CN116148527B - 一种能够误差校正的电子电能表改造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能够误差校正的电子电能表改造装置，属于电能表技术领域，该能够误差校正的电子电能表改造装置具有改装壳体，所述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；所述数据存储器内存储有程序代码，执行时实现如下步骤：计算用电量的步骤、误差校正的步骤、以及通信的步骤。

Description

一种能够误差校正的电子电能表改造装置

技术领域

本发明属于电能表技术领域，具体而言，涉及一种能够误差校正的电子电能表改造装置。

背景技术

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。通用的电子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，其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。

电子式电能表作为智能电网的终端产品，是智能电网建设的基础，电子式电能表是用于智能电网数据采集的基本设备之一，承担着包括原始电能数据采集、计量和传输两方面的任务，同时也是实现信息集成、对信息分析优化和展现的基础。目前针对电能表的计量误差分析有着很大的作用，关系着电能表的运行状况以及用电安全。

家用电子式电能表计算方法是靠发射脉冲信号给计数芯片，一般计一度电所发生的脉冲个数叫脉冲常数，家用电子式电能表的脉冲常数是每千瓦小时脉冲的个数。家用电子式电能表脉冲常数会标注在电能表面板上，其单位为imp/kWh，表示为每千瓦时脉冲的个数。由于家用电子式电能表常数不同，记录相同的电能，脉冲常数小的电能表脉冲个数少，脉冲常数大的电能表脉冲个数多。现有的智能电表误差分析，大都只是通过智能电表的检查人员在日常工作中会对所发现的误差数据进行记录和归档，方便日后的查看、统计、分析，但是当前对于智能电表的误差数据的挖掘和分析仍然缺乏理论性和准确性，主要体现在分析方法简单，仅仅对小量误差数据的统计和简单分类对比，分析的结果对于智能电表的选择没有太大的实际参考性，没有从影响智能调表计量误差的因素考虑，也没有分析环境条件对智能电表运行误差的影响，更缺乏智能电表运行误差变化及趋势进行有效的分析。家用电子式电能表出厂前多数通过采用标准电压（220V）的电流进行校准，其脉冲常数也是在标准电压下测算得到；由于生活中的入户电往往不能做到标准电压，有时还会因为部分家用电器在开启时候产生的大电流脉冲对电压、电流波形产生了影响，且现有技术的电子电能表由于空间狭小，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，导致计量存在不小的误差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种能够误差校正的电子电能表改造装置，能够解决由于生活中的入户电往往不能做到标准电压，有时还会因为部分家用电器在开启时候产生的大电流脉冲对电压、电流波形产生了影响，且现有技术的电子电能表由于空间狭小，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，导致计量存在不小的误差的技术问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种能够误差校正的电子电能表改造装置，其中，具有改装壳体，所述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脉冲，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量显示数据，并在电能表的显示器上进行显示；

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；

所述数据存储器内存储有程序代码、校正阈值以及标准电能数据库，所述标准电能数据库包括至少10组指定时长的经过电计量校正的标准电能数据集，每个所述标准电能数据集包括有指定时长内的成序列的瞬时电压、瞬时脉冲以及对应的利用标准功率检测仪器检测得到的校正功；所述校正阈值用于判断指定时间内的电计量是否需要校正；

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；

误差校正的步骤，用于根据标准电能数据库对电能计量进行误差校正；

通信步骤，用于与外界通信。

本发明提供的一种能够误差校正的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；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。

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，实现电网区域内的时钟统一；

其中，计算用电量的步骤包括：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；

其中，指定时长为1分钟或30秒，或10秒，或1秒；

由于电网电流并非标准的正弦波，在对电能进行计量时，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，第一高速光耦传输来的电流脉冲是一个离散数值，第二高速光耦采集的瞬时电压也是个离散数值，利用电功率计算公式得到的瞬时功率是个离散数值，利用瞬时功率按照时间积分，得到的用电计量，由于日常使用的电流并非标准正弦波，且电压通常在220V左右浮动，因此，根据每个脉冲计算得到的瞬时功率不能完全表征这个脉冲时间内的每个时刻实际功率，积分后得到的用电计量存在误差；因此，本方案中利用误差校正的步骤对上述误差进行校正，减小电能计量的误差。

在上述技术方案的基础上，本发明的一种能够误差校正的电子电能表改造装置还可以做如下改进:

其中，所述计算用电量的步骤具体包括：

步骤1、将电计量时间段按照指定时长分为多个采集时间段，按照时间轴对每个采集时间段的瞬时功率进行积分，得到每个采集时间段用电量数据；

步骤2、将每个采集时间段用电量数据进行加和计算，得到电计量时间段的用电量数据。

其中，步骤1中所述的瞬时功率计算的具体公式如下：

瞬时功率P=3600×1000/（EC×count）瓦；

其中，EC表示脉冲常数，count表示采集时间段内所述电流传感器采集的电流脉冲的个数。

进一步的，所述误差校正的步骤具体包括：

获取每个采集时间段内的所有瞬时电压、瞬时电流脉冲组成采集电能数据集，其中，所述瞬时电流脉冲为所述第一高速光耦传来的电流脉冲，所述瞬时电压为所述第二高速光耦采集的电压；其中，所述采集电能数据集中每个元素表示为X=[index,V,I]，其中index表示所述采集时间段内的脉冲序号；

根据所述数据存储器中预存的标准电能数据库中的每个标准电能数据集，与所述采集电能数据集进行相似度分析，得到第一相似度数据集；

根据第一相似度数据集中最大的10个相似度，选择所述标准电能数据库中对应的10个标准电能数据集组成待聚类数据集；

利用聚类算法，对待聚类数据集进行聚类，得到的聚类中心，作为校正电能数据集；

根据校正电能数据集计算得到所述采集时间段的用电量数据。

采用上述改进方案的有益效果为：采用标准电能数据集中的校正功数据对每个采集时间段内的所有的电参数进行比对和替换，得到的用电量数据更加准确。

进一步的，所述根据校正电能数据集计算得到所述采集时间段的用电量数据的步骤具体包括：

根据所述数据存储器中预存的标准电能数据库中的每个标准电能数据集，与校正电能数据集进行相似度分析，得到第二相似度数据集；

以第二相似度数据集中最大的相似度对应的标准电能数据库中的标准电能数据集的校正功，作为所述采集时间段的采集功；

将每个采集时间段的采集功和所述采集时间段通过计算用电量的步骤计算出来的用电量数据进行比较，若两者差值大于校正阈值，则以采集功作为所述采集时间段的用电量数据。

其中，所述标准电能数据库的建立步骤为：

获取改造后电能表的多组指定时长内的瞬时电参数集，所述瞬时电参数集包括指定时长内的成序列的瞬时电压、瞬时功率；

获取标准电能表的多组指定时长内的电计量数据作为校正功；

对获取的多组指定时长内的瞬时电参数集以及对应的校正功作为标准电能数据集。

进一步的，所述标准电能数据集的建立步骤中还包括对标准电能数据集进行筛选的步骤，具体包括：

对标准电能数据库中的每个标准电能数据集计算采集功；

对每个标准电能数据集的采集功和校正功进行减法计算后取绝对值，得到多个校正差组成校正差数据集；

对每个标准电能数据集的校正差除以校正功，作为校正率；

将校正差数据集中校正率小于10%的校正差对应的标准电能数据保存到数据库，得到标准电能数据库。

进一步的，所述校正阈值预存在所述数据存储器内，所述校正阈值的获取方法为：

对标准电能数据库中每个标准电能数据集按照校正率从小到大的顺序进行排序，以排序第10的校正率对应的标准电能数据集对应的校正差作为校正阈值。

进一步的，所述标准电能数据库的建立步骤中，所需的采集的场景为：采用上述的一种能够误差校正的电子电能表改造装置改造后的电能表，将改造后的电能表电连接在家用电路的入户线，将标准电能表连接在改造后的电能表的上游，对家用电器进行包括开、关、增减电器、更换电器、变更电器功率等在内的使用，按照指定时长采集不同的多组标准电能数据集；其中电器包括多种常用家用电器，支持不同使用年限的家用电器。

进一步的，所述第一相似度数据集和所述第二相似度数据集的计算方法均为欧氏距离相似度计算法。

与现有技术相比较，本发明提供的一种能够误差校正的电子电能表改造装置的有益效果是：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。由于电网电流并非标准的正弦波，在对电能进行计量时，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，第一高速光耦传输来的电流脉冲是一个离散数值，第二高速光耦采集的瞬时电压也是个离散数值，利用电功率计算公式得到的瞬时功率是个离散数值，利用瞬时功率按照时间积分，得到的用电计量，由于日常使用的电流并非标准正弦波，且电压通常在220V左右浮动，因此，根据每个脉冲计算得到的瞬时功率不能完全表征这个脉冲时间内的每个时刻实际功率，积分后得到的用电计量存在误差；因此，本方案中利用误差校正的步骤对上述误差进行校正，减小电能计量的误差。且采用标准电能数据集中的校正功数据对每个采集时间段内的所有的电参数进行比对和替换，得到的用电量数据更加准确，有效解决了由于生活中的入户电往往不能做到标准电压，有时还会因为部分家用电器在开启时候产生的大电流脉冲对电压、电流波形产生了影响，且现有技术的电子电能表由于空间狭小，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，导致计量存在不小的误差的技术问题。

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为本发明提供的一种能够误差校正的电子电能表改造装置及电能表改造示意图；

图2为本发明的技术方案中误差校正的步骤的流程图；

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。

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。

本申请人于2023-03-01申请过的另一件发明专利（公开号为CN115856423A，申请号为CN202310180670.5）公开了一种电子电能表改造装置及抄表系统，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；在本发明的方案中，本专利在上述专利的基础上进行了改进，取消了用于对载波检测丢包率从而实现误差分析的第二载波通信设备和第三载波通信设备，采用芯片内置程序，利用校正功的方式提高电计量的准确性，有助于进一步降低制造成本，下面提供本发明的具体实施例：

如图1所示，是本发明提供的一种能够误差校正的电子电能表改造装置的第一实施例，在本实施例中，具有改装壳体20，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的通过电流脉冲，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量显示数据，并在电能表的显示器上进行显示；

数据存储器203内存储有程序代码、校正阈值以及标准电能数据库，标准电能数据库包括至少10组指定时长的经过电计量校正的标准电能数据集，每个标准电能数据集包括有指定时长内的成序列的瞬时电压、瞬时脉冲以及对应的利用标准功率检测仪器检测得到的校正功；校正阈值用于判断指定时间内的电计量是否需要校正；

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；

误差校正的步骤，用于根据标准电能数据库对电能计量进行误差校正；

通信步骤，用于与外界通信。

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，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，计算用电量的步骤具体包括：

步骤1、将电计量时间段按照指定时长分为多个采集时间段，按照时间轴对每个采集时间段的瞬时功率进行积分，得到每个采集时间段用电量数据；

步骤2、将每个采集时间段用电量数据进行加和计算，得到电计量时间段的用电量数据。

其中，步骤1中所述的瞬时功率计算的具体公式如下：

瞬时功率P=3600×1000/（EC×count）瓦；

其中，EC表示脉冲常数，count表示采集时间段内所述电流传感器2052采集的电流脉冲的个数。

其中，电子式电能表的常数EC是每千瓦小时脉冲的个数，电能表常数会标注在电能表面板上，其单位为imp/kwh，表示为每千瓦时脉冲的个数；由于电能表常数不同，记录相同的电能，常数小的电能表脉冲个数少，常数大的电能表脉冲个数多；一般电表的脉冲常数有6400imp/kWh和3200imp/kwh是电表的脉冲常数。如电能常数为3200imp/kwh，在用电时电能表的脉冲指示灯将闪烁，当脉冲指示灯闪烁3200次时，计数器个位数值将进一位，说明已经使用了1kwh（度）电。

进一步的，在上述技术方案中，误差校正的步骤具体包括：

获取每个采集时间段内的所有瞬时电压、瞬时电流脉冲组成采集电能数据集，其中，瞬时电流脉冲为第一高速光耦2051传来的电流脉冲，瞬时电压为第二高速光耦2053采集的电压；其中，采集电能数据集中每个元素表示为X=[index,V,I]，其中index表示采集时间段内的脉冲序号；

根据数据存储器203中预存的标准电能数据库中的每个标准电能数据集，与采集电能数据集进行相似度分析，得到第一相似度数据集；

根据第一相似度数据集中最大的10个相似度，选择标准电能数据库中对应的10个标准电能数据集组成待聚类数据集；

利用近邻传播聚类算法，对待聚类数据集进行聚类，得到的聚类中心，作为校正电能数据集；

其中，近邻传播聚类算法(AP)是一种基于图论的聚类算法。其基本思想是将全部待聚类样本看作是网络中的节点，且都当作潜在的聚类中心，待聚类样本间通过相似度连线构成一个网络(相似度矩阵S)，再通过网络中各条边的消息(吸引度responsibility和归属度availability)的传递，进而计算出待聚类样本集的聚类中心。

根据校正电能数据集计算得到采集时间段的用电量数据。

进一步的，在上述技术方案中，根据校正电能数据集计算得到采集时间段的用电量数据的步骤具体包括：

根据数据存储器203中预存的标准电能数据库中的每个标准电能数据集，与校正电能数据集进行相似度分析，得到第二相似度数据集；

以第二相似度数据集中最大的相似度对应的标准电能数据库中的标准电能数据集的校正功，作为采集时间段的采集功；

将每个采集时间段的采集功和采集时间段通过计算用电量的步骤计算出来的用电量数据进行比较，若两者差值大于校正阈值，则以采集功作为采集时间段的用电量数据。

其中，在上述技术方案中，标准电能数据库的建立步骤为：

获取改造后电能表的多组指定时长内的瞬时电参数集，瞬时电参数集包括指定时长内的成序列的瞬时电压、瞬时功率；

获取标准电能表的多组指定时长内的电计量数据作为校正功；

对获取的多组指定时长内的瞬时电参数集以及对应的校正功作为标准电能数据集。

多组为至少10组，同时使得经过筛选后的数据集内的元素大于10组。

进一步的，在上述技术方案中，标准电能数据集的建立步骤中还包括对标准电能数据集进行筛选的步骤，具体包括：

对标准电能数据库中的每个标准电能数据集计算采集功；

对每个标准电能数据集的采集功和校正功进行减法计算后取绝对值，得到多个校正差组成校正差数据集；

对每个标准电能数据集的校正差除以校正功，作为校正率；

将校正差数据集中校正率小于10%的校正差对应的标准电能数据保存到数据库，得到标准电能数据库。

进一步的，在上述技术方案中，校正阈值预存在数据存储器203内，校正阈值的获取方法为：

对标准电能数据库中每个标准电能数据集按照校正率从小到大的顺序进行排序，以排序第10的校正率对应的标准电能数据集对应的校正差作为校正阈值。

进一步的，在上述技术方案中，标准电能数据库的建立步骤中，所需的采集的场景为：采用上述的一种能够误差校正的电子电能表改造装置改造后的电能表，将改造后的电能表电连接在家用电路的入户线，将标准电能表连接在改造后的电能表的上游，对家用电器进行包括开、关、增减电器、更换电器、变更电器功率等在内的使用，按照指定时长采集不同的多组标准电能数据集；其中电器包括多种常用家用电器，支持不同使用年限的家用电器。

进一步的，在上述技术方案中，第一相似度数据集和第二相似度数据集的计算方法均为欧氏距离相似度计算法。

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。

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 (7)

1.一种能够误差校正的电子电能表改造装置，其特征在于，具有改装壳体(20)，所述改装壳体(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)的通过电流脉冲，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量显示数据，并在电能表的显示器上进行显示；

所述数据存储器(203)内存储有程序代码、校正阈值以及标准电能数据库，所述标准电能数据库包括至少10组指定时长的经过电计量校正的标准电能数据集，每个所述标准电能数据集包括有指定时长内的成序列的瞬时电压、瞬时脉冲以及对应的利用标准功率检测仪器检测得到的校正功；所述校正阈值用于判断指定时间内的电计量是否需要校正；

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；

误差校正的步骤，用于根据标准电能数据库对电能计量进行误差校正；

通信步骤，用于与外界通信；

其中，所述计算用电量的步骤具体包括：

步骤1、将电计量时间段按照指定时长分为多个采集时间段，按照时间轴对每个采集时间段的瞬时功率进行积分，得到每个采集时间段用电量数据；

步骤2、将每个采集时间段用电量数据进行加和计算，得到电计量时间段的用电量数据；

所述误差校正的步骤具体包括：

获取每个采集时间段内的所有瞬时电压、瞬时电流脉冲组成采集电能数据集，其中，所述瞬时电流脉冲为所述第一高速光耦(2051)传来的电流脉冲，所述瞬时电压为所述第二高速光耦(2053)采集的电压；其中，所述采集电能数据集中每个元素表示为X=[index,V,I]，其中index表示所述采集时间段内的脉冲序号；

根据所述数据存储器(203)中预存的标准电能数据库中的每个标准电能数据集，与所述采集电能数据集进行相似度分析，得到第一相似度数据集；

根据第一相似度数据集中最大的10个相似度，选择所述标准电能数据库中对应的10个标准电能数据集组成待聚类数据集；

利用聚类算法，对待聚类数据集进行聚类，得到的聚类中心，作为校正电能数据集；

根据校正电能数据集计算得到所述采集时间段的用电量数据；

其中，所述根据校正电能数据集计算得到所述采集时间段的用电量数据的步骤具体包括：

根据所述数据存储器(203)中预存的标准电能数据库中的每个标准电能数据集，与校正电能数据集进行相似度分析，得到第二相似度数据集；

以第二相似度数据集中最大的相似度对应的标准电能数据库中的标准电能数据集的校正功，作为所述采集时间段的采集功；

将每个采集时间段的采集功和所述采集时间段通过计算用电量的步骤计算出来的用电量数据进行比较，若两者差值大于校正阈值，则以采集功作为所述采集时间段的用电量数据。

2.根据权利要求1所述的一种能够误差校正的电子电能表改造装置，其特征在于，步骤1中所述的瞬时功率计算的公式如下：

瞬时功率P=3600×1000/（EC×count）瓦；

其中，EC表示脉冲常数，count表示采集时间段内所述电流传感器(2052)采集的电流脉冲的个数。

3.根据权利要求1所述的一种能够误差校正的电子电能表改造装置，其特征在于，所述标准电能数据库的建立步骤为：

获取改造后电能表的多组指定时长内的瞬时电参数集，所述瞬时电参数集包括指定时长内的成序列的瞬时电压、瞬时功率；

获取标准电能表的多组指定时长内的电计量数据作为校正功；

对获取的多组指定时长内的瞬时电参数集以及对应的校正功作为标准电能数据集。

4.根据权利要求3所述的一种能够误差校正的电子电能表改造装置，其特征在于，所述标准电能数据集的建立步骤中还包括对标准电能数据集进行筛选的步骤，具体包括：

对标准电能数据库中的每个标准电能数据集计算采集功；

对每个标准电能数据集的采集功和校正功进行减法计算后取绝对值，得到多个校正差组成校正差数据集；

对每个标准电能数据集的校正差除以校正功，作为校正率；

将校正差数据集中校正率小于10%的校正差对应的标准电能数据保存到数据库，得到标准电能数据库。

5.根据权利要求4所述的一种能够误差校正的电子电能表改造装置，其特征在于，所述校正阈值预存在所述数据存储器(203)内，所述校正阈值的获取方法为：

对标准电能数据库中每个标准电能数据集按照校正率从小到大的顺序进行排序，以排序第10的校正率对应的标准电能数据集对应的校正差作为校正阈值。

6.根据权利要求5所述的一种能够误差校正的电子电能表改造装置，其特征在于，所述标准电能数据库的建立步骤中，所需的采集的场景为：利用权利要求1中所述的一种能够误差校正的电子电能表改造装置改造后的电能表，将改造后的电能表电连接在家用电路的入户线，将标准电能表连接在改造后的电能表的上游，对家用电器进行包括开、关、增减电器、更换电器、变更电器功率在内的使用，按照指定时长采集不同的多组标准电能数据集；其中电器包括多种常用家用电器，支持不同使用年限的家用电器。

7.根据权利要求1所述的一种能够误差校正的电子电能表改造装置，其特征在于，所述第一相似度数据集和所述第二相似度数据集的计算方法均为欧氏距离相似度计算法。

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