專利名稱：一種用于電能計(jì)量的小電流補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電能計(jì)量方法，尤其是涉及一種電能計(jì)量的小電流補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ?屬于電力參數(shù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為達(dá)到0.2S的電能計(jì)量精度，生產(chǎn)出的電能表需要精度校正，也就是下面提到的校準(zhǔn)。常用的電能表校準(zhǔn)根據(jù)電流大小分三個(gè)區(qū)間或四個(gè)區(qū)間甚至更多區(qū)間進(jìn)行校準(zhǔn)，在小電流區(qū)間里還要再多分幾次進(jìn)行校準(zhǔn)。每次校準(zhǔn)需要依次對(duì)直流、比差、角差進(jìn)行校正， 為保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定達(dá)到要求，在小電流情況下校準(zhǔn)時(shí)間較長，尤其在小電流區(qū)間時(shí)，數(shù)據(jù)跳動(dòng)較大，穩(wěn)定性沒有大電流區(qū)間好，校準(zhǔn)成功率較低。而且頻繁切換校準(zhǔn)參數(shù)會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量的準(zhǔn)確性，這種頻繁切換給計(jì)量帶來的影響往往在工廠檢驗(yàn)時(shí)難以發(fā)現(xiàn)。在小電流區(qū)間可以再進(jìn)行細(xì)分區(qū)間校準(zhǔn)還需要一個(gè)條件，就是前端的數(shù)模轉(zhuǎn)換器具有變?cè)鲆娴墓δ?，可以放大小電流，保證后端處理的數(shù)據(jù)精度，也就是對(duì)硬件有一定的依賴性，不是所有的硬件環(huán)境都適合進(jìn)行分N個(gè)區(qū)間校準(zhǔn)來達(dá)到效果。這些是現(xiàn)有的小電流電能計(jì)量方法存在的一些問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是提出一種用于電能計(jì)量的小電流補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ?在電能表根據(jù)電流大小分2個(gè)區(qū)間校準(zhǔn)的前提下，對(duì)小電流的電能進(jìn)行小范圍的軟件線性補(bǔ)償，彌補(bǔ)電子器件在此范圍內(nèi)的非線性問題，以使在小電流情況下電能計(jì)量可以達(dá)到 0.2S標(biāo)準(zhǔn)。該方法實(shí)施簡(jiǎn)單，補(bǔ)償效果好。
本發(fā)明中提到的校準(zhǔn)所需的設(shè)備包括用于向三相功率源發(fā)送控制指令和給電能表發(fā)送校準(zhǔn)命令的PC機(jī)1、用于提供電流電壓的三相功率源2、用于并接掛載多臺(tái)被校準(zhǔn)電能表的掛表架3、被校準(zhǔn)的電能表4。PC機(jī)和三相功率源通過串口 232相連。PC機(jī)和電能表通過以太網(wǎng)相連，需要設(shè)置好IP號(hào)和端口號(hào)。PC機(jī)上安裝校準(zhǔn)軟件，通過校準(zhǔn)軟件給三相功率源發(fā)送加電壓電流信號(hào)的命令，給需要校準(zhǔn)的電能表發(fā)送校準(zhǔn)命令。
本發(fā)明的原理是根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器在小電流區(qū)間的有效位數(shù)的降低，在小于10%參比電流的小電流區(qū)間，對(duì)電能精度達(dá)不到0. 2S的電能進(jìn)行線性軟件補(bǔ)償，在原有的電能基礎(chǔ)上加上補(bǔ)償電能形成最終的電能，以達(dá)到0. 2S的精度要求。
要進(jìn)行精確的電能計(jì)算，必須先對(duì)電壓和電流進(jìn)行校準(zhǔn)。根據(jù)電流互感器在電流較小時(shí)線性度不好，將電流校準(zhǔn)分2個(gè)區(qū)間進(jìn)行，大于20%參比電流為第一電流區(qū)間，小于 20%參比電流為第二電流區(qū)間，校準(zhǔn)完成后保存2組校準(zhǔn)參數(shù)，每組校準(zhǔn)參數(shù)包括各三相電壓、三相電流直流偏置和比差，以及各相角差。
補(bǔ)償多少的參考點(diǎn)選擇，選擇洲參比電流這個(gè)點(diǎn)，即補(bǔ)償一個(gè)和^Jn有關(guān)的補(bǔ)償電能Δ E，先分別保存功率因數(shù)等于1和0.5時(shí)的有功功率P(I)和Ρ(0. 5)。
補(bǔ)償量還要考慮電壓、電流相位角的影響，也就是補(bǔ)償量根據(jù)當(dāng)前功率因數(shù)的不3同也要調(diào)整。
補(bǔ)償電能公式可以寫成ΔΕ = [P1 + 2(factor-l) * ( P1-Pa5)] * Ns * 1/fs，其中factor是此刻的功率因數(shù)，Ns是此刻對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù)，fs是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率，1/ fs即是每個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)間。
小電能的整個(gè)電能計(jì)算公式可以表達(dá)成E = E1+ ΔΕ。其中E1是原本的電能， ΔΕ是上面提到的補(bǔ)償電能。
如果精度略有誤差，回到前面的第二電流區(qū)間的校準(zhǔn)，重新選擇第二電流區(qū)間需要校正的直流偏差和比差的校準(zhǔn)精度級(jí)別，重新進(jìn)行第二電流區(qū)間的校準(zhǔn)，直到精度達(dá)到要求。
具體步驟依次如下(1)對(duì)電能表分區(qū)間大于20%參比電流為第一電流區(qū)間，小于20%參比電流為第二電流區(qū)間，兩個(gè)區(qū)間的電流對(duì)應(yīng)的電壓都為Un ；第一電流區(qū)間校準(zhǔn)完成后保存第一電流區(qū)間的校準(zhǔn)參數(shù)，接著進(jìn)行第二電流區(qū)間的校準(zhǔn)，完成后保存第二電流區(qū)間的校準(zhǔn)參數(shù)；每組校準(zhǔn)參數(shù)包括各三相電壓、三相電流直流偏置和比差，以及各相角差；(2)對(duì)參比電壓Un和小于10%參比電流h對(duì)應(yīng)的小電能進(jìn)行線性補(bǔ)償保存在^Jn 這個(gè)點(diǎn)功率因數(shù)等于1禾Π 0. 5時(shí)的有功功率P (1)和P (0. 5)；(3)補(bǔ)償電能ΔΕ 的公式為 AE = [P1 + 2(factor-l) * ( P1-Pa5)] * Ns * 1/fs，其中factor是此刻的功率因數(shù)，Ns是此刻對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù)，fs是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率，1/ fs即是每個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)間；(4)小電能的整個(gè)電能計(jì)算公式為E= E1 + ΔΕ ；其中E1是原本的電能，ΔΕ是上式提到的補(bǔ)償電能；(5)若電能表精度達(dá)不到0.2S，回到步驟(1)，重新選擇第二電流區(qū)間需要校正的直流偏差和比差的校準(zhǔn)精度級(jí)別，重新進(jìn)行第二電流區(qū)間的校準(zhǔn)，直到精度達(dá)到要求。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、容易操作只需校準(zhǔn)時(shí)，在洲參比電流h這個(gè)點(diǎn)，保存功率因數(shù)等于1和0. 5的有功功率P (1)和P (0. 5)，不需要在小電流時(shí)再進(jìn)行復(fù)雜的分區(qū)間校準(zhǔn)。
2、算法實(shí)現(xiàn)運(yùn)算量小仔細(xì)觀察AE的計(jì)算公式，也就是簡(jiǎn)單的線性計(jì)算，計(jì)算速度很快。
3、獨(dú)立性強(qiáng)純粹的軟件補(bǔ)償，對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器等器件性能沒什么依賴，適應(yīng)性強(qiáng)。
4、避免了過多的分區(qū)間計(jì)算，軟件頻繁切換參數(shù)造成的對(duì)計(jì)量的影響。


圖1是本發(fā)明電能表校準(zhǔn)所述的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是校準(zhǔn)軟件的界面；圖3為小電流軟件補(bǔ)償?shù)牧鞒虉D。
具體實(shí)施方式
參見圖1所示，本發(fā)明中提到的校準(zhǔn)所需的設(shè)備包括用于向三相功率源發(fā)送控制指令和給電能表發(fā)送校準(zhǔn)命令的PC機(jī)1、用于提供電流電壓的三相功率源2、用于并接掛載多臺(tái)被校準(zhǔn)電能表的掛表架3、被校準(zhǔn)的電能表4。PC機(jī)和三相功率源通過串口 232相連。 PC機(jī)和電能表通過以太網(wǎng)相連，需要設(shè)置好IP號(hào)和端口號(hào)。PC機(jī)上安裝校準(zhǔn)軟件，通過校準(zhǔn)軟件給三相功率源發(fā)送加電壓電流信號(hào)的命令，給需要校準(zhǔn)的電能表發(fā)送校準(zhǔn)命令。
根據(jù)電流互感器在電流較小時(shí)線性度不好，對(duì)電能表的電流分區(qū)間進(jìn)行校準(zhǔn)，大于20%參比電流h為第一電流區(qū)間，小于20%參比電流為第二電流區(qū)間，兩個(gè)區(qū)間的電流對(duì)應(yīng)的電壓都為Un。三相功率源先輸出電壓Un，電流^1，用校準(zhǔn)軟件(如圖2所示)對(duì)電能表先進(jìn)行第一電流區(qū)間的校準(zhǔn)，將電能表的電壓和電流全部校正到三相功率源的輸出，精度達(dá)到0.2S。點(diǎn)擊校準(zhǔn)軟件的停止按鈕，將第一電流區(qū)間的校準(zhǔn)參數(shù)保存到電能表中。接著三相功率源輸出電壓Un，電流20%In，進(jìn)行第二電流區(qū)間的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)完成后點(diǎn)擊校準(zhǔn)軟件的停止按鈕，保存第二電流區(qū)間的校準(zhǔn)參數(shù)到電能表中。每組校準(zhǔn)參數(shù)包括各三相電壓、三相電流直流偏置和比差，以及各相角差，其中Un為參比電壓，In為參比電流，下同；在第二電流區(qū)間內(nèi)，尤其在小于10%In以下，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的有效位數(shù)的減小，對(duì)應(yīng)的電能精度達(dá)不到0. 2S，需要進(jìn)行補(bǔ)償，這就是本發(fā)明的關(guān)鍵所在，補(bǔ)償軟件流程如圖3所示，包括以下步驟(1)用三相功率源提供Un和^Jn的信號(hào)，分別加功率因數(shù)為1和0.5兩種情況，電能表中的程序就會(huì)分別保存這兩種情況的有功功率P(I)和P (0.5)；(2)對(duì)Un和小于10%In對(duì)應(yīng)的小電能都進(jìn)行線性補(bǔ)償，補(bǔ)償方法根據(jù)Un和^Jn產(chǎn)生的P(I)和P(0. 5)進(jìn)行擬合；(3)步驟(1)提到的只是兩種特殊情況，小電能的補(bǔ)償還要考慮電壓、電流相位角的影響，也就是考慮不同功率因數(shù)下的影響；(4)補(bǔ)償公式ΔΕ = [P1 + 2(factor-l) * ( P1-Pa5)] * Ns * 1/fs，其中 factor 是此刻的功率因數(shù)，Ns是此刻對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù)，fs是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率，Ι/fs即是每個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)間，補(bǔ)償電能IE由電能表中的軟件程序計(jì)算得到；(5)小電能的整個(gè)電能計(jì)算公式可以表達(dá)成E= E1+ ΔΕ ；其中E1是原本的電能， ΔΕ是上式提到的補(bǔ)償電能，電能表根據(jù)此公式實(shí)時(shí)進(jìn)行小電流對(duì)應(yīng)電能的補(bǔ)償計(jì)算；(6)進(jìn)行了步驟(5)的補(bǔ)償，精度一般可以達(dá)到要求，如果個(gè)別電能表精度達(dá)不到 0. 2S，回到第二電流區(qū)間的校準(zhǔn)，在校準(zhǔn)軟件中重新選擇第二電流區(qū)間需要校正的直流偏差和比差的校準(zhǔn)精度級(jí)別，重新進(jìn)行第二電流區(qū)間的校準(zhǔn)，直到精度達(dá)到要求。
權(quán)利要求
1.一種用于電能計(jì)量的小電流補(bǔ)償方法，其特征是步驟包括如下(1)對(duì)電能表分區(qū)間大于20%參比電流為第一電流區(qū)間，小于20%參比電流為第二電流區(qū)間，兩個(gè)區(qū)間的電流對(duì)應(yīng)的電壓都為Un ；第一電流區(qū)間校準(zhǔn)完成后保存第一電流區(qū)間的校準(zhǔn)參數(shù)，接著進(jìn)行第二電流區(qū)間的校準(zhǔn)，完成后保存第二電流區(qū)間的校準(zhǔn)參數(shù)；每組校準(zhǔn)參數(shù)包括各三相電壓、三相電流直流偏置和比差，以及各相角差；(2)對(duì)參比電壓Un和小于10%參比電流h對(duì)應(yīng)的小電能進(jìn)行線性補(bǔ)償保存在^Jn 這個(gè)點(diǎn)功率因數(shù)等于1禾Π 0. 5時(shí)的有功功率P (1)和P (0. 5)；(3)補(bǔ)償電能ΔΕ 的公式為 AE = [P1 + 2(factor-l) * ( P1-Pa5)] * Ns * 1/fs，其中factor是此刻的功率因數(shù)，Ns是此刻對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù)，fs是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率，1/ fs即是每個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)間；(4)小電能的整個(gè)電能計(jì)算公式為E= E1 + ΔΕ ；其中E1是原本的電能，ΔΕ是上式提到的補(bǔ)償電能；(5)若電能表精度達(dá)不到0.2S，回到步驟(1)，重新選擇第二電流區(qū)間需要校正的直流偏差和比差的校準(zhǔn)精度級(jí)別，重新進(jìn)行第二電流區(qū)間的校準(zhǔn)，直到精度達(dá)到要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電能計(jì)量的小電流補(bǔ)償方法，其特征是所需的設(shè)備包括被校準(zhǔn)的電能表(4)、用于并接掛載被校準(zhǔn)電能表的掛表架(3)、用于提供電流電壓的三相功率源(2)、用于向三相功率源發(fā)送控制指令和給被校準(zhǔn)的電能表發(fā)送校準(zhǔn)命令的PC 機(jī)(1)，PC機(jī)和三相功率源通過串口相連，PC機(jī)和電能表設(shè)置好IP號(hào)和端口號(hào)后通過以太網(wǎng)相連，PC機(jī)上安裝校準(zhǔn)軟件，通過校準(zhǔn)軟件給三相功率源發(fā)送加電壓電流信號(hào)的命令，給需要校準(zhǔn)的電能表發(fā)送校準(zhǔn)命令。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電能計(jì)量的小電流補(bǔ)償方法，屬于電力參數(shù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。首先對(duì)電能表根據(jù)電流大小分兩個(gè)區(qū)間進(jìn)行校準(zhǔn)，在小電流區(qū)間由于電流互感器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器的線性度不好且模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信噪比非常低，電能精度達(dá)不到0.2S標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明提出一種小電流軟件補(bǔ)償?shù)姆椒?，小范圍?nèi)進(jìn)行線性補(bǔ)償，算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，校表速度滿足批量生產(chǎn)要求，精度大大優(yōu)于0.2S表要求。
文檔編號(hào)G01R35/04GK102520226SQ20111040075
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者黨三磊, 劉鐵軍, 張武娟, 楊勁鋒, 田豐, 肖勇 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院