CN106443171B - 一种用电设备掉电时电力总线数据的计量系统和计量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于用电及负载设备在电力总线掉电后存储电力总线数据的方法技术领域，涉及一种用电设备掉电时电力总线数据的计量系统和计量方法。所述系统包括电能转换单元；储能单元；电能采集单元；电量储存单元。所述方法包括计量系统启动；所述电能采集单元初始化；低电压状态清零；输入电力总线电压，采集电压电流数据，将标志位A置0；由flash地址1读取初始值电量，并送到所述电能采集单元的所述处理器缓存进行计算；监测是否掉电：当监测交流电压和电流监控检测到外部输入电压低于默认设定的1.2V阀值时，说明出现了掉电情况；监测到掉电，将掉电时刻的电量值写入flash地址1。本发明的有益效果为：精确度更高，可实现对电力设备的精准计量；成本低。
Description
技术领域
本发明属于用电及负载设备在电力总线掉电后存储电力总线数据的方法技术领域，涉及一种用电设备掉电时电力总线数据的计量系统和计量方法。
背景技术
现在的智能计量设备中，智能电力监测设备一般的处理方法是每隔N秒，单片机会将电量值保存于某种存储单元中；但是这一种处理办法，当遇到N秒间隔内交流供电断开，从上一次电量存储后到交流供电断开时的电量值均没有保存到存储单元中，这样对智能电力监测设备使用者和管理者来说，电量就会流失，而供电部门会因为这个问题损失很大的收益。此时，解决上述问题的办法，一般采取缩短间隔时间N，比如将N减到1S存一个电量，该方法可以减少电量的计量损耗，但是电量的计量仍然会有较小的误差，对于多用户掉电时的电量损失的计量来说，就会有累积损失。
掉电时的处理，属于精度校准领域，现在的智能计量设备中，都是远程抄表的，也就是电量的计量是实时计量的。一般的架构为：
通讯功能-------智能电表-----电卡
智能电表都是具有保存电能数据的功能的，一般来说，按国家标准，智能电表的数据可以保存到10年以上。因此可通过更快速率的保存数据到智能电表内的存储介质中。
这样在计量累加的数据的时候(实时数据则没有必要，如实时电压或实时电流；而累加值则有：累加电量等参数)，如果在一段时间内，累加数据有较大的变化，而该累加值又没有保存到存储介质中，则该累加值就会丢失，因此对精度会有一个微小的误差。
中国发明专利申请号为201010236731的专利公开了一种电能计量数据高可靠性管理方法，包括：
保存及备份区的划分：提供相互关联的RAM及EEPROM，RAM中设置当前计量数据区、第一备份区及掉电数据存储区，EEPROM中设置至少两个电量备份区和一个掉电数据备份区；
计量数据的保存与备份：每次累加所获得的最新计量数据保存在RAM的当前计量数据区；每累计K个数据量则将当前计量数据更新到RAM的第一备份区；每累计M个数据量则将当前计量数据更新到EEPROM中的各电量备份区，M＞K；
当前计量数据的恢复：当前计量数据区数据损坏时，先校验RAM第一备份区数据，正确则覆盖当前计量数据区；否则用EEPROM中电量备份区有效数据覆盖当前计量数据区；如果EEPROM内各电量备份区数据均损坏，则报错。
每次累加获得最新计量数据的方法具体包括：①在进行数据累加前，先对RAM当前计量数据区的数据进行校验，如通过则直接累加，如不通过则执行②；②取RAM第一备份区中的数据进行校验，如通过则用RAM第一备份区数据覆盖当前计量数据区数据，再进行累加，如不通过则执行③；③取EEPROM各电量备份区中的合法数据覆盖当前计量数据区数据，再进行累加，并重新计算校验码，然后拷贝至各备份区。
上述发明专利解决了掉电瞬时数据存储的问题，但是，在掉电时刻由于缺少电能存储供电单元，导致掉电时刻的电量计量精准度不高。另外，该发明专利数据存储的方法是使用RAM EEPROM多种校验的方式，如果所有的存储方式失效，该方法无效。另外，一般设备存累加值是用的外部FLASH或者外部RAM。外部FLASH或者外部RAM擦写都有次数限制的，例如使用非常普遍的一款EEPROM芯片：24Cxx系列，其擦写次数1,000,000次，因此智能电表在计量电能的时候为了延长时间，经常会将电能计量时间延长，例如，1分钟累加一次电量，这样如果掉电，会造成1分钟时间电量的损失。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种用电设备掉电时电力总线数据的计量系统，包括与电力总线连接的电能转换单元；储能单元，与所述电能转换单元电连接，储存从所述电能转换单元接收的电能；电能采集单元，通过信号线与电力总线连接，采集电力总线的交流电流和电压值，并且与所述电能转换单元和所述储能单元电连接；电量储存单元，通过信号线与所述电能采集单元连接，接收所述电能采集单元采集的电流和电压值并进行储存，并且与所述电能转换单元和所述储能单元电连接；服务器，通过网络与所述电能采集单元连接接收所述电能采集单元所采集的电力总线实时数据。
进一步的，所述电能采集单元为电阻网络单元。
进一步的，所述电能采集单元包括模数转换单元和处理器。
进一步的，所述电能采集单元为自带电能采集单元的处理器单元。
进一步的，所述存储单元包括FLASH 0地址和FLASH 1地址两个存储地址。
进一步的，一种用电设备掉电时电力总线数据的计量方法包括：
通过与电力总线连接的所述电能转换单元，从电力总线输入电能，并且通过电力线与所述储能单元、所述电能采集单元、所述电量储存单元连接，当电力总线正常供电时，为上述各单元供电；
所述储能单元通过电力线与所述电能转换单元连接，储存从所述电能转换单元接收来的电能，并且通过电力线与所述电能采集单元、所述电量储存单元连接，当电力总线掉电时，将储存的电能释放给所述电能采集单元、所述电量储存单元，实现短时供电，使得所述电能采集单元、所述电量储存单元和所述服务器在电力总线掉电时，仍然能够短时间正常运行；
所述电能采集单元通过信号线与电力总线连接，接收电力总线的电量值，同时判断电力总线是否掉电，并且将接收到的电量值通过信号线传给所述电量储存单元并与前一电量值进行累加，同时通过网络将电量值传给所述服务器，实现在服务器中保存电量值并与前一电量值进行累加，当判断电力总线掉电时，将断电瞬时电量值同时传输给所述电量储存单元和所述服务器；
所述电量储存单元从所述电能采集单元通过信号线每隔预定时间间隔接收电量值，同时与地址flash0中前一时刻储存的电量累加，将该累加的电量值存储于所述地址flash0中，当所述电能采集单元判断电力总线掉电时，从所述电能采集单元接收掉电瞬时的电量值，并且将该电量值存储于地址flash1中；
所有的通过所述电能采集单元接收到的本地电能数据，每隔预定时间间隔会通过网络将电力总线实时数据以发送包形式发到所述服务器，在所述服务器存储有实时电能值和历史电能值。
进一步的，当所述电量采集单元采集到的所述电力总线交流电压小于1.2V时，判断电力总线掉电。
进一步的，所述电量储存单元从所述电能采集单元通过信号线接收电量值的时间间隔为60s。
进一步的，所述服务器通过WIFI接收来自所述电量存储单元的所述发送包的时间间隔为3s。
进一步的，所述服务器能够保障电能数据是否有误，具体方法是：
每个来自所述电量储存单元的发送包具有计数器，来保证所述服务器比较电能值是否正确及掉电时电量的保存。
1.当N+3s时刻的电能减去第N时刻的电能值大于1KWH时，得出计量电能有误，所述服务器下行发送电能数据有误的包发给设备，设备接收后，清除当前的电能值，还原到第N时刻；
2.当第N时刻的电能大于当前N+3s时刻的电能时，得出计量电能有误，服务器下行发送电能数据有误的包发给设备，设备接收后，清除当前的电能值，还原到第N时刻；
3.所述服务器比较功率与电能值，得出电能异常，则所述服务器下行发送电能数据有误的包发给设备，设备接收后，清除当前的电能值，还原到第N时刻。
进一步的，所述服务器能够存储掉电时的电能数据，与硬件保存的电能数据一起形成对电能的可靠计量，具体方法是：所述服务器每隔3S接收到1个实时电能并存在数据库中，而设备每隔60S累加一次电量存储在电量存储单元中，当发生掉电时，再次上电，并且服务器确认连接正常后，首先所述服务器会将接收到的最近一个实时电能值传给设备，设备将该值与存储在FLASH0地址和FLASH1地址存的电量值进行比较，如果判断该值大于FLASH0地址和FLASH1地址存的电量值，且不超过1KWH，则服务器保存的电量值为最新值，设备更新该值为最新的电量值并加以存储计算。
本发明的有益效果为：
1.精确度更高，可实现对电力设备的精准计量；
2.实现简单可靠，成本低；
3.延长了使用寿命。
附图说明
图1为本发明的系统构成示意图。
图2为本发明的计量方法的流程图。
图3为本发明的服务器判断电能数据是否有误的方法的系统构成图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的计量系统包括：包括与电力总线连接的电能转换单元；储能单元，与所述电能转换单元电连接，储存从所述电能转换单元接收的电能；电能采集单元，通过信号线与电力总线连接，采集电力总线的交流电流和电压值，并且与所述电能转换单元和所述储能单元电连接；电量储存单元，通过信号线与所述电能采集单元连接，接收所述电能采集单元采集的电流和电压值并进行储存，并且与所述电能转换单元和所述储能单元电连接；服务器，通过网络与所述电能采集单元连接接收所述电能采集单元所采集的电力总线实时数据。
进一步的，所述电能采集单元为电阻网络单元。
进一步的，所述电能采集单元包括模数转换单元和处理器。
进一步的，所述电能采集单元为自带电能采集单元的处理器单元。
进一步的，所述存储单元包括FLASH 0地址和FLASH 1地址两个存储地址。
进一步的，一种用电设备掉电时电力总线数据的计量方法包括：
通过与电力总线连接的所述电能转换单元，从电力总线输入电能，并且通过电力线与所述储能单元、所述电能采集单元、所述电量储存单元连接，当电力总线正常供电时，为上述各单元供电；
所述储能单元通过电力线与所述电能转换单元连接，储存从所述电能转换单元接收来的电能，并且通过电力线与所述电能采集单元、所述电量储存单元连接，当电力总线掉电时，将储存的电能释放给所述电能采集单元、所述电量储存单元，实现短时供电，使得所述电能采集单元、所述电量储存单元和所述服务器在电力总线掉电时，仍然能够短时间正常运行；
所述电能采集单元通过信号线与电力总线连接，接收电力总线的电量值，同时判断电力总线是否掉电，并且将接收到的电量值通过信号线传给所述电量储存单元并与前一电量值进行累加，同时通过网络将电量值传给所述服务器，实现在服务器中保存电量值并与前一电量值进行累加，当判断电力总线掉电时，将断电瞬时电量值同时传输给所述电量储存单元和所述服务器；
所述电量储存单元从所述电能采集单元通过信号线每隔预定时间间隔接收电量值，同时与地址flash0中前一时刻储存的电量累加，将该累加的电量值存储于所述地址flash0中，当所述电能采集单元判断电力总线掉电时，从所述电能采集单元接收掉电瞬时的电量值，并且将该电量值存储于地址flash1中；
所有的通过所述电能采集单元接收到的本地电能数据，每隔预定时间间隔会通过网络将电力总线实时数据以发送包形式发到所述服务器，在所述服务器存储有实时电能值和历史电能值。
进一步的，当所述电量采集单元采集到的所述电力总线交流电压小于1.2V时，判断电力总线掉电。
进一步的，所述电量储存单元从所述电能采集单元通过信号线接收电量值的时间间隔为60s。
进一步的，所述服务器通过WIFI接收来自所述电量存储单元的所述发送包的时间间隔为3s。
进一步的，所述服务器能够保障电能数据是否有误，具体方法是：
如图3所示，每个来自所述电量储存单元的发送包具有计数器，来保证所述服务器比较电能值是否正确及掉电时电量的保存。
1.当N+3s时刻的电能减去第N时刻的电能值大于1KWH时，得出计量电能有误，所述服务器下行发送电能数据有误的包发给设备，设备接收后，清除当前的电能值，还原到第N时刻；
2.当第N时刻的电能大于当前N+3s时刻的电能时，得出计量电能有误，服务器下行发送电能数据有误的包发给设备，设备接收后，清除当前的电能值，还原到第N时刻；
3.所述服务器比较功率与电能值，得出电能异常，则所述服务器下行发送电能数据有误的包发给设备，设备接收后，清除当前的电能值，还原到第N时刻。
进一步的，所述服务器能够存储掉电时的电能数据，与硬件保存的电能数据一起形成对电能的可靠计量，具体方法是：所述服务器每隔3S接收到1个实时电能并存在数据库中，而设备每隔60S累加一次电量存储在电量存储单元中，当发生掉电时，再次上电，并且服务器确认连接正常后，首先所述服务器会将接收到的最近一个实时电能值传给设备，设备将该值与存储在FLASH0地址和FLASH1地址存的电量值进行比较，如果判断该值大于FLASH0地址和FLASH1地址存的电量值，且不超过1KWH，则服务器保存的电量值为最新值，设备更新该值为最新的电量值并加以存储计算。
通过上述计量方法，本发明的系统对电路总线的监控的运行机制，包括：
1.上电时刻，处理器优先读取flash地址1处保存的上一次掉电的电量值。
2.如果掉电电量值读取失败，就读取flash地址0处保存的定时存放的电量值。
3.运行期间，由软件实现每间隔15s就向flash地址0写入一次电量值。
4.当监测交流电压和电流监控监测到外部输入电压低于默认设定的1.2V阀值时，说明出现了掉电情况。
5.此时，向flash地址1处写入掉电的电量值。
系统防掉电设计的目的是：采用一种机制，使得系统在意外失去供电的情况下，可以保证系统运行状态的确定性以及记录数据的完整性；当系统供电恢复后，现场数据可以及时恢复，避免应用系统产生混乱。我们知道，在系统设计与开发中越来越多地应用嵌入式硬软件。由于嵌入式系统中的存储单元的引入，数据的读写往往是通过存储单元地址操作。
用存储单元读写方式操作数据，在程序的运行过程中往往将数据暂存在易失性的存储空间，如处理器RAM中，一旦系统意外失电，这些数据往往被丢失。因此，当系统意外失电时必须采取一定的措施进行系统的掉电保护，以避免系统产生混乱。总的说来，防掉电程序的主要思路就是：产生掉电信号，捕捉掉电信号，处理掉电信号和数据以及现场状态的恢复。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种用电设备掉电时电力总线数据的计量方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过与电力总线连接的电能转换单元，从电力总线输入电能，并且通过电力线与储能单元、电能采集单元、电量储存单元连接，当电力总线正常供电时，为上述各单元供电；
所述储能单元通过电力线与所述电能转换单元连接，储存从所述电能转换单元接收来的电能，并且通过电力线与所述电能采集单元、所述电量储存单元连接，当电力总线掉电时，将储存的电能释放给所述电能采集单元、所述电量储存单元，实现短时供电，使得所述电能采集单元、所述电量储存单元和服务器在电力总线掉电时，仍然能够短时间正常运行；
所述电能采集单元通过信号线与电力总线连接，接收电力总线的电量值，同时判断电力总线是否掉电，并且将接收到的电量值通过信号线传给所述电量储存单元并与前一电量值进行累加，同时通过网络将电量值传给所述服务器，实现在服务器中保存电量值并与前一电量值进行累加，当判断电力总线掉电时，将断电瞬时电量值同时传输给所述电量储存单元和所述服务器；
所述电量储存单元从所述电能采集单元通过信号线每隔预定时间间隔接收电量值，同时与地址flash0中前一时刻储存的电量累加，将该累加的电量值存储于所述地址flash0中，当所述电能采集单元判断电力总线掉电时，从所述电能采集单元接收掉电瞬时的电量值，并且将该电量值存储于地址flash1中；
所有的通过所述电能采集单元接收到的本地电能数据，每隔预定时间间隔会通过网络将电力总线实时数据以发送包形式发到所述服务器，在所述服务器存储有实时电能值和历史电能值；
所述服务器能够判断电能数据是否有误，具体方法是：
每个来自所述电量储存单元的发送包具有计数器，来保证所述服务器比较电能值是否正确及掉电时电量的保存；
1)当N+3s时刻的电能减去第N时刻的电能值大于1KWH时，得出计量电能有误，所述服务器下行发送电能数据有误的包发给设备，设备接收后，清除当前的电能值，还原到第N时刻；
2)当第N时刻的电能大于当前N+3s时刻的电能时，得出计量电能有误，服务器下行发送电能数据有误的包发给设备，设备接收后，清除当前的电能值，还原到第N时刻；
3)所述服务器比较功率与电能值，得出电能异常，则所述服务器下行发送电能数据有误的包发给设备，设备接收后，清除当前的电能值，还原到第N时刻；
所述服务器能够存储掉电时的电能数据，与硬件保存的电能数据一起形成对电能的可靠计量，具体方法是：所述服务器每隔3S接收到1个实时电能并存在数据库中，而设备每隔60S累加一次电量存储在电量存储单元中，当发生掉电时，再次上电，并且服务器确认连接正常后，首先所述服务器会将接收到的最近一个实时电能值传给设备，设备将该值与存储在FLASH0地址和FLASH1地址存的电量值进行比较，如果判断该值大于FLASH0地址和FLASH1地址存的电量值，且不超过1KWH，则服务器保存的电量值为最新值，设备更新该值为最新的电量值并加以存储计算。
2.根据权利要求1所述的计量方法，其特征在于，当所述电量采集单元采集到的所述电力总线交流电压小于1.2V时，判断电力总线掉电。
3.根据权利要求1所述的计量方法，其特征在于，所述电量储存单元从所述电能采集单元通过信号线接收电量值的时间间隔为60s。
4.根据权利要求1所述的计量方法，其特征在于，所述服务器通过网络接收来自所述电量存储单元的所述发送包的时间间隔为3s。
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