CN116704737A - 一种高寒地区的电子电能表读数采集方法、介质及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高寒地区的电子电能表读数采集方法、介质及装置，属于电子电能表技术领域，该方法包括采集读数的步骤、误差分析的步骤以及通信控制的步骤，其中，误差分析的步骤包括：连续获取各个电子电能表的读数以及温度，将电子电能表的读数在坐标系进行标记，每个标记的点为读数点，采用贝塞尔曲线连接每个读数点，形成读数曲线，获取读数曲线上每个读数点的曲率，形成曲率‑时间数组，采用直线连接每个曲率点，形成曲率折线，计算所述曲率折线的波动率，若存在一段波动率大于指定波动率的曲率折线，则认为这一段曲率折线对应的读数存在误差。本发明能够解决现有技术的电子电能表无法输出存在误差的时间段的技术问题。

Description

一种高寒地区的电子电能表读数采集方法、介质及装置

技术领域

本发明属于电子电能表技术领域，具体而言，涉及一种高寒地区的电子电能表读数采集方法、介质及装置。

背景技术

在高寒地区，由于气候条件恶劣，电子电能表的正常工作往往受到严重影响。尤其是在寒冷的冬季，电能表内部零部件由于低温环境可能导致性能下降，甚至出现故障。此外，电能表的读数也可能因为温度变化而产生误差。因此，如何确保电能表在高寒地区的正常工作，以及准确的电能表读数，成为了一个技术难题。

目前，市场上存在的一些改造装置采用的是增加保温设备的方式，尝试通过提高电能表内部的温度来确保电能表的正常工作。然而，这种方法存在一些问题。首先，保温设备的工作需要消耗额外的电能，这增加了运行成本。其次，保温设备的工作效果受到环境温度的影响，当环境温度过低时，保温设备可能无法提供足够的热量来保证电能表的正常工作。最后，保温设备可能会对电能表内部的电子元件产生过热的风险，这可能导致电能表的寿命缩短。此外，当前的电能表读数采集方式大多是人工抄表，这种方式在高寒地区的实施存在很大困难。一方面，高寒地区的严寒天气使得人工抄表的工作环境极其恶劣，极大地增加了工作人员的劳动强度和工作难度。另一方面，人工抄表的效率低下，易出错，而且难以实现实时监控和管理。高寒地区一般指的是冬季温度低于零下30摄氏度的地区。

现有的高寒地区电子电能表改造装置，主要是通过改进电能表的结构，增设保温设备和加热设备，以保证电能表在低温环境下的正常工作。然而，这种改造装置存在着一些问题。首先，由于高寒地区的电能表需要连续工作，在低温环境下，电能表的电池寿命会大大缩短，需要频繁更换电池，增加了使用成本。其次，由于高寒地区的气候条件变化大，电能表的读数容易受到影响，导致读数不准确，且不能输出存在误差的时间段。此外，由于高寒地区的地理环境恶劣，风雪天气导致无线通信设备通信不畅，利用无线通信装置读取电表读数较为不便。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种高寒地区的电子电能表读数采集方法、介质及装置，能够解决现有技术的电子电能表无法输出存在误差的时间段的技术问题。

本发明是这样实现的：

本发明的第一方面提供一种高寒地区的电子电能表读数采集方法，包括如下步骤：

采集读数的步骤，用于每隔指定时间间隔，依次采集各电能表的读数；

误差分析的步骤，用于对各电子电能表读数进行误差分析并输出；

通信控制的步骤，用于控制通信设备与外界通信。

一般的，指定时间间隔不大于90分钟，可根据电力系统的电表更新要求进行设定，优选15秒。

在上述技术方案的基础上，本发明的一种高寒地区的电子电能表读数采集方法还可以做如下改进:

其中，所述误差分析的步骤，具体包括：

S10、按照指定时间间隔连续获取各个电子电能表的读数以及电子温度计获得的温度；

S20、建立读数-时间二维坐标系，横轴为时间，纵轴为读数，将获取的电子电能表的读数在所述读数-时间二维坐标系进行标记，每个标记的点为读数点；

S30、采用贝塞尔曲线连接每个读数点，形成读数曲线；

S40、获取所述读数曲线上每个读数点的曲率，形成曲率-时间数组；

S50、建立曲率-时间二维坐标系，并将得到的曲率-时间数组在所述曲率-时间二维坐标系进行标记，每个标记点为曲率点；

S60、采用直线连接每个曲率点，形成曲率折线；

S70、计算所述曲率折线的波动率，若存在一段波动率大于指定波动率的曲率折线，则认为这一段曲率折线对应的读数存在误差，记为误差段；并同时记录误差段对应时刻的平均温度；

S80、将得到的误差段的起止时间以及平均温度通过通信装置发送给外界的接收端。

其中，接收端不需要实时接收，每次接收端与通信装置连接时，启动通信传输。

设置对各电子电能表读数进行误差分析的步骤，是因为在高寒地区，由于温度极低，电子电能表内部的设备工作会收到影响， 在进行电计量时，误差增大，且由于电子电能表计量的方式是采用脉冲数量乘以脉冲常数，温度极低情况下，电子元件的性能收到影响，这种计量方式会产生随机误差，可能某段时间电计量增加，也可能某段时间电计量减少，因此，采用这一误差分析的设置，可以将可能性存在误差的时间段输出给运维人员。

进一步的，所述指定波动率的获取方式如下：

步骤1、在实验室内，设定低温环境，并串联负荷、测试电子电能表和标准电表，使用所述高寒地区的电子电能表改造装置与所述测试电子电能表电连接；

步骤2、采用步骤S10-S60的步骤，获取测试电子电能表读数以及曲率折线，将曲率折线记为测试曲线，并采用标准电表同步记录负荷的标准读数；

步骤3、根据测试电子电能表读数和标准读数计算测试电子电能表的误差，得到误差-时刻数组；

步骤4、从误差-时刻数组中筛选超过误差阈值的误差，并将筛选后的误差-时刻数组在所述测试曲线上进行标记；

步骤5、获取多段被标记的测试曲线，计算每段的波动率，作为第一波动率；

步骤6、更换多个测试电子电能表以及低温环境的温度，重复步骤1~步骤5，得到多个第一波动率；

步骤7、将得到的多个第一波动率求平均值，作为指定波动率。

进一步的，所述误差阈值为5%，所述低温环境为零下20°~零下70°。

其中，所述通信控制的步骤，用于控制无线传输设备或声学调制设备与外界通信。

本发明的第二方面提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令运行时，用于执行权上述的一种高寒地区的电子电能表读数采集方法。

本发明的第三方面提供一种高寒地区的电子电能表读数采集装置，用于设置在电表箱内，其中，包括电源、控制器、存储器、采集器、电子温度计以及通信设备，所述采集器用于连接至少一个电子电能表并按照指定时间间隔获取电子电能表的读数，所述通信设备用于与外界通信，所述电源用于为控制器、存储器、采集器、电子温度计以及通信设备提供电力，所述控制器与所述存储器、采集器、电子温度计以及通信设备电连接；所述存储器内存储有程序指令，所述控制器执行所述程序指令时，用于执行上述的一种高寒地区的电子电能表读数采集方法。

在上述技术方案的基础上，本发明的一种高寒地区的电子电能表读数采集装置还可以做如下改进:

进一步的，所述通信设备为声学调制设备，所述声学调制设备包括声学调制器和传输铁管，所述声学调制器与所述控制器、所述电源电连接，所述声学调制器的输出端与所述传输铁管抵接，所述传输铁管垂直向下延伸至电表箱外。

采用上述改进方案的有益效果为：采用声学调制设备，能够很好的解决在风雪天气导致无线通信设备通信不畅的技术问题，以及若电表箱被冰冻住无法打开，采用有线接口如USB等，也可能因为冰封无法连接，因此采用声学调制设备，当采集人员由于上述原因无法读表时，利用声学加载数据，由于加载的数据量不大，只有电表箱内电表的读数，以及误差起止时间数据，因此可以通过声学调制设备进行调制后输出， 采集人员的接收端上设置有声学解调设备，可以直接进行接收。

其中，所述传输铁管的外径为2~3厘米，传输铁管厚度为1~2毫米。

进一步的，所述传输铁管为密闭的中空管，所述传输铁管内盛满有耐低温液体，所述传输铁管的顶部设置有通孔，所述声学调制器的输出端通过所述通孔浸入所述耐低温液体中。

进一步的，所述通信设备至少包括蓝牙设备、电力载波设备以及声学调制设备中的任意两种。

与现有技术相比较，本发明提供的一种高寒地区的电子电能表读数采集方法、介质及装置的有益效果是：在高寒地区，由于温度极低，电子电能表内部的设备工作会收到影响， 在进行电计量时，误差增大，且由于电子电能表计量的方式是采用脉冲数量乘以脉冲常数，温度极低情况下，电子元件的性能收到影响，这种计量方式会产生随机误差，可能某段时间电计量增加，也可能某段时间电计量减少，因此，采用这一误差分析的设置，可以将可能性存在误差的时间段输出给运维人员，运维人员可以掌握电子电能表的误差时间段，便于更好的运维。同时，采用声学调制设备进行通信传输，可以有效避免风雪天气以及电表箱被冰封无法打开造成采集人员无法对电子电能表进行读数的问题。

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高寒地区的电子电能表读数采集方法的流程图；

图2为本发明提供的一种高寒地区的电子电能表读数采集装置的电连接示意图；

图3为本发明提供的一种高寒地区的电子电能表读数采集装置的声学调制设备示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

10、电表箱；20、声学调制器；21、输出端；22、传输铁管。

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。

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。

本发明第一方面提供一种高寒地区的电子电能表读数采集方法，包括如下步骤：

采集读数的步骤，用于每隔指定时间间隔，依次采集各电能表的读数；

误差分析的步骤，用于对各电子电能表读数进行误差分析并输出；

通信控制的步骤，用于控制通信设备与外界通信。

如图1所示，在上述技术方案中，误差分析的步骤，具体包括：

S10、按照指定时间间隔连续获取各个电子电能表的读数以及电子温度计获得的温度；在具体实施中，我们首先需要连续获取各个电子电能表的读数以及电子温度计获得的温度。这可以通过配置一个数据采集系统来实现，该系统可以按照设定的时间间隔（例如每分钟、每小时或每天等）连续获取电能表的读数和温度计的温度；

S20、建立读数-时间二维坐标系，横轴为时间，纵轴为读数，将获取的电子电能表的读数在读数-时间二维坐标系进行标记，每个标记的点为读数点；在这一步中，我们需要建立一个读数-时间二维坐标系。在这个坐标系中，横轴代表时间，纵轴代表电能表的读数。然后，我们将在S10步骤中获取的读数在这个坐标系中进行标记。每个标记的点我们称之为读数点。具体的标记方法可以是：在坐标系中，对应读数的纵坐标和对应时间的横坐标的交点处进行标记；

S30、采用贝塞尔曲线连接每个读数点，形成读数曲线；在这一步中，我们将使用贝塞尔曲线（Bezier curve）来连接所有的读数点。贝塞尔曲线是一种参数曲线，可以通过一组控制点来定义。在本实施方式中，我们可以将读数点视为控制点，然后利用贝塞尔曲线的定义公式来计算出连接所有读数点的曲线。贝塞尔曲线的公式为：

；

其中，表示贝塞尔曲线，/>表示组合数，/>表示参数（取值范围为0到1），/>表示控制点的数量减1，/>表示第/>个控制点；

S40、获取读数曲线上每个读数点的曲率，形成曲率-时间数组；在这一步中，我们需要计算读数曲线上每个读数点的曲率。曲率（curvature）是描述曲线在某一点处的弯曲程度的量，其值等于该点处的切线方向的变化率。在二维平面上，曲率的公式为：

；

其中，表示曲率，/>表示函数/>的二阶导数，/>表示函数/>的一阶导数。在本实施方式中，我们可以将读数曲线的函数表达式代入上述公式中，计算出每个读数点的曲率。然后，我们将每个读数点的曲率和对应的时间组成一个数组，形成曲率-时间数组；

S50、建立曲率-时间二维坐标系，并将得到的曲率-时间数组在曲率-时间二维坐标系进行标记，每个标记点为曲率点；在这一步中，我们需要建立一个曲率-时间二维坐标系。在这个坐标系中，横轴代表时间，纵轴代表曲率。然后，我们将在S40步骤中得到的曲率-时间数组在这个坐标系中进行标记。每个标记的点我们称之为曲率点。具体的标记方法可以是：在坐标系中，对应曲率的纵坐标和对应时间的横坐标的交点处进行标记；

S60、采用直线连接每个曲率点，形成曲率折线；在这一步中，我们将使用直线来连接所有的曲率点，形成一个曲率折线。这个折线可以帮助我们更直观地观察曲率随时间的变化情况；

S70、计算曲率折线的波动率，若存在一段波动率大于指定波动率的曲率折线，则认为这一段曲率折线对应的读数存在误差，记为误差段；并同时记录误差段对应时刻的平均温度；在这一步中，我们需要计算曲率折线的波动率。波动率（volatility）是一种衡量数据变化幅度的指标，其值等于数据的标准差。在本实施方式中，我们可以将曲率折线上每个点的曲率值作为数据，计算出这些数据的标准差，得到曲率折线的波动率。波动率的公式为：

；

其中，表示波动率，/>表示数据的数量，/>表示第/>个数据，/>表示数据的平均值。如果计算出的波动率大于指定波动率，则我们认为这一段曲率折线对应的读数存在误差。同时，我们还需要记录这一段曲率折线对应的平均温度。这个平均温度可以通过在S10步骤中获取的温度数据来计算得到。通过以上的步骤，我们可以有效地检测出高寒地区的电子电能表的读数是否存在误差，从而保证电能表的准确性和可靠性；采用曲率的波动值的方式对误差进行分析，这是因为除了电器的开启和关闭的时刻，多数情况下，电子电能表的读数应该相对稳定，也就是说曲率会相对稳定；但是由于低温情况，造成电子电能表的计量误差增大，因此，会造成曲率变化增大，于是增加了曲率折线的波动率。本发明的方案利用这一波动率来判断误差，能够更简单的分析误差，得到一个误差段的起止时间并加上这个误差段对应的平均温度，输出给运维人员，便于运维人员进行电计量误差分析；

S80、将得到的误差段的起止时间以及平均温度通过通信装置发送给外界的接收端。

进一步的，在上述技术方案中，指定波动率的获取方式如下：

步骤1、在实验室内，设定低温环境，并串联负荷、测试电子电能表和标准电表，使用高寒地区的电子电能表改造装置与测试电子电能表电连接；

步骤2、采用步骤S10-S60的步骤，获取测试电子电能表读数以及曲率折线，将曲率折线记为测试曲线，并采用标准电表同步记录负荷的标准读数；

步骤3、根据测试电子电能表读数和标准读数计算测试电子电能表的误差，得到误差-时刻数组；

步骤4、从误差-时刻数组中筛选超过误差阈值的误差，并将筛选后的误差-时刻数组在测试曲线上进行标记；

步骤5、获取多段被标记的测试曲线，计算每段的波动率，作为第一波动率；

步骤6、更换多个测试电子电能表以及低温环境的温度，重复步骤1~步骤5，得到多个第一波动率；

步骤7、将得到的多个第一波动率求平均值，作为指定波动率。

进一步的，在上述技术方案中，误差阈值为5%，低温环境为零下20°~零下70°。

其中，在上述技术方案中，通信控制的步骤，用于控制无线传输设备或声学调制设备与外界通信。

其中，利用声学调制设备与外界通信的整个流程可以描述如下：

首先，采集读数的步骤会根据预设的时间间隔对各电能表的读数进行采集。这些采集到的数据被送到误差分析的步骤进行处理。误差分析的步骤会对这些数据进行深度分析，判断是否存在误差，如果存在误差，该模块会进行修正并输出修正后的数据。

然后，修正后的数据会被送到通信控制的步骤。在通信控制的步骤中，声学调制设备会被启动。这个设备的作用是将电信号转化为声信号。首先，通信控制的步骤会将电能表的读数数据转化为电信号。然后，声学调制设备会将这些电信号转化为声信号。

最后，这些声信号会被发送出去。接收端的设备会接收到这些声信号，并将其转化回电信号，然后再将电信号转化为电能表的读数数据。这样，就完成了电能表读数数据的无线传输。

在整个过程中，声学调制设备的控制是自动完成的，无需人工干预。此外，为了保证传输的准确性和稳定性，通信控制的步骤还会对声学调制设备进行定时校准。

本发明第二方面提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有程序指令，程序指令运行时，用于执行上述的一种高寒地区的电子电能表读数采集方法。

如图2所示，是本发明第三方面提供一种高寒地区的电子电能表读数采集装置的电连接示意图，本装置用于设置在电表箱10内，其中，包括电源、控制器、存储器、采集器、电子温度计以及通信设备，采集器用于连接至少一个电子电能表并按照指定时间间隔获取电子电能表的读数，通信设备用于与外界通信，电源用于为控制器、存储器、采集器、电子温度计以及通信设备提供电力，控制器与存储器、采集器、电子温度计以及通信设备电连接；存储器内存储有程序指令，控制器执行程序指令时，用于上述的一种高寒地区的电子电能表读数采集方法。

如图3所示，在上述技术方案中，通信设备为声学调制设备，声学调制设备包括声学调制器20和传输铁管22，声学调制器20与控制器、电源电连接，声学调制器20的输出端21与传输铁管22抵接，传输铁管22垂直向下延伸至电表箱10外。

进一步的，在上述技术方案中，传输铁管22为密闭的中空管，传输铁管22内盛满有耐低温液体，传输铁管22的顶部设置有通孔，声学调制器20的输出端21通过通孔浸入耐低温液体中。

进一步的，在上述技术方案中，通信设备至少包括蓝牙设备、电力载波设备以及声学调制设备中的任意两种。

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)

1.一种高寒地区的电子电能表读数采集方法，其特征在于，包括如下步骤：

采集读数的步骤，用于每隔指定时间间隔，依次采集各电能表的读数；

误差分析的步骤，用于对各电子电能表读数进行误差分析并输出；

通信控制的步骤，用于控制通信设备与外界通信；

其中，所述误差分析的步骤，具体包括：

S10、按照指定时间间隔连续获取各个电子电能表的读数以及电子温度计获得的温度；

S20、建立读数-时间二维坐标系，横轴为时间，纵轴为读数，将获取的电子电能表的读数在所述读数-时间二维坐标系进行标记，每个标记的点为读数点；

S30、采用贝塞尔曲线连接每个读数点，形成读数曲线；

S40、获取所述读数曲线上每个读数点的曲率，形成曲率-时间数组；

S50、建立曲率-时间二维坐标系，并将得到的曲率-时间数组在所述曲率-时间二维坐标系进行标记，每个标记点为曲率点；

S60、采用直线连接每个曲率点，形成曲率折线；

S70、计算所述曲率折线的波动率，若存在一段波动率大于指定波动率的曲率折线，则认为这一段曲率折线对应的读数存在误差，记为误差段；并同时记录误差段对应时刻的平均温度；

S80、将得到的误差段的起止时间以及平均温度通过通信装置发送给外界的接收端。

2.根据权利要求1所述的一种高寒地区的电子电能表读数采集方法，其特征在于，所述指定波动率的获取方式如下：

步骤1、在实验室内，设定低温环境，并串联负荷、测试电子电能表和标准电表，使用所述高寒地区的电子电能表改造装置与所述测试电子电能表电连接；

步骤2、采用步骤S10-S60的步骤，获取测试电子电能表读数以及曲率折线，将曲率折线记为测试曲线，并采用标准电表同步记录负荷的标准读数；

步骤3、根据测试电子电能表读数和标准读数计算测试电子电能表的误差，得到误差-时刻数组；

步骤4、从误差-时刻数组中筛选超过误差阈值的误差，并将筛选后的误差-时刻数组在所述测试曲线上进行标记；

步骤5、获取多段被标记的测试曲线，计算每段的波动率，作为第一波动率；

步骤6、更换多个测试电子电能表以及低温环境的温度，重复步骤1~步骤5，得到多个第一波动率；

步骤7、将得到的多个第一波动率求平均值，作为指定波动率。

3.根据权利要求2所述的一种高寒地区的电子电能表读数采集方法，其特征在于，所述误差阈值为5%，所述低温环境为零下20°~零下70°。

4.根据权利要求1所述的一种高寒地区的电子电能表读数采集方法，其特征在于，所述通信控制的步骤，用于控制无线传输设备或声学调制设备与外界通信。

5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令运行时，用于执行权利要求1-4任一项所述的一种高寒地区的电子电能表读数采集方法。

6.一种高寒地区的电子电能表读数采集装置，用于设置在电表箱内，其特征在于，包括电源、控制器、存储器、采集器、电子温度计以及通信设备，所述采集器用于连接至少一个电子电能表并按照指定时间间隔获取电子电能表的读数，所述通信设备用于与外界通信，所述电源用于为控制器、存储器、采集器、电子温度计以及通信设备提供电力，所述控制器与所述存储器、采集器、电子温度计以及通信设备电连接；所述存储器内存储有程序指令，所述控制器执行所述程序指令时，用于执行权利要求1-4任一项所述的一种高寒地区的电子电能表读数采集方法。

7.根据权利要求6所述的一种高寒地区的电子电能表读数采集装置，其特征在于，所述通信设备为声学调制设备，所述声学调制设备包括声学调制器和传输铁管，所述声学调制器与所述控制器、所述电源电连接，所述声学调制器的输出端与所述传输铁管抵接，所述传输铁管垂直向下延伸至电表箱外。

8.根据权利要求7所述的一种高寒地区的电子电能表读数采集装置，其特征在于，所述传输铁管为密闭的中空管，所述传输铁管内盛满有耐低温液体，所述传输铁管的顶部设置有通孔，所述声学调制器的输出端通过所述通孔浸入所述耐低温液体中。

9.根据权利要求8所述的一种高寒地区的电子电能表读数采集装置，其特征在于，所述通信设备至少包括蓝牙设备、电力载波设备以及声学调制设备中的任意两种。