CN110492962A - 一种电能表与集中器的精确对时方法 - Google Patents

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Abstract

一种电能表与集中器的精确对时方法，本发明先找出一个电网特征点，记录该电网特征点在集中器中的时刻T0，并下发广播，电能表在接收到校时指令时T1，两个时刻之间的误差包括本身的时钟误差外，还包含着通信误差，那么还需将该通信误差进行剥离。于是找出电能表上与该电网特征点的同步采样点，并根据电能表接收指令时的时间T1计算出同步采样点的时间T2，T0与T2之间时间差便是电能表相对于集中器的时钟差，并在电能表上进行补偿，实现精确对时。本发明在校时过程中，将通信误差进行剥离，实现电能表与集中器更为精确对时。

Description

一种电能表与集中器的精确对时方法
技术领域
本发明涉及一种电能表与集中器的精确对时方法。
背景技术
在用电管理中，线损率是电网公司的一个重要技术和管理指标，线损包括技术线损和管理线损，技术线损是与设备设施本身质量、技术水平、使用年限等等相关而形成的线损，管理线损主要是统计误差造成的线损，两种线损的来源虽然不一致，但目前并不能分开计算，技术线损的改进需要更换设备与应用新技术，管理线损的改进主要是解决统计数据来源的全面性、同步性，主要是指电能表数据的全采集与时钟同步。如果各电能表与集中器的时钟有偏差，则误差分析的数据来源是不同时刻的电能表计量值，必然不准确，即产生管理线损（统计线损），而时钟偏差越大，造成的管理线损越大。而随着智能电网的推进，线损的准确性直接影响到设备设施改造规划、以及其他方面的管理等问题，因此，电能表与集中器的精确对时非常重要。
目前集中器与电能表之间主要采用电力线载波通信，容易受干扰，对时的准确性会受通信速率、中继级数、重传次数等等方面的影响，需要有一种机制，实现对时不受通信本身的时延影响。
发明内容
为了克服现有技术中对时受通信本身电时延影响的不足，本发明提供一种电能表与集中器的精确对时方法。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种电能表与集中器的精确对时方法，包括以下步骤：
（a）集中器按照采样率M采集电压数据，电能表按照采样率M采集电压数据，集中器根据自身采集电压数据找出一个电网特征点，记录该电网特征点集中器时间为T0，集中器广播下发其采集电压数据与校时指令给电能表；
（b）电能表收到集中器的校时指令后，电能表暂停电压采样，并记录当时时间T1；
（c）找出电能表的采集电压数据中与该电网特征点同步的同步采样点，计算同步采样点与电能表最后采样点之间的时间差，并根据T1计算出电能表上同步采样点的时间T2；
（d）计算集中器广播校时指令下发时间T0与电能表记录同步采样点时间T2的时间偏差值，T0-T2=Δt，Δt即为电能表相对于集中器的时间差；
（e）将Δt补偿到电能表当前时钟上，完成精确对时。
作为优选，在步骤（a）中，包括以下步骤，
（1）集中器按照采样率M对电压值和功率因素进行实时采样，其中电压值按先进先出的原则保留时间段Ti的采样数据，电压值的采样数据集合为SVi，功率因素只保留当前值；
（2）电能表按照与集中器相同采样率M对电压值进行实时采样，按照先进先出原则保留时间Tj的采样数据，电能表电压值的采样数据集合为SVj，并且Tj＞Ti；
（3）集中器不断判断功率因素，当功率因素大于设定阈值PF0，进行下一步；
（4）集中器内预存有一个对应采样率M的电压值集合U0，集中器将当前采样数据集合SVi与U0进行线性相关运算，如果相关性系数R小于阈值R0，此时刻记为电压存在较大瞬时畸变的电网特征点，该时刻集中器时间为T0，并将该时刻的电压采样数据集合SVi和集中器时间T0组成校时数据帧，进行广播下发，如果未出现相关性系数R小于阈值R0，则重复步骤（3）；
作为优选，在步骤（c）中，包括以下步骤，
（1）电能表将收到的采样数据集合SVi与其自身的采样数据集合SVj做找最大相关值计算，即每次从SVj取与SVi相同点数做相关性运算，然后顺移1个采样点继续下一个，遍历整个SVj集合，找到相关性最大的起始采样点，则判断该点为同步采样点，记同步采样点为P；
（2）计算同步采样点与SVj最后一个采样点的采样次数差k，再根据采样率换算为时间差t，计算T1-t即为同步采样点的电能表记录时间，计为T2。
集中器与电能表之间存在时钟差，本发明的原理是先找出一个电网特征点，记录该电网特征点在集中器中的时刻T0，并下发广播，电能表在接收到校时指令时T1，两个时刻之间的误差包括本身的时钟误差外，还包含着通信误差，那么还需将该通信误差进行剥离。于是找出电能表上与该电网特征点的同步采样点，并根据电能表接收指令时的时间T1计算出同步采样点的时间T2，T0与T2之间时间差便是电能表相对于集中器的时钟差，并在电能表上进行补偿，实现精确对时。
本发明的有益效果在于：本发明在校时过程中，将通信误差进行剥离，实现电能表与集中器更为精确对时。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对发明作进一步详细说明。
一种电能表与集中器的精确对时方法，具体方法步骤如下：
（1）集中器按照采样率M对电压值和功率因素进行实时采样，M可为一个标准周波采样为16、32、64次，其中电压值按先进先出的原则保留时间Ti的采样数据，Ti时间较短，比如1s，将此电压值的采样数据集合记为SVi，功率因素只保留当前值；
（2）电能表按照与集中器相同采样率M对电压值进行实时采样，按照先进先出原则保留时间Tj的采样数据，电能表电压值的采样数据集合为SVj，并且Tj＞Ti，Tj相对时间较长，可以为1min；
（3）集中器不断判断功率因素，当功率因素大于设定阈值PF0，比如0.95，进行下一步；
（4）集中器内预存有一个标准周波对应采样率M的电压值集合U0，U0为一个周波数据重复多次，实现与Ti相同时间段的数据，集中器将当前采样数据集合SVi与U0进行线性相关运算，当出现相关性系数R小于阈值R0，R0可以设为0.8，此时刻记为电压存在较大瞬时畸变的电网特征点，该时刻集中器时间为T0，并将该时刻的电压采样数据集合SVi和集中器时间T0组成校时数据帧，进行广播下发，如果未出现相关性系数R小于阈值R0，则重复步骤（3）；
（5）电能表收到集中器的校时指令后，电能表暂停采样，并记录当时时间T1；
（6）电能表将收到的采样数据集合SVi与其自身的采样数据集合SVj做找最大相关值计算，即每次从SVj取与SVi相同点数做相关性运算，然后顺移1个采样点继续下一个，遍历整个SVj集合，找到相关性最大的起始采样点，则判断该点为同步采样点，记同步采样点为P；
（7）计算同步采样点与SVj最后一个采样点的采样次数差k，再根据采样率换算为时间差t，计算T1-t即为同步采样点的电能表记录时间，计为T2;
（8）计算集中器广播校时指令下发时间T0与电能表记录同步采样点时间T2的时间偏差值，T0-T2=Δt，Δt即为电能表相对于集中器的时间差；
（9）将Δt补偿到电能表当前时钟上，完成精确对时。
在上述过程中，步骤（1）-（4）其实质是在找出一个电网特征点，集中器根据自身采集数据找出电网特征点，记录该电网特征点集中器时间为T0，集中器广播下发其采集数据与校时指令给电能表。步骤（6）-（7）其实质是，找出电能表的采集数据中与该电网特征点同步的同步采样点，计算同步采样点与电能表最后采样点之间的时间差，并根据T1计算出电能表上同步采样点的时间T2。
集中器与电能表之间存在时钟差。本发明中，首先，是找出一个电网特征点，即将集中器中采集的电压数据与预存的标准电压数据进行线性相关分析，当相关系数小于R0时，记为电压存在较大瞬时畸变的电网特征点，记录该时刻为T0，电能表接收指令时刻为T1，T0与T1之间的时钟误差中包含了本身电能表与集中器的时钟误差，还包括了通信误差，所以需要找到电能表记录与电网特征点相对应的同步采样点的时刻T2，再计算T0-T2=Δt，Δt即为电能表相对于集中器电时钟差，并将Δt在电能表上进行补偿，即实现了精准对时。计算T2时，先是要找出与电网特征点同步的同步采样点，然后根据同步采样点与电能表之间最后采样点之间的间隔以及T1计算出T2。找同步采样点时，将电能表将收到的采样数据集合SVi与其自身的采样数据集合SVj做找最大相关值计算，即每次从SVj取与SVi相同点数做相关性运算，然后顺移1个采样点继续下一个，遍历整个SVj集合，找到相关性最大的起始采样点，则判断该点为同步采样点。
在本发明中，PF0与允许时钟误差有关。在现场，一般都是感性负载或阻性负载，集中器的功率因素可反应电压的最大可产生的相位变化，按照我国电网工频50Hz计算，可分析出线路上最大可能因功率因素不同产生的时间偏差，见下表：
实际每个电能表的负载类型不同，偏差有差异，但在上表的范围内。当功率因素选择在0.95以上时，基本上线路特征本身产生的时间误差在1毫秒内。
采样产生的偏差与采样率M相关，按照我国电网工频50Hz计算，每个周波周期为20毫秒，每偏差1个采样点，对应偏差20/M毫秒，其中M为每周波采样次数，当M=32时，1个采样偏差0.625毫秒。采样点同步位置和计算时延等可能造成2个采样点的偏差，即造成1.25毫秒。
相位引起的时间偏差和同步采样点计算产生的偏差累计可能产生2.25毫秒的同步误差，要比现有的通过多次通信计算时延平均值算法产生的时间误差低2个数量级，即精确2个数量级。
在本申请中，本方法因为每个电能表要记录较长时间的电压采样值，若存贮时间较长，存贮容量就比较大。例如：每个周波32次采样，按每次采样1个字节存贮，1s需要1600字节，1分钟需要96000字节，因此，可以先常规方法（如DL/T645广播校时指令）校时，一般情况下，可以校准到30秒以内，然后再进行上述方法的精确校时，减小存贮数据。

Claims (3)

1.一种电能表与集中器的精确对时方法，包括以下步骤：
（a）集中器按照采样率M采集电压数据，电能表按照采样率M采集电压数据，集中器根据自身采集电压数据找出一个电网特征点，记录该电网特征点集中器时间为T0，集中器广播下发其采集电压数据与校时指令给电能表；
（b）电能表收到集中器的校时指令后，电能表暂停采样，并记录当时时间T1；
（c）找出电能表的采集电压数据中与该电网特征点同步的同步采样点，计算同步采样点与电能表最后采样点之间的时间差，并根据T1计算出电能表上同步采样点的时间T2；
（d）计算集中器广播校时指令下发时间T0与电能表记录同步采样点时间T2的时间偏差值，T0-T2=Δt，Δt即为电能表相对于集中器的时间差；
（e）将Δt补偿到电能表当前时钟上，完成精确对时。
2.根据权利要求1所述的一种电能表与集中器的精确对时方法，其特征在于：在步骤（a）中，包括以下步骤，
（1）集中器按照采样率M对电压值和功率因素进行实时采样，其中电压值按先进先出的原则保留时间段Ti的采样数据，电压值的采样数据集合为SVi，功率因素只保留当前值；
（2）电能表按照与集中器相同采样率M对电压值进行实时采样，按照先进先出原则保留时间段Tj的采样数据，电能表电压值的采样数据集合为SVj，并且Tj＞Ti；
（3）集中器不断判断功率因素，当功率因素大于设定阈值PF0，进行下一步；
（4）集中器内预存有一个对应采样率M的电压值集合U0，集中器将当前采样数据集合SVi与U0进行线性相关运算，如果相关性系数R小于阈值R0，此时刻记为电压存在较大瞬时畸变的电网特征点，该时刻集中器时间为T0，并将该时刻的电压采样数据集合SVi和集中器时间T0组成校时数据帧，进行广播下发，如果未出现相关性系数R小于阈值R0，则重复步骤（3）。
3.根据权利要求2所述的一种电能表与集中器的精确对时方法，其特征在于：在步骤（c）中，包括以下步骤，
（1）电能表将收到的采样数据集合SVi与其自身的采样数据集合SVj做找最大相关值计算，即每次从SVj取与SVi相同点数做相关性运算，然后顺移1个采样点继续下一个，遍历整个SVj集合，找到相关性最大的起始采样点，则判断该点为同步采样点，记同步采样点为P；
（2）计算同步采样点与SVj最后一个采样点的采样次数差k，再根据采样率M换算为时间差t，计算T1-t即为同步采样点的电能表记录时间，计为T2。
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