CN111722173A - 一种电能表计量故障自检方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种电能表计量故障自检方法，待自检电能表的MCU通过截获同一电力线上其他电能表返回给采集系统的数据帧，并将解析的电压数据与待自检电能表计量芯片采集的电压数据进行自检对比以判断出待自检电能表计量异常和计量正常的情况，在计量异常时则复位待自检电能表的计量芯片及刷新计量参数，待自检电能表内的计量芯片并继续每间隔Δt时间采样电力线上的电压数据，且使用与上面相同的方法依次完成连续i个时刻的电压数据对比；当i个时刻待自检电能表均计量正常时，则该待自检电能表计量正常；当i个时刻待自检电能表均计量异常时，则置位计量故障信息标志，主动上报用电采集系统。还公开了一种自检系统。该方法的自检成本低，准确率高。
Description
技术领域
本发明涉及电能表故障自检领域，特别涉及一种电能表计量故障自检方法及系统。
背景技术
电能表作为用电结算的计量器具，其准确与否将直接影响电力结算的公平、准确、可靠，直接关系到供电公司和用户的切身利益。电能表一旦发生计量故障，将导致电能结算失准，极易发生用电纠纷。同时，电能表计量故障存在以下几个特点：
1、一般电能表在挂网运行前对电能表计量误差准确性进行检定，检定合格后安装运行。运行时间长，一般连续运行5年、10年。若运行过程需鉴定计量误差准确性，则要将电能表拆回计量中心用专用检定设备进行检定，耗时耗力，同时影响用电用户日常生活；
2、电能表在运行过程中若出现计量故障通常难以及时发现，采集抄表系统对比用电数据有误或电力维护人员现场检查时发现计量故障的反馈。发现计量故障时已经造成严重影响；
3、严重的计量故障容易被发现，轻微的计量故障极难发觉，日积月累将产生严重影响。
为了实现计量故障自检，目前常规计量自检方法为在电能表内部采用两套独立的计量电路(计量模块1、计量模块2)进行分别计量并对比两个计量模块的计量结果，如果两者不一致说明计量存在故障，需对计量模块进行复位等操作进行故障排除。上述通过双路计量自检的方法中需要额外增加一路对比计量模块，此方法的成本高，且通常受结构空间大小的限制。因此需要进一步改进。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种成本低且准确率高的电能表计量故障自检方法。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种应用上述方法进行计量自检的电能表故障自检系统。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种电能表计量故障自检方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、将待自检电能表与n个电能表连接在同一个电力线上，且待自检电能表和n个电能表的数据输出端均连接同一个采集系统；其中，n为自然数；
步骤2、该待自检电能表的计量芯片采样某个时刻的电压数据时，并将采集的电压数据传送给待自检电能表的MCU，同时该待自检电能表的MCU截获同一电力线上任意m个电能表此时返回给采集系统的数据帧，并解析截获的数据帧，得到截获的任意m个电能表的电压数据，其中，m小于等于n，且m为大于等于3的自然数；
步骤3、在截获的m个电能表对应的电压数据中去掉一个最大值和一个最小值，并将剩余的m-2个电能表的电压数据组成对比数据集；
步骤4、逐一计算待自检电能表的计量芯片采集的电压数据与同一时刻对比数据集中每个电能表的电压数据之间的电压差；
步骤5、统计步骤4中电压差大于ΔvV的电能表个数，并判断电压差大于ΔvV的电能表个数是否大于预设的阈值k1，如是，则该时刻的待自检电能表计量异常，并转入步骤9；如否，则该时刻的待自检电能表计量正常，并转入步骤6；其中，Δv>0，k1为自然数；
步骤6、待自检电能表内的计量芯片每间隔Δt时间采样电力线上的电压数据，并采用步骤2～5中相同的方法，依次完成连续i个时刻的待自检电能表的计量芯片采集的电压数据与同一时刻截取的同一电力线上任意m个电能表的电压数据的对比；i为正整数；
步骤7、判断i个时刻的待自检电能表均计量正常时，如是，则该待自检电能表计量正常，结束；如否，则转入步骤8；
步骤8、判断i个时刻的待自检电能表均计量异常时，如是，则置位计量故障信息标志，主动上报用电采集系统，结束；如否，则转入步骤9；
步骤9、复位待自检电能表的计量芯片及刷新计量参数，并转入步骤6，将复位后的待自检电能表计量芯片继续每间隔Δt时间采样电力线上的电压数据及完成i个时刻的待自检电能表的计量芯片采集的电压数据与同一时刻截取的同一电力线上任意m个电能表的电压数据的对比。
具体的，步骤6中依次完成连续i个时刻的待自检电能表的计量芯片采集的电压数据与同一时刻截取的同一电力线上任意m个电能表的电压数据的对比具体包括以下步骤：
步骤6-1、待自检电能表的MCU中设有m个用于存储电压数据的存储空间，且一个存储空间对应存储一个电能表的电压数据，初始化状态时每个存储空间均为空；
步骤6-2、待自检电能表首次截获同一电力线上任意m个电能表返回给采集系统的数据帧后，并将对首次截获的同一电力线上任意m个电能表的数据帧解析后获取的电压数据分别存储在待自检电能表的m个存储空间中；
步骤6-3、待自检电能表的MCU执行计量芯片采集的电压数据与存储空间中对应任意m个电能表的电压数据自检比对，自检对比完成后，则转入步骤6-4；
步骤6-4、待自检电能表第二次截获同一电力线上任意m个电能表返回给采集系统的数据帧，并将每个第二次截获的数据帧获取的电压数据分别替换步骤6-2中存储空间中保存的电压数据，并按照步骤6-3中相同的方法完成该时刻的电压数据自检比对；
步骤6-5、依次使用步骤6-4中相同的方法进行多次数据帧的截获以及电压数据自检比对。
具体的，所述步骤6-2中待自检电能表首次截获同一电力线上任意m个电能表返回给采集系统的数据帧的具体步骤为：
步骤6-21、待自检电能表开始截取数据帧；
步骤6-22、判断截取的数据帧是否符合通讯协议格式，如是，则转入步骤6-24，如否，则转入步骤6-23；
步骤6-23、将该数据帧丢弃，截取下一个数据帧，并转入步骤6-22；
步骤6-24、判断截取的数据帧是否为电压数据标识，则转入步骤6-25；如否，则转入步骤6-23；
步骤6-25、判断该电压数据是否大于NV，如是，则将该数据帧中存储的通信地址和电压数据保存在待自检电能表中的一个存储空间中，并转入步骤6-26；如否，则转入步骤6-23；其中，N为大于0的常数；
步骤6-26、判断待自检电能表中是否完成了m个电能表的电压数据截取，如是，则完成了首次截获，结束；如否，则继续下一个数据帧的截取，并转入步骤6-22。
作为优选，所述步骤2中m＝5。
作为优选，所述步骤5中Δv的取值范围为：2～10。
作为优选，所述步骤5中Δv＝5。
作为优选，所述步骤5中设定的阈值k1＝2。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种电能表计量故障自检系统，所述系统包括连接在同一个电力线上的多个电能表以及用于采集多个电能表输出数据的采集系统，其特征在于：还包括采用如上述的故障自检方法的待自检电能表，所述待自检电能表与多个电能表连接在同一个电力线上，所述待自检电能表的输出端连接采集系统。
作为改进，所述自检系统还包括用于连接所有电能表、待自检电能表分别与采集系统之间通讯连接的通信线。
具体的，所述待自检电能表的MCU通过RS485通信接口与采集系统相连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过待自检电能表的MCU截获连接在同一电力线上的多个电能表返回给采集系统的数据帧，并将待自检电能表的计量芯片采集的电压数据与同一电力线上的电压数据进行对比，从而能对待自检电能表的计量故障进行在线自检；该自检方法通过纯软件的方法实现，无需额外的硬件即可实现自检，因此该自检方法成本低、操作简单；另外通过多次自检对比，提高了待自检电能表计量芯片自检的准确性，该自检方法的结果准确可靠，且该自检方法既能实现在线自检也能实现故障自修复，对于无法修复的计量芯片则主动上报用电采集系统，能保证更快排除电能表计量故障。
附图说明
图1为本发明实施例中电能表计量故障自检方法的流程图；
图2为本发明实施例中自检系统的系统结构框图；
图3为本发明实施例中待自检电能表的自检通讯框图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，一种电能表计量故障自检方法，包括以下步骤：
步骤1、将待自检电能表与n个电能表连接在同一个电力线上，且待自检电能表和n个电能表的数据输出端均连接同一个采集系统；其中，n为自然数；
步骤2、该待自检电能表的计量芯片采样某个时刻的电压数据时，并将采集的电压数据传送给待自检电能表的MCU，同时该待自检电能表的MCU截获同一电力线上任意m个电能表此时返回给采集系统的数据帧，并解析截获的数据帧，得到截获的任意m个电能表的电压数据，其中，m小于等于n，且m为大于等于3的自然数；本实施例中，m＝5；
由于连接在同一个电力线上的电能表与待自检电能表的电压是相同值或基本接近值，电流为不同值，因此自检时只需将待自检电能表与同一电力线上的电能表之间的电压值进行对比，即可知道该待自检电能表是否出现计量故障；
步骤3、在截获的m个电能表对应的电压数据中去掉一个最大值和一个最小值，并将剩余的m-2个电能表的电压数据组成对比数据集；
步骤4、逐一计算待自检电能表的计量芯片采集的电压数据与同一时刻对比数据集中每个电能表的电压数据之间的电压差；
步骤5、统计步骤4中电压差大于ΔvV的电能表个数，并判断电压差大于ΔvV的电能表个数是否大于预设的阈值k1，如是，则该时刻的待自检电能表计量异常，并转入步骤9；如否，则该时刻的待自检电能表计量正常，并转入步骤6；其中，Δv>0，k1为自然数；Δv的取值范围为：2～10；本实施例中，Δv＝5；k1＝2；
步骤6、待自检电能表内的计量芯片每间隔Δt时间采样电力线上的电压数据，并采用步骤2～5中相同的方法，依次完成连续i个时刻的待自检电能表的计量芯片采集的电压数据与同一时刻截取的同一电力线上任意m个电能表的电压数据的对比；i为正整数；本实施例中，i＝3；
其中，依次完成连续i个时刻的待自检电能表的计量芯片采集的电压数据与同一时刻截取的同一电力线上任意m个电能表的电压数据的对比具体包括以下步骤：
步骤6-1、待自检电能表的MCU中设有m个用于存储电压数据的存储空间，且一个存储空间对应存储一个电能表的电压数据，初始化状态时每个存储空间均为空；
步骤6-2、待自检电能表首次截获同一电力线上任意m个电能表返回给采集系统的数据帧后，并将对首次截获的同一电力线上任意m个电能表的数据帧解析后获取的电压数据分别存储在待自检电能表的m个存储空间中；
其中，待自检电能表首次截获同一电力线上任意m个电能表返回给采集系统的数据帧的具体步骤为：
步骤6-21、待自检电能表开始截取数据帧；
步骤6-22、判断截取的数据帧是否符合通讯协议格式，如是，则转入步骤6-24，如否，则转入步骤6-23；
步骤6-23、将该数据帧丢弃，截取下一个数据帧，并转入步骤6-22；
步骤6-24、判断截取的数据帧是否为电压数据标识，则转入步骤6-25；如否，则转入步骤6-23；
步骤6-25、判断该电压数据是否大于NV，如是，则将该数据帧中存储的通信地址和电压数据保存在待自检电能表中的一个存储空间中，并转入步骤6-26；如否，则转入步骤6-23；其中，N为大于0的常数；本实施例中，N＝100；
步骤6-26、判断待自检电能表中是否完成了m个电能表的电压数据截取，如是，则完成了首次截获，结束；如否，则继续下一个数据帧的截取，并转入步骤6-22；
步骤6-3、待自检电能表的MCU执行计量芯片采集的电压数据与存储空间中对应任意m个电能表的电压数据自检比对，自检对比完成后，则转入步骤6-4；
步骤6-4、待自检电能表第二次截获同一电力线上任意m个电能表返回给采集系统的数据帧，并将每个第二次截获的数据帧获取的电压数据分别替换步骤6-2中存储空间中保存的电压数据，并按照步骤6-3中相同的方法完成该时刻的电压数据自检比对；
步骤6-5、依次使用步骤6-4中相同的方法进行多次数据帧的截获以及电压数据自检比对；
步骤7、判断i个时刻的待自检电能表均计量正常时，如是，则该待自检电能表计量正常，结束；如否，则转入步骤8；
步骤8、判断i个时刻的待自检电能表均计量异常时，如是，则置位计量故障信息标志，主动上报用电采集系统，结束；如否，则转入步骤9；
步骤9、复位待自检电能表的计量芯片及刷新计量参数，并转入步骤6，将复位后的待自检电能表计量芯片继续每间隔Δt时间采样电力线上的电压数据及完成i个时刻的待自检电能表的计量芯片采集的电压数据与同一时刻截取的同一电力线上任意m个电能表的电压数据的对比。
如图2～3所示，一种电能表计量故障自检系统，包括连接在同一个电力线上的多个电能表以及用于采集多个电能表输出数据的采集系统，还包括采用如上述的故障自检方法的待自检电能表，待自检电能表与多个电能表连接在同一个电力线上，待自检电能表的输出端连接采集系统。
另外，自检系统还包括用于连接所有电能表、待自检电能表分别与采集系统之间通讯连接的通信线。
本实施例中，待自检电能表的MCU通过RS485通信接口与采集系统相连接。
在电能表计量故障自检系统组网过程中，在同一台区下安装多个用户电能表，如一个小区的单元楼计量箱中安装电能表1、电能2…电能表n，这些电能表均并联在同一个电网中(共用火线和零线)，同时n个电能表的通信信号线相互连通，通过共用一组通信通道线缆连接到同一个采集系统中，采集系统按照一定抄读周期定时轮循抄读电能表1、电能表2…电能表n以及待自检电能表的数据，其中抄读时包括每个电能表对应的通信地址、电压数据及故障信息等数据项，采集系统接收每个电能表抄读返回数据，解析故障信息并存储。
本发明中待自检电能表的计量芯片通过采样电力线上的电压数据，并将数据传送至待自检电能表的MCU中，同时待自检电能表的MCU截获其它电能表返回给采集系统的数据帧，解析其它电能表返回给采集终端的电压数据，获得其它电能表的电压数据，从而通过待自检电能表的MCU自身计量芯片采样计算得到电压数据与其他电能表的电压数据进行计量自检比对，另外考虑比对结果的可靠性，采用选取多个电能表的结果进行比对，遵循少数服从多数原则；如果与大多数电能表均存在差异，说明自身计量存在故障，需对计量芯片进行刷新计量参数、复位计量芯片等操作进行故障排除，若无法修复则置位计量故障信息标志，主动上报用电采集系统。因此该自检方法能实现电能表在线快速自动检测及智能诊断，并能对故障进行自修复，对无法修复的情况则主动反馈并上报给用电采集系统。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电能表计量故障自检方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、将待自检电能表与n个电能表连接在同一个电力线上，且待自检电能表和n个电能表的数据输出端均连接同一个采集系统；其中，n为自然数；
步骤2、该待自检电能表的计量芯片采样某个时刻的电压数据时，并将采集的电压数据传送给待自检电能表的MCU，同时该待自检电能表的MCU截获同一电力线上任意m个电能表此时返回给采集系统的数据帧，并解析截获的数据帧，得到截获的任意m个电能表的电压数据，其中，m小于等于n，且m为大于等于3的自然数；
步骤3、在截获的m个电能表对应的电压数据中去掉一个最大值和一个最小值，并将剩余的m-2个电能表的电压数据组成对比数据集；
步骤4、逐一计算待自检电能表的计量芯片采集的电压数据与同一时刻对比数据集中每个电能表的电压数据之间的电压差；
步骤5、统计步骤4中电压差大于ΔvV的电能表个数，并判断电压差大于ΔvV的电能表个数是否大于预设的第一阈值k1，如是，则该时刻的待自检电能表计量异常，并转入步骤9；如否，则该时刻的待自检电能表计量正常，并转入步骤6；其中，Δv>0，k1为自然数；
步骤6、待自检电能表内的计量芯片每间隔Δt时间采样电力线上的电压数据，并采用步骤2～5中相同的方法，依次完成连续i个时刻的待自检电能表的计量芯片采集的电压数据与同一时刻截取的同一电力线上任意m个电能表的电压数据的对比；i为正整数；
步骤7、判断i个时刻的待自检电能表均计量正常时，如是，则该待自检电能表计量正常，结束；如否，则转入步骤8；
步骤8、判断i个时刻的待自检电能表均计量异常时，如是，则置位计量故障信息标志，主动上报用电采集系统，结束；如否，则转入步骤9；
步骤9、复位待自检电能表的计量芯片及刷新计量参数，并转入步骤6，将复位后的待自检电能表计量芯片继续每间隔Δt时间采样电力线上的电压数据及完成i个时刻的待自检电能表的计量芯片采集的电压数据与同一时刻截取的同一电力线上任意m个电能表的电压数据的对比。
2.根据权利要求1所述的电能表计量故障自检方法，其特征在于：所述步骤6中依次完成连续i个时刻的待自检电能表的计量芯片采集的电压数据与同一时刻截取的同一电力线上任意m个电能表的电压数据的对比具体包括以下步骤：
步骤6-1、待自检电能表的MCU中设有m个用于存储电压数据的存储空间，且一个存储空间对应存储一个电能表的电压数据，初始化状态时每个存储空间均为空；
步骤6-2、待自检电能表首次截获同一电力线上任意m个电能表返回给采集系统的数据帧后，并将对首次截获的同一电力线上任意m个电能表的数据帧解析后获取的电压数据分别存储在待自检电能表的m个存储空间中；
步骤6-3、待自检电能表的MCU执行计量芯片采集的电压数据与存储空间中对应任意m个电能表的电压数据自检比对，自检对比完成后，则转入步骤6-4；
步骤6-4、待自检电能表第二次截获同一电力线上任意m个电能表返回给采集系统的数据帧，并将每个第二次截获的数据帧获取的电压数据分别替换步骤6-2中存储空间中保存的电压数据，并按照步骤6-3中相同的方法完成该时刻的电压数据自检比对；
步骤6-5、依次使用步骤6-4中相同的方法进行多次数据帧的截获以及电压数据自检比对。
3.根据权利要求1所述的电能表计量故障自检方法，其特征在于：所述步骤6-2中待自检电能表首次截获同一电力线上任意m个电能表返回给采集系统的数据帧的具体步骤为：
步骤6-21、待自检电能表开始截取数据帧；
步骤6-22、判断截取的数据帧是否符合通讯协议格式，如是，则转入步骤6-24，如否，则转入步骤6-23；
步骤6-23、将该数据帧丢弃，截取下一个数据帧，并转入步骤6-22；
步骤6-24、判断截取的数据帧是否为电压数据标识，则转入步骤6-25；如否，则转入步骤6-23；
步骤6-25、判断该电压数据是否大于NV，如是，则将该数据帧中存储的通信地址和电压数据保存在待自检电能表中的一个存储空间中，并转入步骤6-26；如否，则转入步骤6-23；其中，N为大于0的常数；
步骤6-26、判断待自检电能表中是否完成了m个电能表的电压数据截取，如是，则完成了首次截获，结束；如否，则继续下一个数据帧的截取，并转入步骤6-22。
4.根据权利要求1所述的电能表计量故障自检方法，其特征在于：所述步骤2中m＝5。
5.根据权利要求1所述的电能表计量故障自检方法，其特征在于：所述步骤5中Δv的取值范围为：2～10。
6.根据权利要求5所述的电能表计量故障自检方法，其特征在于：所述步骤5中Δv＝5。
7.根据权利要求1所述的电能表计量故障自检方法，其特征在于：所述步骤5中设定的阈值k1＝2。
8.一种电能表计量故障自检系统，所述系统包括连接在同一个电力线上的多个电能表以及用于采集多个电能表输出数据的采集系统，其特征在于：还包括采用如权利要求1～7任一项所述的故障自检方法的待自检电能表，所述待自检电能表与多个电能表连接在同一个电力线上，所述待自检电能表的输出端连接采集系统。
9.根据权利要求8所述的电能表计量故障自检系统，其特征在于：所述自检系统还包括用于连接所有电能表、待自检电能表分别与采集系统之间通讯连接的通信线。
10.根据权利要求8所述的电能表计量故障自检系统，其特征在于：所述待自检电能表的MCU通过RS485通信接口与采集系统相连接。
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