CN105676163B - 一种电能表自热影响误差补偿方法 - Google Patents

一种电能表自热影响误差补偿方法 Download PDF

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Abstract

一种电能表自热影响误差补偿方法，（1）.先按常规方案调表；（2）.将电流调到Imax点，读出电能误差值；（3）.根据读到的误差数据拟合出Imax时的误差曲线，得到补偿参数Ymax写入电能表存贮器中；（4）.电能表上电启动时，读出脉冲常数B，给累计补偿电能初值赋0；（5）.每30秒计算一次平均电流I和平均功率P，若I>0.2Imax，计算(I/Imax)2×Ymax得到当前的补偿系数Y；（6）.按公式E本次累计=E上次累计+Y×P×30/3600计算本次累计补偿电能E本次累计；若前述计算得到的本次累计补偿电能E本次累计≥1/B，则将之后的一个电能脉冲丢掉，然后计算本次累计补偿电能E本次累计=E上次累计‑1/B。（7）.重复（5）、（6）两个步骤。

Description

一种电能表自热影响误差补偿方法
技术领域
本发明涉及一种电能表自热影响误差补偿方法。
背景技术
电能表的计量误差是客观存在的现象，在对电能表进行计量误差检验时，一般是在特定的环境温度下进行。这种检验方式，没有将温度对误差的影响计算进去。相关的标准中对于温度影响量提出了要求，从长时间的温度变化综合来看计量误差，外部环境温度的影响可以认为能基本平衡。但是对于大负荷情况下的自身发热导致的误差，则不能由较长运行时间来实现平衡。实际情况是负载越大，用电量就越大，发热也越厉害，计量过程中产生的正误差越大，用户损失越多，导致计量不公平。
理论上可通过增加温度传感器的办法来解决自热影响问题，即监测计量采样元件的温度，根据温度值进行实时补偿。这种方式有两个缺点，一是增加了电能表的硬件成本；二是使得电能表的生产过程更加复杂。
发明内容
为了克服现有电能表自热影响误差补偿方法的上述不足，本发明提供一种在不增加电能表硬件成本和生产复杂度的情况下解决电能表自热影响误差问题的电能表自热影响误差补偿方法。
本发明解决其技术问题的技术方案是：一种电能表自热影响误差补偿方法，包括下列步骤：
（1）.先按常规方案调表，得到基本电流Ib点的电能误差值Eb；
（2）.将电流调到Imax（即电能表允许的最大工作电流）点，运行3分钟，每10秒读出一次电能误差值；
（3）.根据读到的误差数据拟合出Imax时的误差曲线，得到热平衡时的电能误差值，热平衡时的电能误差值减去常规方案调表后得到的电能误差值Eb，作为补偿参数Ymax写入电能表存贮器中；
（4）.电能表上电启动时，读出脉冲常数B，给累计补偿电能初值赋0；
（5）.每30秒计算一次平均电流I和平均功率P，若I>0.2Imax，计算(I/Imax)2×Ymax，得到当前的补偿系数Y；
（6）.按公式E本次累计 = E上次累计+Y×P×30/3600计算本次累计补偿电能E本次累计，E上次累计是指上次计算得出的累计补偿电能；
若按照前述公式计算得到的本次累计补偿电能E本次累计≥1/B，则将之后的一个电能脉冲丢掉，然后计算本次累计补偿电能E本次累计 = E上次累计-1/B。
（7）.重复（5）、（6）两个步骤。
本发明的有益效果在于：1.补偿方法不依赖于温度传感器，降低了成本；2.补偿方法简单，不需要高速的运算能力的MCU；3.解决了用户在大负荷用电时的计量公平问题。
附图说明
图1电能表在Imax下的计量误差变化曲线的实测值。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是电能表在Imax下的计量误差变化曲线的实测值，经过大量的电能表测试分析，这些电能表都具有相同的曲线特征。
从图1可以看到，在施加恒定的大电流时，误差有正向增大趋势，整个60分钟的时间内，大致可以分为三段：
（1）前面8分钟左右误差变化最快，经过对多只电能表测试数据的分析，误差与时间呈二次曲线关系，与拟合的二次曲线相关度大于0.99，图1中的拟合二次曲线为y = -0.001x2 + 0.0167x + 0.0595，相关度R=0.997;
（2）中间9~32分钟，误差与时间呈线性关系，与拟合曲线相关度也大于0.99，图1中的拟合曲线为y = 0.0029x + 0.1386，相关度R = 0.9936
（3）后面的33~60分钟，误差与时间仍呈线性关系，同样与拟合曲线相关度也大于0.98，但斜率下降，即误差变化量减小。图1中的拟合曲线为y = 0.0013x + 0.2049，相关度R=0.986，因为此阶段的误差变化范围很小，台体的测量误差在是误差波动的主要因素，而与时间的相关度降低。
从上面的分析可以看出，除了从小电流突变为大电流的前面几分钟，采样电路内部温度与环境温度之差迅速变化时误差比较大以外，后面的时段内随着温差减小，误差变化也越来越小，最终达到基本不变。
在实际应用中，对于计量误差的补偿需求有以下几个特点：
（1）大负荷工作的时间不会是仅仅几分钟，而是较长的时间，大负荷启动的短时间内的误差变化虽大，但对累计电能的影响很小，关键影响用户累计电能的是温度基本达到平衡的那段工作时间。
（2）大负荷工作时的电流虽会发生变化，但变化范围很小，温度波动也很小。
因为实际应用的补偿需求是温度平衡时的补偿需求，那么我们先考虑温度平衡时的情况。
根据牛顿冷却定律：Φ=A×h×Δt，其中：Φ为传热功率，A为传热面积，h为物质的对流传热系数，Δt是温差
对于电能表计量部分来说，内部是密封的，散热面积只与分流器相关，A和h都是定值，所有Φ是Δt线性函数。
计量采样器件——分流器，由紫铜和锰铜组成，假定紫铜电阻为R1，锰铜电阻为R2，紫铜和锰铜的电阻都是随温度变化很小的材质。
在计量电路的自热中，除了紫铜电阻R1和锰铜电阻R2外，还与端子的接触电阻R3相关，因为固定很紧，R3也基本不变，设R=R1+R2+R3，则自热功率 P =I2×R
根据热平衡定律，平衡时：Q吸=Q放
Q吸是被计量采样电路外部吸收的热量，Q放是由计量采样电路产生的自热。那么在平衡时，冷却传热功率Φ =计量采样自热功率 P，即，A×h×Δt = I2×R
经变换，得：Δt = I2×(R/Ah) = k×I2
其中，k= R/A×h
因为 A，h是常数，R随温度变化极小，k可以看作为常数。
由Δt = k×I2可知，当达到热平衡时，温差Δt与电流I的平方成正比关系，因此，可以通过电流I估算出温差Δt值。
因为分流器的阻值很小，根据国网智能电能表技术规范，“在参比电流、参比温度、参比频率下，电流线路的视在功率消耗不应超过1VA”，实际的发热量很小，对环境温度影响可以忽略不计。
在计量采样电路中，关键的采样元件为分流器的锰铜部分，它的稳定性非常好，在正常的工作温度范围内，电阻变化与温度变化基本成线性关系，ΔR =α×Δt，其中α为锰铜的温度系数。
热平衡时，Δt = k×I2，因此，ΔR =α×Δt =α×k×I2
因为α和k都是常数，电阻变化也与电流I的平方成线性关系。
电能表测量电流是通过A/D采样电路获得锰铜上的电压，再乘以放大系数得到，公式为：
计量采样电流i = G×v/R，其中G是放大倍数，v是采样电压，R是分流器采样电阻。
在进行电能计量计算时，R默认是固定的，但实际采样的电压值是从R+ΔR上得到的，有ΔR的差别。
实际计算出的采样电流i = G×(v+Δv)/R，其中Δv是因ΔR变化影响到的采样电压值。因此，采样电流计算结果是实际值的1+ΔR/R倍。
因为R是固定值，ΔR又与I2成比例关系，因此，只要寻找一个参考电流I值和它的误差应补偿值，就可以得到其它电流相应的补偿值。
在电能表的生产过程中，最大电流Imax点是必须要检测的点，而且Imax点能产生较大的误差变化，用这个电流值的补偿值来推算其它电流比较可靠。
由图1可以看到，在Imax检测点，误差最大值与最小值之间相差小于0.22%，当正常电流为0.2Imax时，此时最大误差变化为0.0088，低于计量校表台可检定的误差精度范围，因此，电流低于0.2 Imax时进行补偿没有意义。
按照Imax误差最大值与最小值之间相差0.22%，此时额定功率为13.2kW，国网主流的单相电能表脉冲常数为1600imp，则最多会出现每77.5秒多计一个电能脉冲，即使有偏差也不会快到30秒多出2个脉冲，考虑电流随时间波动和软件的计算量，按30秒为周期进行补偿计算比较适中。
具体的补偿方法包括下列几个步骤：
（1）.先按常规方案调表，得到基本电流Ib点的电能误差值Eb；
（2）.将电流调到Imax点，运行3分钟，每10秒读出一次电能误差值；
（3）.根据读到的误差数据拟合出Imax时的误差曲线，得到热平衡时的电能误差值，热平衡时的电能误差值减去常规方案调表后得到的电能误差值Eb，作为补偿参数Ymax写入电能表存贮器中；
（4）.电能表上电启动时，读出脉冲常数B，给累计补偿电能初值赋0；
（5）.每30秒计算一次平均电流I和平均功率P，若I>0.2Imax，计算(I/Imax)2×Ymax，得到当前的补偿系数Y；
（6）.按公式E本次累计 = E上次累计+Y×P×30/3600计算本次累计补偿电能E本次累计，E上次累计是指上次计算得出的累计补偿电能；
若按照前述公式计算得到的本次累计补偿电能E本次累计≥1/B，则将之后的一个电能脉冲丢掉，然后计算本次累计补偿电能E本次累计 = E上次累计-1/B。
（7）.重复（5）、（6）两个步骤。

Claims (1)

1.一种电能表自热影响误差补偿方法，其特征在于包括下列步骤：
（1）.先按常规方案调表，得到基本电流Ib点的电能误差值Eb；
（2）.将电流调到Imax点，其中Imax为电能表允许的最大工作电流；运行3分钟，每10秒读出一次电能误差值；
（3）.根据读到的误差数据拟合出Imax时的误差曲线，得到热平衡时的电能误差值，热平衡时的电能误差值减去常规方案调表后得到的电能误差值Eb，作为补偿参数Ymax写入电能表存贮器中；
（4）.电能表上电启动时，读出脉冲常数B，给累计补偿电能初值赋0；
（5）.每30秒计算一次平均电流I和平均功率P，若I>0.2Imax，计算(I/Imax)2×Ymax，得到当前的补偿系数Y；当I≤0.2 Imax时最大误差低于计量校表台可检定的误差精度无需补偿，跳过步骤（6）(7),结束本次补偿;
（6）.按公式E本次累计 = E上次累计+Y×P×30/3600计算本次累计补偿电能E本次累计；
若按照前述公式计算得到的本次累计补偿电能E本次累计≥1/B，则将之后的一个电能脉冲丢掉，然后计算本次累计补偿电能E本次累计 = E上次累计-1/B；
（7）.重复（5）、（6）两个步骤。
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