CN106291092A - 一种智能电表防外部恒磁场干扰方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能电表防外部恒磁场干扰方法，用于利用外部恒磁场干扰造成电能表计量不准确情况下的电量追补。所述方法是在电能表在受到外部恒磁场干扰时，通过靠近电能表内电流互感器安装的恒磁场检测单元，检测外部恒磁场的磁感应强度，再通过电表内电流互感器检测到的负载电流有效值，根据存储在电能表内储存单元内的关系表，由DSP计算出因外部恒磁场造成的电量损失以完成电量的追补。本发明克服了传统方法所导致电表成产成本增加和磁场干扰造成的电量损失不易追补的问题。

Description

一种智能电表防外部恒磁场干扰方法
技术领域
本发明属电能计量技术领域，具体而言，涉及一种智能电表防外部恒磁场干扰方法。
背景技术
随着智能电网的发展，智能电表作为其重要的组成部分之一，得到越来越多的广泛的应用，其计量的准确性直接影响电费的计算，涉及到供电企业与用电用户直接的利益。目前，出现了利用外部恒定磁场，如用多块强磁铁对智能电表进行干扰，以影响表内电流互感器的工作特性，进而造成电能表计量不准确或停止计量的现象。此种窃电手段较为隐蔽，给供电企业的反窃电查处工作造成了很大困难。
现阶段，针对外部恒磁场造成电能表计量不准确的现象，电能表厂家多采用以下二种技术方案，第一种是采用耐直流的仪用电流互感器作为电能表内的电流采样元器件，使其抗干扰的能力增强；第二种是用屏蔽措施将电表内的电流互感器与外部恒磁场干扰源进行隔离。这二种方法显然会增加智能电能表的成本，并且一旦发生了利用外部恒磁场窃电的事件，电能的少计量造成的经济损失也不易追补。目前，也有相关专利提出：利用霍尔元器件检测外部恒定磁场的磁感应强度，然后根据相应的恒磁场的磁感应强度和其造成的电能表误差该变量，将信息存储在存储单元里，进行补偿的防外部恒磁场干扰方法。但是，在电能表工作且负载电流的大小不同时，具有相同的磁感应强度的外部恒磁场对电流互感器的计量特性影响是不同的，该方法并没有考虑恒磁场干扰对电流互感应计量特性影响的这个特点。因此，利用该方法对电量损失进行追补将不够准确。
发明内容
本发明的目的是为了克服了现有技术的不足，提供一种智能电表防外部恒磁场干扰方法，用于利用外部恒磁场干扰造成电能表计量不准确情况下的电量追补。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：
电能表接入到电网时，电流线路上的电流为频率是50Hz的标准正弦波形，当电能表的电流回路采用铁磁结构的电路互感器作为电流采样单元时，在理想情况下，电流互感器二次侧的采样模拟信号可以表示为：i＝Mcos(wt+θ)，其中M为电流最大值，w为角频率且w＝2πf＝100π，θ为初始相位角；但是，由于存在相位差和比差，电流互感器二次侧的采样模拟信号可以表示为：ireal＝αMcos(wt+θ+ψ)。其中，α为电流互感器比差引起的幅值改变系数，ψ为电流互感器相位差引起的相位改变；在施加恒磁场时，电流互感器二次侧电流会发生畸变，此时电流互感器二次侧的采样模拟信号表示为：ierr＝αβMcos(wt+θ+ψ+γ)，其中β为外部恒磁场引起的幅值改变系数，γ为外部恒磁场引起的相位改变；对比可得到关系式：设ireal＝kierr，其中k为修正后电流与修正前电流比值；确定了ψ、γ和β，可以得到k的值。
对特定型号、规格及生产厂家的电能表，确定ψ、γ和β的方法如下：将电能表内电流互感器作为被试品，标准电流源输出端和电能表内电流互感器的一次侧连接，用以输出试验所需的标准正弦电流波形；电流互感器的二次侧和电阻R并联，电流探头接在电流互感器的一次侧，电压探头接在电阻R的二端；采用至少有2个通道的示波器，宽频电流探头接在示波器通道1，用以显示电流互感器的一次侧电流波形；电压探头接在示波器通道2，通过检测电阻R二端的电压值，用以显示电流互感器的二次侧电流波形；试验时可采用磁感应强度已知的强磁铁靠近电流互感器对其施加外部恒磁场干扰。
试验按照以下步骤进行：
步骤1：电流源输出频率为50Hz且有效值为I的标准正弦波形，相位初始值为θ，其中I的初始值为起动电流Ist；
步骤2：通过示波器通道1和通道2观察的波形，得到α和ψ值；
步骤3：将电流互感器放在磁感应强度为T的位置，磁感应强度的初始值为Tmin；
步骤4：通过示波器通道1和通道2观察的波形，得到αβ和ψ+γ的值，其中αβ为电流经电流互感器且磁场干扰畸变引起的比差，ψ+γ为电流经电流互感器且磁场干扰畸变引起的相位差；
步骤5：根据步骤2和步骤4得到的结果，计算β和γ的值；
步骤6：改变磁铁的磁感应强度T，以步长为ΔT增加，重复步骤1到步骤5，直到T+ΔT＞Tmax，其中Tmax为设定的外部恒磁场的最大磁感应强度；
步骤7：通过控制电流源输出，改变I的值，以步长为ΔI增加，重复步骤1到步骤6，直到满足I+ΔI＞Imax，其中，Imax为电能表最大额定电流；
通过该方法可确定外部恒磁场的磁感应强度为T且负载电流有效值为I条件下的ψ、γ和β值，将此对应的关系表存储在电能表内的储存单元。
电能表在受到外部恒磁场干扰时，通过靠近电能表内电流互感器安装的恒磁场检测单元，检测外部恒磁场的磁感应强度T；通过电表内电流互感器检测负载电流的有效值I，然后根据存储在电能表内的储存单元内的关系表，通过DSP计算得到k的值。
电能表在受外部恒磁场干扰下，进行电量追补的方法如下：在采样点n处，修正后瞬时功率为：Preal(n)＝U(n)ireal(n)＝kU(n)ierr(n)；修正后累积电能应为：Ereal(n)＝Ereal(n-1)+kU(n)ierr(n)；修正前的累积电能应为：Eerr(n)＝Eerr(n-1)+U(n)ierr(n)；追补的电能应为：ΔE(n)＝Ereal(n)-Eerr(n)，以上各值可通过电能表内的显示单元显示。
需要说明的是：当电能表为三相三线或三相四线时，可采用同样的方法；当电能表为三相四线时，电流互感器为三个，电压采样单元为三个，恒磁场检测单元为三个；当电能表为三相三线时，电流互感器为二个，电压采样单元为二个，恒磁场检测单元为二个。
本发明智能电表防外部恒磁场干扰方法的步骤如下：
步骤1：设定外部恒磁场磁感应强度的阀值TH；
步骤2：检测电压U、电流I及外部恒磁场的磁感应强度T；
步骤3：计算修正前的累积电能Eerr(n)；
步骤4：如T≤TH，则返回步骤1；如T>TH，产生事件报警并执行下面步骤；
步骤5：调用存储单元里的关系表，根据检测到的电流I及外部恒磁场的磁感应强度T，确定ψ、γ和β的值；
步骤6：DSP根据ψ、γ和β的值，计算得到k的值；
步骤7：计算修正后瞬时功率Preal(n)及修正后累积电能Ereal(n)；
步骤8：计算应追补的电量ΔE(n)。
需要说明的是：在此过程中，需实时的检测电流I和外部恒磁场的磁感应强度T，以调用存储单元里的关系表，确定ψ、γ和β的值，进而计算k的值，进而得到因外部恒磁场造成的电量损失并完成电量的追补。
与现有技术相比，本发明克服了传统方法会增加智能电能表的成本和电能的少计量造成的经济损失不易追补的问题。考虑了外部恒磁场的磁感应强度和负载电流对电能表内电流互感器的计量特性的影响，可用于因外部恒磁场干扰造成的电能表计量不准确情况下的电量追补。
附图说明
图1是本发明的确定关系表的试验接线图；
图2是本发明的确定关系表的流程图；
图3是本发明的一种防外部恒磁场干扰电能表结构示意图；
图4是本发明的智能电表防外部恒磁场干扰方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
图1是本发明的确定关系表的试验接线图。
对特定型号、规格及生产厂家的电能表，确定β和γ的方法如下：将电能表内电流互感器作为被试品，标准电流源的输出端和电能表内的电流互感器一次侧连接，用以输出试验所需的标准正弦电流波形；电流互感器二次侧和电阻R并联，电流探头接在电流互感器的一次侧，电压探头接在电阻R的二端；采用至少有2个通道的示波器，宽频电流探头接在示波器通道1，用以显示电流互感器的一次侧电流波形；电压探头接在示波器通道2，通过检测电阻R二端的电压值，用以显示电流互感器的二次侧电流波形；试验时可采用磁感应强度已知的强磁铁靠近电流互感器对其施加外部恒磁场干扰，此时电流互感器特定位置处的磁感应强度可通过高斯计进行测量。
图2是本发明的确定关系表的流程图，确定关系表步骤如下：
步骤1：电流源输出频率为50Hz且有效值为I的标准正弦波形，相位初始值为θ，其中I的初始值为起动电流Ist；
步骤2：通过示波器通道1和通道2观察的波形，得到α和ψ值；
步骤3：将电流互感器放在磁感应强度为T的位置，磁感应强度的初始值为Tmin；
步骤4：通过示波器通道1和通道2观察的波形，得到αβ和ψ+γ的值；
步骤5：根据步骤2和步骤4得到的结果，计算β和γ的值；
步骤6：改变磁铁的磁感应强度T，以步长为ΔT增加，重复步骤1到步骤5，直至满足T+ΔT＞Tmax，其中Tmax为设定的电能表磁场干扰的磁场最大值；
步骤7：通过控制电流源输出，改变I的值，以步长为ΔI增加，重复步骤1到步骤6，直至满足I+ΔI＞Imax，其中Imax为电能表最大电流。
图3是本发明的一种防外部恒磁场干扰电能表结构示意图：一种防外部恒磁场干扰电能表，包括：电压采样单元、电流互感器CT、采样电阻Ra、恒磁场检测单元、A/D转换器、DSP、存储单元和显示单元。
电压采样单元可采用电压互感器或分压器，用以采集线路上的电压，电压采样单元的输出和A/D转换器的输入端连接；电流互感器CT的二次侧和采样电阻Ra并联，以采集线路上的电流，并经过采样电阻Ra转换成电压模拟信号；电流互感器CT二次侧的一端接地，另一端接到A/D转换器的输入端；恒磁场检测单元靠近电流互感器CT，其输出端与A/D转换器输入端连接；A/D转换器将采集到的电压、电流及磁场的模拟信号转换成数字信号，A/D转换器输出和DSP输入端连接，将数字信号传输给DSP，DSP输出与显示单元及存储单元相连接；DSP完成信号的处理与计算，存储单元存储关系表，显示单元显示电压、电流、磁场的磁感应强度、修正后的电能、修正前的电能、追补电量等信息。
图4是本发明的智能电表防外部恒磁场干扰方法流程图，该方法步骤如下：
步骤1：设定外部恒磁场磁感应强度的阀值TH；
步骤2：检测电压U、电流I及外部恒磁场的磁感应强度T；
步骤3：计算修正前的累积电能Eerr(n)；
步骤4：如T≤TH，则返回步骤1；如T>TH，产生事件报警并执行以下步骤；
步骤5：调用存储单元里的关系表，根据检测到的电流I及外部恒磁场的磁感应强度T，确定ψ、γ和β的值；
步骤6：DSP根据ψ、γ和β的值，计算得到k的值；
步骤7：计算修正后瞬时功率Preal(n)及修正后累积电能Ereal(n)；
步骤8：计算应追补的电量ΔE(n)。
当电能表是三相四线或三相三线时，可采样同样的方法；当电能表为三相四线时，电流互感器为三个，电压采样单元为三个，恒磁场检测单元为三个，修正后累积电能应为：Ereal(n)＝EAreal(n)+EBreal(n)+ECreal(n)；修正前的累积电能应为：Eerr(n)＝EAerr(n)+EBerr(n)+ECerr(n)；追补的电能应为：ΔE(n)＝Ereal(n)-Eerr(n)；当电能表为三相三线时，电流互感器为二个，电压采样单元为二个，恒磁场检测单元为二个，修正后累积电能应为：Ereal(n)＝EABreal(n)+ECBreal(n)；修正前的累积电能应为：Eerr(n)＝EABerr(n)+ECBerr(n)；追补的电能应为：ΔE(n)＝Ereal(n)-Eerr(n)。
需要说明的是：在此过程中，需实时的检测电流I和外部恒磁场的磁感应强度T，以实时调用存储单元里的关系表，以便确定ψ、γ和β的值，进而确定k的值，计算出因外部恒磁场造成的电量损失并完成电量的追补。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种智能电表防外部恒磁场干扰方法，包括以下步骤：
步骤1：设定外部恒磁场磁感应强度的阀值TH；
步骤2：检测电压U、电流I及外部恒磁场的磁感应强度T；
步骤3：计算修正前的累积电能Eerr(n)；
步骤4：如T≤TH，则返回步骤1；如T>TH，产生事件报警并执行下面步骤；
步骤5：调用存储单元里的关系表，根据检测到的电流I及外部恒磁场的磁感应强度T，确定ψ、γ和β的值；其中，ψ为电流互感器相位差引起的相位改变，β为外部恒磁场引起的幅值改变系数，γ为外部恒磁场引起的相位改变；
步骤6：DSP根据ψ、γ和β的值，计算得到k的值；其中，k为修正后电流与修正前电流比值；
步骤7：计算修正后瞬时功率Preal(n)及修正后累积电能Ereal(n)；
步骤8：计算应追补的电量ΔE(n)。
2.如权利要求1所述的一种智能电表防外部恒磁场干扰方法，其特征在于：所述步骤5中存储单元里的关系表，按照以下步骤获得：
步骤a：电流源输出频率为50Hz且有效值为I的标准正弦波形，相位初始值为θ，其中I的初始值为起动电流Ist；
电流互感器二次侧的采样模拟信号可以表示为：i＝Mcos(wt+θ)，其中M为电流最大值，w为角频率且w＝2πf＝100π，θ为初始相位角；
步骤b：通过示波器通道1和通道2观察的波形，得到α和ψ值，其中，α为电流互感器比差引起的幅值改变系数，ψ为电流互感器相位差引起的相位改变步骤c：将电流互感器放在磁感应强度为T的位置，磁感应强度的初始值为Tmin；
步骤d：通过示波器通道1和通道2观察的波形，得到αβ和ψ+γ的值，其中αβ为电流经电流互感器且磁场干扰畸变引起的比差，ψ+γ为电流经电流互感器且磁场干扰畸变引起的相位差；
步骤e：根据步骤b和步骤d得到的结果，计算β和γ的值；
步骤f：改变磁铁的磁感应强度T，以步长为ΔT增加，重复步骤a到步骤e，直到T+ΔT＞Tmax；其中Tmax为设定的外部恒磁场的最大磁感应强度；
步骤g：通过控制电流源输出，改变I的值，以步长为ΔI增加，重复步骤a到步骤f，直到满足I+ΔI＞Imax，其中，Imax为电能表最大额定电流；此时可确定外部恒磁场的磁感应强度为T且负载电流有效值为I条件下的ψ、γ和β值，将此对应的关系表存储在电能表内的储存单元。
3.如权利要求2所述的一种智能电表防外部恒磁场干扰方法，其特征在于：所述步骤7中的瞬时功率Preal(n)可按以下方式获得：在采样点n处，修正后瞬时功率为：Preal(n)＝U(n)ireal(n)＝kU(n)ierr(n)，其中电流互感器二次侧的采样模拟信号ireal＝αMcos(wt+θ+ψ)；在施加恒磁场时，电流互感器二次侧的采样模拟信号表示为：ierr＝αβMcos(wt+θ+ψ+γ)；对比可得到关系式：
4.如权利要求3所述的一种智能电表防外部恒磁场干扰方法，其特征在于：所述步骤8中的追补的电量ΔE(n)可按以下方式获得：
修正后累积电能应为：Ereal(n)＝Ereal(n-1)+kU(n)ierr(n)；
修正前的累积电能应为：Eerr(n)＝Eerr(n-1)+U(n)ierr(n)；
追补的电能应为：ΔE(n)＝Ereal(n)-Eerr(n)。
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