CN109100674B - 一种基于分布式电能的计量方法、误差检测方法及装置 - Google Patents

一种基于分布式电能的计量方法、误差检测方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于分布式电能的计量方法、误差检测方法及装置；计量方法包括：按照预设的采样周期对系统中的电能参数进行采样，获得采样值；对于起始时刻和结束时刻分别利用采样值进行插值计算得到理论采样值；将采样间隔对应的有功功率与采样间隔相乘得到采样电能，将起始时刻对应的有功功率与起始时刻到所述第一个采样时间点的时间相乘得到起始时刻电能；将结束时刻对应的有功功率与起始时刻到所述最后一个采样时间点的时间相乘得到结束时刻电能；将采样电能、起点时刻电能以及结束时刻电能相加得到电能计量时间内的电能计量值。本申请能够提高对于分布式电量计量的准确性和可靠性，同时能够实现电量表的现场校验。

Description

一种基于分布式电能的计量方法、误差检测方法及装置
技术领域
本发明涉及电能计量及误差检测相关技术领域，特别是指一种基于分布式电能的计量方法、误差检测方法及装置。
背景技术
随着国家智能电网战略的深入，尤其是针对于分布式结构的新型数字化变电站，当前存在电能计量准确度不高的问题，参照图1所示，该分布式结构主要由电压合并单元、电流合并单元、交换机以及数字电能表组成，由于电压合并单元、电流合并单元是采用异地分布的方式，导致现有的标准装置无法开展基于电压电流合并单元的数字化电能表的现场检测工作，直接影响了智能化变电站电能计量系统的准确性与可靠性，因此发明人认为非常有必要开展基于合并单元的数字化电能表现场检测工作，确保智能化变电站电能计量系统的准确性与可靠性。
在实现本申请的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下缺陷：当前对于分布式智能电站的电量计量存在准确性不高以及无法现场检测校验的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于分布式电能的计量方法、误差检测方法及装置，能够提高对于分布式电量计量的准确性和可靠性，同时能够实现电量表的现场校验。
基于上述目的本发明提供的一种基于分布式电能的计量方法，包括：
按照预设的采样周期对系统中的电能参数进行采样，获得采样值；其中，所述电能参数包括电压和电流；
对于电能计量的起始时刻和结束时刻，分别利用所述起始时刻和所述结束时刻前后的采样值进行插值计算，得到起始时刻和结束时刻对应的理论采样值；
通过采样值计算得到采样间隔内瞬时功率的平均值作为有功功率；分别利用起始时刻和结束时刻得到的理论采样值计算得到对应的瞬时工作并分别作为起始时刻和结束时刻的有功功率；其中，所述采样间隔为电能计量时间内第一个采样时间点到最后一个采样时间点的时间间隔；
将采样间隔对应的有功功率与采样间隔相乘得到采样电能，将起始时刻对应的有功功率与起始时刻到所述第一个采样时间点的时间相乘得到起始时刻电能；将结束时刻对应的有功功率与起始时刻到所述最后一个采样时间点的时间相乘得到结束时刻电能；
将采样电能、起点时刻电能以及结束时刻电能相加得到电能计量时间内的电能计量值。
可选的，所述起始时刻和结束时刻对应的理论采样值通过如下公式计算：
Figure BDA0001675154080000021
Figure BDA0001675154080000022
其中，t1为电能计量的起始时刻，t2为电能计量的结束时刻；u(t1)、u(t2)分别为起始时刻和结束时刻对应的电压理论采样值；N1为电能计量时间内第一个采样时间点；N0为起始时刻之前的采样时间点；Nn为电能计量时间内最后一个采样时间点；Nn+1为结束时刻之后的采样时间点；u(N0)为N0对应的电压采样值；u(N1)为N1对应的电压采样值；u(Nn)为Nn对应的电压采样值；u(Nn+1)为Nn+1对应的电压采样值；
同理，采用同样原理的公式可以计算得到起始时刻对应的电流理论采样值i(t1)以及结束时刻对应的电流理论采样值i(t2)。
可选的，所述电能通过如下公式计算：
Figure BDA0001675154080000023
其中，W为电能计量值；P为采样间隔对应有功功率；tN为采样间隔；ΔEt1为起始时刻电能；ΔEt2为结束时刻电能；n为电能计量时间内的采样点数目。
本申请还提供了一种上述任一项所述分布式电能的误差检测方法，包括：
将电能计量时段作为校验时段并获取校验时段内的低频脉冲数m0；
按照如下公式计算得到基准电能值：
W0＝m0×3.6×106/C；其中，C为被校电能表的常数；W0为基准电能值；
通过如下公式计算得到电能误差：
Figure BDA0001675154080000031
本申请还提供了一种基于分布式电能的计量误差检测装置，包括：
数据采集模块，用于对分布式电力系统中的电能参数进行采样，获得采样值；并将获得的采样值发送到数据处理模块中；
数据处理模块，用于接收所述数据采集模块发送的采样值并且按照上述任一项所述方法计算得到电能计量值；将电能计量值发送到电能误差计算模块；
电能误差计算模块，用于接收数据处理模块发送的电能计量值并且获取被校电能表中的实际电能值，将电能计量值与实际电能值进行比较，得到电能误差。
可选的，所述装置还包括：
无线通信模块，用于将数据处理模块与数据采集模块连接起来，实现采样值的传输；
GPS模块，用于将时间信息发送到数据处理模块中；
显示模块，用于所述数据处理模块中的相关数值显示出来。
从上面所述可以看出，本发明提供的基于分布式电能的计量方法、误差检测方法及装置，通过采样的方式得到电压电流采样值，并且通过差值可以计算得到起始时刻和结束时刻对应的理论采样值，这样可以使得采样间隔内的电量按照离散化求取平均值的方式计算得到，而起始时刻和结束时刻的电量也可以根据理论采样值相应计算得到，只要保证采样频率够高，就可以保证本申请计算得到的电量的准确性较高。此外，本申请上述计算还能够避免非同步采样带来的偏差，进一步提高电量计算的准确性。因此，本申请能够提高对于分布式电量计量的准确性和可靠性，同时能够实现电量表的现场校验。
附图说明
图1为现有技术中分布式电站对应的电能计量系统结构示意图；
图2为本发明提供的基于分布式电能的计量方法一个实施例的流程图；
图3为本发明提供的采样点分布示意图；
图4为本发明提供的基于分布式电能的计量误差检测装置结构框图；
图5为本发明提供的电能计量误差检测装置另一个实施例的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
参照图2所示，为本发明提供的基于分布式电能的计量方法一个实施例的流程图。由图可知，所述基于分布式电能的计量方法包括：
步骤S1，按照预设的采样周期对系统中的电能参数进行采样，获得采样值；其中，所述电能参数包括电压和电流；这里预设的采用周期是基于不同计量需要相应设置的，例如可以设置采样频率为20kHz。这样，就可以获取得到采样点上瞬时状态的电压值和电流值，进而相应的可用于后续的计算。
步骤S2，对于电能计量的起始时刻和结束时刻，分别利用所述起始时刻和所述结束时刻前后的采样值进行插值计算，得到起始时刻和结束时刻对应的理论采样值；由于采样值是一系列离散化的数值，而对于需要计量的时间区间来说，通常对于起始时刻和结束时刻是不可能刚好处于采样点上的，因此对于这两个端点上的电压电流值可以利用前后两个采样数值进行插值的方式计算得到理论采样值，这样能够考虑两端位置的偏差，提高计算准确度。
可选的，参照图3所示，为本发明提供的采样点分布示意图。所述起始时刻和结束时刻对应的理论采样值通过如下公式计算：
Figure BDA0001675154080000041
Figure BDA0001675154080000042
其中，t1为电能计量的起始时刻，t2为电能计量的结束时刻；u(t1)、u(t2)分别为起始时刻和结束时刻对应的电压理论采样值；N1为电能计量时间内第一个采样时间点；N0为起始时刻之前的采样时间点；Nn为电能计量时间内最后一个采样时间点；Nn+1为结束时刻之后的采样时间点；u(N0)为N0对应的电压采样值；u(N1)为N1对应的电压采样值；u(Nn)为Nn对应的电压采样值；u(Nn+1)为Nn+1对应的电压采样值；
同理，采用同样原理的公式可以计算得到起始时刻对应的电流理论采样值i(t1)以及结束时刻对应的电流理论采样值i(t2)。
步骤S3，通过采样值计算得到采样间隔内瞬时功率的平均值作为有功功率；分别利用起始时刻和结束时刻得到的理论采样值计算得到对应的瞬时工作并分别作为起始时刻和结束时刻的有功功率；其中，所述采样间隔为电能计量时间内第一个采样时间点到最后一个采样时间点的时间间隔；
其中，基于采样只是得到一些瞬时时刻的电压电流值，也即只能得到瞬时功率。本申请考虑到只要采样频率足够，则可以利用瞬时功率平均值作为有功功率，具体的，本申请认为采用同一时刻电压和电流的瞬时值得到瞬时功率，则有功功率就是一个周期内瞬时功率的积分平均值。
假设，瞬时功率p(t)为某一时刻同频正弦波的瞬时电压u(t)与瞬时电流i(t)的乘积。则有如下关系式：
p(t)＝u(t)·i(t)；
交流电路中有功功率是指一个周期内瞬时功率的积分平均值，得到：
Figure BDA0001675154080000051
将上式进行离散化得到：
Figure BDA0001675154080000052
由上述可知，有功功率可以表示为一个周期内瞬时功率的平均值。
步骤S4，将采样间隔对应的有功功率与采样间隔相乘得到采样电能，将起始时刻对应的有功功率与起始时刻到所述第一个采样时间点的时间相乘得到起始时刻电能；将结束时刻对应的有功功率与起始时刻到所述最后一个采样时间点的时间相乘得到结束时刻电能；
步骤S5，将采样电能、起点时刻电能以及结束时刻电能相加得到电能计量时间内的电能计量值。
可选的，所述电能通过如下公式计算：
Figure BDA0001675154080000053
其中，W为电能计量值；P为采样间隔对应有功功率；tN为非同步采样的采样间隔；P×tN表示有采样值时段的电能总和，ΔE表示开始时刻t1和结束时刻t2的电能总和；ΔEt1为起始时刻电能；ΔEt2为结束时刻电能；n为电能计量时间内的采样点数目。
由上述实施例可知，本申请提出的基于分布式电能的计量方法，通过采样的方式得到电压电流采样值，并且通过差值可以计算得到起始时刻和结束时刻对应的理论采样值，这样可以使得采样间隔内的电量按照离散化求取平均值的方式计算得到，而起始时刻和结束时刻的电量也可以根据理论采样值相应计算得到，只要保证采样频率够高，就可以保证本申请计算得到的电量的准确性较高。此外，本申请上述计算还能够避免非同步采样带来的偏差，进一步提高电量计算的准确性。因此，本申请能够提高对于分布式电量计量的准确性和可靠性，同时能够实现电量表的现场校验。
进一步，本申请基于上述电量计量方法，还提供了一种分布式电能的误差检测方法，包括：
将电能计量时段作为校验时段并获取校验时段内的低频脉冲数m0；
按照如下公式计算得到基准电能值：
W0＝m0×3.6×106/C；其中，C为被校电能表的常数；W0为基准电能值；
通过如下公式计算得到电能误差：
Figure BDA0001675154080000061
这样，可以计算得到当前某一电能表的电能计量误差，为后续的电能表的校验或者电量统计提供更好的数据支持。
参照图4所示，为本发明提供的基于分布式电能的计量误差检测装置结构框图；图5为本发明提供的电能计量误差检测装置另一个实施例的结构框图。由图4可知，本申请提出的基于分布式电能的计量误差检测装置包括：
数据采集模块1，用于对分布式电力系统中的电能参数进行采样，获得电力电流采样值；并将获得的采样值发送到数据处理模块中；结合图5可知，数据采集模块1可以相应的设置在分布式的电压电流合并单元的对应位置以实现电压电流的采样。
数据处理模块2，用于接收所述数据采集模块发送的采样值并且按照上述任一项所述方法计算得到电能计量值；将电能计量值发送到电能误差计算模块；
电能误差计算模块3，用于接收数据处理模块发送的电能计量值并且获取被校电能表中的实际电能值，将电能计量值与实际电能值进行比较，得到电能误差。
进一步，所述装置还包括：
无线通信模块4，用于将数据处理模块与数据采集模块连接起来，实现采样值的传输；
GPS模块5，用于将时间信息发送到数据处理模块中；也即能够捕获来自GPS模块(或北斗模块)的时间信息，并找到与该时刻相同的带时标数据帧以实现电能的准确计量。
显示模块6，用于所述数据处理模块中的相关数值显示出来。这样能够将结果显示出来以监测电网的电压电流大小。
通过上述分析可知，本申请提供了一种新型的分布式电能计量方法、误差计算方法及装置，解决了基于合并单元异地特性的分布式电能计量问题，并且研制了分布式电能计量及误差计算装置，为电能系统在线检测提供了理论方法与试验平台。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于分布式电能的计量方法，其特征在于，包括：
按照预设的采样周期对系统中的电能参数进行采样，获得采样值；其中，所述电能参数包括电压和电流；
对于电能计量的起始时刻和结束时刻，分别利用所述起始时刻和所述结束时刻前后的采样值进行插值计算，得到起始时刻和结束时刻对应的理论采样值；
通过采样值计算得到采样间隔内瞬时功率的平均值作为有功功率；分别利用起始时刻和结束时刻得到的理论采样值计算得到对应的瞬时功率并分别作为起始时刻和结束时刻的有功功率；其中，所述采样间隔为电能计量时间内第一个采样时间点到最后一个采样时间点的时间间隔；
将采样间隔对应的有功功率与采样间隔相乘得到采样电能，将起始时刻对应的有功功率与起始时刻到所述第一个采样时间点的时间相乘得到起始时刻电能；将结束时刻对应的有功功率与起始时刻到所述最后一个采样时间点的时间相乘得到结束时刻电能；
将采样电能、起点时刻电能以及结束时刻电能相加得到电能计量时间内的电能计量值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述起始时刻和结束时刻对应的理论采样值通过如下公式计算：
Figure FDA0002402324960000011
Figure FDA0002402324960000012
其中，t1为电能计量的起始时刻，t2为电能计量的结束时刻；u(t1)、u(t2)分别为起始时刻和结束时刻对应的电压理论采样值；N1为电能计量时间内第一个采样时间点；N0为起始时刻之前的采样时间点；Nn为电能计量时间内最后一个采样时间点；Nn+1为结束时刻之后的采样时间点；u(N0)为N0对应的电压采样值；u(N1)为N1对应的电压采样值；u(Nn)为Nn对应的电压采样值；u(Nn+1)为Nn+1对应的电压采样值；
同理，采用同样原理的公式可以计算得到起始时刻对应的电流理论采样值i(t1)以及结束时刻对应的电流理论采样值i(t2)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电能通过如下公式计算：
Figure FDA0002402324960000021
其中，W为电能计量值；P为采样间隔对应有功功率；tN为采样间隔；ΔEt1为起始时刻电能；ΔEt2为结束时刻电能；n为电能计量时间内的采样点数目。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，包括：
将电能计量时段作为校验时段并获取校验时段内的低频脉冲数m0；
按照如下公式计算得到基准电能值：
W0＝m0×3.6×106/C；其中，C为被校电能表的常数；W0为基准电能值；
通过如下公式计算得到电能误差：
Figure FDA0002402324960000022
5.一种基于分布式电能的计量误差检测装置，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于对分布式电力系统中的电能参数进行采样，获得采样值；并将获得的采样值发送到数据处理模块中；
数据处理模块，用于接收所述数据采集模块发送的采样值并且按照权利要求1-3任一项所述方法计算得到电能计量值；将电能计量值发送到电能误差计算模块；
电能误差计算模块，用于接收数据处理模块发送的电能计量值并且获取被校电能表中的实际电能值，将电能计量值与实际电能值进行比较，得到电能误差。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：
无线通信模块，用于将数据处理模块与数据采集模块连接起来，实现采样值的传输；
GPS模块，用于将时间信息发送到数据处理模块中；
显示模块，用于所述数据处理模块中的相关数值显示出来。
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