CN115047400A - 三相电能表准确度校验方法、系统、终端设备及介质 - Google Patents

三相电能表准确度校验方法、系统、终端设备及介质 Download PDF

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CN115047400A CN202210673717.7A CN202210673717A CN115047400A CN 115047400 A CN115047400 A CN 115047400A CN 202210673717 A CN202210673717 A CN 202210673717A CN 115047400 A CN115047400 A CN 115047400A
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李经儒
招景明
彭龙
姚智聪
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赵炳辉
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Abstract

本申请公开了一种三相电能表准确度校验方法、系统、终端设备及介质，该方法包括：将给定信号输入至三相电能表，生成三相电能表输出的电能和功率数据，作为第一数据；对第一数据进行降噪处理，包括：对第一数据进行均值滤波处理，生成第二数据；将第二数据和第一数据作差，生成第三数据，对第三数据进行维纳滤波处理；对维纳滤波处理后的数据进行软阈值处理，生成第四数据；根据第二数据、第三数据及第四数据，生成第一数据的降噪数据；对降噪数据进行准确度校验。本申请通过对待测的电能和功率数据进行均值滤波、维纳滤波和软阈值处理，保留了原始突变点并实现了有效降噪，降低数据噪声对检定结果的影响，提高电能表校验结果的准确度。

Description

三相电能表准确度校验方法、系统、终端设备及介质
技术领域
本申请涉及电能表检测技术领域，尤其涉及一种三相电能表准确度校验方法、系统、终端设备及介质。
背景技术
在现有的电能表校验检测过程中，部分信号的传输过程存在明显的噪声影响。为降低噪声影响，常用的方式是采用均值滤波方法。其中，传统的均值滤波算法是一种简单且对高斯噪声具有良好抑制能力的算法，但是均值滤波方法也有其自身难以克服的缺陷，即均值滤波对突变点十分敏感，其根本原因在于在均值运算中，各个点的权值都一样。当滤波窗内存在突变点时，突变点会在很大程度上影响滤波效果。同时，突变点的存在经均值滤波后，其影响还会迅速扩散到其附近的点，不仅对于检测突变点的准确性造成影响，还会导致采集或传输数据过程出现数据失真的情况，从而影响最终的校验结果。
发明内容
本申请的目的在于提供一种三相电能表准确度校验方法、系统、终端设备及介质，以解决现有技术中采用均值滤波对三相电能表输出信号进行处理再进行校验，导致数据容易出现失真，使得校验结果准确度低的问题。
为实现上述目的，本申请提供一种三相电能表准确度校验方法，包括：
将给定信号输入至三相电能表，生成三相电能表输出的电能和功率数据，作为第一数据；
对所述第一数据进行降噪处理，包括：对所述第一数据进行均值滤波处理，生成第二数据；将所述第二数据和所述第一数据作差，生成第三数据，对所述第三数据进行维纳滤波处理；对维纳滤波处理后的数据进行软阈值处理，生成第四数据；根据所述第二数据、所述第三数据及所述第四数据，生成第一数据的降噪数据；
对所述降噪数据进行准确度校验。
进一步，作为优选地，所述将给定信号输入至三相电能表，包括：
将给定信号发送至程控功率源，生成对应的测试电功率；
将所述测试电功率输入至三相电能表。
进一步，作为优选地，所述生成三相电能表输出的电能和功率数据，包括：
获取三相电能表输出的电能脉冲，所述三相电能表包括标准三相电能表和被检三相电能表；
对所述电能脉冲进行计数，分别得到标准三相电能表和被检三相电能表的输出脉冲数；
根据标准三相电能表仪表常数、输出脉冲数以及被检三相电能表的仪表常数、输出脉冲数，生成对应的电能和功率数据。
进一步，作为优选地，所述对所述降噪数据进行准确度校验，包括：
对所述降噪数据进行修正，对修正后的数据进行误差分析；
对误差分析结果进行展示及存储。
本申请还提供一种三相电能表准确度校验系统，包括：
测量数据获取模块，用于将给定信号输入至三相电能表，生成三相电能表输出的电能和功率数据，作为第一数据；
数据处理模块，用于对所述第一数据进行降噪处理，包括：
均值滤波单元，用于对所述第一数据进行均值滤波处理，生成第二数据；
维纳滤波单元，用于将所述第二数据和所述第一数据作差，生成第三数据，对所述第三数据进行维纳滤波处理；
软阈值处理单元，用于对维纳滤波处理后的数据进行软阈值处理，生成第四数据；
降噪数据生成单元，用于根据所述第二数据、所述第三数据及所述第四数据，生成第一数据的降噪数据；
准确度校验模块，用于对所述降噪数据进行准确度校验。
进一步，作为优选地，所述测量数据获取模块，包括功率源单元，用于：
将给定信号发送至程控功率源，生成对应的测试电功率；
将所述测试电功率输入至三相电能表。
进一步，作为优选地，所述测量数据获取模块，还包括电能表单元，用于：
获取三相电能表输出的电能脉冲，所述三相电能表包括标准三相电能表和被检三相电能表；
对所述电能脉冲进行计数，分别得到标准三相电能表和被检三相电能表的输出脉冲数；
根据标准三相电能表仪表常数、输出脉冲数以及被检三相电能表的仪表常数、输出脉冲数，生成对应的电能和功率数据。
进一步，作为优选地，所述准确度校验模块，包括：
误差分析单元，用于对所述降噪数据进行修正，对修正后的数据进行误差分析；
显示单元，用于对误差分析结果进行展示；
存储单元，用于对误差分析结果进行存储。
本申请还提供一种终端设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上任一项所述的三相电能表准确度校验方法。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的三相电能表准确度校验方法。
相对于现有技术，本申请的有益效果在于：
1)本申请通过采用算法对电能表得出的结果数据进行处理，采用的降噪处理方法首先对数据信号进行均值滤波，对高斯白噪声进行很好的抑制，从而减少传统维纳滤波时噪声对所取参数的影响，将均值滤波结果与滤波之前的信号相减后再进行维纳滤波，从而提取边缘信息，最后对以上结果进行阈值处理之后再与均值滤波相加，具有能很好地去除大量高斯噪声的优点，结合维纳滤波的最小均方误差准则及阈值处理技术，同时实现了大面积去噪和原始突变点的保留，保证数据在传输过程中出现的噪声可得到较好的处理，降低噪声对最终检定结果的影响，保证电能检定数据和结果的准确性。
2)本申请中采用标准电能表与被检电能表分别对同一程控功率源输出的测试电功率进行测量，由数据处理单元利用算法对两组数据进行降噪处理，在判断对数据信号的降噪性能的同时可利用标准电能表与被检电能表的测量数据进行比对，更为直观的了解相应算法对数据的降噪处理能力和被检电能表自身的准确度。
3)本申请中采用算法对传输过程中的数据进行处理，该算法用阈值滤波方法对其进行更进一步的处理，它采用软阈值处理，不仅对信号不产生影响，而且能保留更多的电能质量检测信号细节，去噪过程明显改善突变点信息的模糊，使信号更为精准的表现，在一定程度上保证数据和结果的准确。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，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。
图1是本申请某一实施例提供的三相电能表准确度校验方法的流程示意图；
图2是本申请某一实施例提供的三相电能表准确度校验系统的结构示意图；
图3是图2中测量数据获取模块01的结构示意图；
图4是图2中测量准确度校验模块03的结构示意图；
图5是本申请某一实施例提供的终端设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
需要说明的是，电能计量装置在使用前通常需要接受强制检定。目前电能表检定普遍采用标准表法，该方法适用于工作人员在现场运行条件中，测定电能表是否存在误差，也就是用标准的电能表，接通用户进行测量，对比观察用户使用的电能表是否准确。在操作中，要注意：首先标准电能表按照固定相序进行接通，标准电能表上有明显的相别标注不能接反；然后要先进行通电预热再将标准电能表接入电路中；最后在使用标准电能表时，必须确保它与被测验的电能表接入的是同一个电压和电流，这样才能发现用户使用的电能表是否存在误差。需要特别注意的是，电流线应该并入电流回路，电压线应该并入电压回路。
维纳滤波是经典的去除高斯白噪声的方法，维纳滤波器在最小均方误差意义上，具有最优性能，也称最小均方误差滤波。在已知信号与噪声的相关函数时，根据过去全部的观测值和当前的观测值估计信号的当前值。当信号和干扰及随机噪声同时输入该滤波器时，输出端能够尽可能地将信号精确地表现出来。但传统的空间自适应维纳滤波算法参数由局部数据，即某个邻域上的系数或某个邻域上的系数加上相邻尺度上的对应系数所估计。但是由于邻域不可能取得很大，该算法在某些点上会造成估计精度的严重下降，造成电能质量检测信号中有用信息的丢失，且传统空间自适应维纳滤波的参数是由局部数据，即某个邻域上的系数所估计，实际应用中滤波长度的选择不能过大，所以高斯噪声的大量存在对均值和方差的影响成了一个亟待解决的问题。为了解决噪声，现有的方法通常采用均值滤波方法进行，但是这种方式对突变点十分敏感，其根本原因在于在均值运算中，各个点的权值都一样。当滤波窗内存在突变点时，突变点在很大程度上影响了滤波效果，同时突变点的存在经均值滤波其影响还会扩散到其附近的点，其均值运算对于检测突变点的准确性有影响，因此导致采集或传输数据过程存在数据失真的情况，影响最终的检测校验结果。因此本申请实施例旨在提供一种三相电能表准确度校验方法，通过降低噪声以提高准确度校验结果的准确度。
请参阅图1，本申请某一实施例提供一种三相电能表准确度校验方法。如图1所示，该三相电能表准确度校验方法包括步骤S10至步骤S30，且S20又包括子步骤S201-S204。其中，各步骤具体如下：
S10、将给定信号输入至三相电能表，生成三相电能表输出的电能和功率数据，作为第一数据。
具体地，将给定信号输入至三相电能表包括：
1.1)将给定信号发送至程控功率源，生成对应的测试电功率；
1.2)将所述测试电功率输入至三相电能表。
在某一具体地实施方式中，生成三相电能表输出的电能和功率数据主要包括：
1.3)获取三相电能表输出的电能脉冲，所述三相电能表包括标准三相电能表和被检三相电能表；
1.4)对所述电能脉冲进行计数，分别得到标准三相电能表和被检三相电能表的输出脉冲数；
1.5)根据标准三相电能表仪表常数、输出脉冲数以及被检三相电能表的仪表常数、输出脉冲数，生成对应的电能和功率数据。
本实施例中，通过采用标准三相电能表与被检三相电能表分别对同一程控功率源输出的测试电功率进行测量，然后对两组数据分别进行降噪处理，在判断对数据信号的降噪性能的同时可利用标准三相电能表与被检三相电能表的测量数据进行比对，能够更为直观地了解降噪处理能力和被检三相电能表自身的准确度。
S20、对所述第一数据进行降噪处理。
可以理解，为了降低噪声对校准过程的影响，本步骤的降噪处理尤其重要。在某一具体地实施例中，步骤S20主要包括以下步骤：
S201、对所述第一数据进行均值滤波处理，生成第二数据；
S202、将所述第二数据和所述第一数据作差，生成第三数据，对所述第三数据进行维纳滤波处理；
S203、对维纳滤波处理后的数据进行软阈值处理，生成第四数据；
S204、根据所述第二数据、所述第三数据及所述第四数据，生成第一数据的降噪数据。
具体地，降噪过程为：
2.1)假设接收到叠加有噪声的功率测量值y(i)，可表示为：
y(i)＝x(i)+n(i)；
式中，x(i)表示真实信号，n(i)表示噪声信号，i表示获取数据的节点，总长度为m。
对叠加有噪声的功率测量值y(i)进行五点均值滤波：
Figure BDA0003690596600000081
式中，ymean(i)表示均值，j表示取值在数据获取总长度中的位置。
需要说明的是，均值滤波抑制高斯噪声，同时对边缘信息有一定模糊的作用。设D(i)＝y(i)-ymean(i)作为空间自适应维纳滤波的输入信号，采用空间自适应滤波方案对D(i)作维纳滤波，估计结果设为
Figure BDA0003690596600000082
可表示为：
Figure BDA0003690596600000083
式中，D(i)为均值滤波前信号与均值滤波后信号相减，
Figure BDA0003690596600000084
为D(i)维纳滤波后估计结果，
Figure BDA0003690596600000085
为均值，
Figure BDA0003690596600000086
为方差。
针对均值滤波对边缘信息的模糊，该算法用阈值滤波方法对其进行更进一步的处理，它采用软阈值处理，不仅对信号不产生影响，而且能保留更多的功率测量数据细节。其中，阈值的选择采用通用阈值T，通用阀值T计算的理论依据是：N个具有独立同分布的标准高斯变量中的最大值小于T的概率随着N的增大而趋于1，设阈值处理结果为d(i)，计算阈值T，可表示为：
T＝σ·2ln(N)；
其中，σ为噪声强度，N为所处理的变量格式，噪声强度为：
Figure BDA0003690596600000087
进一步地，进行软阈值处理，得到d(i)：
Figure BDA0003690596600000088
最后，将结果d(i)与均值滤波结果相加，得到降噪结果：
Figure BDA0003690596600000091
S30、对所述降噪数据进行准确度校验。
在某一实施例中，步骤S30又包括：
3.1)对所述降噪数据进行修正，对修正后的数据进行误差分析；
3.2)对误差分析结果进行展示及存储。
综上所述，本申请实施例提供的三相电能表准确度校验方法，首先对数据信号进行均值滤波，对高斯白噪声进行很好的抑制，从而减少传统维纳滤波时噪声对所取参数的影响，然后将均值滤波结果与滤波之前的信号相减后再进行维纳滤波，从而提取边缘信息，最后对以上结果进行阈值处理之后再与均值滤波相加，具有能很好地去除大量高斯噪声的优点，结合维纳滤波的最小均方误差准则及阈值处理技术，同时实现了大面积去噪和原始突变点的保留，保证数据在传输过程中出现的噪声可得到较好的处理，降低噪声对最终检定结果的影响，保证电能检定数据和结果的准确性。同时，在阈值滤波方法选择上采用了软阈值处理，不仅对信号不产生任何影响，而且能保留更多的电能质量检测信号细节，去噪过程明显改善突变点信息的模糊，使信号更为精准的表现，保证了数据和结果的准确。
请参阅图2，在某一实施例中，还提供了一种三相电能表准确度校验系统，包括：
测量数据获取模块01，用于将给定信号输入至三相电能表，生成三相电能表输出的电能和功率数据，作为第一数据；
数据处理模块02，用于对所述第一数据进行降噪处理，包括：
均值滤波单元021，用于对所述第一数据进行均值滤波处理，生成第二数据；
维纳滤波单元022，用于将所述第二数据和所述第一数据作差，生成第三数据，对所述第三数据进行维纳滤波处理；
软阈值处理单元023，用于对维纳滤波处理后的数据进行软阈值处理，生成第四数据；
降噪数据生成单元024，用于根据所述第二数据、所述第三数据及所述第四数据，生成第一数据的降噪数据；
准确度校验模块03，用于对所述降噪数据进行准确度校验。
在某一实施例中，测量数据获取模块01，包括功率源单元011，如图3所示。
具体地，该功率源单元011用于：
将给定信号发送至程控功率源，生成对应的测试电功率；
将所述测试电功率输入至三相电能表。
在某一实施例中，测量数据获取模块01，还包括电能表单元012，如图3所示。具体地，该电能表单元012用于：
获取三相电能表输出的电能脉冲，所述三相电能表包括标准三相电能表和被检三相电能表；
对所述电能脉冲进行计数，分别得到标准三相电能表和被检三相电能表的输出脉冲数；
根据标准三相电能表仪表常数、输出脉冲数以及被检三相电能表的仪表常数、输出脉冲数，生成对应的电能和功率数据。
请参阅图4，在某一具体实施例中，准确度校验模块03包括以下子模块：
误差分析单元031，用于对所述降噪数据进行修正，对修正后的数据进行误差分析；
显示单元032，用于对误差分析结果进行展示；
存储单元033，用于对误差分析结果进行存储。
可以理解的是，本实施例提供的三相电能表准确度校验系统用于执行如上述任一项实施例所述的三相电能表准确度校验方法，并实现与其相同的效果，在此不再进一步赘述。
请参阅图5，本申请某一实施例还提供一种终端设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的三相电能表准确度校验方法。
处理器用于控制该终端设备的整体操作，以完成上述的三相电能表准确度校验方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器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，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-OnlyMemory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
在一示例性实施例中，终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific 1ntegrated Circuit，简称AS1C)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device,简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行如上述任一项实施例所述的三相电能表准确度校验方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
在另一示例性实施例中，还提供一种包括计算机程序的计算机可读存储介质，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项实施例所述的三相电能表准确度校验方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括计算机程序的存储器，上述计算机程序可由终端设备的处理器执行以完成如上述任一项实施例所述的三相电能表准确度校验方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
以上所述是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种三相电能表准确度校验方法，其特征在于，包括：
将给定信号输入至三相电能表，生成三相电能表输出的电能和功率数据，作为第一数据；
对所述第一数据进行降噪处理，包括：对所述第一数据进行均值滤波处理，生成第二数据；将所述第二数据和所述第一数据作差，生成第三数据，对所述第三数据进行维纳滤波处理；对维纳滤波处理后的数据进行软阈值处理，生成第四数据；根据所述第二数据、所述第三数据及所述第四数据，生成第一数据的降噪数据；
对所述降噪数据进行准确度校验。
2.根据权利要求1所述的三相电能表准确度校验方法，其特征在于，所述将给定信号输入至三相电能表，包括：
将给定信号发送至程控功率源，生成对应的测试电功率；
将所述测试电功率输入至三相电能表。
3.根据权利要求2所述的三相电能表准确度校验方法，其特征在于，所述生成三相电能表输出的电能和功率数据，包括：
获取三相电能表输出的电能脉冲，所述三相电能表包括标准三相电能表和被检三相电能表；
对所述电能脉冲进行计数，分别得到标准三相电能表和被检三相电能表的输出脉冲数；
根据标准三相电能表仪表常数、输出脉冲数以及被检三相电能表的仪表常数、输出脉冲数，生成对应的电能和功率数据。
4.根据权利要求1所述的三相电能表准确度校验方法，其特征在于，所述对所述降噪数据进行准确度校验，包括：
对所述降噪数据进行修正，对修正后的数据进行误差分析；
对误差分析结果进行展示及存储。
5.一种三相电能表准确度校验系统，其特征在于，包括：
测量数据获取模块，用于将给定信号输入至三相电能表，生成三相电能表输出的电能和功率数据，作为第一数据；
数据处理模块，用于对所述第一数据进行降噪处理，包括：
均值滤波单元，用于对所述第一数据进行均值滤波处理，生成第二数据；
维纳滤波单元，用于将所述第二数据和所述第一数据作差，生成第三数据，对所述第三数据进行维纳滤波处理；
软阈值处理单元，用于对维纳滤波处理后的数据进行软阈值处理，生成第四数据；
降噪数据生成单元，用于根据所述第二数据、所述第三数据及所述第四数据，生成第一数据的降噪数据；
准确度校验模块，用于对所述降噪数据进行准确度校验。
6.根据权利要求5所述的三相电能表准确度校验系统，其特征在于，所述测量数据获取模块，包括功率源单元，用于：
将给定信号发送至程控功率源，生成对应的测试电功率；
将所述测试电功率输入至三相电能表。
7.根据权利要求6所述的三相电能表准确度校验系统，其特征在于，所述测量数据获取模块，还包括电能表单元，用于：
获取三相电能表输出的电能脉冲，所述三相电能表包括标准三相电能表和被检三相电能表；
对所述电能脉冲进行计数，分别得到标准三相电能表和被检三相电能表的输出脉冲数；
根据标准三相电能表仪表常数、输出脉冲数以及被检三相电能表的仪表常数、输出脉冲数，生成对应的电能和功率数据。
8.根据权利要求5所述的三相电能表准确度校验系统，其特征在于，所述准确度校验模块，包括：
误差分析单元，用于对所述降噪数据进行修正，对修正后的数据进行误差分析；
显示单元，用于对误差分析结果进行展示；
存储单元，用于对误差分析结果进行存储。
9.一种终端设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-4任一项所述的三相电能表准确度校验方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述的三相电能表准确度校验方法。
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