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      單相智能電能表分布式校表方法

      文檔序號:5943998閱讀:300來源:國知局
      專利名稱:單相智能電能表分布式校表方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種電表的校表方法,特別是涉及一種單相智能電能表的分布式校表方法。
      背景技術(shù)
      近年來,我國智能電網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)全面展開,單相智能電表在全國范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用, 2011年僅國家電網(wǎng)公司招標總量就達到7600. 88萬只智能電能表。面對如此巨大的訂單數(shù)量,很多生產(chǎn)廠家出現(xiàn)供貨不及時和個別電能表誤差超差等問題,智能電能表的校表是生產(chǎn)智能電能表中關(guān)系生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)。目前現(xiàn)有的智能電能表的校表采用以主控計算機為核心的集中式控制方式,即主控計算機擔(dān)負絕大部分的校表工作,這些任務(wù)包括控制校表臺、讀取表臺各表電能脈沖誤差、計算校表參數(shù)、向各電能表下裝校表參數(shù)等,具體步驟如圖I(以單相智能電能表的火線通道基本電流校準為例)所示
      步驟101,開始校表,計算機啟動校表臺;
      步驟102,計算機啟動誤差讀取,并等待被校電能表輸出誤差;
      步驟103,計算機通過串口從校表臺讀取一臺被校表誤差;
      步驟104,計算機依據(jù)讀取的被校電能表和預(yù)設(shè)表參數(shù)計算,并得到計量芯片的增益寄存器值;
      步驟105,計算機通過RS485總線將計算得到的增益寄存器結(jié)果寫入被校電能表中; 步驟106,計算機如果所有被校電能表都完成校準,則繼續(xù)進行步驟107,如果仍有電能表未完成增益寄存器校準,則重復(fù)步驟103,校準下一臺電能表;
      步驟107,計算機讀取I臺被校電能表的功率、電壓、電流的寄存器值;
      步驟108,計算機通過公式計算被校電能表的功率、電壓、電流參數(shù);
      步驟109,計算機將得到的參數(shù)結(jié)果通過RS485總線寫入被校電能表;
      步驟110,計算機檢測是否所有被校電能表都完成功率、電壓、電流參數(shù)校準,如果所有電能表均完成參數(shù)校準,則校表結(jié)束,如果仍有電能表未完成參數(shù)校準,則重復(fù)步驟107校準下一臺電能表,直到所有被校電能表均完成校準?,F(xiàn)有的智能電能表的集中式校表方式,沒有利用智能電能表內(nèi)在的運算處理能力,這樣校表時間、效率及一致性都沒有到達最優(yōu),具體缺點如下
      由主控計算機逐一讀取每塊被校電能表數(shù)據(jù),按照程序預(yù)設(shè)公式計算,并將結(jié)果逐一寫入被校電能表。智能電能表通信波特率2400bit/s,通信方式為問答式,每臺電能表一次通信平均O. 5秒,控制通信開關(guān)切換時間為O. 5秒,所以主控計算機與48塊被校電能表通信一次時間為48秒。在校準電能表火線計量精度過程中,主控計算機需要采集電能表輸出的脈沖,例如校準5 (60) A,脈沖常數(shù)1200規(guī)格的電能表,校準基準電流(5A)誤差等待時間為3秒, 一般情況取第3個輸出作為誤差有效值,所以基準電流校準時采集誤差時間為9秒;主控計算機每O. 5秒讀取I臺被校電能表誤差,48表位總計為24秒;讀取誤差后由主控計算機按預(yù)設(shè)公式計算,并將計算結(jié)果寫入被校電能表,累計處理時間為48秒;基準電流校準過程中誤差處理時間累計為81秒。O. 5L相位校準誤差輸出時間為基準電流校準的2倍,即18 秒;0. I倍基準電流校準時,誤差輸出時間為基準電流校準的10倍,即90秒。所以,在不考慮計算機自身處理時間的情況下,誤差校時間已經(jīng)達到5. 55分鐘。防竊電智能電能表還需要對零線計量精度校準,校準時間與火線校準時間一致,為5. 55分鐘。精度校準完成后,智能電能表還需要對電壓、火線電流、零線電流、有功功率、火線電流補償、零線電流補償、功率補償?shù)葏?shù)校準,通常做法是最少讀取5次電能表的寄存器值,再由計算機平均算法,計算得到系數(shù)值再寫入被校電能表,總處理時間通常大于10分鐘?,F(xiàn)有智能電能表校準方法所花費總時間通常大于20分鐘,包括電能表安裝及拆除等人工操作,每個表臺校表時間約為35分鐘,使用48表位校表臺8小時校表658塊智能電能表。而且現(xiàn)有技術(shù)通常功率源由于電網(wǎng)干擾出現(xiàn)波動時,標準表采集的電能與各電能表脈沖輸出由于時間不完全同步,這時計算校表參數(shù)偶然誤差會變大,導(dǎo)致同一批次電能表一致性差,存在個別電能表超差的問題。校表前需要連接每一臺被校電能表的脈沖輸出端子,用于檢測電能表輸出誤差,不但速度慢,工人操作也容易出現(xiàn)失誤。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于提供一種單相智能電能表的分布式校表方法,該方法充分利用了智能電表的軟硬件資源實現(xiàn)了分布式校表方法,主控計算機使用廣播下發(fā)命令,所有接收到命令的電能表的MCU同時校表,這樣校表的速度得到明顯提高,并使用了粗調(diào)和精調(diào)兩步校準,把校準點的誤差控制在±0. 1%以內(nèi),這樣校表的精度和一致性得到明顯的提聞。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
      單相智能電能表分布式校表方法,其所述分布式校表方法包括以下過程
      主控計算機使用廣播方式下發(fā)命令;所有電能表同時接收到命令,利用智能電能表的軟硬件資源,由電能表的MCU校表,包括脈沖輸出加速、捕捉脈沖間隔時間、計算計量誤差、 計算校正系數(shù)、計量芯片設(shè)置;計量精度粗調(diào)校準完成后再完成計量精度精調(diào)校準,其中粗調(diào)校準為主控計算機以廣播方式下發(fā)命令,命令包括精度校準控制字、當(dāng)前功率值,電能表接收到主控計算機下發(fā)的命令,MCU通過SPI總線設(shè)置計量芯片能量閥值寄存器,并加速脈沖輸出,通過外部中斷方式采集計量芯片輸出的精度誤差脈沖,并使用一個計數(shù)器獲得兩個脈沖之間的實際累計時間,按照從命令中讀取當(dāng)前功率值計算出兩個脈沖之間的理論累計時間,MCU通過實際累計時間和理論累計時間的差值,計算等到計量芯片的誤差,再由誤差計算得到計量芯片的修正參數(shù),通過SPI總線寫入計量芯片;其中精調(diào)校準為完成計量精度粗調(diào)校準后,在校準點的誤差在±0. 5%以內(nèi),MCU捕捉粗調(diào)校準后計量芯片兩個脈沖之間的實際累計時間,與理論誤差計算得到計量芯片誤差值,判斷誤差控制在±0. 1%以內(nèi),如果在范圍內(nèi)則完成校準;如果超出誤差,采用逐次逼近法,把新的修正參數(shù),寫入計量芯寄存器,通過實測,采用3次逐次逼近,消除功率源波動產(chǎn)生的對校表的影響,達到把校準點的誤差控制在±0. 1%以內(nèi)。
      所述的單相智能電能表分布式校表方法,其所述的分布式校表方法的電路包括: 一個MCU,一個高精度晶體振蕩器作為MCU的基準時鐘源,一個具有軟件校表功能的計量芯片;計量芯片具有脈沖輸出功能,并與MCU的一個外部中斷相連接;計量芯片具有SPI通信總線或其它串行通信總線,并與MCU的SPI總線或其它串行通信總線連接。所述的單相智能電能表分布式校表方法,其所述的分布式校表方法的主控計算機參下發(fā)廣播命令后不參與其它工作。所述的單相智能電能表分布式校表方法,其所述的分布式校表方法的計量芯片設(shè)定16倍脈沖加速輸出,粗調(diào)加精調(diào)的時間僅為集中式校準方式1/3。本發(fā)明提供的參數(shù)校準方法是,MCU從主控計算機下發(fā)的命令中讀取當(dāng)前功率、當(dāng)前電壓、當(dāng)前電流等參數(shù),MCU的中斷接收計量芯片數(shù)據(jù)采樣完成中斷輸出的信號后,MCU 通過SPI總線一次性讀取計量芯片內(nèi)部電流、電壓、功率數(shù)據(jù),并與當(dāng)前功率、當(dāng)前電壓、當(dāng)前電流計量得到相應(yīng)參數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點與效果是
      由于本發(fā)明充分利用了智能電表的軟硬件資源實現(xiàn)了分布式校表方法,每個校準點只需要主控計算機與被校準電能表通信一次,并使用了智能電表中特有的脈沖加速技術(shù),所以使用分布式校表方法的校表時間僅是現(xiàn)有技術(shù)所用時間的1/3 ;由于主控計算機不需要采集電能表的脈沖輸出,所以不需要連接校表臺與電能表的脈沖輸出端子,節(jié)約電能表安裝時間,降低了勞動強度;包括電能表安裝及拆除等人工操作,每個表臺校表總時間約為 17分鐘,使用48表位校表臺8小時校表總數(shù)為1355,工作效率提高一倍以上。另外,檢測誤差時使用電能表內(nèi)部高精度晶體振蕩器作為時鐘基準,可以精確捕捉計量芯片輸出脈沖間隔,經(jīng)過粗調(diào)和精調(diào)校準,可以把校準點的誤差控制在±0. 1%以內(nèi),這樣校表的精度和一致性得到明顯的提高。


      圖I是現(xiàn)有技術(shù)中對電能表校準的控制流程圖2是本發(fā)明提供的電能表校準的控制流程圖3是本發(fā)明提供的智能電能表的校準原理結(jié)構(gòu)圖4是主控計算機與校表臺及電能表的連接關(guān)系圖。
      具體實施例方式下面以國網(wǎng)單相智能電能表的校準為例,結(jié)合圖3對分布式校準方法進一步說明?;鹁€通道基本電流校I. O相位誤差校準步驟如下
      步驟1,主控計算機通過RS232總線控制校表臺的率源輸出額定電壓、額定電流、和I. O 相位;主控計算機從標準電能表中讀取當(dāng)前的電壓、電流、功率值,并以廣播的方式,通過 RS485總線下發(fā)I. O相位誤差校準命令。主控計算機進入定時等待狀態(tài),下面的步驟由各電能表MCU完成;
      步驟2,脈沖加速所有被校電能表同時接收到開始校表命令,從命令中讀取當(dāng)前功率值,MCU根據(jù)功率選擇適當(dāng)?shù)拿}沖加速倍率,MCU執(zhí)行306操作,通過SPI總線將加速倍率寫入計量芯片的脈沖加速寄存器,MCU啟動校表流程;
      步驟3,誤差粗調(diào)為被校電能表的粗調(diào)過程,電能表的MCU根據(jù)電表脈沖常數(shù)和主控計算機下發(fā)的當(dāng)前功率值,MCU首先按照公式(I)計算出計量芯片的脈沖常數(shù),并執(zhí)行304操作通過SPI總線將脈沖輸出常數(shù)設(shè)置到計量芯片的能量閥值寄存器,計量芯片累計能量大于能量閥值則計量芯片輸出脈沖。設(shè)置能量閥值寄存器后,MCU按照公式(2)計算出電能表脈沖間隔的理論時間T,并開啟外部中斷和定時器捕捉計量芯片輸出的脈沖信號的時間間隔,得到兩個脈沖的時間間隔tl,按照公式(3)計算得到增益系數(shù)GAIN,MCU通過SPI寫入計量芯的增益寄存器,如302操作所示;
      步驟4,誤差精調(diào)電能表MCU執(zhí)行304操作重新采集兩個連續(xù)的脈沖輸出時間,與公式(2)得到的T的誤差控制在±0. 1%以內(nèi),如果在范圍內(nèi)則完成校準;如果超出誤差,利用公式(3)計算新的修正參數(shù),寫入計量芯寄存器。采用逐次逼近法,循環(huán)3次,完成該校準點的誤差精調(diào)。對電流、電壓、有功功率等系數(shù)校準過程如下
      步驟1,主控計算機控制校表臺的率源輸出額定電壓、額定電流、和I. O相位,并以廣播的方式下發(fā)參數(shù)校準命令;
      步驟2,電能表MCU依次執(zhí)行307308309操作,通過SPI總線讀取計量芯片的有功功率、和電流、電壓有效值,并計算出電壓、電流、有功功率的校正系數(shù),并將系數(shù)存儲在智能電能表的非易失性存儲器中。對火線通道基本電流O. 5L相位校準過程如下
      步驟1,主控計算機控制校表臺,切換到O. 5L相位;主控計算機從標準電能表中讀取當(dāng)前的有功功率值,并以廣播的方式,通過RS485總線下發(fā)給所有被校電能表;
      步驟2,相位粗調(diào)MCU依據(jù)公式(4)計算出O. 5L相位時兩個脈沖之間的理論間隔時間,并執(zhí)行205操作捕捉計量芯片輸出的兩個連續(xù)脈沖,得到兩個脈沖的時間間隔t2,按照公式(5)計算得到相位補償寄存器值PHA,MCU執(zhí)行301操作將結(jié)果寫入計量芯片相位寄存器。步驟3,相位精調(diào)MCU執(zhí)行305操作捕捉計量芯片輸出的兩個連續(xù)脈沖,得到兩個脈沖的時間間隔t2,以步驟2計算的PHA為基礎(chǔ),進一步修正PHA值,并執(zhí)行301操作
      將結(jié)果寫入計量芯片相位寄存器。HFConst= [32. 2075*Vu*Vi*10n/(EC*Un*Ib)]公式(I)
      T=3600000/(PULSE*P0WER/10000)公式(2)
      GAIN=|T-tl |*32768/T公式(3)
      T0.5l=T/2公式(4)
      PHA= I T-t2 I / (O. 0006*T)公式(5)
      公式中HFConst為計量芯片脈沖常數(shù);Vu為電壓通道的電壓;Vi為電流通道的電壓; Un為額定電壓;Ib為額定電流;EC為電表常數(shù);T為I. O相位兩個脈沖之間的理論間隔時間(秒);PULSE為電能表的脈沖常數(shù);P0WER為功率源輸出的實際功率;GAIN為寫入計量芯片增益寄存器的值;tl為I. O相位計量芯片輸出兩個脈沖之間的間隔時間Jc^為O. 5L相位兩個脈沖之間的理論間隔時間(秒);t2為O. 5L相位計量芯片輸出兩個脈沖之間的間隔時間。
      以上所述僅為本發(fā)明的示例性實施例,凡在本發(fā)明的范圍下進行的等同替換或改進等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
      權(quán)利要求
      1.單相智能電能表分布式校表方法,其特征在于,所述分布式校表方法包括以下過主控計算機使用廣播方式下發(fā)命令;所有電能表同時接收到命令,利用智能電能表的軟硬件資源,由電能表的MCU校表,包括脈沖輸出加速、捕捉脈沖間隔時間、計算計量誤差、 計算校正系數(shù)、計量芯片設(shè)置;計量精度粗調(diào)校準完成后再完成計量精度精調(diào)校準,其中粗調(diào)校準為主控計算機以廣播方式下發(fā)命令,命令包括精度校準控制字、當(dāng)前功率值,電能表接收到主控計算機下發(fā)的命令,MCU通過SPI總線設(shè)置計量芯片能量閥值寄存器,并加速脈沖輸出,通過外部中斷方式采集計量芯片輸出的精度誤差脈沖,并使用一個計數(shù)器獲得兩個脈沖之間的實際累計時間,按照從命令中讀取當(dāng)前功率值計算出兩個脈沖之間的理論累計時間,MCU通過實際累計時間和理論累計時間的差值,計算等到計量芯片的誤差,再由誤差計算得到計量芯片的修正參數(shù),通過SPI總線寫入計量芯片;其中精調(diào)校準為完成計量精度粗調(diào)校準后,在校準點的誤差在±0. 5%以內(nèi),MCU捕捉粗調(diào)校準后計量芯片兩個脈沖之間的實際累計時間,與理論誤差計算得到計量芯片誤差值,判斷誤差控制在±0. 1%以內(nèi),如果在范圍內(nèi)則完成校準;如果超出誤差,采用逐次逼近法,把新的修正參數(shù),寫入計量芯寄存器,通過實測,采用3次逐次逼近,消除功率源波動產(chǎn)生的對校表的影響,達到把校準點的誤差控制在±0. 1%以內(nèi)。
      2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相智能電能表分布式校表方法,其特征在于,所述的分布式校表方法的電路包括一個MCU,一個高精度晶體振蕩器作為MCU的基準時鐘源,一個具有軟件校表功能的計量芯片;計量芯片具有脈沖輸出功能,并與MCU的一個外部中斷相連接;計量芯片具有SPI通信總線或其它串行通信總線,并與MCU的SPI總線或其它串行通信總線連接。
      3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相智能電能表分布式校表方法,其特征在于,所述的分布式校表方法的主控計算機參下發(fā)廣播命令后不參與其它工作,所有接收到命令的電能表的 MCU同時校表。
      4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相智能電能表分布式校表方法,其特征在于,所述的分布式校表方法的計量芯片設(shè)定16倍脈沖加速輸出,粗調(diào)加精調(diào)的時間僅為集中式校準方式
      全文摘要
      單相智能電能表分布式校表方法,涉及一種電表的校表方法,本發(fā)明利用了智能電表的軟硬件資源實現(xiàn)了分布式校表方法,每個校準點只需要主控計算機與被校準電能表通信一次,并使用了智能電表中特有的脈沖加速技術(shù),由于主控計算機不需要采集電能表的脈沖輸出,檢測誤差時使用電能表內(nèi)部高精度晶體振蕩器作為時鐘基準,可以精確捕捉計量芯片輸出脈沖間隔,經(jīng)過粗調(diào)和精調(diào)校準,把校準點的誤差控制在±0.1%以內(nèi),這樣校表的精度和一致性得到明顯的提高,校表過程中不需要連接誤差檢測線,節(jié)約電能表安裝時間,降低了勞動強度。
      文檔編號G01R35/04GK102590784SQ201210066589
      公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
      發(fā)明者宋延林, 張俊哲, 王占元, 高新 申請人:沈陽時尚實業(yè)有限公司
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