專利名稱：?jiǎn)蜗嘀悄茈娔鼙矸植际叫１矸椒?br> 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(lái)，我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)全面展開，單相智能電表在全國(guó)范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用， 2011年僅國(guó)家電網(wǎng)公司招標(biāo)總量就達(dá)到7600. 88萬(wàn)只智能電能表。面對(duì)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(shí)和個(gè)別電能表誤差超差等問(wèn)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(gè)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(jì)算機(jī)為核心的集中式控制方式，即主控計(jì)算機(jī)擔(dān)負(fù)絕大部分的校表工作，這些任務(wù)包括控制校表臺(tái)、讀取表臺(tái)各表電能脈沖誤差、計(jì)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(zhǔn)為例)所示
步驟101,開始校表,計(jì)算機(jī)啟動(dòng)校表臺(tái)；
步驟102，計(jì)算機(jī)啟動(dòng)誤差讀取，并等待被校電能表輸出誤差；
步驟103,計(jì)算機(jī)通過(guò)串口從校表臺(tái)讀取一臺(tái)被校表誤差；
步驟104，計(jì)算機(jī)依據(jù)讀取的被校電能表和預(yù)設(shè)表參數(shù)計(jì)算，并得到計(jì)量芯片的增益寄存器值；
步驟105，計(jì)算機(jī)通過(guò)RS485總線將計(jì)算得到的增益寄存器結(jié)果寫入被校電能表中； 步驟106，計(jì)算機(jī)如果所有被校電能表都完成校準(zhǔn)，則繼續(xù)進(jìn)行步驟107，如果仍有電能表未完成增益寄存器校準(zhǔn)，則重復(fù)步驟103，校準(zhǔn)下一臺(tái)電能表；
步驟107，計(jì)算機(jī)讀取I臺(tái)被校電能表的功率、電壓、電流的寄存器值；
步驟108，計(jì)算機(jī)通過(guò)公式計(jì)算被校電能表的功率、電壓、電流參數(shù)；
步驟109，計(jì)算機(jī)將得到的參數(shù)結(jié)果通過(guò)RS485總線寫入被校電能表；
步驟110，計(jì)算機(jī)檢測(cè)是否所有被校電能表都完成功率、電壓、電流參數(shù)校準(zhǔn)，如果所有電能表均完成參數(shù)校準(zhǔn)，則校表結(jié)束，如果仍有電能表未完成參數(shù)校準(zhǔn)，則重復(fù)步驟107校準(zhǔn)下一臺(tái)電能表,直到所有被校電能表均完成校準(zhǔn)。現(xiàn)有的智能電能表的集中式校表方式，沒(méi)有利用智能電能表內(nèi)在的運(yùn)算處理能力，這樣校表時(shí)間、效率及一致性都沒(méi)有到達(dá)最優(yōu)，具體缺點(diǎn)如下
由主控計(jì)算機(jī)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(jì)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(wèn)答式，每臺(tái)電能表一次通信平均O. 5秒，控制通信開關(guān)切換時(shí)間為O. 5秒，所以主控計(jì)算機(jī)與48塊被校電能表通信一次時(shí)間為48秒。在校準(zhǔn)電能表火線計(jì)量精度過(guò)程中，主控計(jì)算機(jī)需要采集電能表輸出的脈沖，例如校準(zhǔn)5 (60) A，脈沖常數(shù)1200規(guī)格的電能表，校準(zhǔn)基準(zhǔn)電流(5A)誤差等待時(shí)間為3秒， 一般情況取第3個(gè)輸出作為誤差有效值，所以基準(zhǔn)電流校準(zhǔn)時(shí)采集誤差時(shí)間為9秒；主控計(jì)算機(jī)每O. 5秒讀取I臺(tái)被校電能表誤差，48表位總計(jì)為24秒；讀取誤差后由主控計(jì)算機(jī)按預(yù)設(shè)公式計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果寫入被校電能表，累計(jì)處理時(shí)間為48秒；基準(zhǔn)電流校準(zhǔn)過(guò)程中誤差處理時(shí)間累計(jì)為81秒。O. 5L相位校準(zhǔn)誤差輸出時(shí)間為基準(zhǔn)電流校準(zhǔn)的2倍，即18 秒；0. I倍基準(zhǔn)電流校準(zhǔn)時(shí)，誤差輸出時(shí)間為基準(zhǔn)電流校準(zhǔn)的10倍，即90秒。所以，在不考慮計(jì)算機(jī)自身處理時(shí)間的情況下，誤差校時(shí)間已經(jīng)達(dá)到5. 55分鐘。防竊電智能電能表還需要對(duì)零線計(jì)量精度校準(zhǔn)，校準(zhǔn)時(shí)間與火線校準(zhǔn)時(shí)間一致，為5. 55分鐘。精度校準(zhǔn)完成后，智能電能表還需要對(duì)電壓、火線電流、零線電流、有功功率、火線電流補(bǔ)償、零線電流補(bǔ)償、功率補(bǔ)償?shù)葏?shù)校準(zhǔn)，通常做法是最少讀取5次電能表的寄存器值，再由計(jì)算機(jī)平均算法，計(jì)算得到系數(shù)值再寫入被校電能表，總處理時(shí)間通常大于10分鐘?，F(xiàn)有智能電能表校準(zhǔn)方法所花費(fèi)總時(shí)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(gè)表臺(tái)校表時(shí)間約為35分鐘，使用48表位校表臺(tái)8小時(shí)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(dòng)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)表采集的電能與各電能表脈沖輸出由于時(shí)間不完全同步，這時(shí)計(jì)算校表參數(shù)偶然誤差會(huì)變大，導(dǎo)致同一批次電能表一致性差，存在個(gè)別電能表超差的問(wèn)題。校表前需要連接每一臺(tái)被校電能表的脈沖輸出端子，用于檢測(cè)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(shí)現(xiàn)了分布式校表方法，主控計(jì)算機(jī)使用廣播下發(fā)命令，所有接收到命令的電能表的MCU同時(shí)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(zhǔn)，把校準(zhǔn)點(diǎn)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(guò)以下技術(shù)方案實(shí)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(guò)程
主控計(jì)算機(jī)使用廣播方式下發(fā)命令；所有電能表同時(shí)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(shí)間、計(jì)算計(jì)量誤差、 計(jì)算校正系數(shù)、計(jì)量芯片設(shè)置；計(jì)量精度粗調(diào)校準(zhǔn)完成后再完成計(jì)量精度精調(diào)校準(zhǔn)，其中粗調(diào)校準(zhǔn)為主控計(jì)算機(jī)以廣播方式下發(fā)命令，命令包括精度校準(zhǔn)控制字、當(dāng)前功率值，電能表接收到主控計(jì)算機(jī)下發(fā)的命令，MCU通過(guò)SPI總線設(shè)置計(jì)量芯片能量閥值寄存器，并加速脈沖輸出，通過(guò)外部中斷方式采集計(jì)量芯片輸出的精度誤差脈沖，并使用一個(gè)計(jì)數(shù)器獲得兩個(gè)脈沖之間的實(shí)際累計(jì)時(shí)間，按照從命令中讀取當(dāng)前功率值計(jì)算出兩個(gè)脈沖之間的理論累計(jì)時(shí)間，MCU通過(guò)實(shí)際累計(jì)時(shí)間和理論累計(jì)時(shí)間的差值，計(jì)算等到計(jì)量芯片的誤差，再由誤差計(jì)算得到計(jì)量芯片的修正參數(shù)，通過(guò)SPI總線寫入計(jì)量芯片；其中精調(diào)校準(zhǔn)為完成計(jì)量精度粗調(diào)校準(zhǔn)后，在校準(zhǔn)點(diǎn)的誤差在±0. 5%以內(nèi)，MCU捕捉粗調(diào)校準(zhǔn)后計(jì)量芯片兩個(gè)脈沖之間的實(shí)際累計(jì)時(shí)間，與理論誤差計(jì)算得到計(jì)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(zhǔn)；如果超出誤差，采用逐次逼近法，把新的修正參數(shù)，寫入計(jì)量芯寄存器，通過(guò)實(shí)測(cè)，采用3次逐次逼近，消除功率源波動(dòng)產(chǎn)生的對(duì)校表的影響，達(dá)到把校準(zhǔn)點(diǎn)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(gè)MCU，一個(gè)高精度晶體振蕩器作為MCU的基準(zhǔn)時(shí)鐘源，一個(gè)具有軟件校表功能的計(jì)量芯片；計(jì)量芯片具有脈沖輸出功能，并與MCU的一個(gè)外部中斷相連接；計(jì)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(jì)算機(jī)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(jì)量芯片設(shè)定16倍脈沖加速輸出，粗調(diào)加精調(diào)的時(shí)間僅為集中式校準(zhǔn)方式1/3。本發(fā)明提供的參數(shù)校準(zhǔn)方法是，MCU從主控計(jì)算機(jī)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(jì)量芯片數(shù)據(jù)采樣完成中斷輸出的信號(hào)后，MCU 通過(guò)SPI總線一次性讀取計(jì)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(jì)量得到相應(yīng)參數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了分布式校表方法，每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)只需要主控計(jì)算機(jī)與被校準(zhǔn)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(shí)間僅是現(xiàn)有技術(shù)所用時(shí)間的1/3 ;由于主控計(jì)算機(jī)不需要采集電能表的脈沖輸出，所以不需要連接校表臺(tái)與電能表的脈沖輸出端子，節(jié)約電能表安裝時(shí)間，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度；包括電能表安裝及拆除等人工操作，每個(gè)表臺(tái)校表總時(shí)間約為 17分鐘，使用48表位校表臺(tái)8小時(shí)校表總數(shù)為1355，工作效率提高一倍以上。另外，檢測(cè)誤差時(shí)使用電能表內(nèi)部高精度晶體振蕩器作為時(shí)鐘基準(zhǔn)，可以精確捕捉計(jì)量芯片輸出脈沖間隔，經(jīng)過(guò)粗調(diào)和精調(diào)校準(zhǔn)，可以把校準(zhǔn)點(diǎn)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(duì)電能表校準(zhǔn)的控制流程圖2是本發(fā)明提供的電能表校準(zhǔn)的控制流程圖3是本發(fā)明提供的智能電能表的校準(zhǔn)原理結(jié)構(gòu)圖4是主控計(jì)算機(jī)與校表臺(tái)及電能表的連接關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式下面以國(guó)網(wǎng)單相智能電能表的校準(zhǔn)為例，結(jié)合圖3對(duì)分布式校準(zhǔn)方法進(jìn)一步說(shuō)明。火線通道基本電流校I. O相位誤差校準(zhǔn)步驟如下
步驟1，主控計(jì)算機(jī)通過(guò)RS232總線控制校表臺(tái)的率源輸出額定電壓、額定電流、和I. O 相位；主控計(jì)算機(jī)從標(biāo)準(zhǔn)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(guò) RS485總線下發(fā)I. O相位誤差校準(zhǔn)命令。主控計(jì)算機(jī)進(jìn)入定時(shí)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(shí)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(guò)SPI總線將加速倍率寫入計(jì)量芯片的脈沖加速寄存器，MCU啟動(dòng)校表流程；
步驟3，誤差粗調(diào)為被校電能表的粗調(diào)過(guò)程，電能表的MCU根據(jù)電表脈沖常數(shù)和主控計(jì)算機(jī)下發(fā)的當(dāng)前功率值，MCU首先按照公式(I)計(jì)算出計(jì)量芯片的脈沖常數(shù)，并執(zhí)行304操作通過(guò)SPI總線將脈沖輸出常數(shù)設(shè)置到計(jì)量芯片的能量閥值寄存器，計(jì)量芯片累計(jì)能量大于能量閥值則計(jì)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(jì)算出電能表脈沖間隔的理論時(shí)間T，并開啟外部中斷和定時(shí)器捕捉計(jì)量芯片輸出的脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔，得到兩個(gè)脈沖的時(shí)間間隔tl，按照公式(3)計(jì)算得到增益系數(shù)GAIN，MCU通過(guò)SPI寫入計(jì)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(gè)連續(xù)的脈沖輸出時(shí)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(zhǔn)；如果超出誤差，利用公式(3)計(jì)算新的修正參數(shù)，寫入計(jì)量芯寄存器。采用逐次逼近法，循環(huán)3次，完成該校準(zhǔn)點(diǎn)的誤差精調(diào)。對(duì)電流、電壓、有功功率等系數(shù)校準(zhǔn)過(guò)程如下
步驟1，主控計(jì)算機(jī)控制校表臺(tái)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(zhǔn)命令；
步驟2，電能表MCU依次執(zhí)行307308309操作，通過(guò)SPI總線讀取計(jì)量芯片的有功功率、和電流、電壓有效值，并計(jì)算出電壓、電流、有功功率的校正系數(shù)，并將系數(shù)存儲(chǔ)在智能電能表的非易失性存儲(chǔ)器中。對(duì)火線通道基本電流O. 5L相位校準(zhǔn)過(guò)程如下
步驟1，主控計(jì)算機(jī)控制校表臺(tái)，切換到O. 5L相位；主控計(jì)算機(jī)從標(biāo)準(zhǔn)電能表中讀取當(dāng)前的有功功率值，并以廣播的方式，通過(guò)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(jì)算出O. 5L相位時(shí)兩個(gè)脈沖之間的理論間隔時(shí)間，并執(zhí)行205操作捕捉計(jì)量芯片輸出的兩個(gè)連續(xù)脈沖，得到兩個(gè)脈沖的時(shí)間間隔t2，按照公式(5)計(jì)算得到相位補(bǔ)償寄存器值PHA，MCU執(zhí)行301操作將結(jié)果寫入計(jì)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(jì)量芯片輸出的兩個(gè)連續(xù)脈沖，得到兩個(gè)脈沖的時(shí)間間隔t2，以步驟2計(jì)算的PHA為基礎(chǔ)，進(jìn)一步修正PHA值，并執(zhí)行301操作
將結(jié)果寫入計(jì)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(jì)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(gè)脈沖之間的理論間隔時(shí)間(秒)；PULSE為電能表的脈沖常數(shù)；P0WER為功率源輸出的實(shí)際功率；GAIN為寫入計(jì)量芯片增益寄存器的值；tl為I. O相位計(jì)量芯片輸出兩個(gè)脈沖之間的間隔時(shí)間Jc^為O. 5L相位兩個(gè)脈沖之間的理論間隔時(shí)間(秒)；t2為O. 5L相位計(jì)量芯片輸出兩個(gè)脈沖之間的間隔時(shí)間。
以上所述僅為本發(fā)明的示例性實(shí)施例，凡在本發(fā)明的范圍下進(jìn)行的等同替換或改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)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(guò)主控計(jì)算機(jī)使用廣播方式下發(fā)命令；所有電能表同時(shí)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(shí)間、計(jì)算計(jì)量誤差、 計(jì)算校正系數(shù)、計(jì)量芯片設(shè)置；計(jì)量精度粗調(diào)校準(zhǔn)完成后再完成計(jì)量精度精調(diào)校準(zhǔn)，其中粗調(diào)校準(zhǔn)為主控計(jì)算機(jī)以廣播方式下發(fā)命令，命令包括精度校準(zhǔn)控制字、當(dāng)前功率值，電能表接收到主控計(jì)算機(jī)下發(fā)的命令，MCU通過(guò)SPI總線設(shè)置計(jì)量芯片能量閥值寄存器，并加速脈沖輸出，通過(guò)外部中斷方式采集計(jì)量芯片輸出的精度誤差脈沖，并使用一個(gè)計(jì)數(shù)器獲得兩個(gè)脈沖之間的實(shí)際累計(jì)時(shí)間，按照從命令中讀取當(dāng)前功率值計(jì)算出兩個(gè)脈沖之間的理論累計(jì)時(shí)間，MCU通過(guò)實(shí)際累計(jì)時(shí)間和理論累計(jì)時(shí)間的差值，計(jì)算等到計(jì)量芯片的誤差，再由誤差計(jì)算得到計(jì)量芯片的修正參數(shù)，通過(guò)SPI總線寫入計(jì)量芯片；其中精調(diào)校準(zhǔn)為完成計(jì)量精度粗調(diào)校準(zhǔn)后，在校準(zhǔn)點(diǎn)的誤差在±0. 5%以內(nèi)，MCU捕捉粗調(diào)校準(zhǔn)后計(jì)量芯片兩個(gè)脈沖之間的實(shí)際累計(jì)時(shí)間，與理論誤差計(jì)算得到計(jì)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(zhǔn)；如果超出誤差，采用逐次逼近法，把新的修正參數(shù)，寫入計(jì)量芯寄存器，通過(guò)實(shí)測(cè)，采用3次逐次逼近，消除功率源波動(dòng)產(chǎn)生的對(duì)校表的影響，達(dá)到把校準(zhǔn)點(diǎn)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(gè)MCU，一個(gè)高精度晶體振蕩器作為MCU的基準(zhǔn)時(shí)鐘源，一個(gè)具有軟件校表功能的計(jì)量芯片；計(jì)量芯片具有脈沖輸出功能，并與MCU的一個(gè)外部中斷相連接；計(jì)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(jì)算機(jī)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(shí)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(jì)量芯片設(shè)定16倍脈沖加速輸出，粗調(diào)加精調(diào)的時(shí)間僅為集中式校準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)了分布式校表方法，每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)只需要主控計(jì)算機(jī)與被校準(zhǔn)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(jì)算機(jī)不需要采集電能表的脈沖輸出，檢測(cè)誤差時(shí)使用電能表內(nèi)部高精度晶體振蕩器作為時(shí)鐘基準(zhǔn)，可以精確捕捉計(jì)量芯片輸出脈沖間隔，經(jīng)過(guò)粗調(diào)和精調(diào)校準(zhǔn)，把校準(zhǔn)點(diǎn)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(guò)程中不需要連接誤差檢測(cè)線，節(jié)約電能表安裝時(shí)間，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。
文檔編號(hào)G01R35/04GK102590784SQ201210066589
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)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(qǐng)人:沈陽(yáng)時(shí)尚實(shí)業(yè)有限公司