CN115856423A - 一种电子电能表改造装置及抄表系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子电能表改造装置及抄表系统，属于电能计量技术领域，该电子电能表改造装置具有改装壳体用于固定设置在电能表外壳内，所述改装壳体内设置有电源、控制器、数据存储器以及第一载波通信设备，所述改装壳体外还固定设置有第一高速光耦、电流传感器、第二高速光耦以及电压传感器，所述改装壳体上设置有两个导通孔，所述第一高速光耦、电流传感器、第二高速光耦以及电压传感器用于安装在电能表的接线槽内，能够提高电计量的准确度；该抄表系统包括改造装置改造的电子电能表以及集中器、服务器，其中电子电能表和集中器采用载波通信方式进行通信连接，所述第一载波通信设备和集中器内集成扩频载波调制解调电路，传输过程干扰小。

Description

一种电子电能表改造装置及抄表系统

技术领域

本发明属于电能计量技术领域，具体而言，涉及一种电子电能表改造装置及抄表系统。

背景技术

随着电子技术的发展，标准电能表也实现了向数字化和智能化的转型。与传统机械式电能表相比，电子电能表有着计量精度高、自身功耗低、防窃电能力强等等各种优点。电子电能表是采用大规模集成电路，应用数字采样处理技术，整机设计采用了多种抗干扰技术，用于分时计量额定频率为50Hz的交流有功电能，能更好地均衡电网负荷。电子电能表可以采用汉化液晶显示，具有正向有功电能、反向有功电能、无功电能计量功能，能存储其数据，并可以据此设置组合有功。有功电能量按相应的时段分别累计、存储总、尖、峰、平、谷电能量。可以具有事件记录功能，并可以具有红外、485、载波和蓝牙通信功能。

附图1所示的电能表由两个主要功能组成：一是电能计量部分，二是微处理器控制部分。本电能表的电能计量部分使用大规模专用集成电路，产生表示用电多少的脉冲序列，送至微处理器进行电能计量。微处理器接收到脉冲信号后，通过对输入脉冲个数进行累计，并根据脉冲常数大小来实现对电能的精确计量，通过各种接口传递数据，实现各种显示和控制功能。

现有技术的电子电能空间狭小，强电的电压会对电流电压采样产生干扰以及漏电或错误接线，导致计量不准确。

目前现有的抄表方法主要是采用集中抄表系统，利用电力线载波技术传输数据的采集装置由于其具有效率高、便于管理、利于建立完善的计费方式而被广泛采纳。现有的抄表系统存在传输线干扰大且缺少对电用户漏电情况的采集。

发明内容

本发明提供一种电子电能表改造装置及抄表系统，能够解决的技术问题为：

①现有技术的电子电能空间狭小，强电的电压会对电流电压采样产生干扰以及漏电或错误接线，导致计量不准确；

②现有的抄表系统存在传输线干扰大且缺少对电用户漏电情况的采集。

本发明是这样实现的：

本发明的第一方面提供一种电子电能表改造装置，其中，具有改装壳体用于固定设置在电能表外壳内，所述改装壳体内设置有电源、控制器、数据存储器以及第一载波通信设备，所述改装壳体外还固定设置有第一高速光耦、电流传感器、第二高速光耦以及电压传感器，所述改装壳体上设置有两个导通孔，所述第一高速光耦、电流传感器、第二高速光耦以及电压传感器用于安装在电能表的接线槽内；

所述电源与所述控制器、数据存储器以及第一载波通信设备电连接并供电；

所述电流传感器与所述第一高速光耦电连接，所述第一高速光耦与所述控制器的通信接口电连接，所述电流传感器用于采集电能表接线槽的通过电流，当所述第一高速光耦通路时，构建“电-光-电”的第一通路实现所述电流传感器和所述控制器通信接口的电连接；

所述电压传感器与所述第二高速光耦电连接，所述第二高速光耦与所述控制器的通信接口电连接，所述电压传感器用于采集电能表接线槽的实时电压，当所述第二高速光耦通路时，构建“电-光-电”的第二通路实现所述第二高速光耦和所述控制器通信接口电连接；

所述控制器用于采集所述第一高速光耦传输来的所述电流传感器采集的电流脉冲和所述第二高速光耦传输来的所述电压传感器采集的电压脉冲，并用于将所述电压脉冲和所述电流脉冲进行计算得到用电量数据，所述控制器分别与所述数据存储器和所述第一载波通信设备电连接，所述改装壳体的壳体上还设置有一个通信通孔，用于将外部电力线路穿过所述通信通孔与第一载波通信设备连接；其中，所述数据存储器用于记录所述控制器计算的用电量数据，所述第一载波通信设备用于将用电量数据发送给接收端；

所述控制器与所述电能表的显示器电连接，用于每分钟向电能表的显示器发送电计量显示数据，并在电能表的显示器上进行显示。

本发明提供的一种电子电能表改造装置的技术效果如下：通过设在改装壳体将电源、控制器、数据存储器、第一载波通信设备设在在屏蔽环境，能够有效隔绝电能表外壳内的电流的影响，通过第一高速光耦和第二高速光耦构建“电-光-电”的第一通路和第二通路，能够使得所述电流传感器采集的电流脉冲和所述电压传感器采集的电压脉冲以“电-光-电”的方式传输到控制器，很好的避免了改装壳体外的电流对数据传输造成的影响，由于高速光耦对于强、弱电均有很好的隔离作用，可有效避免电压干扰产生的误差。

其中，所述改装壳体上还具有导通孔，所述第一高速光耦与所述控制器利用导线电连接，所述第二高速光耦与所述控制器利用导线电连接，所述导线通过导通孔进入到改装壳体内；

其中，固定周期为1小时。

其中，电计量显示数据包括历史用电计量数和当前用电计量数。

另外的，还包括时钟电路，所述时钟电路用于接收外部电网集中器的时钟校准信号并发送给控制器，实现电网统一时钟。

在上述技术方案的基础上，本发明的一种电子电能表改造装置还可以做如下改进:

其中，所述改装壳体内还设置有第二载波通信设备和第三载波通信设备，所述第二载波通信设备通过导线与电能表的火线接线柱电连接，所述第三载波通信设备通过导线与电能表的零线接线柱电连接,所述第二载波通信设备作为载波发射端，所述第三载波通信设备作为载波接收端，所述电源与所述第二载波通信设备和第三载波通信设备电连接并供电，所述控制器与所述第二载波通信设备电连接并向所述第二载波通信设备发送待载波调制的检测信号，所述控制器与所述第三载波通信设备电连接并采集所述第三载波通信设备接收的载波解调制的检测信号。

采用上述改进方案的有益效果为：通过设置作为载波发射端的第二载波通信设备和作为载波接收端的第三载波通信设备，可以通过对第二载波通信设备调制的检测信号和第三载波通信设备解调制的检测信号来判断是否有漏电情况。

进一步的，所述数据存储器内存储有程序代码，所述控制器执行所述程序代码时实现如下步骤：

计算用电量的步骤，用于对电能进行计量包括：

对第一高速光耦传输来的电流脉冲和第二高速光耦采集的瞬时电压进行计算得到基础用电量；

对基础用电量进行漏电修正，得到用电量数据；

通信步骤，用于与外界通信。

进一步的，所述对基础用电量进行漏电修正，得到用电量具体包括：

第一步：生成检测信号，所述检测信号每隔一个循环间隔设置有一段标志码；

第二步：将所述检测信号通过所述第二载波通信设备进行调制发送，同时采集所述第三载波通信设备解调后的检测信号；

第三步：计算发送的检测信号和接收到的检测信号中的标志码的比例，得到丢包率；

第四步：利用预先训练好的漏电修正模型对得到的丢包率进行计算，得到漏电率；

第五步：利用漏电率对基础用电量进行修正，得到用电量数据。

采用上述改进方案的有益效果为：在上述方案中，考虑到需要对电能表之外的影响电计量的因素来对用电数据进行修正，主要考虑的就是漏电或错误接线造成的漏电率；计算后得到的用电量更加准确。

进一步的，所述漏电修正模型的建立和训练步骤具体包括：

构建训练样本：获取多组电器漏电修正实验中采集的电器功率数据、电器漏电数据、电压稳定数据、电器所用电流数据以及电器漏电修正实验中利用载波漏电检测方式得到的实验丢包率数据；

设计网络架构和初始化：构建一个卷积神经网络，其中包含1个输入层，3个卷积层，3个Relu非线性激活层，3个池化层，1个全连接层以及1个输出层；

训练模型：通过卷积神经网络训练得到漏电修正模型并训练，具体包括前向传播网络训练和反向传播网络训练两个阶段，所述前向传播网络训练是，将输入的电器功率数据、电器漏电数据、电压稳定数据、电器所用电流数据通过卷积和池化的处理后得到一维向量，输入全连接层，由分类器得出计算结果，即输出向量，所述输出向量的值表示预测丢包率；所述反向传播网络训练是：当前向传播网络训练的输出结果与期望输出不符时，采用随机梯度下降优化算法进行反向传播网络训练，更新卷积层的参数。

进一步的，所述利用漏电率对基础用电量进行修正，得到用电量数据的步骤具体包括：

利用公式电量数据=基础用电量÷(1-丢包率)来计算电量数据。

本发明的第二方面提供一种电子电能表抄表系统，其中，包括采用上述的电子电能表改造装置改造后的电子电能表，以及集中器，其中电子电能表和集中器采用载波通信方式进行通信连接，所述第一载波通信设备内集成扩频载波调制解调电路，输出信号串联耦合去除直流成分，并载波发送信号进行放大；所述集中器内设置有与所述第一载波通信设备对应的扩频载波调制解调电路；集中器与服务器通信连接并用于向服务器发送用电量数据；所述集中器内包含有CPU和存储器，所述存储有抄表程序代码，所述CPU执行所述抄表程序代码时，执行以下步骤：

抄表步骤：用于获取每个电子电能表上报的用电量数据和漏电率数据；

漏电分析步骤：用于对漏电率数据进行分析；

其中，抄表步骤具体包括：

周期性的获取待发送抄表指令；

获取当前广播发送指令数量，基于所述当前广播发送指令数量按照预设的发送规则判断待发送抄表指令的发送模式，其中发送模式包括单播发送和广播发送；

根据判断所得的发送模式发送所述待发送抄表指令，接收与所述待发送抄表指令相对应的用电量数据，并上报所述用电量数据以及漏电率数据；

上述待发送抄表指令为发送模式为单播发送且时间间隔大于等于预设的静态间隔阈值的抄表指令、或发送模式为广播发送且时间间隔大于等于动态间隔阈值的抄表指令，其中时间间隔为当前时间与对应抄表指令发送时间的间隔；

所述动态间隔阈值的计算方式为：

TT＝a*Nrt*Vplc/L；

其中，TT表示动态间隔阈值，Nrt为网络最大路由级别，Vplc为载波传输速率，L为当前报文长度，a为常数，*表示乘运算。

本发明提供的一种电子电能表抄表系统的技术效果如下：有效提升电力线传输电能数据抗干扰能力，保密性佳、衰减能力强。

在上述技术方案的基础上，本发明的一种电子电能表抄表系统还可以做如下改进:

进一步的，所述漏电分析步骤包括：

对接收的单个电子电能表上报的漏电数据进行统计，形成单个漏电时间表；

对接收的所有漏电数据进行统计，得到整体漏电数据；

对整体漏电数据中漏电率高于漏电率阈值的漏电数据进行选择，并进行记录，生成异常漏电数据集。

进一步的，所述漏电阈值的获取方式为：

获取漏电率采集数据集的多个漏电率数据；

对多个漏电率数据进行从小到大进行排序，以90%的序号对应的漏电率数据作为漏电率阈值。

其中，漏电率采集数据集是对随机选择的多个电用户采集的具体漏电率。

与现有技术相比较，本发明提供的一种电子电能表改造装置的有益效果是：

①通过设在改装壳体将电源、控制器、数据存储器、第一载波通信设备设在在屏蔽环境，能够有效隔绝电能表外壳内的电流的影响，通过第一高速光耦和第二高速光耦构建“电-光-电”的第一通路和第二通路，能够使得所述电流传感器采集的电流脉冲和所述电压传感器采集的电压脉冲以“电-光-电”的方式传输到控制器，很好的避免了改装壳体外的电流对数据传输造成的影响，由于高速光耦对于强、弱电均有很好的隔离作用，可有效避免电压干扰产生的误差。

②利用载波检测丢包率的方式对漏电或错误接线造成的漏电进行分析并修正用电数据，提高电计量的准确性。

本发明提供的一种电子电能表抄表系统的有益效果是：通过在第一载波通信设备内集成扩频载波调制解调电路，输出信号串联耦合去除直流成分，并载波发送信号进行放大；所述集中器内设置有与所述第一载波通信设备对应的扩频载波调制解调电路，有效提升电力线传输电能数据抗干扰能力，保密性佳、衰减能力强，在传输过程中，加入了漏电数据的采集。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为常见电子电能表的原理示意图；

图2为本发明提供的一种扩频通信电能表；

图3为本发明提供的一种电子电能表抄表系统的架构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

10、电能表外壳；101、接线槽；20、改装壳体；201、电源；202、控制器；203、数据存储器；204、第一载波通信设备；2051、第一高速光耦；2052、电流传感器；2053、第二高速光耦；2054、电压传感器；206、时钟电路；207、第二载波通信设备；208、第三载波通信设备。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图2所示，是本发明第一方面提供一种电子电能表改造装置的示意图，该电子电能表改造装置具有改装壳体20用于固定设置在电能表外壳10内，改装壳体20内设置有电源201、控制器202、数据存储器203以及第一载波通信设备204，改装壳体20外还固定设置有第一高速光耦2051、电流传感器2052、第二高速光耦2053以及电压传感器2054，改装壳体20上设置有两个导通孔，第一高速光耦2051、电流传感器2052、第二高速光耦2053以及电压传感器2054用于安装在电能表的接线槽101内；

电源201与控制器202、数据存储器203以及第一载波通信设备204电连接并供电；

电流传感器2052与第一高速光耦2051电连接，第一高速光耦2051与控制器202的通信接口电连接，电流传感器2052用于采集电能表接线槽101的通过电流，当第一高速光耦2051通路时，构建“电-光-电”的第一通路实现电流传感器2052和控制器202通信接口的电连接；

电压传感器2054与第二高速光耦2053电连接，第二高速光耦2053与控制器202的通信接口电连接，电压传感器2054用于采集电能表接线槽101的实时电压，当第二高速光耦2053通路时，构建“电-光-电”的第二通路实现第二高速光耦2053和控制器202通信接口电连接；

控制器202用于采集第一高速光耦2051传输来的电流传感器2052采集的电流脉冲和第二高速光耦2053传输来的电压传感器2054采集的电压脉冲，并用于将电压脉冲和电流脉冲进行计算得到用电量数据，控制器202分别与数据存储器203和第一载波通信设备204电连接，改装壳体20的壳体上还设置有一个通信通孔，用于将外部电力线路穿过通信通孔与第一载波通信设备204连接；其中，数据存储器203用于记录控制器202计算的用电量数据，第一载波通信设备204用于将用电量数据发送给接收端；

控制器202与电能表的显示器电连接，用于每分钟向电能表的显示器发送电计量显示数据，并在电能表的显示器上进行显示。

高速光耦简称光耦。光耦以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。高速光耦一般由叁部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED)，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。

时钟脉冲是一个按一定电压幅度，一定时间间隔连续发出的脉冲信号。

在本方案中，改装壳体20是由绝缘阻燃材料制成制成，电源201使用通用的5V直流电源，控制器202使用ST 意法半导体 STM32G071C8T6TR 微控制器，数据存储器203采用通用的32M以上SD卡，第一载波通信设备204采用Eastsoft东软载波 生产的ES1642-C带耦合低功耗电力线载波通信模块，第一高速光耦2051和第二高速光耦2053均采用深圳市诺亚芯电子生产的EL6N137高速光藕，电流传感器2052和电压传感器2054均采用ALLEGRO的ACS712ELCTR-30A-T霍尔、电流（压）传感器。

本方案中的扩频通信电能表改造装置用于对带有显示屏的电子电能表的改造，如爱佳优品生产的DDSY1690电能表。在使用该电子电能表改造装置对原电子电能表进行改造时，需要将整个改造装置放置在电能表外壳10内，将改装壳体20固定在电能表外壳10的内底壁上，将电流传感器2052和第二高速光耦2053设置在接线槽101上，将电流传感器2052和第二高速光耦2053设置在接线槽101上的连接方式属于本领域技术人员常规操作。并将外部电线穿过通信通孔与第一载波通信设备204连接，使得第一载波通信设备204可以通过电力载波方式进行数据传输。

时钟电路206可以采用通用的时钟电路。时钟电路就是产生像时钟一样准确运动的振荡电路。任何工作都按时间顺序。用于产生这个时间的电路就是时钟电路。时钟电路一般由晶体振荡器、晶振控制芯片和电容组成。流行的串行时钟电路很多，如DS1302、DS1307、PCF8485等均可使用。

其中，在上述技术方案中，改装壳体20内还设置有第二载波通信设备207和第三载波通信设备208，第二载波通信设备207通过导线与电能表的火线接线柱电连接，第三载波通信设备208通过导线与电能表的零线接线柱电连接,第二载波通信设备207作为载波发射端，第三载波通信设备208作为载波接收端，电源201与第二载波通信设备207和第三载波通信设备208电连接并供电，控制器202与第二载波通信设备207电连接并向第二载波通信设备207发送待载波调制的检测信号，控制器202与第三载波通信设备208电连接并采集第三载波通信设备208接收的载波解调制的检测信号。

漏电多数是线路或设备的常见故障之一，指线路或设备因绝缘损坏或其他原因造成的电流泄漏。通俗来讲，漏电就是指线路发生分流现象。另外，电流的产生是因为存在电位差，也就是说，若设备外壳带有对地电压，即使没有电流，一旦外壳接地，也会立即产生漏电电流，所以，这也算是一种漏电。

错误接线主要包括：

私接零线，让电压线圈无法获得电压信号。在电表零线的进线端不接通，例如不剥线、虚假接线等，然后零线的出线私自另接，这样，对于负载而言，仍然可以正常用电，但私拉的零线，接地电阻必须要足够小，要不然会造成零线带电、负载电压过低的现象。这种情况可以通过测量电表接线端的电压进行判断。

采用金属连片将电表火线的进线与出线短接，从而对进入电表内部的电流进线分流。电表的接线中，火线进线与出线是相邻的，有些人通过某些手段将电表两个接线端之间打通，然后连上金属片，显然，此时火线上的大部分电流直接通过金属片流到用电器，只有少部分甚至没有电流进入电表内部，使电表无法测得实际电流。

上述漏电和错误接线的场景中，都会导致第二载波通信设备207发射的调制检测信号不能全部被第三载波通信设备208接收，也就是说存在“丢包”的现象。对“丢包”现象进行分析，即可推断出漏电的电计量。

进一步的，在上述技术方案中，数据存储器203内存储有程序代码，控制器202执行程序代码时实现如下步骤：

计算用电量的步骤，用于对电能进行计量包括：

对第一高速光耦2051传输来的电流脉冲和第二高速光耦2053采集的瞬时电压进行计算得到基础用电量；

对基础用电量进行漏电修正，得到用电量数据；

通信步骤，用于与外界通信。

公开号为CN102158220B的中国发明专利（申请号CN201010581531.6）公开了一种用电能脉冲计算功率的方法，通过判断有无电能脉冲和对 电能脉冲进行计数，置瞬时功率计算标志位为1，并利用脉冲常数进行计 数得出瞬时功率，简单方便，且易于实行，降低了成本，提高了效率。

在本方案中，计算用电量的步骤采用上述专利的思路，具体如下：

步骤1、利用单片机程序检测并判断获取第一高速光耦2051传输来的电流脉冲是否存在；

步骤2、无电流脉冲，则继续判断，直至出现电流脉冲，有电流脉冲时，则打开定时器进行计时，记为count，并开始对电流脉冲计数；

步骤3、继续判断是否有下一个电流脉冲；

步骤4、无电流脉冲，则继续判断，直至出现电流脉冲，有电流脉冲时，则关闭定时器停止计时，保存计时时间count，置瞬时功率计算标志位为1，计算瞬时功率；

步骤5、按照时间轴对瞬时功率进行积分，得到用电量数据；

上述步骤4中的计算瞬时功率的具体步骤如下：

步骤4.1、判断瞬时功率计算标志位是否为1；

步骤4.2、瞬时功率计算标志位不为1，则继续判断，直至瞬时功率计算标志位为1，瞬时功率计算标志位为1时，此时获取第二高速光耦2053采集的瞬时电压，并利用公式功率W=IV计算功率，根据公式W=P*t，得出P=W/t，根据脉冲常数EC得到一个脉冲的电能W=3600*1000/EC焦，则瞬时功率P=3600*1000/（EC*count）瓦；

步骤4.3、清除瞬时功率计算标志位；

步骤4.4、继续循环执行步骤4.1～4.3；

步骤5、继续循环执行步骤1～4。

进一步的，在上述技术方案中，对基础用电量进行漏电修正，得到用电量具体包括：

第一步：生成检测信号，检测信号每隔一个循环间隔设置有一段标志码；

第二步：将检测信号通过第二载波通信设备207进行调制发送，同时采集第三载波通信设备208解调后的检测信号；

第三步：计算发送的检测信号和接收到的检测信号中的标志码的比例，得到丢包率；

第四步：利用预先训练好的漏电修正模型对得到的丢包率进行计算，得到漏电率；

第五步：利用漏电率对基础用电量进行修正，得到用电量数据。

在本方案中，检测信号可以采用报文的形式，检测信号的频率为福星晓程120KHz或弥亚微57.6KHz/76.8KHz/115.2KHz；标志码为二进制的01111110。

进一步的，在上述技术方案中，漏电修正模型的建立和训练步骤具体包括：

构建训练样本：获取多组电器漏电修正实验中采集的电器功率数据、电器漏电数据、电压稳定数据、电器所用电流数据以及电器漏电修正实验中利用载波漏电检测方式得到的实验丢包率数据；

设计网络架构和初始化：构建一个卷积神经网络，其中包含1个输入层，3个卷积层，3个Relu非线性激活层，3个池化层，1个全连接层以及1个输出层；

训练模型：通过卷积神经网络训练得到漏电修正模型并训练，具体包括前向传播网络训练和反向传播网络训练两个阶段，前向传播网络训练是，将输入的电器功率数据、电器漏电数据、电压稳定数据、电器所用电流数据通过卷积和池化的处理后得到一维向量，输入全连接层，由分类器得出计算结果，即输出向量，输出向量的值表示预测丢包率；反向传播网络训练是：当前向传播网络训练的输出结果与期望输出不符时，采用随机梯度下降优化算法进行反向传播网络训练，更新卷积层的参数。

其中，输出层为四个元素的一维向量，包括电器功率数据、电器漏电数据、电压稳定数据、电器所用电流数据；3个卷积层卷积核的数目分别为4，8，16，大小为3×3。为了使特征提取表现为非线性关系，每个卷积层后面伴随一个激活函数，采用Relu函数作为激活函数。池化层。选择最大池化，大小为2×2，步长为1。全连接层。将经过卷积层和池化层训练提取的特征，写成一维向量形式，与输出层的4个节点进行全连接，以达到分类的目的。

其中，电器漏电修正实验是使用常用的家电，包括多种品牌、型号，不同的老化程度的家电，以及在稳定电压和不稳定电压下使用进行检测，得到电器功率数据、电器漏电数据、电压稳定数据、电器所用电流数据以及检测得到的漏电率。

进一步的，在上述技术方案中，利用漏电率对基础用电量进行修正，得到用电量数据的步骤具体包括：

利用公式电量数据=基础用电量÷(1-丢包率)来计算电量数据。

本发明第二方面提供一种电子电能表抄表系统，如图3所示，包括采用上述的电子电能表改造装置改造后的电子电能表，以及集中器，其中电子电能表和集中器采用载波通信方式进行通信连接，第一载波通信设备204内集成扩频载波调制解调电路，输出信号串联耦合去除直流成分，并载波发送信号进行放大；集中器内设置有与第一载波通信设备204对应的扩频载波调制解调电路；集中器与服务器通信连接并用于向服务器发送用电量数据；集中器内包含有CPU和存储器，存储有抄表程序代码，CPU执行抄表程序代码时，执行以下步骤：

抄表步骤：用于获取每个电子电能表上报的用电量数据和漏电率数据；

漏电分析步骤：用于对漏电率数据进行分析；

其中，抄表步骤具体包括：

周期性的获取待发送抄表指令；

获取当前广播发送指令数量，基于当前广播发送指令数量按照预设的发送规则判断待发送抄表指令的发送模式，其中发送模式包括单播发送和广播发送；

根据判断所得的发送模式发送待发送抄表指令，接收与待发送抄表指令相对应的用电量数据，并上报用电量数据以及漏电率数据；

上述待发送抄表指令为发送模式为单播发送且时间间隔大于等于预设的静态间隔阈值的抄表指令、或发送模式为广播发送且时间间隔大于等于动态间隔阈值的抄表指令，其中时间间隔为当前时间与对应抄表指令发送时间的间隔；

动态间隔阈值的计算方式为：

TT＝a*Nrt*Vplc/L；

其中，TT表示动态间隔阈值，Nrt为网络最大路由级别，Vplc为载波传输速率，L为当前报文长度，a为常数，*表示乘运算。

本抄表系统采用了公开号为CN110895873B的中国发明专利（申请号：CN201911166312.9）公开的 载波抄表方法、中央协调器及系统的思路，不同之处在于，抄表系统还要获取每个电子电能表计算得到的漏电率数据。

进一步的，在上述技术方案中，漏电分析步骤包括：

对接收的单个电子电能表上报的漏电数据进行统计，形成单个漏电时间表；

对接收的所有漏电数据进行统计，得到整体漏电数据；

对整体漏电数据中漏电率高于漏电率阈值的漏电数据进行选择，并进行记录，生成异常漏电数据集。

进一步的，在上述技术方案中，漏电阈值的获取方式为：

获取漏电率采集数据集的多个漏电率数据；

对多个漏电率数据进行从小到大进行排序，以90%的序号对应的漏电率数据作为漏电率阈值。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种电子电能表改造装置，其特征在于，具有改装壳体(20)用于固定设置在电能表外壳(10)内，所述改装壳体(20)内设置有电源(201)、控制器(202)、数据存储器(203)以及第一载波通信设备(204)，所述改装壳体(20)外还固定设置有第一高速光耦(2051)、电流传感器(2052)、第二高速光耦(2053)以及电压传感器(2054)，所述改装壳体(20)上设置有两个导通孔，所述第一高速光耦(2051)、电流传感器(2052)、第二高速光耦(2053)以及电压传感器(2054)用于安装在电能表的接线槽(101)内；

所述电源(201)与所述控制器(202)、数据存储器(203)以及第一载波通信设备(204)电连接并供电；

所述电流传感器(2052)与所述第一高速光耦(2051)电连接，所述第一高速光耦(2051)与所述控制器(202)的通信接口电连接，所述电流传感器(2052)用于采集电能表接线槽(101)的通过电流，当所述第一高速光耦(2051)通路时，构建“电-光-电”的第一通路实现所述电流传感器(2052)和所述控制器(202)通信接口的电连接；

所述电压传感器(2054)与所述第二高速光耦(2053)电连接，所述第二高速光耦(2053)与所述控制器(202)的通信接口电连接，所述电压传感器(2054)用于采集电能表接线槽(101)的实时电压，当所述第二高速光耦(2053)通路时，构建“电-光-电”的第二通路实现所述第二高速光耦(2053)和所述控制器(202)通信接口电连接；

所述控制器(202)用于采集所述第一高速光耦(2051)传输来的所述电流传感器(2052)采集的电流脉冲和所述第二高速光耦(2053)传输来的所述电压传感器(2054)采集的电压脉冲，并用于将所述电压脉冲和所述电流脉冲进行计算得到用电量数据，所述控制器(202)分别与所述数据存储器(203)和所述第一载波通信设备(204)电连接，所述改装壳体(20)的壳体上还设置有一个通信通孔，用于将外部电力线路穿过所述通信通孔与第一载波通信设备(204)连接；其中，所述数据存储器(203)用于记录所述控制器(202)计算的用电量数据，所述第一载波通信设备(204)用于将用电量数据发送给接收端；

所述控制器(202)与所述电能表的显示器电连接，用于每分钟向电能表的显示器发送电计量显示数据，并在电能表的显示器上进行显示。

2.根据权利要求1所述的一种电子电能表改造装置，其特征在于，所述改装壳体(20)内还设置有第二载波通信设备(207)和第三载波通信设备(208)，所述第二载波通信设备(207)通过导线与电能表的火线接线柱电连接，所述第三载波通信设备(208)通过导线与电能表的零线接线柱电连接,所述第二载波通信设备(207)作为载波发射端，所述第三载波通信设备(208)作为载波接收端，所述电源(201)与所述第二载波通信设备(207)和第三载波通信设备(208)电连接并供电，所述控制器(202)与所述第二载波通信设备(207)电连接并向所述第二载波通信设备(207)发送待载波调制的检测信号，所述控制器(202)与所述第三载波通信设备(208)电连接并采集所述第三载波通信设备(208)接收的载波解调制的检测信号。

3.根据权利要求2所述的一种电子电能表改造装置，其特征在于，所述数据存储器(203)内存储有程序代码，所述控制器(202)执行所述程序代码时实现如下步骤：

计算用电量的步骤，用于对电能进行计量包括：

对第一高速光耦(2051)传输来的电流脉冲和第二高速光耦(2053)采集的瞬时电压进行计算得到基础用电量；

对基础用电量进行漏电修正，得到用电量数据；

通信步骤，用于与外界通信。

4.根据权利要求3所述的一种电子电能表改造装置，其特征在于，所述对基础用电量进行漏电修正，得到用电量具体包括：

第一步：生成检测信号，所述检测信号每隔一个循环间隔设置有一段标志码；

第二步：将所述检测信号通过所述第二载波通信设备(207)进行调制发送，同时采集所述第三载波通信设备(208)解调后的检测信号；

第三步：计算发送的检测信号和接收到的检测信号中的标志码的比例，得到丢包率；

第四步：利用预先训练好的漏电修正模型对得到的丢包率进行计算，得到漏电率；

第五步：利用漏电率对基础用电量进行修正，得到用电量数据。

5.根据权利要求4所述的一种电子电能表改造装置，其特征在于，所述漏电修正模型的建立和训练步骤具体包括：

构建训练样本：获取多组电器漏电修正实验中采集的电器功率数据、电器漏电数据、电压稳定数据、电器所用电流数据以及电器漏电修正实验中利用载波漏电检测方式得到的实验丢包率数据；

设计网络架构和初始化：构建一个卷积神经网络，其中包含1个输入层，3个卷积层，3个Relu非线性激活层，3个池化层，1个全连接层以及1个输出层；

训练模型：通过卷积神经网络训练得到漏电修正模型并训练，具体包括前向传播网络训练和反向传播网络训练两个阶段，所述前向传播网络训练是，将输入的电器功率数据、电器漏电数据、电压稳定数据、电器所用电流数据通过卷积和池化的处理后得到一维向量，输入全连接层，由分类器得出计算结果，即输出向量，所述输出向量的值表示预测丢包率；所述反向传播网络训练是：当前向传播网络训练的输出结果与期望输出不符时，采用随机梯度下降优化算法进行反向传播网络训练，更新卷积层的参数。

6.根据权利要求4所述的一种电子电能表改造装置，其特征在于，所述利用漏电率对基础用电量进行修正，得到用电量数据的步骤具体包括：

利用公式电量数据=基础用电量÷(1-丢包率)来计算电量数据。

7.一种电子电能表抄表系统，其特征在于，包括采用权利要求1-6任一项所述的电子电能表改造装置改造后的电子电能表，以及集中器，其中电子电能表和集中器采用载波通信方式进行通信连接，所述第一载波通信设备(204)内集成扩频载波调制解调电路，输出信号串联耦合去除直流成分，并载波发送信号进行放大；所述集中器内设置有与所述第一载波通信设备(204)对应的扩频载波调制解调电路；集中器与服务器通信连接并用于向服务器发送用电量数据；所述集中器内包含有CPU和存储器，所述存储有抄表程序代码，所述CPU执行所述抄表程序代码时，执行以下步骤：

抄表步骤：用于获取每个电子电能表上报的用电量数据和漏电率数据；

漏电分析步骤：用于对漏电率数据进行分析；

其中，抄表步骤具体包括：

周期性的获取待发送抄表指令；

获取当前广播发送指令数量，基于所述当前广播发送指令数量按照预设的发送规则判断待发送抄表指令的发送模式，其中发送模式包括单播发送和广播发送；

根据判断所得的发送模式发送所述待发送抄表指令，接收与所述待发送抄表指令相对应的用电量数据，并上报所述用电量数据以及漏电率数据；

上述待发送抄表指令为发送模式为单播发送且时间间隔大于等于预设的静态间隔阈值的抄表指令、或发送模式为广播发送且时间间隔大于等于动态间隔阈值的抄表指令，其中时间间隔为当前时间与对应抄表指令发送时间的间隔；

所述动态间隔阈值的计算方式为：

TT＝a*Nrt*Vplc/L；

其中，TT表示动态间隔阈值，Nrt为网络最大路由级别，Vplc为载波传输速率，L为当前报文长度，a为常数，*表示乘运算。

8.根据权利要求7所述的一种电子电能表抄表系统，其特征在于，所述漏电分析步骤包括：

对接收的单个电子电能表上报的漏电数据进行统计，形成单个漏电时间表；

对接收的所有漏电数据进行统计，得到整体漏电数据；

对整体漏电数据中漏电率高于漏电率阈值的漏电数据进行选择，并进行记录，生成异常漏电数据集。

9.根据权利要求8所述的一种电子电能表抄表系统，其特征在于，所述漏电阈值的获取方式为：

获取漏电率采集数据集的多个漏电率数据；

对多个漏电率数据进行从小到大进行排序，以90%的序号对应的漏电率数据作为漏电率阈值。

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