CN113064114A - 一种多芯电能表的高精度快速校表方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多芯电能表的高精度快速校表方法，涉及传感通信优化技术领域，解决了目前多芯电能表计量芯的校对方案无法解决小电流误差以及标准源抖动导致的校对效率差、精度不高的技术问题。该方法包括校表模块、计量芯、标准源；所述校表方法步骤为：对所述校表模块进行初始化设置；所述校表模块初始化所述标准源的输出，进行功率校准；所述校表模块修改所述标准源的输出，进行功率相位校准；所述校表模块修改所述标准源的输出，进行功率偏置校准；所述校表模块修改所述标准源的输出，进行电流偏置校准。本发明的校表方法由校表模块自动化完成；具备高效率、高精度的校准功能。

Description

一种多芯电能表的高精度快速校表方法

技术领域

本发明涉及电力计量设备技术领域，尤其涉及一种多芯电能表的高精度快速校表方法。

背景技术

计量芯作为电量计量的单元，其精确度需要必须得到保证，但现实情况由于电表使用的元器件不能保证每个的精度都一摸一样，每个计量芯总有一定的差异，需要出厂前必须每个电表进行精度校准。

多芯模组化电能表与一体化智能电表的区别，在于多芯模组化电能表采用多芯模组化设计，主要由计量芯、管理芯、扩展功能模组等组成。我国在下一代智能电表标准上采用基于IR46(International Recommendation46，IR46) 标准的双芯智能电表方案，核心解决的是计量功能与其他管理类功能的分离，支持非计量部分软件在线升级，且非计量部分的故障和升级不影响计量部分的准确性和稳定性。多芯电能表是对双芯智能电表的扩展。基于IR46的双芯智能电表标准方案，将电表功能分成计量芯和功能芯两个互不干扰的独立部分。计量芯部分完成的功能包括计量、电量数据存储、实时时钟(RealTime Clock， RTC)计时等，计量芯独立运行，法制认证，不允许软件升级。管理芯部分包括智能电卡接口、嵌入式安全控制模块(Embedded Secure Access Module， ESAM)、显示、存储器、负控管理和对外通信等功能。由于计量芯部分和管理芯部分各自独立自成系统，在新的电表方案中，计量部分和管理部分都会各自需要一颗微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)主控芯片，两颗主控完成的功能和核心关键指标也会不同，这是实现基于IR46标准的双芯电表方案的关键。

目前，普遍采用的校表方案为：程控标准源输出设定校准的误差点，计量芯接上标准源后通过脉冲信号反馈电量信息给标准源，由标准源计算误差，最后把通过软件把误差反写回计量芯，再由计量芯计算相关的增益系数等参数，实现计量芯的电量精度校准。具体步骤为：首先把需要校准的误差点数据写入计量芯；再由程控标准源输出设置好的误差点电量信息，由计量芯根据预先设置好的误差点数据和当前标准源输出的数据进行对比计算误差；最后计算出相关的增益系数等参数，实现计量芯的电量精度校准。

该方案不足点为：误差值由标准源计算，计量芯的脉冲输出需要达到累计一定电量的时候才会输出，在小电流误差点测试的收效率就会比较低；误差点的数值开始就写入计量芯，最后误差也是由计量芯计算，对标准源的要求较高，即使精度再高的标准源也存在抖动的情况，所以还是会影响到最终校准的精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对目前多芯电能表计量芯的校对方案无法解决小电流误差以及标准源抖动导致校对效率差、精度不高的技术问题，提供了一种多芯电能表的高精度快速校表方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多芯电能表的高精度快速校表方法，用于对校表装置的校表模块、计量芯、标准源分别进行校准，包括以下步骤：

S1、对所述校表模块进行初始化设置；

S2、所述校表模块初始化所述标准源的输出，进行功率校准；

S3、所述校表模块修改所述标准源的输出，进行功率相位校准；

S4、所述校表模块修改所述标准源的输出，进行功率偏置校准；

S5、所述校表模块修改所述标准源的输出，进行电流偏置校准。

进一步地，所述校表模块初始化参数包括所述标准源的额定电压U_n、额定电流设I_b及误差点。

进一步地，步骤S2包括以下步骤：

S21、初始化所述标准源的输出为：额定电压U₁＝100％U_n，额定电流 I₁＝100％I_b，功率因数PF＝1.0；

S22、读取所述标准源的输出电压U₁、电流I₁以及所述计量芯的输出电压U₂、电流I₂；

S23、分别计算电压校准系数a_U，电流校准系数a_I，初始功率校准系数 k₀及初始功率误差值errp₀；

a_U＝U₁/U₂ (1)；

a_I＝I₁/I₂ (2)；

k₀＝a_Ua_I (3)；

errp₀＝(U₂ I₂-U₁I₁)/U₁I₁ (4)；

S24、将所述电压校准系数a_U，电流校准系数a_I，初始功率校准系数k₀及初始功率误差值errp₀存入所述计量芯中。

进一步地，步骤S3包括以下步骤：

S31、修改所述标准源的输出为：U₁＝100％U_n、I₁＝100％I_b、PF＝0.5；

S32、读取所述标准源的输出电压U₁、电流I₁与所述计量芯输出的有功功率GP₂、无功功率GQ₂；

S3-3、计算功率校准系数设为k及相位角差设为Δθ；

S34、将所述功率校准系数、相位角差存入所述计量芯中。

进一步地，步骤S4包括如下步骤：

S41、修改所述标准源的输出为U₁＝100％U_n、I₁＝5％I_b、PF＝1；

S42、读取所述标准源的输出电压U₁、电流I₁与所述计量芯的有功功率 GP₂、无功功率GQ₂；

S43、计算标准有功功率GP₁、标准无功功率GQ₁、功率误差值errP₁；

GP₁＝U₁I₁ cosΔθ (7)；

GQ₁＝U₁I₁sinΔθ (8)；

S44、将所述标准有功功率、标准无功功率存入所述计量芯中。

进一步地，所述计量芯的功率偏置校准公式为：

GP＝[(GP₂-GP₁)/GP₁]×2¹⁵ (9)；

GQ＝[(GQ₂-GQ₁)/GQ₁]×2¹⁵ (10)；

其中，GP为校准后的有功功率的实际值；GQ为校准后的无功功率的实际值。

进一步地，步骤S5包括如下步骤：

S51、修改所述标准源的输出为U₁＝100％U_n、I₁＝0％I_b、PF＝1；

S52、读取所述标准源的输出电压U₁、电流I₁与所述计量芯的输出电压 U₂、电流I₂；

S5-3、校正所述电压U2、电流I2。

进一步地，校正公式为：

U＝a_UU₁ (11)；

I＝a_II₂ (12)；

其中，U为校准后的实际电压值；I为校准后的实际电流值。

本发明的另一方面，还提供了一种多芯电能表的高精度快速校表，用于实现上文所述的校表方法，包括校表模块、计量芯、标准源；其中，所述校表模块与所述计量芯、标准源通信连接；所述计量芯、标准源电性连接；所述计量芯设置在所述多芯电能表内；所述校表模块能够对所述标准源的输出进行控制，并实时读取其输出；同时，还能够实时读取所述计量芯输出的输出。

进一步地，所述终端为计算机；所述校表模块能够通过所述计算机的通讯接口连接所述计量芯、标准源；所述校表模块为终端可读的存储介质，所述存储介质上存储有能够在所述终端上运行的程序，所述程序被执行时能够实所述校表方法的步骤。

实施本发明上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效：

(1)自动化。本校表方法在整个校准过程中由校表模块完全自动化实现；

(2)效率高。一方面得益于自动化提升了效率，另一方面由校表模块直接操作设备更底层的数据能够实现更高效率的校准；

(3)高精度。得益于校表校表模块对设备端的更底层操作和算法更灵活，能够实现更高精度的校准功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：

图1是本发明实施例的校表方法流程图。

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，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种示例性实施例，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的装置和方法的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

以下实施例仅是一个特例，并不表明本发明就这样一种实现方式。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

如图1所示，一种多芯电能表的高精度快速校表方法，用于对校表装置的校表模块、计量芯、标准源分别进行校准，其校表方法包括以下步骤：

S1、对校表模块进行初始化设置。其中，校表模块初始化参数包括标准源的额定电压U_n、额定电流I_b及误差点；

S2、校表模块初始化标准源的输出，进行功率校准。该步骤S2包括以下步骤：

S21、初始化标准源的输出为：额定电压U₁＝100％U_n，额定电流I₁＝100％I_b，功率因数PF＝1.0；

S22、读取标准源的输出电压U₁、电流I₁与计量芯的输出电压U₂、电流 I₂；

S23、分别计算电压校准系数a_U，电流校准系数a_I，初始功率校准系数 k₀及初始功率误差值errp₀；

a_U＝U₁/U₂ (1)；

a_I＝I₁/I₂ (2)；

k₀＝a_Ua_I (3)；

errp₀＝(U₂I₂-U₁I₁)/U₁I₁ (4)；

S24、将电压校准系数a_U，电流校准系数a_I，初始功率校准系数k₀及初始功率误差值errp₀存入计量芯中。

S3、所表模块修改标准源的输出，进行功率相位校准；该步骤S3包括以下步骤：

S31、修改标准源的输出为：U₁＝100％U_n、I₁＝100％I_b、PF＝0.5；

S32、读取标准源的输出电压U₁、电流I₁与计量芯输出的有功功率GP₂、无功功率GQ₂；

S33、计算功率校准系数设为k及相位角差设为Δθ；

S34、将功率校准系数、相位角差存入计量芯中。

S4、校表模块修改标准源的输出，进行功率偏置校准；具体地，更进一步的步骤如下：

S41、修改标准源的输出为U₁＝100％U_n、I₁＝5％I_b、PF＝1；

S42、读取标准源的输出电压U₁、电流I₁与计量芯的有功功率GP₂、无功功率GQ₂；

S43、计算标准有功功率GP₁、标准无功功率GQ₁、功率误差值errP₁；

GP₁＝U₁I₁cosΔθ (7)；

GQ₁＝U₁I₁sinΔθ (8)；

S44、将标准有功功率、标准无功功率存入计量芯中。

进一步地，计量芯的功率偏置校准公式为：

GP＝[(GP₂-GP₁)/GP₁]×2¹⁵ (9)；

GQ＝[(GQ₂-GQ₁)/GQ₁]×2¹⁵ (10)；

其中，GP为校准后的有功功率的实际值；GQ为校准后的无功功率的实际值。

S5、校表模块修改标准源的输出，进行电流偏置校准。更进一步地步骤为：

S51、修改标准源的输出为U₁＝100％U_n、I₁＝0％I_b、PF＝1；

S52、读取标准源的输出电压U₁、电流I₁与计量芯的输出电压U₂、电流 I₂；

S53、校正电压U2、电流I2。

根据上述步骤，最终校正公式为：

U＝a_UU₁ (11)；

I＝a_II₂ (12)；

其中，U为校准后的实际电压值；I为校准后的实际电流值。

在本实施例中，初始功率误差值errp₀会与校表模块初始化设置的误差点进行比较，要求errp₀小于误差点，如果要求不能满足，将会重新执行步骤S2，进行进一步调整，该调整次数平均值为1次。因采用校表模块对标准源和计量芯实施同步的电量信息读取汇集在校表模块处进行计算误差。进行校准的数据颗粒度更细，更详细；而当前主流的做法对计量芯端是脉冲的反馈信号 (颗粒度大)，对标准源是误差结果(颗粒度大)的反馈，本实施例是针对计量芯端的寄存器数据(颗粒度小)读取和对标准源端所有电量数据直接读取来进行计算，能够大大降低误差，提高精度。进一步地，校表模块为终端可读的存储介质，存储介质上存储有能够给在终端上运行的程序，程序被执行时能够完成步骤S1--S5中校表方法的所有步骤。

优选地，终端为计算机；校表模块能够通过计算机的通讯接口连接计量芯、标准源。

本发明通过校表模块用2个通讯接口同时连接计量芯和标准源，首先对校表模块设置好校表的相关参数后，对标准源同时进行控制输出和实时读取标准源的当前输出情况，对计量芯实时读取当前的电量计量信息，这样标准源端和计量芯端的电量信息都实时汇集在校表模块处进行比较校准，这样精度能得到保证，在小电流的时候由于校表模块直接读取计量芯片的寄存器信息，即使还没达到足够电量的脉冲输出还是能够读取当前的电量变化，可以快速进行校准计算。该校表方法在整个校准过程中由校表模块完全自动化实现；一方面自动化提升了效率，另一方面由校表模块直接操作设备更底层的数据实现了更高效率的校准；而且，校表模块对设备端的更底层操作和算法更灵活，实现了更高精度的校准功能。

实施例二：

本发明的一种多芯电能表的高精度快速校表装置，用于实现实施例一中所述的校表方法，包括校表模块、计量芯、标准源。其中，校表模块与计量芯、标准源通信连接，计量芯、标准源电性连接，计量芯设置在所述多芯电能表内。校表模块能够对标准源的输出进行控制，并实时读取其输出；同时，还能够实时读取计量芯输出的输出。本实施例中，校表模块为终端可读的存储介质，存储介质上存储有能够在终端上运行的程序，程序被执行时能够实校表方法的相关步骤，终端优选为计算机，＝校表模块能够通过计算机的通讯接口连接计量芯、标准源。

综上述，本校表方法在整个校准过程中由校表模块完全自动化实现；而且，效率和精度高。效率高一方面得益于自动化提升了效率，另一方面由校表模块直接操作设备更底层的数据能够实现更高效率的校准。高精度，得益于校表校表模块对设备端的更底层操作和算法更灵活，能够实现更高精度的校准功能。

在阅读完本文描述的内容之后，本领域的技术人员应当明白，本文描述的各种特征可通过方法、数据处理系统或计算机程序产品来实现。因此，这些特征可不采用硬件的方式、全部采用软件的方式或者采用硬件和软件结合的方式来表现。此外，上述特征也可采用存储在一种或多种计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式来表现，该计算机可读存储介质中包含计算机可读程序代码段或者指令，其存储在存储介质中。可读存储介质被配置为存储各种类型的数据以支持在装置的操作。可读存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现。如静硬态盘、随机存取存储器(SRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、可编程只读存储器(PROM)、只读存储器(ROM)、光存储设备、磁存储设备、快闪存储器、磁盘或光盘和/或上述设备的组合。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多芯电能表的高精度快速校表方法，其特征在于，用于对校表装置的校表模块、计量芯、标准源分别进行校准；

包括以下步骤：

S1、对所述校表模块进行初始化设置；

S2、所述校表模块初始化所述标准源的输出，进行功率校准；

S3、所述校表模块修改所述标准源的输出，进行功率相位校准；

S4、所述校表模块修改所述标准源的输出，进行功率偏置校准；

S5、所述校表模块修改所述标准源的输出，进行电流偏置校准。

2.根据权利要求1所述的校表方法，其特征在于，所述校表模块初始化参数包括所述标准源的额定电压U_n、额定电流设I_b及误差点。

3.根据权利要求1所述的校表方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：

S21、初始化所述标准源的输出为：额定电压U₁＝100％U_n，额定电流I₁＝100％I_b，功率因数PF1.0；

S22、读取所述标准源的输出电压U₁、电流I₁以及所述计量芯的输出电压U₂、电流I₂；

S23、分别计算电压校准系数a_U，电流校准系数a_I，初始功率校准系数k₀及初始功率误差值errp₀；

a_U＝U₁/U₂ (1)；

a_I＝I₁/I₂ (2)；

k₀＝a_Ua_I (3)；

errp₀＝(U₂I₂-U₁I₁)/U₁I₁ (4)；

S24、将所述电压校准系数a_U，电流校准系数a_I，初始功率校准系数k₀及初始功率误差值errp₀存入所述计量芯中。

4.根据权利要求1所述的校表方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：

S31、修改所述标准源的输出为：U₁＝100％U_n、I₁＝100％I_b、PF＝0.5；

S32、读取所述标准源的输出电压U₁、电流I₁与所述计量芯输出的有功功率GP₂、无功功率GQ₂；

S33、计算功率校准系数设为k及相位角差设为Δθ；

S34、将所述功率校准系数、相位角差存入所述计量芯中。

5.根据权利要求2所述的校表方法，其特征在于，所述步骤S4包括如下步骤：

S41、修改所述标准源的输出为U₁＝100％U_n、I₁＝5％I_b、PF＝1；

S42、读取所述标准源的输出电压U₁、电流I₁与所述计量芯的有功功率GP₂、无功功率GQ₂；

S43、计算标准有功功率GP₁、标准无功功率GQ₁、功率误差值errP₁；

GP₁＝U₁I₁cosΔθ (7)；

GQ₁＝U₁I₁sinΔθ (8)；

S44、将所述标准有功功率、标准无功功率存入所述计量芯中。

6.根据权利要求5所述的校表方法，其特征在于，所述计量芯的功率偏置校准公式为：

GP＝[(GP₂-GP₁)/GP₁]×2¹⁵ (9)；

GQ＝[(GQ₂-GQ₁)/GQ₁]×2¹⁵ (10)；

其中，GP为校准后的有功功率的实际值；GQ为校准后的无功功率的实际值。

7.根据权利要求1所述的校表方法，其特征在于，所述步骤S5包括如下步骤：

S51、修改所述标准源的输出为U₁＝100％U_n、I₁＝0％I_b、PF＝1；

S52、读取所述标准源的输出电压U₁、电流I₁与所述计量芯的输出电压U₂、电流I₂；

S53、校正所述电压U2、电流I2。

8.根据权利要求7所述的校表方法，其特征在于，校正公式为：

U＝a_UU₁ (11)；

I＝a_II₂ (12)；

其中，U为校准后的实际电压值；I为校准后的实际电流值。

9.一种多芯电能表的高精度快速校表装置，其特征在于，用于实现权利要求1-8任一项所述的校表方法，包括校表模块、计量芯、标准源；其中，

所述校表模块与所述计量芯、标准源通信连接；所述计量芯、标准源电性连接；所述计量芯设置在所述多芯电能表内；

所述校表模块能够对所述标准源的输出进行控制，并实时读取其输出；同时，还能够实时读取所述计量芯输出的输出。

10.根据权利要求9所述的校表装置，其特征在于，所述校表模块为终端可读的存储介质，所述存储介质上存储有能够在所述终端上运行的程序，所述程序被执行时能够实所述校表方法的步骤；

所述终端为计算机；所述校表模块能够通过所述计算机的通讯接口连接所述计量芯、标准源。

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