CN111679105B - 一种用于电表的量程切换方法、电表及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电表的量程切换方法，其包括如下步骤：获取采样电路的量程切换阈值表PTH；获取至少一个采样信号，并将所述采样信号通过模数转换为电信号；读取一个量程切换周期内所述电信号的振幅Un；通过公式(1)计算得到一个量程切换周期内所述采样点对量程切换影响的等效能量Pt；
当Pt＞PTHm时，切换当前量程m到最大量程mmax；当Pt≤PTHm时，则说明采样信号小于量程m范围，将当前量程m切换到量程m‑1。本发明通过可变权重积分算法实时计算各采样点信号对量程切换的影响能量，软件查表实时比对各采样点信号累计影响能量与量程切换阈值，提升量程切换的灵敏度和快速性，同时对硬件采样电路元器件起到保护作用。
Description
技术领域
本发明涉及电测量设备技术领域，尤其涉及一种用于电表的量程切换方法、电表及存储介质。
背景技术
电力所涉及的电压、电流、频率、相位、功率、电能、谐波等主要参量的测量，是确保电力系统保护控制、自动控制、系统运行调度、节能降耗、精细化管理的基础。对电能的准确计量是电力企业生产、经营、管理以及电网经济、稳定运行的重要环节，是电网公司开展电能公平贸易的基础保障。多量程的准确、快速切换是宽范围电能高精度测量的保证，而在多量程的衔接中，相邻两个量程的衔接处均有一定的重叠区，重叠区内测量值可能是上一个量程的低端读数，也可能是下一个量程的高端读数，理论上两个测量值应该一致，但实践中却很难完全重合。
当交流信号中存在较大且不对称的纹波时，量程切换的精度和灵敏度都会非常差,特别对非连续周期性脉冲干扰信号叠加在交流正弦信号时，会出现短时间内反复量程切换，而无法定量程的问题。
发明内容
本发明提供了一种用于电表的量程切换方法、电表及存储介质以解决现有技术中当交流信号中存在较大且不对称的纹波时，量程切换的精度和灵敏度都较差,特别对非连续周期性脉冲干扰信号叠加在交流正弦信号时，会出现短时间内反复量程切换，而无法定量程的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于电表的量程切换方法，其包括如下步骤：
获取采样电路的量程切换阈值表PTH；
获取至少一个采样信号，并将所述采样信号通过模数转换为电信号；
读取一个量程切换周期内所述电信号的振幅Un；
通过公式(1)计算得到一个量程切换周期内所述采样点对量程切换影响的等效能量Pt；
其中：n表示多个采样信号中的第n个采样信号；Un表示第n点的采样信号振幅；R表示电路等效电阻；T表示量程切换周期；Ratio(Un)表示影响不同电压量程的权重系数；
当Pt＞PTHm时，切换当前量程m到最大量程mmax；
当Pt≤PTHm时，对比获得最大量程mmax中一个量程切换周期采样信号的最大值Unmax，计算ΔU＝Unmax/Uloop，其中Uloop表示最大量程的满量程值，并判断ΔU是否属于[am,bm]；其中，am为预设浮动区间的最小值，am的取值范围为[0,1)；bm为所述预设浮动区间的最大值，bm的取值范围为(0,1]，且am≤bm；
若ΔU∈[am,bm]，则判定采样信号在量程m范围内，控制量程m保持不变；
若
则判定采样信号小于量程m范围，切换量程m至量程m-1。
作为本发明的进一步改进，所述当Pt＞PTHm时，切换当前量程m到最大量程mmax的步骤之后，还包括：
对比获得最大量程mmax中一个量程切换周期采样信号的最大值Unmax，计算ΔU＝Unmax/Uloop，其中Uloop表示最大量程的满量程值，并判断ΔU是否属于[am,bm]；其中，am为预设浮动区间的最小值，am的取值范围为[0,1)；bm为所述预设浮动区间的最大值，bm的取值范围为(0,1]，且am≤bm；
若ΔU∈[am,bm]，则判定采样信号在量程m范围内，控制量程m切换到量程m+1。
作为本发明的进一步改进，所述对比获得最大量程mmax中一个量程切换周期采样信号的最大值Unmax，计算ΔU＝Unmax/Uloop，其中Uloop表示最大量程的满量程值，并判断ΔU是否属于[am,bm]的步骤之后，还包括：
若
则判定采样信号位于量程mmax范围内，最大量程mmax保持不变。
作为本发明的进一步改进，当Pt≤PTHm时，对比获得最大量程mmax中一个量程切换周期采样信号的最大值Unmax，计算ΔU＝Unmax/Uloop，其中Uloop表示最大量程的满量程值，并判断ΔU是否属于[am,bm]；其中，am为预设浮动区间的最小值，am的取值范围为[0,1)；bm为所述预设浮动区间的最大值，bm的取值范围为(0,1]，且am≤bm；
若ΔUm∈[am，bm]，则判定为所述采样信号在量程m范围内，量程保持m不变。
作为本发明的进一步改进，若
则判定为所述采样信号小于量程m范围，将当前量程m切换到量程m-1。
作为本发明的进一步改进，所述获取采样电路的量程切换阈值表PTH的步骤，具体包括：
根据硬件采样电路元器件使用的材质、温度系数、取样电阻阻值准确度、互感器匝比误差、互感器励磁非线性误差加权计算出所述量程切换阈值表PTH；
保存所述量程切换阈值表PTH至主控芯片的堆栈中。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种电表，其包括：
第一获取模块，用于获取采样电路的量程切换阈值表PTH；
第二获取模块，用于获取至少一个采样信号，并将所述采样信号通过模数转换为电信号；
读取模块，用于读取一个量程切换周期内所述电信号的振幅Un；
第一计算模块，用于通过公式(1)计算得到一个量程切换周期内所述采样点对量程切换影响的等效能量Pt；
其中：n表示多个采样信号中的第n个采样信号；Un表示第n点的采样信号振幅；R表示电路等效电阻；T表示量程切换周期；Ratio(Un)表示影响不同电压量程的权重系数；
第一切换模块，用于当Pt＞PTHm时，切换当前量程m到最大量程mmax；
第二计算模块，用于对比获得最大量程mmax中一个量程切换周期采样信号的最大值Unmax，计算ΔU＝Unmax/Uloop，其中Uloop表示最大量程的满量程值，并判断ΔU是否属于[am,bm]；其中，am为预设浮动区间的最小值，am的取值范围为[0,1)；bm为所述预设浮动区间的最大值，bm的取值范围为(0,1]，且am≤bm；
第一控制模块，用于若ΔU∈[am,bm]，则判定采样信号在量程m范围内，控制量程m切换到量程m+1。
第二控制模块，用于若
则判定采样信号位于量程mmax范围内，最大量程mmax保持不变。
第三计算模块，用于当Pt≤PTHm时，对比获得最大量程mmax中一个量程切换周期采样信号的最大值Unmax，计算ΔU＝Unmax/Uloop，其中Uloop表示最大量程的满量程值，并判断ΔU是否属于[am,bm]；其中，am为预设浮动区间的最小值，am的取值范围为[0,1)；bm为所述预设浮动区间的最大值，bm的取值范围为(0,1]，且am≤bm；
第三控制模块，用于若ΔU∈[am,bm]，则判定采样信号在量程m范围内，控制量程m保持不变；
第二切换模块，用于若
则判定采样信号小于量程m范围，切换量程m至量程m-1。
作为本发明的进一步改进，该电表还包括：
第四计算模块，用于对比获得最大量程mmax中一个量程切换周期采样信号的最大值Unmax，计算ΔU＝Unmax/Uloop，其中Uloop表示最大量程的满量程值，并判断ΔU是否属于[am,bm]；其中，am为预设浮动区间的最小值，am的取值范围为[0,1)；bm为所述预设浮动区间的最大值，bm的取值范围为(0,1]，且am≤bm；
第四控制模块，用于若ΔUm∈[am，bm]，则判定为所述采样信号在量程m范围内，量程保持m不变；
第五控制模块，用于若
则判定为所述采样信号小于量程m范围，将当前量程m切换到量程m-1。
作为本发明的进一步改进，该电表还包括：
第五计算模块，用于根据硬件采样电路元器件使用的材质、温度系数、取样电阻阻值准确度、互感器匝比误差、互感器励磁非线性误差加权计算出所述量程切换阈值表PTH；
保存模块，用于保存所述量程切换阈值表PTH至主控芯片的堆栈中。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种存储介质，其上存储有程序数据，其特征在于，所述程序数据被处理器执行时实现上述量程切换方法中的步骤。
本发明通过可变权重积分算法实时计算各采样点信号对量程切换的影响能量，软件查表实时比对各采样点信号累计影响能量与量程切换阈值，提升量程切换的灵敏度和快速性，同时对硬件采样电路元器件起到一定的保护作用，增长元器件的使用寿命，增加标准表的长期测量准确性指标。且本量程切换方法适用于交流电表、直流电表、单、三相多量程标准电压表、电流表、功率表以及电能表的量程切换。
附图说明
图1为本发明用于电表的量程切换方法一个实施例的流程示意图；
图2为本发明用于电表的量程切换方法一个实施例的流程示意图；
图3为本发明用于电表的量程切换方法一个实施例的流程示意图；
图4为本发明用于电表的量程切换方法一个实施例的流程示意图；
图5为本发明电表一个实施例的功能模块示意图；
图6为本发明电表一个实施例的功能模块示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用来限定本发明。
图1展示了本发明用于电表的量程切换方法的一个实施例，参见图1，在本实施例中，该量程切换方法包括如下步骤：
步骤S1，获取采样电路的量程切换阈值表PTH。
具体地，量程切换阈值表PTH为同一电表中不同量程下的最大量程值。
步骤S2，获取至少一个采样信号，并将采样信号通过模数转换为电信号。
具体地，采样信号为电表进行测量操作时通过其探针读取到的被测物的相应数值，例如电压、电流、电阻等。
步骤S3，读取一个量程切换周期内电信号的振幅Un。
步骤S4，通过公式(1)计算得到一个量程切换周期内采样点对量程切换影响的等效能量Pt，并判断Pt与PTHm的大小关系，当Pt＞PTHm时，执行步骤S5，当Pt≤PTHm时，执行步骤S6。
其中：n表示多个采样信号中的第n个采样信号；Un表示第n点的采样信号振幅；R表示电路等效电阻；T表示量程切换周期；Ratio(Un)表示影响不同电压量程的权重系数；PTHm表示位于量程m的切换阈值表PTH。
步骤S5，切换当前量程m到最大量程mmax。
步骤S6，对比获得最大量程mmax中一个量程切换周期采样信号的最大值Unmax，计算ΔU＝Unmax/Uloop，其中Uloop表示最大量程的满量程值，并判断ΔU是否属于[am,bm]，若ΔU∈[am,bm]，则执行步骤S7，若
则执行步骤S8；其中，am为预设浮动区间的最小值，am的取值范围为[0,1)；bm为所述预设浮动区间的最大值，bm的取值范围为(0,1]，且am≤bm。
步骤S7，判定采样信号在量程m范围内，控制量程m保持不变；
步骤S8，判定采样信号小于量程m范围，切换量程m至量程m-1。
本实施例通过可变权重积分算法实时计算各采样点信号对量程切换的影响能量，软件查表实时比对各采样点信号累计影响能量与量程切换阈值，提升量程切换的灵敏度和快速性，同时对硬件采样电路元器件起到一定的保护作用，增长元器件的使用寿命，增加标准表的长期测量准确性指标。且本实施例适用于交流电表、直流电表、单、三相多量程标准电压表、电流表、功率表以及电能表的量程切换。
为了进一步判定量程m的范围，在上述实施例的基础上，参见图2，在本实施例中，步骤S5之后，还包括：
步骤S50，对比获得最大量程mmax中一个量程切换周期采样信号的最大值Unmax，计算ΔU＝Unmax/Uloop，其中Uloop表示最大量程的满量程值，并判断ΔU是否属于[am,bm]，若ΔU∈[am,bm]，则执行步骤S51，若
则执行步骤S52；其中，am为预设浮动区间的最小值，am的取值范围为[0,1)；bm为预设浮动区间的最大值，bm的取值范围为(0,1]，且am≤bm。
具体地，am和bm的值可根据实际情况进行设置。例如，当Pt＞PTHm时，am的取值为0.5、bm的取值为1，即当前采样信号的最大值Unmax超过量程m的满量程值Umloop的一半时，则需要切换至量程m+1；如果当前采样信号的最大值Unmax超过量程m的满量程值Umloop时，则需要切换至最大量程mmax，以保证设备的使用安全性。
步骤S51，判定采样信号在量程m范围内，控制量程m切换到量程m+1。
步骤S52，判定采样信号位于量程m范围内，保持最大量程mmax。
进一步地，参见图3，当Pt≤PTHm时，步骤S6之后，还包括：
步骤S60，对比获得最大量程mmax中一个量程切换周期采样信号的最大值Unmax，计算ΔU＝Unmax/Uloop，其中Uloop表示最大量程的满量程值，并判断ΔU是否属于[am,bm]，若ΔUm∈[am，bm]，则执行步骤S62，若
则执行步骤S63；其中，am为预设浮动区间的最小值，am的取值范围为[0,1)；bm为预设浮动区间的最大值，bm的取值范围为(0,1]，且am≤bm。
步骤S61，判定为采样信号在量程m范围内，量程m保持不变。
步骤S62，判定为采样信号小于量程m范围，将当前量程m切换到量程m-1。
具体地，am和bm的值可根据实际情况进行设置。例如，当Pt≤PTHm时，am的取值为0.5、bm的取值为1，即当前采样信号的最大值Unmax超过量程m的满量程值Umloop的一半时，则不需要切换量程；如果当前采样信号的最大值Unmax不足量程m的满量程值Umloop的一半时，则需要切换至量程m-1，以保证精确度。
本实施例通过对比等效能量Pt，与PTHm的大小关系来判断采样信号是否位于合适的量程中，并进一步通过判断采样信号与其最大值之间的比例关系进而判断采样信号是否位于合适的量程中，若采样信号位于量程m中的较小区间，则切换至量程m-1，若采样信号位于量程m的较大区间，则切换至量程m+1，若采样信号超过量程m的最大值，则切换至最大量程mmax。
为了进一步精确量程切换阈值表PTH，在上述实施例的基础上，参见图4，在本实施例中，步骤S1具体包括：
步骤S10，根据硬件采样电路元器件使用的材质、温度系数、取样电阻阻值准确度、互感器匝比误差、互感器励磁非线性误差加权计算出量程切换阈值表PTH；
步骤S11，保存量程切换阈值表PTH至主控芯片的堆栈中。
本实施例通过硬件采样电路元器件使用的材质、温度系数、取样电阻阻值准确度、互感器匝比误差、互感器励磁非线性误差加权计算出量程切换阈值表PTH，保证了不同的采样电路元器件的精准度。
图5展示了本发明电表的一个实施例，参见图5，在本实施例中，该电表包括第一获取模块1、第二获取模块2、读取模块3、计算和判断模块4。
其中，第一获取模块1用于获取采样电路的量程切换阈值表PTH；第二获取模块2用于获取至少一个采样信号，并将采样信号通过模数转换为电信号；读取模块3用于读取一个量程切换周期内电信号的振幅Un；计算和判断模块4用于通过公式(1)计算得到一个量程切换周期内采样点对量程切换影响的等效能量，并Pt判断等效能量Pt。
其中：Pt表示一个量程切换周期内采样信号对量程影响的等效能量；n表示多个采样信号中的第n个采样信号；Un表示第n点的采样信号振幅；R表示电路等效电阻；T表示量程切换周期；Ratio(Un)表示影响不同电压量程的权重系数。
当Pt＞PTHm时，切换当前量程m到最大量程mmax，对比获得最大量程mmax中一个量程切换周期采样信号的最大值Unmax，计算ΔU＝Unmax/Uloop(Uloop表示最大量程的满量程值)，并判断ΔU是否属于[am,bm]；其中，am为预设浮动区间的最小值，am的取值范围为[0,1)；bm为预设浮动区间的最大值，bm的取值范围为(0,1]，且am≤bm。
若ΔU∈[am,bm]，则判定采样信号在量程m范围内，控制量程m切换到量程m+1。
若
则判定采样信号不在量程m范围内，控制量程m切换至最大量程mmax。
当Pt≤PTHm时，计算ΔUm＝Unmax/Umloop(Umloop表示量程m的满量程值)，若ΔUm∈[am，bm]，说明采样信号在量程m范围内，量程保持m不变。
若
则说明采样信号小于量程m范围，将当前量程m切换到量程m-1。
进一步地，在上述实施例的基础上，参见图6，在本实施例中，该电表还包括计算模块5和保存模块6。
其中，计算模块5用于根据硬件采样电路元器件使用的材质、温度系数、取样电阻阻值准确度、互感器匝比误差、互感器励磁非线性误差加权计算出量程切换阈值表PTH；保存模块6用于保存量程切换阈值表PTH。
本发明还提供了一种存储介质，该存储介质上设有程序数据，该程序数据被处理器执行时实现上述量程切换方法中的步骤。
本实施例中的存储介质可以是只读存储器、可存储静态信息和指令的静态存储设备、随机存取存储器、或者可存储信息和指令的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器、只读光盘、或其他光盘存储、光碟存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以不再进行赘述，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上对发明的具体实施方式进行了详细说明，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施方式。对于本领域的技术人员而言，任何对该发明进行的等同修改或替代也都在本发明的范畴之中，因此，在不脱离本发明的精神和原则范围下所作的均等变换和修改、改进等，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (7)
1.一种用于电表的量程切换方法，其特征在于，其包括如下步骤：
获取采样电路的量程切换阈值表PTH；
获取至少一个采样信号，并将采样信号通过模数转换为电信号；
读取一个量程切换周期内所述电信号的振幅Un；
通过公式(1)计算得到一个量程切换周期内采样点对量程切换影响的等效能量Pt；
其中：n表示多个采样信号中的第n个采样信号；Un表示第n点的采样信号振幅；R表示电路等效电阻；T表示量程切换周期；Ratio(Un)表示影响不同电压量程的权重系数；
当Pt＞PTHm时，切换当前量程m到最大量程mmax，其中：PTHm表示位于量程m的切换阈值表PTH；
当Pt≤PTHm时，对比获得最大量程mmax中一个量程切换周期采样信号的最大值Unmax，计算ΔU＝Unmax/Uloop，其中Uloop表示最大量程的满量程值，并判断ΔU是否属于[am,bm]；其中，am为预设浮动区间的最小值，am的取值范围为[0,1)；bm为所述预设浮动区间的最大值，bm的取值范围为(0,1]，且am≤bm；
若ΔU∈[am,bm]，则判定采样信号在量程m范围内，控制量程m保持不变；
若
则判定采样信号小于量程m范围，切换量程m至量程m-1。
2.根据权利要求1所述的量程切换方法，其特征在于，所述当Pt＞PTHm时，切换当前量程m到最大量程mmax的步骤之后，还包括：
对比获得最大量程mmax中一个量程切换周期采样信号的最大值Unmax，计算ΔU＝Unmax/Uloop，其中Uloop表示最大量程的满量程值，并判断ΔU是否属于[am,bm]；若ΔU∈[am,bm]，则判定采样信号在量程m范围内，控制量程m切换到量程m+1。
3.根据权利要求2所述的量程切换方法，其特征在于，所述当Pt＞PTHm时，切换当前量程m到最大量程mmax的步骤之后，还包括：
若
则判定采样信号位于量程mmax范围内，最大量程mmax保持不变。
4.根据权利要求1所述的量程切换方法，其特征在于，所述获取采样电路的量程切换阈值表PTH的步骤，具体包括：
根据硬件采样电路元器件使用的材质、温度系数、取样电阻阻值准确度、互感器匝比误差、互感器励磁非线性误差加权计算出所述量程切换阈值表PTH；
保存所述量程切换阈值表PTH至主控芯片的堆栈中。
5.一种电表，其特征在于，其包括：
第一获取模块，用于获取采样电路的量程切换阈值表PTH；
第二获取模块，用于获取至少一个采样信号，并将采样信号通过模数转换为电信号；
读取模块，用于读取一个量程切换周期内所述电信号的振幅Un；
第一计算模块，用于通过公式(1)计算得到一个量程切换周期内所述采样点对量程切换影响的等效能量Pt；
其中：n表示多个采样信号中的第n个采样信号；Un表示第n点的采样信号振幅；R表示电路等效电阻；T表示量程切换周期；Ratio(Un)表示影响不同电压量程的权重系数；
第一切换模块，用于当Pt＞PTHm时，切换当前量程m到最大量程mmax；
第二计算模块，用于对比获得最大量程mmax中一个量程切换周期采样信号的最大值Unmax，计算ΔU＝Unmax/Uloop，其中Uloop表示最大量程的满量程值，并判断ΔU是否属于[am,bm]；其中，am为预设浮动区间的最小值，am的取值范围为[0,1)；bm为所述预设浮动区间的最大值，bm的取值范围为(0,1]，且am≤bm；
第一控制模块，用于若ΔU∈[am,bm]，则判定采样信号在量程m范围内，控制量程m切换到量程m+1；
第二控制模块，用于若
则判定采样信号位于量程mmax范围内，最大量程mmax保持不变；
第三计算模块，用于当Pt≤PTHm时，对比获得最大量程mmax中一个量程切换周期采样信号的最大值Unmax，计算ΔU＝Unmax/Uloop，其中Uloop表示最大量程的满量程值，并判断ΔU是否属于[am,bm]；
第三控制模块，用于若ΔU∈[am,bm]，则判定采样信号在量程m范围内，控制量程m保持不变；
第二切换模块，用于若
则判定采样信号小于量程m范围，切换量程m至量程m-1。
6.根据权利要求5所述的电表，其特征在于，其还包括：
第五计算模块，用于根据硬件采样电路元器件使用的材质、温度系数、取样电阻阻值准确度、互感器匝比误差、互感器励磁非线性误差加权计算出所述量程切换阈值表PTH；
保存模块，用于保存所述量程切换阈值表PTH至主控芯片的堆栈中。
7.一种存储介质，其上存储有程序数据，其特征在于，所述程序数据被处理器执行时实现权利要求1-4任一项所述量程切换方法中的步骤。
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