CN105911510A - 一种基于标准电能表高频脉冲微电能控制装置与方法 - Google Patents

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李野
曹国瑞
何黎菲
顾强
季浩
解岩
董得龙
刘裕德
于学均
朱逸群
滕永兴
郭景涛
张蒙
张一蒙
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Abstract

本发明涉及一种基于标准电能表高频脉冲微电能控制装置与方法，采用基于标准电能表高频脉冲微电能控制装置进行试验检定，该方法包括批量电能表起动试验检定时间的缩减，批量电能表潜动试验检定时间的缩减，以及批量电能表基本误差试验检定时间的缩减。通过对批量电能表基本误差试验，潜动试验，启动试验的试验前等待时间以及试验时间进行压缩，有效提高了批量电能表检定效率。并且该方法可应用于各类人工以及自动化电能计量装置的检定系统，有利于进一步完善智能电能表检定方案和满足供电单位用表需求，提升了计量检定装置检定管理水平。

Description

一种基于标准电能表高频脉冲微电能控制装置与方法
技术领域
本发明属于电能计量领域领域,尤其是一种基于标准电能表高频脉冲微电能控制装置与方法。
背景技术
电能表是一种测量额定电压下，所通过的时变功率对时间积分的计量器具。
电能表的准确度试验包括基本误差试验、起动试验、潜动试验。通常采用比较法进行电能表的准确度试验，即由功率源向标准表和被检表输送相同功率，由误差计算器接收标准表和被检表的输出脉冲并计算被检表的相对误差。标准表和被检表都标称有脉冲常数(每通过1kWh电能输出的脉冲数)，测量时认为标准表的脉冲常数Ks是真实值，而被检表的脉冲常数Km是名义值。Ks远大于Km。同一块电能表Km是定值,因此负载功率越大脉冲频率越高,脉冲间隔Tp越小。
电能表基本误差试验方法是：试验确定被检表N(通常N<10)个脉冲间隔的时间内，标准表所发出的脉冲数M。根据公式计算被检表的相对误差。测量时间的长度为等待被检表发出第一个脉冲的时间T与N个脉冲间隔时间NTp之和。理论分析表明，由于被检表第一个脉冲出现的时间具有随机性,当同一批次被检表数量超过30时,等待时间T超过0.9Tp的概率高达0.96。
电能表起动试验方法是：在起动功率下,在规定的时间Tstart内检测到脉冲输出即为合格。起动功率很小，因此Tstart很长，通常超过10min。该实验检测到脉冲即可结束,检测不到脉冲则试验时间必须达到Tstart。由于被检表第一个脉冲出现的时间具有随机性,当同一批次被检表数量超过30时,等待时间Tw超过0.9Tstart的概率高达0.96。
电能表潜动试验方法是：只加电压不通电流的条件下,在规定的时间Tno-load内,被检表输出脉冲数不可大于1。此要求等价于,潜动试验条件下被检表脉冲间隔大于Tno-load。由于潜动试验功率为零,因此理论Tno-load为无穷大,试验时则需使Tno-load充分大，通常超过30min。
随着国网公司低压集抄工程的开展，大批量换装智能表，进而导致智能表检定工作量剧增。为了完成检定任务，应对智能表的大量需求，本发明提出了将一种基于标准电能表高频脉冲微电能控制装置与方法并应用于检定系统，通过减少电能表准确度试验的时间，提高电能表检测效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构合理、使用方便、安全可靠、提高效率的基于标准电能表高频脉冲微电能控制装置与方法，缩减单、三相电能表准确度试验中起动试验、潜动试验、基本误差试验的检定时间。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于标准电能表高频脉冲微电能控制装置，其特征在于：包括交流电源、电源控制器、被检电能表、脉冲信号捕捉模块、中央控制器、电压采样模块、电流采样模块、乘和电路、参比电路、高速高精度计时器以及标准源表，
交流电源的输出端连接电源控制器，电源控制器的输出端连接被检电能表向被检电能表供电，被检电能表连接有一脉冲信号捕捉模块，该脉冲信号捕捉模块的输出/输出端口连接中央控制器，将捕捉到的脉冲信号输送给中央控制器，并且，中央控制器发送信号控制脉冲信号捕捉模块的工作；
中央控制器的一个输出端连接电源控制器，调控电源控制器的工作；
被检电能表还同时连接电压采样模块以及电流采样模块，电流采样模块和电压采样模块的输出端均连接到一乘和电路的输入端将电流采样结果和电压采样结果传输给乘和电路，该乘和电路的输出端连接参比电路的输入端，参比电路的输出端连接中央控制器；
中央控制器的一个输出/输出端口连接高速高精度计时器，进行数据互通；
中央控制器的一个输入端连接标准源表。
而且，采用基于标准电能表高频脉冲微电能控制装置进行试验检定，该方法包括批量电能表起动试验检定时间的缩减，批量电能表潜动试验检定时间的缩减，以及批量电能表基本误差试验检定时间的缩减。
而且，批量电能表潜动试验检定时间的缩减：使用较大电流通过前部分能量，分别达到目标电能消耗1500J、2100J、2400J、2700J之后，再切换为原电流IQ＝0.005Ib。
而且，批量电能表基本误差试验检定时间的缩减：先通大电流以缩短检定前时间，在潜动试验中，在一定值电压U下，使用较大电流Im通过时间T1，通过计数器实现时间计时目标，达到目标电能消耗E1；之后在定值电压U下，断电，检定在一定时间T2内是否出现第二个脉冲，出现则为不合格，不出现即为合格。
而且，批量电能表基本误差试验检定时间的缩减：脉冲间隔时间Tq，电源控制器先通入一定时间T1大电流，通过计数器实现时间计时目标；然后在定值电压U下，切换为试验标准电流IQ，通过时间T2，达到剩余部分电能消耗E2；电能表基本误差试验检定时间的长度为等待被检表发出第一个脉冲的时间Tq到第N个脉冲的间隔时间N*Tq之和。
本发明的优点和积极效果是：
本发明通过对批量电能表基本误差试验，潜动试验，起动试验的试验前等待时间以及试验时间进行压缩，有效提高了批量电能表检定效率。并且该方法可应用于各类人工以及自动化电能计量装置的检定系统，有利于进一步完善智能电能表检定方案和满足供电单位用表需求，提升了计量检定装置检定管理水平。
附图说明
图1为缩短脉冲间隔标准时间TQ的原理框图；
图2为电能表准确度试验控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种基于标准电能表高频脉冲微电能控制装置，该控制模块缩短脉冲间隔标准时间TQ的原理框图如图1所示，
交流电源的输出端连接电源控制器，电源控制的输出端连接被检电能表向被检电能表供电，被检电能表连接有一脉冲信号捕捉模块，该脉冲信号捕捉模块的输出/输出端口连接中央控制器，将捕捉到的脉冲信号输送给中央控制器，并且，中央控制器发送信号控制脉冲信号捕捉模块的工作；
中央控制器的一个输出端连接电源控制器，调控电源控制器的工作；
被检电能表还同时连接电压采样模块以及电流采样模块，电流采样模块和电压采样模块的输出端均连接到一乘和电路的输入端将电流采样结果和电压采样结果传输给乘和电路，该乘和电路的输出端连接参比电路的输入端，参比电路的输出端连接中央控制器；
中央控制器的一个输出/输出端口连接高速高精度计时器，进行数据互通；
中央控制器的一个输入端连接标准源表。
基本原理阐述
电能表的准确度试验包括基本误差试验、起动试验、潜动试验。通常采用比较法进行电能表的准确度试验，即由功率源向标准表和被检表输送相同功率，由误差计算器接收标准表和被检表的输出脉冲并计算被检表的相对误差。标准表和被检表都标称有脉冲常数(每通过1kWh电能输出的脉冲数)，测量时认为标准表的脉冲常数Ks是真实值，而被检表的脉冲常数Km是名义值。Ks远大于Km。同一类型电能表Km基本相等,因此负载功率越大脉冲频率越高,脉冲间隔时间越小。
由于被检表第一个脉冲出现的时间具有随机性,当同一批次被检表数量超过30时,记等待时间为Tw。则理论分析表明，Tw超过0.9的概率高达0.96。即一般Tw＞0.9。
被检表两个相邻脉冲之间消耗的电能为一个定值,记为E。设想在一定值电压U下，使用较大电流Im通过时间T1，达到目标电能消耗E1；之后在定值电压U下，切换为试验标准电流IQ，通过时间T2，达到剩余部分电能消耗E2。并记在定值电压U下，达到电能E值，所需通过脉冲间隔标准时间为TQ。
则有E＝E1+E2＝U·Im·T1+U·IQ·T2，TP＝T1+T2。
其中，E1和Im是自变量，通过这两个值可求出T1，E2和IQ是自变量，通过这两个值可求出T2。进而可得到脉冲间隔时间。当Im＞IQ时，则有TP＜TQ，从而达到减小脉冲间隔标准时间TQ的目标。进而通过控制IQ值，可实现T1＜TW。
例如使Im＝20IQ，E1＝0.9E，E2＝0.1E。
则可通过E1＝U·Im·T1，E＝E1+E2＝U·Im·T1+U·IQ·T2及TP＝T1+T2，
推算得T1≈0.45·T2，≈1.45*T2<<TQ≈10*T2,T1＜TW。
由于Ks远大于Km，则可知标准表的脉冲间隔远小于。通过在标准表上安装计数器，得到标准表在电能E1值中所输出的脉冲数约Ks1。通过使用较大电流通过前部分能量，当计数器记到脉冲约数Ks1时，切换被检表通过电流，达到计数目的。
一种基于标准电能表高频脉冲微电能控制方法，采用上述基于标准电能表高频脉冲微电能控制装置进行试验检定，该方法包括批量电能表起动试验检定时间的缩减，批量电能表潜动试验检定时间的缩减，以及批量电能表基本误差试验检定时间的缩减；
⑴批量电能表起动试验检定时间的缩减；
由检定规程得出，原起动时间需约为10.9min，记为TQ。在220V电压下通0.005Ib(约为0.025A)在规定时间内检测到第二个脉冲，则电表合格。电表的脉冲常数C为1200imp/KW·h，即两个相邻脉冲之间消耗的电能为ΔE＝1/1200KW·h(3000J)。由于电流非常小，第二个脉冲出现的时间较长，导致检测效率不高。
我们设想使用较大电流通过前部分能量，达到目标电能消耗(1500J、2100J、2400J、2700J)之后，再切换为原电流(IQ＝0.005Ib)，以达到减少时间的目的。理论上，此方法是可行的，按照先前的检定流程，我们需要检定3000J能量，改进之后只需检测(1500J、900J、600J、300J)能量，在相同功率下，检定时间大大缩短，且不违背实验的理论基础，但同时也需修改检定章程，即修改测试实验基准时间。
例如可使E＝0.9E，E＝0.1E，Im＝0.1Ib。
则可通过E1＝U·Im·T1，E＝E1+E2＝U·Im·T1+U·IQ·T2及TP＝T1+T2,
推算得T1≈0.45*T2,Tp≈1.45*T2<<Tq≈10*T2。
由于被检表第一个脉冲出现的时间具有随机性,当同一批次被检表数量超过30时,等待时间Tw超过0.9Tstart的概率高达0.96。可实现T1＜TW。
通过在标准表上安装计数器，得到标准表在电能E1值中所输出的脉冲数约Ks1。通过使用较大电流通过前部分能量，当计数器记到脉冲约数Ks1时，实现时间计时目标，切换被检表通过电流IQ＝0.005Ib，达到计数目的。从而达到实现缩减批量电能表起动试验检定时间Tq和检定等待时间Tw的目标。进而达到缩减批量电能表起动试验检定时间的目的。
⑵批量电能表潜动试验检定时间的缩减；
批量电能表潜动试验方案与上述起动试验方案原理一致，均是先通大电流以缩短检定前时间。在潜动试验中，在一定值电压U下，使用较大电流Im通过时间T1，通过计数器实现时间计时目标，达到目标电能消耗E1；之后在定值电压U下，断电，检定在一定时间T2内是否出现第二个脉冲，出现则为不合格，不出现即为合格。
⑶批量电能表基本误差试验检定时间的缩减；
批量电能表基本误差试验方案与上述起动试验方案原理一致。先通大电流以缩短被检表的脉冲间隔时间Tq，即先通入一定时间T1大电流，通过计数器实现时间计时目标，然后在定值电压U下，切换为试验标准电流IQ，通过时间T2，达到剩余部分电能消耗E2。电能表基本误差试验检定时间的长度为等待被检表发出第一个脉冲的时间Tq到第N个脉冲的间隔时间N*Tq之和。而对于检定试验等待时间，理论分析表明，由于被检表第一个脉冲出现的时间具有随机性,当同一批次被检表数量超过30时,等待时间T超过0.9Tq的概率高达0.96。同样可以通过先通大电流以缩短被检表的脉冲间隔时间的方法来实现缩短。
试验检定的具体步骤为：
⑴通过在标准表上安装计数器；
⑵批量电能表起动试验检定，计算在一定值电压U下，使用较大电流Im通过时间T1，达到目标电能消耗E1时，得到标准表在电能E1值中所输出的脉冲数约Ks1；
⑶批量电能表潜动试验检定，在一定值电压U下，使用较大电流Im通过被检表和标准表；
⑷批量电能表基本误差试验检定，当计数器计数到达脉冲数Ks1时，在一定值电压U下，切换为试验标准电流IQ，直到被检表发出脉冲；
⑸检定结束：进行检定结果判断，判断为“是”则试验结束；判断结果为“否”则试验未结束，则重复步骤⑴至步骤⑷直至检定结束。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (5)

1.一种基于标准电能表高频脉冲微电能控制装置，其特征在于：包括交流电源、电源控制器、被检电能表、脉冲信号捕捉模块、中央控制器、电压采样模块、电流采样模块、乘和电路、参比电路、高速高精度计时器以及标准源表，
交流电源的输出端连接电源控制器，电源控制器的输出端连接被检电能表向被检电能表供电，被检电能表连接有一脉冲信号捕捉模块，该脉冲信号捕捉模块的输出/输出端口连接中央控制器，将捕捉到的脉冲信号输送给中央控制器，并且，中央控制器发送信号控制脉冲信号捕捉模块的工作；
中央控制器的一个输出端连接电源控制器，调控电源控制器的工作；
被检电能表还同时连接电压采样模块以及电流采样模块，电流采样模块和电压采样模块的输出端均连接到一乘和电路的输入端将电流采样结果和电压采样结果传输给乘和电路，该乘和电路的输出端连接参比电路的输入端，参比电路的输出端连接中央控制器；
中央控制器的一个输出/输出端口连接高速高精度计时器，进行数据互通；
中央控制器的一个输入端连接标准源表。
2.根据权利要求1所述的基于标准电能表高频脉冲微电能控制装置的控制方法，其特征在于：采用基于标准电能表高频脉冲微电能控制装置进行试验检定，该方法包括批量电能表起动试验检定时间的缩减，批量电能表潜动试验检定时间的缩减，以及批量电能表基本误差试验检定时间的缩减。
3.根据权利要求2所述的基于标准电能表高频脉冲微电能控制装置的控制方法，其特征在于：批量电能表潜动试验检定时间的缩减：使用较大电流通过前部分能量，分别达到目标电能消耗1500J、2100J、2400J、2700J之后，再切换为原电流IQ＝0.005Ib。
4.根据权利要求2所述的基于标准电能表高频脉冲微电能控制装置的控制方法，其特征在于：批量电能表基本误差试验检定时间的缩减：先通大电流以缩短检定前时间，在潜动试验中，在一定值电压U下，使用较大电流Im通过时间T1，通过计数器实现时间计时目标，达到目标电能消耗E1；之后在定值电压U下，断电，检定在一定时间T2内是否出现第二个脉冲，出现则为不合格，不出现即为合格。
5.根据权利要求2所述的基于标准电能表高频脉冲微电能控制装置的控制方法，其特征在于：批量电能表基本误差试验检定时间的缩减：脉冲间隔时间Tq，电源控制器先通入一定时间T1大电流，通过计数器实现时间计时目标；然后在定值电压U下，切换为试验标准电流IQ，通过时间T2，达到剩余部分电能消耗E2；电能表基本误差试验检定时间的长度为等待被检表发出第一个脉冲的时间Tq到第N个脉冲的间隔时间N*Tq之和。
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