CN112034247A - 一种电能表的故障录波方法及其电能表 - Google Patents

一种电能表的故障录波方法及其电能表 Download PDF

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Abstract

一种电能表的故障录波方法，计量芯片对电压或电流波形进行采样，并实时运算每半个波形周期的采样值，得到半波有效采样值；当半波有效采样值不在设定的阈值范围时，则触发故障录波，计量芯片将触发故障录波前后一段时间内的所有半波有效采样值保存在缓存中，并给出故障录波标志；当管理芯片查询到故障录波标志存在，则管理芯片从缓存中读取故障录波数据，数据读取完成后清除该标志，管理芯片对每个半波有效采样值进行处理，得到半波有效可视值；管理芯片将半波有效可视值、故障录波的时间和故障录波通道的ID存储到存储器中；用户通过COSEM接口对故障录波数据进行抄读。还公开了一种电能表。该方法的工作效率高且能记录更长时间的故障数据。

Description

一种电能表的故障录波方法及其电能表
技术领域
本发明涉及电能表领域，特别涉及一种电能表的故障录波方法及其电能表。
背景技术
随着社会的发展以及科技水平的不断提高，应用于电网系统中的设备越来越先进，种类也越来越多。用电设备的多样化必然导致电网非线性负载的增加，这也导致电网中电压、电流波形出现畸变现象、谐波、不平衡等电能质量问题日趋严重。这些问题最终会给用户的电力使用带来不好的体验，有时甚至会对我们的经济带来严重的损害，这些都给电力公司对电网质量的监测水平提出了更高要求。因此，电能质量监测越来越受到用户及电力公司重视。
对于电能质量测量，国际和国内发布了很多标准，有IEC 61000-4-30、IEC61000-4-7、IEC 61000-4-15、GBT12326、GBT15543、GBT30137等，其中IEC61000-4-30标准中定义了许多电能质量相关的参数，包括谐波、闪变、系统不平衡、RVC、电压暂态等参数，为了获得这些参数也涉及很多的方法，包括用于分析谐波、间谐波、次谐波、高频谐波的傅里叶级数法、用于分析电表三相不平衡系统的对称分量法等，这些参数能够准确的反映电能的质量，但这些参数理解起来相对不是那么容易，要理解这些参数反映的电能质量情况，可能需要具备相关专业上的内容，这对于普通用户来说就不太实际。故障录波功能相对而言会更直观的以波形方式呈现给用户，通过波形反映电网某个时刻的电能质量情况。因此需要进一步改进。
发明内容
本发明所要解决的第一种技术问题是针对现有技术的现状，提供一种工作效率高且能记录更长时间的故障数据的电能表的故障录波方法。
本发明所要解决的第二种技术问题是针对现有技术的现状，提供一种应用有上述故障录波方法的电能表。
本发明解决上述第一种技术问题所采用的技术方案为：一种电能表的故障录波方法，其特征在于：所述电能表包括计量芯片、管理芯片和存储器，所述计量芯片和管理芯片之间通讯连接，所述管理芯片与存储器相连接，所述管理芯片上设有COSEM接口，所述电能表的故障录波方法包括两部分，分别为：
1)、通过计量芯片对电压或电流波形进行采样，生成故障录波数据；
其具体步骤如下：
步骤S1、对电能表进行上电初始化，并使用管理芯片为计量芯片供电；
步骤S2、通过管理芯片完成计量芯片的时钟同步及参数设置；
步骤S3、计量芯片对电压或电流波形进行采样，且计量芯片实时运算每半个波形周期的电压或电流采样值，该值即为半波有效采样值；
步骤S4、计量芯片将步骤S3中的半波有效采样值与步骤S2中设定的阈值范围进行比较，判断半波有效采样值是否在设定的阈值范围内，如是，则转至步骤S3，继续下一个半波有效采样值的采样；如否，则触发故障录波，并转入步骤S5；
步骤S5、计量芯片将触发故障录波前后一段时间内N个点的半波有效采样值保存在缓存中，并给出故障录波标志；其中，N为正整数；
2)、管理芯片读取计量芯片中的故障录波数据，其具体步骤如下：
步骤a、管理芯片每间隔一定时间查询计量芯片中的故障录波标志是否存在，如某个时刻查询到计量芯片中的故障录波标志存在，则管理芯片从计量芯片的缓存中读取故障录波数据，计量芯片在管理芯片读取数据完成后则清除故障录波标志，并转入步骤b；如否，则继续执行步骤a，每间隔一定时间查询计量芯片中的故障录波标志；
步骤b、管理芯片对从计量芯片中读取的N个点的半波有效采样值进行处理，获取N个点的半波有效可视值；
步骤c、管理芯片将步骤b中的N个点的半波有效可视值、触发故障录波的时间和故障录波通道的ID存储到存储器中；
步骤d、用户通过COSEM接口对步骤c中的故障录波数据进行抄读，抄读到的故障录波数据以波形的形式呈现给用户。
所述计量芯片与管理芯片之间通过SPI通讯接口相连接。
所述管理芯片与存储器之间通过SPI总线相连接。
优选的，所述电能表内的存储器为Flash存储器。
所述步骤S5中故障录波半波有效值数据记录时间范围为to～t1，其中，故障录波触发时间为t，t∈(t0,t1)，则故障录波后一段时间t1-t的取值范围为0.1s～2s，故障录波前一段时间t-t0的取值范围为0.1s～1s。
优选的，所述t1-t＝2s，t-t0＝1s。
所述步骤c中故障录波通道对应为三相电源A线、B线和C线对应的电压UA、UB、UC以及对应的电流IA、IB、IC组成的6个通道中的一个或多个。
还包括设有抄读软件的终端，所述终端与COSEM接口相连接，用于对故障录波数据进行抄读。
优选的，所述终端为手机或平板电脑。
本发明解决上述第二种技术问题所采用的技术方案为：一种电能表，其特征在于：所述电能表中应用有上述的故障录波方法。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过电能表中采用计量芯片与管理芯片这种双芯的方式将计量任务与管理任务分开，减轻了管理芯片的任务量，提高了管理芯片的运行效率；另外，将电压或电流的半波有效值作为故障录波数据，在同样存储空间内，可记录更多的电压或电流波形，提高了故障录波的数据长度；且用户可根据需求进行选择性抄读，这种抄读方式更为灵活，能给用户带来很好的体验。
附图说明
图1为本发明实施例中电能表的结构框图；
图2为本发明实施例中通过计量芯片生成故障录波数据的流程图；
图3为本发明实施例中管理芯片读取故障录波数据的流程图。
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1～3所示，电能表包括计量芯片、管理芯片和存储器，计量芯片和管理芯片之间通讯连接，管理芯片与存储器相连接，管理芯片上设有COSEM接口，上述电能表的故障录波方法包括两部分，分别为：
1)、通过计量芯片对电压或电流波形进行采样，生成故障录波数据；
其具体步骤如下：
步骤S1、对电能表进行上电初始化，并使用管理芯片为计量芯片供电；
步骤S2、通过管理芯片完成计量芯片的时钟同步及参数设置；
步骤S3、计量芯片对电压或电流波形进行采样，且计量芯片实时运算每半个波形周期的电压或电流采样值，该值即为半波有效采样值；
其中，计量芯片采样的电压或电流波形为三相电源中输入的正弦波波形，计算芯片实时运算每半个波形周期的电压或电流采样值时采用的方法为现有算法；
步骤S4、计量芯片将步骤S3中的半波有效采样值与步骤S2中设定的阈值范围进行比较，判断半波有效采样值是否在设定的阈值范围内，如是，则转至步骤S3，继续下一个半波有效采样值的采样；如否，则触发故障录波，并转入步骤S5；
其中，设定的阈值范围为步骤2中管理芯片完成对计量芯片的参数设置中实现的，可根据实际需要设定为不同的阈值范围；
步骤S5、计量芯片将触发故障录波前后一段时间内N个点的半波有效采样值保存在缓存中，并给出故障录波标志；其中，N为正整数；
其中，故障录波半波有效值数据记录时间范围为to～t1，其中，故障录波触发时间为t，t∈(t0,t1)，则故障录波后一段时间t1-t的取值范围为0.1s～2s，故障录波前一段时间t-t0的取值范围为0.1s～1s。本实施例中，t1-t＝2s，t-t0＝1s。
2)、管理芯片读取计量芯片中的故障录波数据，其具体步骤如下：
步骤a、管理芯片每间隔一定时间查询计量芯片中的故障录波标志是否存在，如某个时刻查询到计量芯片中的故障录波标志存在，则管理芯片从计量芯片的缓存中读取故障录波数据，计量芯片在管理芯片读取数据完成后则清除故障录波标志，并转入步骤b；如否，则继续执行步骤a，每间隔一定时间查询计量芯片中的故障录波标志；
步骤b、管理芯片对从计量芯片中读取的N个点的半波有效采样值进行处理，获取N个点的半波有效可视值；
本实施例中，将N个点的半波有效采样值转换为N个点的半波有效可视值采用的方法为现有算法；
步骤c、管理芯片将步骤b中的N个点的半波有效可视值、触发故障录波的时间和故障录波通道的ID存储到存储器中；
其中，故障录波通道对应为三相电源A线、B线和C线对应的电压UA、UB、UC以及对应的电流IA、IB、IC组成的6个通道中的一个或多个，该步骤中故障录波通道的ID用于标识区分电压UA、UB、UC以及电流IA、IB、IC组成的6个通道；
步骤d、用户通过COSEM接口对步骤c中的故障录波数据进行抄读，抄读到的故障录波数据以波形的形式呈现给用户。
抄读数据时，可以抄读当前所有记录，也可根据故障录波记录时间或故障录波通道的ID进行选择性抄读。
其中，计量芯片与管理芯片之间通过SPI通讯接口相连接；管理芯片与存储器之间通过SPI总线相连接。
为了防止电能表断电后该电能表中的数据丢失，本实施例中，存储器为Flash存储器。
还包括设有抄读软件的终端，终端与COSEM接口相连接，用于对故障录波数据进行抄读。本实施例中，终端为手机或平板电脑。
一种电能表，电能表中应用有如上述的故障录波方法。
上述的故障录波方法中通过电能表内的计量芯片采样电网的电流或电压数据，对满足故障录波的采样数据记录下来，并通过管理芯片读取故障录波的采样数据，之后通过管理芯片进行处理、转换、存储，并最终以波形的方式呈现给用户，用户即可通过波形直观的看到某个时刻的电压、电流波形情况，该方法中计量芯片生成故障录波数据与管理芯片读取故障录波数据的这两个过程为独立过程，两者之间工作互不干扰，提高了管理芯片的工作效率。该故障录波方法中的故障录波条件可配置，根据实际需要设定合适的半波有效值采样值阈值，从而触发记录满足故障录波条件的采样值；另外，故障录波的通道可配置，可选择三相电源中的三线电压或电流中的一个或多个通道作为故障录波对象。
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)

1.一种电能表的故障录波方法，其特征在于：所述电能表包括计量芯片、管理芯片和存储器，所述计量芯片和管理芯片之间通讯连接，所述管理芯片与存储器相连接，所述管理芯片上设有COSEM接口，所述电能表的故障录波方法包括两部分，分别为：
1)、通过计量芯片对电压或电流波形进行采样，生成故障录波数据；
其具体步骤如下：
步骤S1、对电能表进行上电初始化，并使用管理芯片为计量芯片供电；
步骤S2、通过管理芯片完成计量芯片的时钟同步及参数设置；
步骤S3、计量芯片对电压或电流波形进行采样，且计量芯片实时运算每半个波形周期的电压或电流采样值，该值即为半波有效采样值；
步骤S4、计量芯片将步骤S3中的半波有效采样值与步骤S2中设定的阈值范围进行比较，判断半波有效采样值是否在设定的阈值范围内，如是，则转至步骤S3，继续下一个半波有效采样值的采样；如否，则触发故障录波，并转入步骤S5；
步骤S5、计量芯片将触发故障录波前后一段时间内N个点的半波有效采样值保存在缓存中，并给出故障录波标志；其中，N为正整数；
2)、管理芯片读取计量芯片中的故障录波数据，其具体步骤如下：
步骤a、管理芯片每间隔一定时间查询计量芯片中的故障录波标志是否存在，如某个时刻查询到计量芯片中的故障录波标志存在，则管理芯片从计量芯片的缓存中读取故障录波数据，计量芯片在管理芯片读取数据完成后则清除故障录波标志，并转入步骤b；如否，则继续执行步骤a，每间隔一定时间查询计量芯片中的故障录波标志；
步骤b、管理芯片对从计量芯片中读取的N个点的半波有效采样值进行处理，获取N个点的半波有效可视值；
步骤c、管理芯片将步骤b中的N个点的半波有效可视值、触发故障录波的时间和故障录波通道的ID存储到存储器中；
步骤d、用户通过COSEM接口对步骤c中的故障录波数据进行抄读，抄读到的故障录波数据以波形的形式呈现给用户。
2.根据权利要求1所述的电能表故障录波方法，其特征在于：所述计量芯片与管理芯片之间通过SPI通讯接口相连接。
3.根据权利要求1所述的电能表故障录波方法，其特征在于：所述管理芯片与存储器之间通过SPI总线相连接。
4.根据权利要求3所述的电能表故障录波方法，其特征在于：所述电能表内的存储器为Flash存储器。
5.根据权利要求1所述的电能表故障录波方法，其特征在于：所述步骤S5中故障录波半波有效值数据记录时间范围为to～t1，其中，故障录波触发时间为t，t∈(t0,t1)，则故障录波后一段时间t1-t的取值范围为0.1s～2s，故障录波前一段时间t-t0的取值范围为0.1s～1s。
6.根据权利要求5所述的电能表故障录波方法，其特征在于：所述t1-t＝2s，t-t0＝1s。
7.根据权利要求1所述的电能表故障录波方法，其特征在于：所述步骤c中故障录波通道对应为三相电源A线、B线和C线对应的电压UA、UB、UC以及对应的电流IA、IB、IC组成的6个通道中的一个或多个。
8.根据权利要求1所述的电能表故障录波方法，其特征在于：还包括设有抄读软件的终端，所述终端与COSEM接口相连接，用于对故障录波数据进行抄读。
9.根据权利要求8所述的电能表故障录波方法，其特征在于：所述终端为手机或平板电脑。
10.一种电能表，其特征在于：所述电能表中应用有如权利要求1～9任一项所述的故障录波方法。
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