CN106526474B - 一种电能表用负荷开关过零操作测试系统及方法 - Google Patents

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CN106526474B CN201611086429.2A CN201611086429A CN106526474B CN 106526474 B CN106526474 B CN 106526474B CN 201611086429 A CN201611086429 A CN 201611086429A CN 106526474 B CN106526474 B CN 106526474B
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    • G01R31/3277—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of low voltage devices, e.g. domestic or industrial devices, such as motor protections, relays, rotation switches

Abstract

本发明提供了一种电能表用负荷开关过零操作测试系统及方法，涉及电能表用负荷开关测试技术领域，该系统可确定电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长；根据交流电压过零检测电路确定电能表用负荷开关的交流电压过零时刻；确定电能表用负荷开关的交流电流过零时刻；确定控制分断脉冲输出延迟时长以及控制闭合脉冲输出延迟时长；在电能表用负荷开关触点处于断开状态时，确定控制闭合脉冲输出时刻，控制电能表用负荷开关触点闭合；在电能表用负荷开关触点处于闭合状态时，确定控制分断脉冲输出时刻，控制电能表用负荷开关触点分断。

Description

一种电能表用负荷开关过零操作测试系统及方法
技术领域
本发明涉及电能表用负荷开关测试技术领域，尤其涉及一种电能表用负荷开关过零操作测试系统及方法。
背景技术
目前，国家电网公司大力推进智能电能表推广应用，2014年底建成用电信息采集系统，并于2015年全面实现“全采集、全覆盖、全费控”的功能。截止2014年5月底，国家电网公司已安装智能电能表2.0亿只，每只智能电能表对应了一只负荷开关。电能表用负荷开关能够切断和恢复用户负载，是实现远程费控的重要元器件。目前，针对电能表用负荷开关的费控方式为当透支金额低于设定的透支门限金额时，电能表应发出断电信号，控制负荷开关中断供电。该方式仅以用户电费情况为跳闸依据，而未考虑用户实际负载情况。若在负载峰值时刻跳开负荷开关，可能导致开关触头间隙产生电弧而发生烧蚀，严重时将造成线路烧毁进而烧毁电能表、引发火灾，严重影响了用户安全用电。
利用交流50Hz电压、电流每半个周波都存在过零时刻的特点，控制负荷开关断开时恰好在电流过零点附近，而闭合时恰好在电压过零点附近，可有效降低负荷开关触点电弧，从而减少触点烧蚀。但过零操作的性能提升效果需要通过测试进行验证。但现有检测设备主要针对电能表用负荷开关在随机分断、闭合过程中的基本性能参数进行测试。由于智能电能表在接收到跳、合闸动作允许信号，执行跳、合闸动作命令而发出控制脉冲，直至负荷开关触点开始断开或闭合的动作瞬间，存在一定的时间间隔。因此，传统的检测设备为了实现控制电能表用负荷开关在交流负载电流过零点分断、在交流负载电压过零点闭合，需要首先施加直流负载，通过计时器分别记录动作脉冲发出时刻、负荷开关衔铁动作时刻，再计算两者间的时间间隔。但由于电能表用负荷开关动作时间快、动作间隔时间短，而过零操作对于控制时间精度要求高，因此传统的检测设备及过零操作控制方法难以保证过零操作的准确度。
发明内容
本发明的实施例提供一种电能表用负荷开关过零操作测试系统及方法，以解决传统的检测设备及过零操作控制方法难以保证过零操作的准确度的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电能表用负荷开关过零操作测试系统，包括数据处理器电路、交流电压过零检测电路、MCU芯片电路、实负载发生电路、脉冲信号发生电路；所述数据处理器电路分别与MCU芯片电路、实负载发生电路和脉冲信号发生电路连接；所述交流电压过零检测电路与所述MCU芯片电路连接；所述实负载发生电路和脉冲信号发生电路还分别连接电能表用负荷开关；
所述实负载发生电路，用于向电能表用负荷开关发出测试用负载电压和测试用负载电流，并调整电能表用负荷开关的负载功率因数；
所述数据处理器电路，用于根据电能表用负荷开关的电磁机构的动作信息，预先确定电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长；
所述交流电压过零检测电路与所述MCU芯片电路，用于确定电能表用负荷开关的交流电压过零时刻；
所述数据处理器电路，用于获取电能表用负荷开关的负载功率因数；根据所述交流电压过零时刻和所述负载功率因数确定电能表用负荷开关的交流电流过零时刻；根据电能表用负荷开关的触点状态、电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长确定控制分断脉冲输出延迟时长以及控制闭合脉冲输出延迟时长；在电能表用负荷开关触点处于断开状态时，根据所述交流电压过零时刻和控制闭合脉冲输出延迟时长确定控制闭合脉冲输出时刻，并在控制闭合脉冲输出时刻向脉冲信号发生电路发送控制闭合命令；或者，在电能表用负荷开关触点处于闭合状态时，根据所述交流电流过零时刻和控制分断脉冲输出延迟时长确定控制分断脉冲输出时刻，并在控制分断脉冲输出时刻向脉冲信号发生电路发送控制分断命令；
所述脉冲信号发生电路，用于在接收到控制闭合命令时，向电能表用负荷开关发送闭合脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点闭合；或者，在接收到控制分断命令时，向电能表用负荷开关发送分断脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点分断。
进一步的，所述电能表用负荷开关过零操作测试系统还包括：动作机构驱动电源、电压示波器和电流示波器；所述动作机构驱动电源分别与所述交流电压过零检测电路和脉冲信号发生电路连接，以进行供电；所述电压示波器和电流示波器均与数据处理器电路和电能表用负荷开关连接；所述电压示波器用于监测电能表用负荷开关的负载电压实时波形；所述电流示波器用于监测电能表用负荷开关的负载电流实时波形和线圈电流实时波形。
具体的，所述交流电压过零检测电路，包括：零线端、火线端、第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、第四限流电阻、第一半导体二极管、第二半导体二极管、光电耦合器、负载电阻、滤波电容；所述火线端和零线端加载交流输入电的两相后，分别与第一限流电阻的一端和第三限流电阻的一端连接；所述第一限流电阻的另一端和第三限流电阻的另一端分别连接第二限流电阻的一端和第四限流电阻的一端；第二限流电阻的另一端与第一半导体二极管的正极连接；第四限流电阻的另一端与第二半导体二极管的正极连接；第一半导体二极管的负极和第二半导体二极管的负极均连接光电耦合器的阳极；所述第二半导体二极管的正极还与光电耦合器的阴极连接；光电耦合器的集电极加载有正5伏电压；光电耦合器的发射极分别连接有交流半波信号输出端、负载电阻的一端以及滤波电容的一端；所述交流半波信号输出端用于连接MCU芯片电路的输入接口；所述负载电阻的另一端以及滤波电容的另一端连接在一起，并接地。
具体的，所述数据处理器电路确定的控制闭合脉冲输出时刻为所述交流电压过零时刻和控制闭合脉冲输出延迟时长的和；所述数据处理器电路确定的控制分断脉冲输出时刻为所述交流电流过零时刻和控制分断脉冲输出延迟时长的和。
一种电能表用负荷开关过零操作测试方法，应用于上述的电能表用负荷开关过零操作测试系统；所述方法，包括：
根据电能表用负荷开关的电磁机构的动作信息，预先确定电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长；
根据交流电压过零检测电路确定电能表用负荷开关的交流电压过零时刻；
获取电能表用负荷开关的负载功率因数；
根据所述交流电压过零时刻和所述负载功率因数确定电能表用负荷开关的交流电流过零时刻；
根据电能表用负荷开关的触点状态、电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长确定控制分断脉冲输出延迟时长以及控制闭合脉冲输出延迟时长；
若电能表用负荷开关触点处于断开状态，根据所述交流电压过零时刻和控制闭合脉冲输出延迟时长确定控制闭合脉冲输出时刻，并在控制闭合脉冲输出时刻向电能表用负荷开关发送闭合脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点闭合；
若电能表用负荷开关触点处于闭合状态，根据所述交流电流过零时刻和控制分断脉冲输出延迟时长确定控制分断脉冲输出时刻，并在控制分断脉冲输出时刻向电能表用负荷开关发送分断脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点分断。
具体的，根据电能表用负荷开关的电磁机构的动作信息，预先确定电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长，包括：
在电能表用负荷开关的电磁机构中的衔铁未动作时，获取电能表用负荷开关线圈的线圈电流实时波形；
根据线圈电流实时波形获取电能表用负荷开关线圈在多个时间点的线圈电流；
根据公式：
Figure BDA0001167910700000044
进行非线性参数辨识拟合得到电能表用负荷开关线圈的稳态电流Is和电磁时间常数τ；其中，i为所述线圈电流；t为所述时间点；
监测电能表用负荷开关线圈的线圈电流实时波形；
接收MCU芯片电路发出的分断脉冲，并确定分断脉冲的发出时刻；
在接收到MCU芯片电路发出的分断脉冲后，在线圈电流实时波形中若一tn时刻对应的线圈电流in偏离根据公式
Figure BDA0001167910700000041
获取的线圈电流in′达到一预设电流偏差，且tn-1时刻对应的线圈电流in-1偏离根据公式/>
Figure BDA0001167910700000042
获取的线圈电流in-1′未达到所述预设电流偏差，则将tn时刻与分断脉冲的发出时刻的时长确定为电能表用负荷开关分断触动时长t分断；
或者接收MCU芯片电路发出的闭合脉冲，并确定闭合脉冲的发出时刻；
在接收到MCU芯片电路发出的闭合脉冲后，在线圈电流实时波形中若一tn时刻对应的线圈电流in偏离根据公式
Figure BDA0001167910700000043
获取的线圈电流in′达到一预设电流偏差，且tn-1时刻对应的线圈电流in-1偏离根据公式/>
Figure BDA0001167910700000051
获取的线圈电流in-1′未达到所述预设电流偏差，则将tn时刻与闭合脉冲的发出时刻的时长确定为电能表用负荷开关闭合触动时长t闭合。
具体的，根据交流电压过零检测电路确定电能表用负荷开关的交流电压过零时刻，包括：
通过交流电压过零检测电路的零线端和火线端分别加载交流输入电的两相；
获取交流电压过零检测电路输出的交流半波信号，传输至MCU芯片电路，确定电能表用负荷开关的交流电压过零时刻t0。
具体的，根据所述交流电压过零时刻和所述负载功率因数确定电能表用负荷开关的交流电流过零时刻，包括：
在电能表用负荷开关触点处于闭合状态时，根据公式：
Figure BDA0001167910700000052
确定电能表用负荷开关的交流电流过零时刻t0′；其中，t0为所述交流电压过零时刻；/>
Figure BDA0001167910700000053
为所述负载功率因数；T为工频交流电的周期。
具体的，根据电能表用负荷开关的触点状态、电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长确定控制分断脉冲输出延迟时长以及控制闭合脉冲输出延迟时长，包括：
在电能表用负荷开关触点处于闭合状态时，根据公式：
Figure BDA0001167910700000054
确定控制分断脉冲输出延迟时长t分断延时；
在电能表用负荷开关触点处于断开状态时，根据公式：
Figure BDA0001167910700000055
确定控制闭合脉冲输出延迟时长t闭合延时。
具体的，根据所述交流电压过零时刻和控制闭合脉冲输出延迟时长确定控制闭合脉冲输出时刻，并在控制闭合脉冲输出时刻向电能表用负荷开关发送闭合脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点闭合，包括：
将所述交流电压过零时刻和控制闭合脉冲输出延迟时长相加，确定控制闭合脉冲输出时刻；
在控制闭合脉冲输出时刻向脉冲信号发生电路发送控制闭合命令，通过脉冲信号发生电路向电能表用负荷开关发送闭合脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点闭合。
具体的，根据所述交流电流过零时刻和控制分断脉冲输出延迟时长确定控制分断脉冲输出时刻，并在控制分断脉冲输出时刻向电能表用负荷开关发送分断脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点分断，包括：
将所述交流电流过零时刻和控制分断脉冲输出延迟时长相加，确定控制分断脉冲输出时刻；
在控制分断脉冲输出时刻向脉冲信号发生电路发送控制分断命令，通过脉冲信号发生电路向电能表用负荷开关发送分断脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点分断。
本发明实施例提供的一种电能表用负荷开关过零操作测试系统及方法，该系统包括数据处理器电路、交流电压过零检测电路、MCU芯片电路、实负载发生电路、脉冲信号发生电路；所述数据处理器电路分别与MCU芯片电路、实负载发生电路和脉冲信号发生电路连接；所述交流电压过零检测电路与所述MCU芯片电路连接；所述实负载发生电路和脉冲信号发生电路还分别连接电能表用负荷开关；本发明实施例可以根据电能表用负荷开关的电磁机构的动作信息，预先确定电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长；之后，根据交流电压过零检测电路确定电能表用负荷开关的交流电压过零时刻；而后，根据所述交流电压过零时刻和所述负载功率因数确定电能表用负荷开关的交流电流过零时刻；进而，确定控制分断脉冲输出延迟时长以及控制闭合脉冲输出延迟时长；在电能表用负荷开关触点处于断开状态时，根据所述交流电压过零时刻和控制闭合脉冲输出延迟时长确定控制闭合脉冲输出时刻，并在控制闭合脉冲输出时刻向电能表用负荷开关发送闭合脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点闭合；在电能表用负荷开关触点处于闭合状态时，根据所述交流电流过零时刻和控制分断脉冲输出延迟时长确定控制分断脉冲输出时刻，并在控制分断脉冲输出时刻向电能表用负荷开关发送分断脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点分断。由此可见，本发明可以精确控制电能表用负荷开关，完成电能表用负荷开关的过零操作，可以解决传统的检测设备及过零操作控制方法难以保证过零操作的准确度的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电能表用负荷开关过零操作测试系统的结构示意图一；
图2为本发明实施例提供的一种电能表用负荷开关过零操作测试系统的结构示意图二；
图3为本发明实施例中的交流电压过零检测电路的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电能表用负荷开关过零操作测试方法的流程图一；
图5为本发明实施例提供的一种电能表用负荷开关过零操作测试方法的流程图二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种电能表用负荷开关过零操作测试系统10，包括数据处理器电路11、交流电压过零检测电路12、MCU芯片电路13、实负载发生电路14、脉冲信号发生电路15。所述数据处理器电路11分别与MCU芯片电路13、实负载发生电路14和脉冲信号发生电路15连接。交流电压过零检测电路12与所述MCU芯片电路13连接；该实负载发生电路14和脉冲信号发生电路15还分别连接电能表用负荷开关16。
所述实负载发生电路14，可以向电能表用负荷开关16发出测试用负载电压和测试用负载电流，并调整电能表用负荷开关16的负载功率因数。
所述数据处理器电路11，用于根据电能表用负荷开关16的电磁机构的动作信息，预先确定电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长。
所述交流电压过零检测电路12与所述MCU芯片电路13，用于确定电能表用负荷开关的交流电压过零时刻。
所述数据处理器电路11，用于获取电能表用负荷开关16的负载功率因数；根据所述交流电压过零时刻和所述负载功率因数确定电能表用负荷开关的交流电流过零时刻；根据电能表用负荷开关的触点状态、电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长确定控制分断脉冲输出延迟时长以及控制闭合脉冲输出延迟时长；在电能表用负荷开关触点处于断开状态时，根据所述交流电压过零时刻和控制闭合脉冲输出延迟时长确定控制闭合脉冲输出时刻，并在控制闭合脉冲输出时刻向脉冲信号发生电路15发送控制闭合命令；或者，在电能表用负荷开关触点处于闭合状态时，根据所述交流电流过零时刻和控制分断脉冲输出延迟时长确定控制分断脉冲输出时刻，并在控制分断脉冲输出时刻向脉冲信号发生电路15发送控制分断命令。
所述脉冲信号发生电路15，用于在接收到控制闭合命令时，向电能表用负荷开关发送闭合脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点闭合；或者，在接收到控制分断命令时，向电能表用负荷开关发送分断脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点分断。
进一步的，如图2所示，所述电能表用负荷开关过零操作测试系统10还包括：动作机构驱动电源17、电压示波器18和电流示波器19。所述动作机构驱动电源17分别与所述交流电压过零检测电路12和脉冲信号发生电路15连接，以进行供电。所述电压示波器18和电流示波器19均与数据处理器电路11和电能表用负荷开关16连接。所述电压示波器18用于监测电能表用负荷开关16的负载电压实时波形；所述电流示波器19用于监测电能表用负荷开关的负载电流实时波形和线圈电流实时波形。
具体的，如图3所示，所述交流电压过零检测电路12，可以包括：零线端(N端)121、火线端(L端)122、第一限流电阻123、第二限流电阻124、第三限流电阻125、第四限流电阻126、第一半导体二极管127、第二半导体二极管128、光电耦合器129、负载电阻130、滤波电容131；所述火线端122和零线端121加载交流输入电(可以为220伏)的两相后，分别与第一限流电阻123的一端和第三限流电阻125的一端连接；所述第一限流电阻123的另一端和第三限流电阻125的另一端分别连接第二限流电阻124的一端和第四限流电阻126的一端；第二限流电阻124的另一端与第一半导体二极管127的正极连接；第四限流电阻126的另一端与第二半导体二极管128的正极连接；第一半导体二极管127的负极和第二半导体二极管128的负极均连接光电耦合器129的阳极；所述第二半导体二极管128的正极还与光电耦合器129的阴极连接。光电耦合器129的集电极加载有正5伏电压；光电耦合器129的发射极分别连接有交流半波信号输出端132、负载电阻130的一端以及滤波电容131的一端；所述交流半波信号输出端132用于连接MCU芯片电路13的输入接口；所述负载电阻130的另一端以及滤波电容131的另一端连接在一起，并接地。
通过上述图3所述的结构，四个限流电阻可以实现交流信号采样输入的限流；第一半导体二极管可以起到半波整流作用；而第二半导体二极管可以防护光电耦合器的阳极输入端被第一半导体二极管的反向损伤；该光电耦合器用于隔离交流信号，并传输到弱点侧给MCU芯片电路；滤波电容用于避免噪声信号的影响。
具体的，所述数据处理器电路11确定的控制闭合脉冲输出时刻为所述交流电压过零时刻和控制闭合脉冲输出延迟时长的和；所述数据处理器电路11确定的控制分断脉冲输出时刻为所述交流电流过零时刻和控制分断脉冲输出延迟时长的和。
本发明实施例提供的一种电能表用负荷开关过零操作测试系统，该系统包括数据处理器电路、交流电压过零检测电路、MCU芯片电路、实负载发生电路、脉冲信号发生电路；所述数据处理器电路分别与MCU芯片电路、实负载发生电路和脉冲信号发生电路连接；所述交流电压过零检测电路与所述MCU芯片电路连接；所述实负载发生电路和脉冲信号发生电路还分别连接电能表用负荷开关；本发明实施例可以根据电能表用负荷开关的电磁机构的动作信息，预先确定电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长；之后，根据交流电压过零检测电路确定电能表用负荷开关的交流电压过零时刻；而后，根据所述交流电压过零时刻和所述负载功率因数确定电能表用负荷开关的交流电流过零时刻；进而，确定控制分断脉冲输出延迟时长以及控制闭合脉冲输出延迟时长；在电能表用负荷开关触点处于断开状态时，根据所述交流电压过零时刻和控制闭合脉冲输出延迟时长确定控制闭合脉冲输出时刻，并在控制闭合脉冲输出时刻向电能表用负荷开关发送闭合脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点闭合；在电能表用负荷开关触点处于闭合状态时，根据所述交流电流过零时刻和控制分断脉冲输出延迟时长确定控制分断脉冲输出时刻，并在控制分断脉冲输出时刻向电能表用负荷开关发送分断脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点分断。由此可见，本发明可以精确控制电能表用负荷开关，完成电能表用负荷开关的过零操作，可以解决传统的检测设备及过零操作控制方法难以保证过零操作的准确度的问题。
如图4所示，本发明实施例提供一种电能表用负荷开关过零操作测试方法，应用于上述图1至图3对应的电能表用负荷开关过零操作测试系统；所述方法，包括：
步骤201、根据电能表用负荷开关的电磁机构的动作信息，预先确定电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长。
步骤202、根据交流电压过零检测电路确定电能表用负荷开关的交流电压过零时刻。
步骤203、获取电能表用负荷开关的负载功率因数。
步骤204、根据所述交流电压过零时刻和所述负载功率因数确定电能表用负荷开关的交流电流过零时刻。
步骤205、根据电能表用负荷开关的触点状态、电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长确定控制分断脉冲输出延迟时长以及控制闭合脉冲输出延迟时长。
在步骤205之后，执行步骤206或者步骤207。
步骤206、若电能表用负荷开关触点处于断开状态，根据所述交流电压过零时刻和控制闭合脉冲输出延迟时长确定控制闭合脉冲输出时刻，并在控制闭合脉冲输出时刻向电能表用负荷开关发送闭合脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点闭合。
步骤207、若电能表用负荷开关触点处于闭合状态，根据所述交流电流过零时刻和控制分断脉冲输出延迟时长确定控制分断脉冲输出时刻，并在控制分断脉冲输出时刻向电能表用负荷开关发送分断脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点分断。
进一步的，为了使本领域的技术人员更好的了解本发明，下面列举一个更为详细的实施例，如图5所示，本发明实施例提供一种电能表用负荷开关过零操作测试方法，包括：
步骤301、根据电能表用负荷开关的电磁机构的动作信息，预先确定电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长。
此处的步骤301可以通过如下方式实现：
在电能表用负荷开关的电磁机构中的衔铁未动作时，获取电能表用负荷开关线圈的线圈电流实时波形。
根据线圈电流实时波形获取电能表用负荷开关线圈在多个时间点的线圈电流。
根据公式：
Figure BDA0001167910700000111
进行非线性参数辨识拟合得到电能表用负荷开关线圈的稳态电流Is和电磁时间常数τ；其中，i为所述线圈电流；t为所述时间点。此处可以采用高斯-牛顿法或迈克脱法对公式
Figure BDA0001167910700000112
进行非线性参数辨识。
监测电能表用负荷开关线圈的线圈电流实时波形。
接收MCU芯片电路发出的分断脉冲，并确定分断脉冲的发出时刻。
在接收到MCU芯片电路发出的分断脉冲后，在线圈电流实时波形中若一tn时刻对应的线圈电流in偏离根据公式
Figure BDA0001167910700000113
获取的线圈电流in′达到一预设电流偏差，且tn-1时刻对应的线圈电流in-1偏离根据公式/>
Figure BDA0001167910700000114
获取的线圈电流in-1′未达到所述预设电流偏差，则将tn时刻与分断脉冲的发出时刻的时长确定为电能表用负荷开关分断触动时长t分断。
或者接收MCU芯片电路发出的闭合脉冲，并确定闭合脉冲的发出时刻。
在接收到MCU芯片电路发出的闭合脉冲后，在线圈电流实时波形中若一tn时刻对应的线圈电流in偏离根据公式
Figure BDA0001167910700000115
获取的线圈电流in′达到一预设电流偏差，且tn-1时刻对应的线圈电流in-1偏离根据公式/>
Figure BDA0001167910700000116
获取的线圈电流in-1′未达到所述预设电流偏差，则将tn时刻与闭合脉冲的发出时刻的时长确定为电能表用负荷开关闭合触动时长t闭合。
步骤302、通过交流电压过零检测电路的零线端和火线端分别加载交流输入电的两相。
步骤303、获取交流电压过零检测电路输出的交流半波信号，传输至MCU芯片电路，确定电能表用负荷开关的交流电压过零时刻t0。
此处的步骤302和步骤303所应用的交流电压过零检测电路的结构可以如图3所示。
步骤304、获取电能表用负荷开关的负载功率因数。
步骤305、根据所述交流电压过零时刻和所述负载功率因数确定电能表用负荷开关的交流电流过零时刻。
此处，在电能表用负荷开关触点处于闭合状态时，可根据公式：
Figure BDA0001167910700000121
确定电能表用负荷开关的交流电流过零时刻t0′；其中，t0为所述交流电压过零时刻；/>
Figure BDA0001167910700000122
为所述负载功率因数；T为工频交流电的周期，例如可以为20ms。
步骤306、根据电能表用负荷开关的触点状态、电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长确定控制分断脉冲输出延迟时长以及控制闭合脉冲输出延迟时长。
此处，在电能表用负荷开关触点处于闭合状态时，可根据公式：
Figure BDA0001167910700000123
确定控制分断脉冲输出延迟时长t分断延时；
在电能表用负荷开关触点处于断开状态时，可根据公式：
Figure BDA0001167910700000124
确定控制闭合脉冲输出延迟时长t闭合延时。
在以上两个公式中，
Figure BDA0001167910700000125
是为了在容性负载条件下不出现延时为负值的情况。
在步骤306之后，执行步骤307或者步骤309。
步骤307、若电能表用负荷开关触点处于断开状态，将所述交流电压过零时刻和控制闭合脉冲输出延迟时长相加，确定控制闭合脉冲输出时刻。
步骤308、在控制闭合脉冲输出时刻向脉冲信号发生电路发送控制闭合命令，通过脉冲信号发生电路向电能表用负荷开关发送闭合脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点闭合。
步骤309、若电能表用负荷开关触点处于闭合状态，将所述交流电流过零时刻和控制分断脉冲输出延迟时长相加，确定控制分断脉冲输出时刻。
步骤310、在控制分断脉冲输出时刻向脉冲信号发生电路发送控制分断命令，通过脉冲信号发生电路向电能表用负荷开关发送分断脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点分断。
在步骤308和步骤310之后，判断当前的测试动作次数(即闭合和分断的次数)是否大于等于预先设置的动作次数阈值。若当前的测试动作次数小于预先设置的动作次数阈值，则可以返回步骤303。
通过上述步骤301至步骤310可以使得电能表用负荷开关在交流电流过零时刻分断、在交流电压过零时刻闭合，避免了电能表用负荷开关的电弧产生的危险。
综上所述，图4和图5所对应的本发明实施例提供的一种电能表用负荷开关过零操作测试方法，其所涉及的系统包括数据处理器电路、交流电压过零检测电路、MCU芯片电路、实负载发生电路、脉冲信号发生电路；所述数据处理器电路分别与MCU芯片电路、实负载发生电路和脉冲信号发生电路连接；所述交流电压过零检测电路与所述MCU芯片电路连接；所述实负载发生电路和脉冲信号发生电路还分别连接电能表用负荷开关；本发明实施例可以根据电能表用负荷开关的电磁机构的动作信息，预先确定电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长；之后，根据交流电压过零检测电路确定电能表用负荷开关的交流电压过零时刻；而后，根据所述交流电压过零时刻和所述负载功率因数确定电能表用负荷开关的交流电流过零时刻；进而，确定控制分断脉冲输出延迟时长以及控制闭合脉冲输出延迟时长；在电能表用负荷开关触点处于断开状态时，根据所述交流电压过零时刻和控制闭合脉冲输出延迟时长确定控制闭合脉冲输出时刻，并在控制闭合脉冲输出时刻向电能表用负荷开关发送闭合脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点闭合；在电能表用负荷开关触点处于闭合状态时，根据所述交流电流过零时刻和控制分断脉冲输出延迟时长确定控制分断脉冲输出时刻，并在控制分断脉冲输出时刻向电能表用负荷开关发送分断脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点分断。由此可见，本发明可以精确控制电能表用负荷开关，完成电能表用负荷开关的过零操作，可以解决传统的检测设备及过零操作控制方法难以保证过零操作的准确度的问题。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电能表用负荷开关过零操作测试系统，其特征在于，包括数据处理器电路、交流电压过零检测电路、MCU芯片电路、实负载发生电路、脉冲信号发生电路；所述数据处理器电路分别与MCU芯片电路、实负载发生电路和脉冲信号发生电路连接；所述交流电压过零检测电路与所述MCU芯片电路连接；所述实负载发生电路和脉冲信号发生电路还分别连接电能表用负荷开关；
所述实负载发生电路，用于向电能表用负荷开关发出测试用负载电压和测试用负载电流，并调整电能表用负荷开关的负载功率因数；
所述数据处理器电路，用于根据电能表用负荷开关的电磁机构的动作信息，预先确定电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长；所述交流电压过零检测电路与所述MCU芯片电路，用于确定电能表用负荷开关的交流电压过零时刻；
所述数据处理器电路，用于获取电能表用负荷开关的负载功率因数；根据所述交流电压过零时刻和所述负载功率因数确定电能表用负荷开关的交流电流过零时刻；根据电能表用负荷开关的触点状态、电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长确定控制分断脉冲输出延迟时长以及控制闭合脉冲输出延迟时长；在电能表用负荷开关触点处于断开状态时，根据所述交流电压过零时刻和控制闭合脉冲输出延迟时长确定控制闭合脉冲输出时刻，并在控制闭合脉冲输出时刻向脉冲信号发生电路发送控制闭合命令；或者，在电能表用负荷开关触点处于闭合状态时，根据所述交流电流过零时刻和控制分断脉冲输出延迟时长确定控制分断脉冲输出时刻，并在控制分断脉冲输出时刻向脉冲信号发生电路发送控制分断命令；
所述脉冲信号发生电路，用于在接收到控制闭合命令时，向电能表用负荷开关发送闭合脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点闭合；或者，在接收到控制分断命令时，向电能表用负荷开关发送分断脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点分断；
根据电能表用负荷开关的电磁机构的动作信息，预先确定电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长，包括：
在电能表用负荷开关的电磁机构中的衔铁未动作时，获取电能表用负荷开关线圈的线圈电流实时波形；
根据线圈电流实时波形获取电能表用负荷开关线圈在多个时间点的线圈电流；
根据公式：
Figure FDA0004183563940000021
进行非线性参数辨识拟合得到电能表用负荷开关线圈的稳态电流Is和电磁时间常数τ；其中，i为所述线圈电流；t为所述时间点；
监测电能表用负荷开关线圈的线圈电流实时波形；
接收MCU芯片电路发出的分断脉冲，并确定分断脉冲的发出时刻；
在接收到MCU芯片电路发出的分断脉冲后，在线圈电流实时波形中若一tn时刻对应的线圈电流in偏离根据公式
Figure FDA0004183563940000022
获取的线圈电流in′达到一预设电流偏差，且tn-1时刻对应的线圈电流in-1偏离根据公式/>
Figure FDA0004183563940000023
获取的线圈电流in-1′未达到所述预设电流偏差，则将tn时刻与分断脉冲的发出时刻的时长确定为电能表用负荷开关分断触动时长t分断；
或者接收MCU芯片电路发出的闭合脉冲，并确定闭合脉冲的发出时刻；
在接收到MCU芯片电路发出的闭合脉冲后，在线圈电流实时波形中若一tn时刻对应的线圈电流in偏离根据公式
Figure FDA0004183563940000024
获取的线圈电流in′达到一预设电流偏差，且tn-1时刻对应的线圈电流in-1偏离根据公式/>
Figure FDA0004183563940000025
获取的线圈电流in-1′未达到所述预设电流偏差，则将tn时刻与闭合脉冲的发出时刻的时长确定为电能表用负荷开关闭合触动时长t闭合。
2.根据权利要求1所述的电能表用负荷开关过零操作测试系统，其特征在于，还包括：动作机构驱动电源、电压示波器和电流示波器；所述动作机构驱动电源分别与所述交流电压过零检测电路和脉冲信号发生电路连接，以进行供电；所述电压示波器和电流示波器均与数据处理器电路和电能表用负荷开关连接；所述电压示波器用于监测电能表用负荷开关的负载电压实时波形；所述电流示波器用于监测电能表用负荷开关的负载电流实时波形和线圈电流实时波形。
3.根据权利要求2所述的电能表用负荷开关过零操作测试系统，其特征在于，所述交流电压过零检测电路，包括：零线端、火线端、第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、第四限流电阻、第一半导体二极管、第二半导体二极管、光电耦合器、负载电阻、滤波电容；所述火线端和零线端加载交流输入电的两相后，分别与第一限流电阻的一端和第三限流电阻的一端连接；所述第一限流电阻的另一端和第三限流电阻的另一端分别连接第二限流电阻的一端和第四限流电阻的一端；第二限流电阻的另一端与第一半导体二极管的正极连接；第四限流电阻的另一端与第二半导体二极管的正极连接；第一半导体二极管的负极和第二半导体二极管的负极均连接光电耦合器的阳极；所述第二半导体二极管的正极还与光电耦合器的阴极连接；光电耦合器的集电极加载有正5伏电压；光电耦合器的发射极分别连接有交流半波信号输出端、负载电阻的一端以及滤波电容的一端；所述交流半波信号输出端用于连接MCU芯片电路的输入接口；所述负载电阻的另一端以及滤波电容的另一端连接在一起，并接地。
4.根据权利要求3所述的电能表用负荷开关过零操作测试系统，其特征在于，所述数据处理器电路确定的控制闭合脉冲输出时刻为所述交流电压过零时刻和控制闭合脉冲输出延迟时长的和；所述数据处理器电路确定的控制分断脉冲输出时刻为所述交流电流过零时刻和控制分断脉冲输出延迟时长的和。
5.一种电能表用负荷开关过零操作测试方法，其特征在于，应用于权利要求1至4任一项所述的电能表用负荷开关过零操作测试系统；所述方法，包括：
根据电能表用负荷开关的电磁机构的动作信息，预先确定电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长；
根据交流电压过零检测电路确定电能表用负荷开关的交流电压过零时刻；
获取电能表用负荷开关的负载功率因数；
根据所述交流电压过零时刻和所述负载功率因数确定电能表用负荷开关的交流电流过零时刻；
根据电能表用负荷开关的触点状态、电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长确定控制分断脉冲输出延迟时长以及控制闭合脉冲输出延迟时长；
若电能表用负荷开关触点处于断开状态，根据所述交流电压过零时刻和控制闭合脉冲输出延迟时长确定控制闭合脉冲输出时刻，并在控制闭合脉冲输出时刻向电能表用负荷开关发送闭合脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点闭合；
若电能表用负荷开关触点处于闭合状态，根据所述交流电流过零时刻和控制分断脉冲输出延迟时长确定控制分断脉冲输出时刻，并在控制分断脉冲输出时刻向电能表用负荷开关发送分断脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点分断；
根据电能表用负荷开关的电磁机构的动作信息，预先确定电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长，包括：
在电能表用负荷开关的电磁机构中的衔铁未动作时，获取电能表用负荷开关线圈的线圈电流实时波形；
根据线圈电流实时波形获取电能表用负荷开关线圈在多个时间点的线圈电流；
根据公式：
Figure FDA0004183563940000041
进行非线性参数辨识拟合得到电能表用负荷开关线圈的稳态电流Is和电磁时间常数τ；其中，i为所述线圈电流；t为所述时间点；
监测电能表用负荷开关线圈的线圈电流实时波形；
接收MCU芯片电路发出的分断脉冲，并确定分断脉冲的发出时刻；
在接收到MCU芯片电路发出的分断脉冲后，在线圈电流实时波形中若一tn时刻对应的线圈电流in偏离根据公式
Figure FDA0004183563940000042
获取的线圈电流in′达到一预设电流偏差，且tn-1时刻对应的线圈电流in-1偏离根据公式/>
Figure FDA0004183563940000043
获取的线圈电流in-1′未达到所述预设电流偏差，则将tn时刻与分断脉冲的发出时刻的时长确定为电能表用负荷开关分断触动时长t分断；
或者接收MCU芯片电路发出的闭合脉冲，并确定闭合脉冲的发出时刻；
在接收到MCU芯片电路发出的闭合脉冲后，在线圈电流实时波形中若一tn时刻对应的线圈电流in偏离根据公式
Figure FDA0004183563940000044
获取的线圈电流in′达到一预设电流偏差，且tn-1时刻对应的线圈电流in-1偏离根据公式/>
Figure FDA0004183563940000045
获取的线圈电流in-1′未达到所述预设电流偏差，则将tn时刻与闭合脉冲的发出时刻的时长确定为电能表用负荷开关闭合触动时长t闭合。
6.根据权利要求5所述的电能表用负荷开关过零操作测试方法，其特征在于，根据交流电压过零检测电路确定电能表用负荷开关的交流电压过零时刻，包括：
通过交流电压过零检测电路的零线端和火线端分别加载交流输入电的两相；
获取交流电压过零检测电路输出的交流半波信号，传输至MCU芯片电路，确定电能表用负荷开关的交流电压过零时刻t0。
7.根据权利要求6所述的电能表用负荷开关过零操作测试方法，其特征在于，根据所述交流电压过零时刻和所述负载功率因数确定电能表用负荷开关的交流电流过零时刻，包括：
在电能表用负荷开关触点处于闭合状态时，根据公式：
Figure FDA0004183563940000051
确定电能表用负荷开关的交流电流过零时刻t0′；其中，t0为所述交流电压过零时刻；/>
Figure FDA0004183563940000052
为所述负载功率因数；T为工频交流电的周期。
8.根据权利要求7所述的电能表用负荷开关过零操作测试方法，其特征在于，根据电能表用负荷开关的触点状态、电能表用负荷开关分断触动时长和电能表用负荷开关闭合触动时长确定控制分断脉冲输出延迟时长以及控制闭合脉冲输出延迟时长，包括：
在电能表用负荷开关触点处于闭合状态时，根据公式：
Figure FDA0004183563940000053
确定控制分断脉冲输出延迟时长t分断延时；
在电能表用负荷开关触点处于断开状态时，根据公式：
Figure FDA0004183563940000054
确定控制闭合脉冲输出延迟时长t闭合延时。
9.根据权利要求8所述的电能表用负荷开关过零操作测试方法，其特征在于，根据所述交流电压过零时刻和控制闭合脉冲输出延迟时长确定控制闭合脉冲输出时刻，并在控制闭合脉冲输出时刻向电能表用负荷开关发送闭合脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点闭合，包括：
将所述交流电压过零时刻和控制闭合脉冲输出延迟时长相加，确定控制闭合脉冲输出时刻；
在控制闭合脉冲输出时刻向脉冲信号发生电路发送控制闭合命令，通过脉冲信号发生电路向电能表用负荷开关发送闭合脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点闭合。
10.根据权利要求9所述的电能表用负荷开关过零操作测试方法，其特征在于，根据所述交流电流过零时刻和控制分断脉冲输出延迟时长确定控制分断脉冲输出时刻，并在控制分断脉冲输出时刻向电能表用负荷开关发送分断脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点分断，包括：
将所述交流电流过零时刻和控制分断脉冲输出延迟时长相加，确定控制分断脉冲输出时刻；
在控制分断脉冲输出时刻向脉冲信号发生电路发送控制分断命令，通过脉冲信号发生电路向电能表用负荷开关发送分断脉冲信号，以控制电能表用负荷开关触点分断。
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