程控功率源、被校表和标准表均与上位机电连接，所述被校表和标准表均与程控功率源电连接，所述被校表设有MCU和计量芯片，所述标准表也设有MCU和计量芯片，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)上电初始化，上位机控制程控功率源同时给被校表和标准表提供100％额定电压Un和100％标定电流Ib，且设置功率因数PF＝0.5L，在上位机中设置增益初值PGAIN、功率转换系数Kp、校正次数的上限值M、校正次数C1＝0；
(2)待标准表功率稳定后，上位机自动将增益初值PGAIN通过被校表的MCU写入到被校表的计量芯片的功率增益校正寄存器中；
(3)上位机通过标准表的MCU自动获取标准表的计量芯片检测到的电压有效值U0、电流有效值I0和有功功率P0；
(4)上位机通过被校表的MCU自动获取被校表的计量芯片检测到的电压有效值U1、电流有效值I1和有功功率P1；
(5)上位机自动计算标准表的视在功率S0＝U0*I0/Kp，被校表的视在功率S1＝U1*I1，根据标准表和被校表的视在功率，自动计算第一误差ERR1＝(S1-S0)/S0，再根据第一误差ERR1，自动计算修正的增益值PGAIN′；
(6)上位机通过被校表的MCU自动将修正的增益值PGAIN′写入到被校表的计量芯片的功率增益校正寄存器中，完成100％Ib点阻性1.0校表；
(7)上位机根据标准表和被校表的有功功率，自动计算第二误差ERR2，ERR2＝[P1(1+PGAIN′)-(P0/Kp)]/(P0/Kp)，再自动根据第二误差ERR2计算相位值θ；
(8)上位机通过被校表的MCU自动将相位值θ写入被校表的计量芯片的相位校正寄存器中，校正次数C1自动加1；
(9)重新读取校正后的被校表的有功功率P1和标准表的有功功率P0,若两者之间的误差满足100％Ib点感性0.5校表的误差要求，则校正次数C1自动清零并进入步骤(10)，若否，则自动判断校正次数C1是否到达校正次数的上限值M，若是，则本次校表结束，若否，则返回步骤(7)；
(10)上位机根据第二误差ERR2，自动计算偏置值BS，并通过被校表的MCU自动将偏置值BS写入到被校表的计量芯片的有功功率偏置校正寄存器中，完成5％Ib点阻性1.0校表。
采用上述方法后，本发明具有以下优点：
本发明单相电能表的快速校表方法，克服了传统的脉冲校表法需要等待出脉冲使误差稳定输出误差值后才将计算值写入计量芯片的缺点，采用了功率校表法，功率校表法的功率的稳定速度要远快于误差的稳定速度，再加上本发明只需要调试1个误差点100％Ib点感性0.5，即可同时获取100％Ib点阻性1.0和5％Ib点阻性1.0的计算值，而传统的脉冲校表法需要调试3个误差点，这样就使得本发明可以大大减少校表的时间，尤其是大大减少了小信号电流调试的等待时间，除此之外本发明还在开始时先写入一个增益初值PGAIN，这样100％Ib点阻性1.0的初始误差就减小了，根据计量芯片的线性特性，使得其他误差点的误差也跟着减小，这样可以快速接近目标误差值，加速了功率的稳定速度，提高了校表效率和精度。
作为优选，所述计量芯片的型号为RN8209C。RN8209C计量芯片误差线性较好，有利于提高表计的精度。
作为优选，步骤(5)中根据第一误差ERR1，自动计算修正的增益值PGAIN′的公式为：PGAIN′＝-ERR1/(1+ERR1)。采用RN8209C计量芯片给出的较好的计算方法，可提高表计的精度。
作为优选，步骤(7)中根据第二误差ERR2，自动计算相位值θ的公式为：采用RN8209C计量芯片给出的较好的计算方法，可提高表计的精度。
作为优选，步骤(10)中根据第二误差ERR2，自动计算偏置值BS的公式为：BS＝(P0/Kp)*(-ERR2)/(1+PGAIN′)。采用RN8209C计量芯片给出的较好的计算方法，可提高表计的精度。
作为优选，所述校正次数的上限值M为3-5次。合理的次数既可满足正常的校表需求，又可提高校表的效率。
附图说明：
图1为本发明单相电能表的校表系统结构示意图；
图2为本发明单相电能表的快速校表流程图；
图中：1-上位机，2-标准表，3-被校表，4-程控功率源，5-标准表的MCU，6-标准表的计量芯片，7-被校表的MCU，8-被校表的计量芯片。
具体实施方式
下面结合附图，并结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例：
如图1、图2所示，一种单相电能表的快速校表方法，应用于单相电能表的校表系统中，所述单相电能表的校表系统包括上位机1、程控功率源4、被校表3和标准表2，所述程控功率源4为现有技术，可输出频率、相位、幅值在一定范围内任意可调的高精度、高稳定度的正弦电压和电流，所述程控功率源4、被校表3和标准表2均与上位机1电连接，所述被校表3和标准表2均与程控功率源4电连接，所述被校表3设有MCU7和计量芯片8，所述标准表2也设有MCU5和计量芯片6，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)上电初始化，上位机1控制程控功率源4同时给被校表3和标准表2提供100％额定电压Un和100％标定电流Ib，且设置功率因数PF＝0.5L，即电流滞后电压的相位角为60°，本发明只需对100％Ib点感性0.5这个误差点进行调试，在上位机1中设置增益初值PGAIN、功率转换系数Kp、校正次数的上限值M、校正次数C1＝0，增益初值PGAIN是一个经验值，功率转换系数Kp是由上位机1根据被校表3的规格、硬件设计和EC脉冲常数进行设置的；
(2)待标准表2功率稳定后，上位机1自动将增益初值PGAIN通过被校表3的MCU7写入到被校表3的计量芯片8的功率增益校正寄存器中，由于开始时先对计量芯片8的功率增益校正寄存器赋初值，使得100％Ib点阻性1.0的初始误差减小了，根据计量芯片8的线性特性，使得其他误差点的误差也跟着减小，这样可以快速接近目标误差值，避免重复调试，加速了功率的稳定速度，提高了校表效率和精度，接下来的调试是在此基础上的微调；
(3)上位机1通过标准表2的MCU5自动获取标准表2的计量芯片6检测到的电压有效值U0、电流有效值I0和有功功率P0；
(4)上位机1通过被校表3的MCU7自动获取被校表3的计量芯片8检测到的电压有效值U1、电流有效值I1和有功功率P1；
(5)上位机1自动计算标准表2的视在功率S0＝U0*I0/Kp，被校表3的视在功率S1＝U1*I1，根据标准表2和被校表3的视在功率，自动计算第一误差ERR1＝(S1-S0)/S0，再根据第一误差ERR1，自动计算修正的增益值PGAIN′；
(6)上位机1通过被校表3的MCU7自动将修正的增益值PGAIN′写入到被校表3的计量芯片8的功率增益校正寄存器中，完成100％Ib点阻性1.0校表；
(7)上位机1根据标准表2和被校表3的有功功率，自动计算第二误差ERR2，ERR2＝[P1(1+PGAIN′)-(P0/Kp)]/(P0/Kp)，再自动根据第二误差ERR2计算相位值θ；
(8)上位机1通过被校表3的MCU7自动将相位值θ写入被校表3的计量芯片8的相位校正寄存器中，校正次数C1自动加1；
(9)重新读取校正后的被校表3的有功功率P1和标准表2的有功功率P0,若两者之间的误差满足100％Ib点感性0.5校表的误差要求，则校正次数C1自动清零并进入步骤(10)，若否，则自动判断校正次数C1是否到达校正次数的上限值M，若是，则本次校表结束，若否，则返回步骤(7)；
(10)上位机1根据第二误差ERR2，自动计算偏置值BS，并通过被校表3的MCU7自动将偏置值BS写入到被校表3的计量芯片8的有功功率偏置校正寄存器中，完成5％Ib点阻性1.0校表。
本发明单相电能表的快速校表方法中，采用预先设置增益初值PGAIN快速定位到目标误差值，避免重复调试，只需在100％Ib点感性0.5这个误差点同时获取视在功率偏差和有功功率偏差，即可利用视在功率偏差进行100％Ib点阻性1.0的增益校正，利用有功功率偏差进行100％Ib点感性0.5的相位校正，实现了100％Ib点阻性1.0和100％Ib点感性0.5的同时校正，而5％Ib点阻性1.0小信号校正由于误差值与100％Ib点感性0.5的误差值接近，因此直接利用已经计算得到的100％Ib点感性0.5的误差值，来进行5％Ib点阻性1.0小信号校正，避免了小信号调试时间长、误差不稳定，容易跳变的问题，显著提高了校表的效率和精度。
作为优选，所述计量芯片8的型号为RN8209C。RN8209C计量芯片误差线性较好，有利于提高表计的精度。
作为优选，步骤(5)中根据第一误差ERR1，自动计算修正的增益值PGAIN′的公式为：PGAIN′＝-ERR1/(1+ERR1)。采用RN8209C计量芯片给出的较好的计算方法，可提高表计的精度。
作为优选，步骤(7)中根据第二误差ERR2，自动计算相位值θ的公式为：采用RN8209C计量芯片给出的较好的计算方法，可提高表计的精度。
作为优选，步骤(10)中根据第二误差ERR2，自动计算偏置值BS的公式为：BS＝(P0/Kp)*(-ERR2)/(1+PGAIN′)。采用RN8209C计量芯片给出的较好的计算方法，可提高表计的精度。
作为优选，所述校正次数的上限值M为3-5次。合理的次数既可满足正常的校表需求，又可提高校表的效率。

Claims (6)

1.一种单相电能表的快速校表方法，应用于单相电能表的校表系统中，所述单相电能表的校表系统包括上位机(1)、程控功率源(4)、被校表(3)和标准表(2)，所述程控功率源(4)、被校表(3)和标准表(2)均与上位机(1)电连接，所述被校表(3)和标准表(2)均与程控功率源(4)电连接，所述被校表(3)设有MCU(7)和计量芯片(8)，所述标准表(2)也设有MCU(5)和计量芯片(6)，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)上电初始化，上位机(1)控制程控功率源(4)同时给被校表(3)和标准表(2)提供100％额定电压Un和100％标定电流Ib，且设置功率因数PF＝0.5L，在上位机(1)中设置增益初值PGAIN、功率转换系数Kp、校正次数的上限值M、校正次数C1＝0；
(2)待标准表(2)功率稳定后，上位机(1)自动将增益初值PGAIN通过被校表(3)的MCU(7)写入到被校表(3)的计量芯片(8)的功率增益校正寄存器中；
(3)上位机(1)通过标准表(2)的MCU(5)自动获取标准表(2)的计量芯片(6)检测到的电压有效值U0、电流有效值I0和有功功率P0；
(4)上位机(1)通过被校表(3)的MCU(7)自动获取被校表(3)的计量芯片(8)检测到的电压有效值U1、电流有效值I1和有功功率P1；
(5)上位机(1)自动计算标准表(2)的视在功率S0＝U0*I0/Kp，被校表(3)的视在功率S1＝U1*I1，根据标准表(2)和被校表(3)的视在功率，自动计算第一误差ERR1＝(S1-S0)/S0，再根据第一误差ERR1，自动计算修正的增益值PGAIN′；
(6)上位机(1)通过被校表(3)的MCU(7)自动将修正的增益值PGAIN′写入到被校表(3)的计量芯片(8)的功率增益校正寄存器中，完成100％Ib点阻性1.0校表；
(7)上位机(1)根据标准表(2)和被校表(3)的有功功率，自动计算第二误差ERR2，ERR2＝[P1(1+PGAIN′)-(P0/Kp)]/(P0/Kp)，再自动根据第二误差ERR2计算相位值θ；
(8)上位机(1)通过被校表(3)的MCU(7)自动将相位值θ写入被校表(3)的计量芯片(8)的相位校正寄存器中，校正次数C1自动加1；
(9)重新读取校正后的被校表(3)的有功功率P1和标准表(2)的有功功率P0,若两者之间的误差满足100％Ib点感性0.5校表的误差要求，则校正次数C1自动清零并进入步骤(10)，若否，则自动判断校正次数C1是否到达校正次数的上限值M，若是，则本次校表结束，若否，则返回步骤(7)；
(10)上位机(1)根据第二误差ERR2，自动计算偏置值BS，并通过被校表(3)的MCU(7)自动将偏置值BS写入到被校表(3)的计量芯片(8)的有功功率偏置校正寄存器中，完成5％Ib点阻性1.0校表。
2.根据权利要求1所述的一种单相电能表的快速校表方法，其特征在于：所述计量芯片(8)的型号为RN8209C。
3.根据权利要求2所述的一种单相电能表的快速校表方法，其特征在于：步骤(5)中根据第一误差ERR1，自动计算修正的增益值PGAIN′的公式为：PGAIN′＝-ERR1/(1+ERR1)。
4.根据权利要求2所述的一种单相电能表的快速校表方法，其特征在于：步骤(7)中根据第二误差ERR2，自动计算相位值θ的公式为：
5.根据权利要求2所述的一种单相电能表的快速校表方法，其特征在于：步骤(10)中根据第二误差ERR2，自动计算偏置值BS的公式为：BS＝(P0/Kp)*(-ERR2)/(1+PGAIN′)。
6.根据权利要求1所述的一种单相电能表的快速校表方法，其特征在于：所述校正次数的上限值M为3-5次。
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