CN109061290B - 高压电能计量装置高精度补偿系统及补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电能计量装置校验技术领域；具体涉及一种高压电能计量装置高精度补偿系统，包括数据采集及电能计量单元、第一通信单元、MCU处理单元、电流切换补偿单元、数据存储单元、第二通信单元和上位机，采用该系统进行误差补偿的方法包括以下步骤：S1:根据高压电能计量装置的误差特性曲线设置电流分段数及分段电流大小；S2：上位机将步骤S1设置的数据发送至MCU处理单元；S3：数据采集及电能计量单元实时采集高压电能计量装置的各相电压、电流并将其发送至MCU处理单元；S4：MCU处理单元将接收到的高数据进行比对，根据比对结果控制切换补偿单元动作，实现补偿。本发明提高高压计量装置的计量精度，确保电能计量的公正性。
Description
技术领域
本发明涉及电能计量装置校验技术领域；具体涉及一种高压电能计量装置高精度补偿系统及补偿方法。
背景技术
高压电能计量设备是联接发电、供电、用电三方的必备设备，除作为贸易结算的计量器具外，还为保护、调度、生产与营销管理系统提供计量、测量、控制信息，是智能电网高级测量体系(AMI)建设的关键设备之一。传统高压电能计量设备主要是由电能表、电压互感器、电流互感器和二次回路组合而成，具有小电流时误差偏负，大电流时误差偏正的问题，线性度差，影响了计量的准确度。此类装置一般采用分项校正的方法进行补偿，电能表一般采用提高电能表精度的方法，二次回路采取二次压降动态补偿技术，这种补偿技术已经很成熟。对于互感器的补偿，一般采取匝数补偿、磁分路补偿及多铁芯式补偿技术。近年来，电力系统自动化程度的提高，给弱输出信号的高压电流、电压转换设备带来发展空间，它不需要较大功率的输出，只要mV、mA、mW级的低功率弱输出的信号就可完成为计量、测量、保护提供信号的任务。这种弱信号接入的高压电能计量设备，由于采用新材料新工艺一体化设计，计量精度相对传统计量装置已大幅提高，但是由于此类设备都采用弱信号输出，易受外界干扰，虽然采用跟随器或者合并单元进行误差补偿，但仍然存在线性差、误差难调整等难题。
随着电子和计算机技术的发展，虽然传统的误差补偿方式对提高设备的计量精度有一定的作用，但由于只是从硬件上进行补偿，灵活性差，已经适应不了新技术的要求。高压电能计量设备属于电能的贸易结算用计量器具，由于它的应用量大面广，故能否做到安全可靠、计量准确、减少维护尤为重要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种高压电能计量装置高精度补偿系统及补偿方法，提高高压电能计量装置的计量精度，确保电能计量的公正性。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：
所述高压电能计量装置高精度补偿系统，包括数据采集及电能计量单元、第一通信单元、MCU处理单元、电流切换补偿单元、第二通信单元和上位机，其中，
电流切换补偿单元，实现高压电能计量装置电流信号的误差补偿；
数据采集及电能计量单元，用于采集高压电能计量设备的各相电压、电流，高压电能计量装置的高压电流取样回路通过电流切换补偿单元连接至数据采集及电能计量单元，高压电能计量装置的高压电压取样回路直接连接至数据采集及电能计量单元；
第一通信单元，实现数据采集及电能计量单元和MCU处理单元的通信；
第二通信单元，实现上位机和MCU处理单元的通信；
上位机，将电流切换补偿单元的补偿参数发送至MCU处理单元；
MCU处理单元，接收并处理数据处理单元和上位机发送的信息，根据处理结果控制电流切换补偿单元的动作；
数据存储单元，用于存储MCU处理单元接收的数据。
其中，优选方案为：
所述高压电能计量装置高精度补偿系统，还包括电压切换补偿单元，所述高压电能计量装置的高压电压取样回路通过电压切换补偿单元连接至数据采集及电能计量单元。
所述电流切换补偿单元包括并联的多路RLC补偿电路和一路开关直连电路，所述RLC补偿电路包括并联的电阻、电容和电感中的一种或几种，每路电阻、电容或电感均分别通过驱动三极管连接至MCU处理单元，驱动三极管基极连接MCU处理单元的I/O口，驱动三极管发射极连接RLC补偿电路的电阻/容/感，驱动三极管集电极连接外部电源，开关直连电路仅包括一个驱动三极管，开关直连电路的驱动三极管发射极连接至数据采集及电能计量单元。
所述电压切换补偿单元包括并联的多路RLC补偿电路和一路开关直连电路，与电流切换补偿单元相同，电压切换补偿单元的RLC补偿电路包括并联的电阻、电容和电感中的一种或几种，每路电阻、电容或电感均分别通过驱动三极管连接至MCU处理单元，驱动三极管基极连接MCU处理单元的I/O口，驱动三极管发射极连接RLC补偿电路的电阻/容/感，驱动三极管集电极连接外部电源，开关直连电路仅包括一个驱动三极管，开关直连电路的驱动三极管发射极连接至数据采集及电能计量单元。
所述上位机设有切换补偿控制单元，切换补偿控制单元对应电流切换补偿单元及电压切换补偿单元的每一路均设置一个控制按钮，控制按钮可以是软件实现也可以硬件实现，两种实现方式本领域技术人员均已掌握，此处不赘述。
所述第一通信单元采用RS485通信单元，所述第二通信单元采用RS232通信单元，在上位机界面设置好高压电能计量装置的地址、波特率等参数，RS232通信单元接收上位机的调试、设置、高压电能计量装置地址等命令，并存储在数据存储单元中，为保证数据的稳定性，数据存储单元采用掉电非易失性存储器EEROM。
MCU处理单元采用NXP公司的LPC1768系列单片机，包括所有硬件初始化、可编程逻辑阵列FPGA和数字信号处理器DSP的软件下载和所有的通信和数字I/O口处理；数据采集及电能计量单元包括16位多通道高速A/D转换器及计量板，电流切换补偿单元通过16位多通道高速A/D转换器连接至计量板，高压电压取样回路直接连接至计量板。
本发明还提供一种高压电能计量装置高精度补偿方法，包括以下步骤：
S1:根据高压电能计量装置的电流误差特性曲线设置M个电流分段及每个电流分段的范围；
S2：上位机将步骤S1设置的电流分段数据发送至MCU处理单元；
S3：数据采集及电能计量单元实时采集高压电能计量装置的各相电压、电流并通过第一通信单元将采集数据发送至MCU处理单元；
S4：MCU处理单元将接收到的高压电能计量装置的各相电压、电流数据与S1设置的电流分段数据进行比对，判断高压电能计量装置实际电流所处电流分段，根据判断结果控制切换补偿单元的动作，实现误差补偿。
所述上位机包括两种模式，分别为：
调试模式：该模式下，可根据步骤S1设置的电流分段数据模拟高压电能计量装置各电流分段的工作状态，并获取高压电能计量装置的误差，通过上位机设有的切换补偿控制单元调整切换补偿单元各支路投切状态，直至实现高压电能计量装置误差的目标补偿值，存储高压电能计量装置当前电流参数下的切换补偿单元各支路的投切状态，作为投切依据；
补偿模式：该模式下，数据采集及电能计量单元获取高压电能计量装置当前各相电压、电流后，根据步骤S1设置的电流分段数据判断高压电能计量装置当前电流所处电流分段，根据上位机调试模式下存储的投切依据判断电流切换补偿单元各支路的投切动作，并通过切换补偿控制单元向切换补偿单元发送相应的控制指令。
所述切换补偿单元包括电流切换补偿单元，电流切换补偿单元包括并联的多路RLC补偿电路和一路开关直连电路，所述RLC补偿电路包括并联的电阻、电容和电感中的一种或几种，每路电阻、电容或电感均分别通过驱动三极管连接至MCU处理单元，驱动三极管基极连接MCU处理单元的I/O口，驱动三极管发射极连接RLC补偿电路的电阻/容/感，驱动三极管集电极连接外部电源，开关直连电路仅包括一个驱动三极管，开关直连电路的驱动三极管发射极连接至数据采集及电能计量单元。
所述切换补偿单元还包括电压切换补偿单元，电压切换补偿单元包括并联的多路RLC补偿电路和一路开关直连电路，与电流切换补偿单元相同，电压切换补偿单元的RLC补偿电路包括并联的电阻、电容和电感中的一种或几种，每路电阻、电容或电感均分别通过驱动三极管连接至MCU处理单元，驱动三极管基极连接MCU处理单元的I/O口，驱动三极管发射极连接RLC补偿电路的电阻/容/感，驱动三极管集电极连接外部电源，开关直连电路仅包括一个驱动三极管，开关直连电路的驱动三极管发射极连接至数据采集及电能计量单元。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提高高压电能计量装置的计量精度，确保电能计量的公正性。根据高压电能计量装置的误差特性曲线对电流进行分段，根据其负荷工作状态判断工作段范围，自动通过电流切换补偿单元进行误差的段落补偿，并能通过串口方式与上位机通信。适用于高压电能表、智能型高压开关、高压电流传感器、高压电压传感器，互感器、电能表等各种高压电能计量设备，改善其误差线性度，提高计量精度，填补技术空白。
附图说明
图1是实施例1原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例做进一步描述：
实施例1：
如图1所示，所述高压电能计量装置高精度补偿系统，包括数据采集及电能计量单元、第一通信单元、MCU处理单元、电流切换补偿单元、第二通信单元和上位机，其中，
电流切换补偿单元，实现高压电能计量装置电流信号的误差补偿；
数据采集及电能计量单元，用于采集高压电能计量设备的各相电压、电流，高压电能计量装置的高压电流取样回路通过电流切换补偿单元连接至数据采集及电能计量单元，高压电能计量装置的高压电压取样回路直接连接至数据采集及电能计量单元；
第一通信单元，实现数据采集及电能计量单元和MCU处理单元的通信；
第二通信单元，实现上位机和MCU处理单元的通信；
上位机，将电流切换补偿单元的补偿参数发送至MCU处理单元；
MCU处理单元，接收并处理数据处理单元和上位机发送的信息，根据处理结果控制电流切换补偿单元的动作；
数据存储单元，用于存储MCU处理单元接收的数据。
其中，电流切换补偿单元包括8路并联的RLC补偿电路，所述RLC补偿电路包括并联的一路电阻和一路电容(根据实际需要，还可设置一路并联的电感)和一路开关直连电路，每路RLC补偿电路的电阻/容分别通过驱动三极管连接至MCU处理单元，驱动三极管基极连接MCU处理单元的I/O口，驱动三极管发射极连接RC补偿电路的电阻/容，驱动三极管集电极连接外部电源，开关直连电路仅包括一个驱动三极管，开关直连电路的驱动三极管发射极连接至数据采集及电能计量单元，如不需补偿，直接通过开关直连电路连接高压电流取样回路和数据采集及电能计量单元。
所述上位机设有切换补偿控制单元，切换补偿控制单元对应电流切换补偿单元的每路电阻和每路电容分别设置一个控制按钮，通过控制按钮的操作实现对电流切换补偿单元的电阻及电容的投切控制，控制按钮可以是软件实现也可以硬件实现，两种实现方式本领域技术人员均已掌握，此处不赘述。
所述第一通信单元采用RS485通信单元，所述第二通信单元采用RS232通信单元，在上位机界面设置好高压电能计量装置的地址、波特率等参数，RS232通信单元接收上位机的调试、设置、高压电能计量装置地址等命令，并存储在数据存储单元中，为保证数据的稳定性，数据存储单元采用掉电非易失性存储器EEROM。
MCU处理单元采用NXP公司的LPC1768系列单片机，包括所有硬件初始化、可编程逻辑阵列FPGA和数字信号处理器DSP的软件下载和所有的通信和数字I/O口处理；数据采集及电能计量单元包括16位多通道高速A/D转换器及计量板，电流切换补偿单元通过16位多通道高速A/D转换器连接至计量板，高压电压取样回路直接连接至计量板。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上，增设电压切换补偿单元，所述高压电能计量装置的高压电压取样回路通过电压切换补偿单元连接至数据采集及电能计量单元，电压切换补偿单元包括8路并联的RLC补偿电路，所述RLC补偿电路包括并联的一路电阻和一路电容(根据实际需要，还可设置一路并联的电感)和一路开关直连电路，每路RLC补偿电路的电阻/容分别通过驱动三极管连接至MCU处理单元，驱动三极管基极连接MCU处理单元的I/O口，驱动三极管发射极连接RC补偿电路的电阻/容，驱动三极管集电极连接外部电源，开关直连电路仅包括一个驱动三极管，开关直连电路的驱动三极管发射极连接至数据采集及电能计量单元，如不需补偿，直接通过开关直连电路连接高压电源取样回路和数据采集及电能计量单元；上位机的切换补偿控制单元对应电压切换补偿单元的每一路均设置一个控制按钮。
实施例3：
本发明还提供一种高压电能计量装置高精度补偿方法，包括以下步骤：
S1:根据高压电能计量装置的电流误差特性曲线设置M个电流分段及每个电流分段的范围，以M取5，高压电能计量装置最大工作电流500A为例，第1个电流分段0-110A(包含)，第2个电流分段110A(不包含)-220A(包含)，第3个电流分段220A(不包含)-330A(包含)，第4个电流分段330A(不包含)-420A(包含)，第5个电流分段420A(不包含)-500A(包含)；
S2：上位机将步骤S1设置的电流分段数据发送至MCU处理单元；
S3：数据采集及电能计量单元实时采集高压电能计量装置的各相电压、电流并通过第一通信单元将采集数据发送至MCU处理单元，高压电能计量装置采集的电流以300A为例；
S4：MCU处理单元将接收到的高压电能计量装置的各相电压、电流数据与S1设置的电流分段数据进行比对，判断高压电能计量装置实际电流处在第三个电流分段，根据判断结果控制切换补偿单元的动作，实现误差补偿。
步骤S1设置电流分段数据时，主要依据为高压电能计量装置的误差数据，经过实测高压电能计量装置的各工作电流的实际误差后，参照高压电能计量装置在各负荷段内允许的计量误差范围进行合理分段。
所述上位机包括两种模式，分别为：
调试模式：该模式下，可根据步骤S1设置的5个电流分段分别模拟高压电能计量装置各电流分段的工作状态，并获取高压电能计量装置的误差(该误差直接通过标准表测量获取)，通过上位机设有的切换补偿控制单元调整电流切换补偿单元各路电阻和电容的投切状态，直至实现高压电能计量装置误差的目标补偿值，存储高压电能计量装置当前电流参数下的电流切换补偿单元各路电阻电容的投切状态，作为投切依据，为获得较为稳定的投切依据，电流切换补偿单元各路电阻电容的投切状态可进行多次尝试，以最优的补偿结果作为投切依据；
补偿模式：该模式下，数据采集及电能计量单元获取高压电能计量装置当前各相电压、电流后，根据步骤S1设置的电流分段数据判断高压电能计量装置当前电流所处电流分段，根据上位机调试模式下存储的投切依据判断电流切换补偿单元各路电阻和电容的投切动作，并通过切换补偿控制单元向电流切换补偿单元发送相应的控制指令。
电流切换补偿单元包括8路并联的RLC补偿电路和一路开关直连电路，所述RLC补偿电路包括并联的一路电阻和一路电容(根据实际需要，还可设置一路并联的电感)，每路RLC补偿电路的电阻/容分别通过驱动三极管连接至MCU处理单元，驱动三极管基极连接MCU处理单元的I/O口，驱动三极管发射极连接RC补偿电路的电阻/容，驱动三极管集电极连接外部电源，开关直连电路仅包括一个驱动三极管，开关直连电路的驱动三极管发射极连接至数据采集及电能计量单元，如不需补偿，直接通过开关直连电路连接高压电流取样回路和数据采集及电能计量单元，上位机的切换补偿控制单元对应电流切换补偿单元的每一路均设置一个控制按钮。
电压切换补偿单元包括8路并联的RLC补偿电路和一路开关直连电路，所述RLC补偿电路包括并联的一路电阻和一路电容(根据实际需要，还可设置一路并联的电感)，每路RLC补偿电路的电阻/容分别通过驱动三极管连接至MCU处理单元，驱动三极管基极连接MCU处理单元的I/O口，驱动三极管发射极连接RC补偿电路的电阻/容，驱动三极管集电极连接外部电源，开关直连电路仅包括一个驱动三极管，开关直连电路的驱动三极管发射极连接至数据采集及电能计量单元，如不需补偿，直接通过开关直连电路连接高压电源取样回路和数据采集及电能计量单元；上位机的切换补偿控制单元对应电压切换补偿单元的每一路均设置一个控制按钮。
Claims (8)
1.一种高压电能计量装置高精度补偿系统，其特征在于，包括数据采集及电能计量单元、第一通信单元、MCU处理单元、电流切换补偿单元、第二通信单元和上位机，其中，
电流切换补偿单元，实现高压电能计量装置电流信号的误差补偿；
数据采集及电能计量单元，用于采集高压电能计量设备的各相电压、电流，高压电能计量装置的高压电流取样回路通过电流切换补偿单元连接至数据采集及电能计量单元，高压电能计量装置的高压电压取样回路连接至数据采集及电能计量单元；
第一通信单元，实现数据采集及电能计量单元和MCU处理单元的通信； 第二通信单元，实现上位机和MCU处理单元的通信；
上位机，将电流切换补偿单元的补偿参数发送至MCU处理单元；
MCU处理单元，接收并处理数据处理单元和上位机发送的信息，根据处理结果控制电流切换补偿单元的动作；
数据存储单元，用于存储MCU处理单元接收的数据；
基于上述高压电能计量装置高精度补偿系统的高压电能计量装置高精度补偿方法，包括以下步骤：
S1：根据高压电能计量装置的电流误差特性曲线设置M个电流分段及每个电流分段的范围；
S2：上位机将步骤S1设置的电流分段数据发送至MCU处理单元；
S3：数据采集及电能计量单元实时采集高压电能计量装置的各相电压、电流并通过第
一通信单元将采集数据发送至MCU处理单元；
S4：MCU处理单元将接收到的高压电能计量装置的各相电压、电流数据与S1设置的电流分段数据进行比对，判断高压电能计量装置实际电流所处电流分段，根据判断结果控制切换补偿单元的动作，实现误差补偿；
所述上位机包括两种模式，分别为：
调试模式：该模式下，可根据步骤S1设置的电流分段数据模拟高压电能计量装置各电流分段的工作状态，并获取高压电能计量装置的误差，通过上位机设有的切换补偿控制单元调整切换补偿单元各支路投切状态，直至实现高压电能计量装置误差的目标补偿值，存储高压电能计量装置当前电流参数下的电流切换补偿单元各支路投切状态，作为投切依据；
补偿模式：该模式下，数据采集及电能计量单元获取高压电能计量装置当前各相电压、电流后，根据步骤S1设置的电流分段数据判断高压电能计量装置当前电流所处电流分段，根据上位机调试模式下存储的投切依据判断切换补偿单元各支路投切动作，并通过切换补偿控制单元向切换补偿单元发送相应的控制指令。
2.根据权利要求1所述的高压电能计量装置高精度补偿系统，其特征在于，还包括电压切换补偿单元，所述高压电能计量装置的高压电压取样回路通过电压切换补偿单元连接至数据采集及电能计量单元。
3.根据权利要求1或2所述的高压电能计量装置高精度补偿系统，其特征在于，所述电流切换补偿单元包括并联的多路RLC补偿电路和一路开关直连电路。
4.根据权利要求2所述的高压电能计量装置高精度补偿系统，其特征在于，所述电压切换补偿单元包括并联的多路RLC补偿电路和一路开关直连电路。
5.根据权利要求2所述的高压电能计量装置高精度补偿系统，其特征在于，所述上位机设有切换补偿控制单元，切换补偿控制单元对应电流切换补偿单元及电压切换补偿单元的每一路均设置一个控制按钮，通过控制按钮的操作实现对电流切换补偿单元和电压切换补偿单元各路元件的投切控制。
6.根据权利要求1所述的高压电能计量装置高精度补偿系统，其特征在于，所述第一通信单元采用RS485通信单元，所述第二通信单元采用RS232通信单元。
7.根据权利要求1所述的高压电能计量装置高精度补偿系统，其特征在于，所述切换补偿单元包括电流切换补偿单元。
8.根据权利要求7所述的高压电能计量装置高精度补偿系统，其特征在于，所述切换补偿单元还包括电压切换补偿单元。
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