專利名稱：校正電能表電能誤差的方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電能計量領域，特別涉及一種校正電能表電能誤差的技術。
背景技術：
近年來隨著國家對智能電網的大力支持，電子式電能表的市場需求量也不斷擴大。電能計量這個基本單元必在其中，而在大批量、低成本的電能表生產行業(yè)里，成本是關鍵的因素，而校正成本又主要體現(xiàn)在校正時間上，如果能運用合理的技術改進方法，來減少校正總時間，勢必優(yōu)化校正成本，提高產品的市場競爭力。電能表是由多個分立部件組裝而成，必然存在一定的離散性，也就會產生誤差，從而生產時需要校表環(huán)節(jié)來保證個體的一致性。電能表的校正大多由標準源提供參考輸入 (如電壓220V/電流5A)，將被校正電能表輸出的校正脈沖和標準表的脈沖進行比較來校表。由于需要校正的誤差包括增益誤差和相位誤差，通常采用經典的雙點校正法，第一點是在100% Ib負載點校正功率增益誤差，此時電壓電流同相位，即在I. OR負載條件下校正； 第二點在100% Ib負載點校正功率相位誤差，此時電壓超前電流60度，即在O. 5L負載條件下校正。在這里，Ib是指基準電流，不同的電表基準電流不同。I. OR指負載為純電阻，此時功率因數(shù)為I. 0,0. 5L是電感負載且電壓超前電流60度，此時功率因數(shù)是O. 5。上述傳統(tǒng)的兩點校正，需要標準源驅動兩次，這些部分需要上升時間，如果是三相的情況，更將增加驅動標準源至六次之多，測試步驟繁瑣，校正時間也較長。因此，在現(xiàn)有技術中，亟需一種能夠一次性完成單相或多相的增益和相位校正，減少校正步驟，節(jié)省校正時間，進而降低電能表廠商的生產成本的單點校正技術。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種校正電能表電能誤差的方法及其裝置，降低校正要求并簡化校正過程，凸顯了又快又準又方便的優(yōu)點，實現(xiàn)了單點校正電能表誤差。為解決上述技術問題，本發(fā)明的實施方式公開了一種校正電能表電能誤差的方法，包括以下步驟將電壓信號和經過預定相角相移的電流信號同時輸入到標準表和待校正電能表中；讀取標準表輸出的第一有功功率和第一無功功率；讀取待校正電能表輸出的第二有功功率和第二無功功率；將第一有功功率與第二無功功率的乘積作為第一乘積；將第二有功功率與第一無功功率的乘積作為第二乘積；將第一有功功率與第二有功功率的乘積作為第三乘積；將第一無功功率與第二無功功率的乘積作為第四乘積；將第一有功功率與第一有功功率的乘積作為第五乘積；將第一無功功率與第一無功功率的乘積作為第六乘積；
將第一乘積與第二乘積的差除以第三乘積與第四乘積的和，所得的商作為待校正電能表相位誤差的相角；將第三乘積與第四乘積的和除以第五乘積與第六乘積的和，所得的商再除以常系數(shù)C，得到待校正電能表增益誤差的大??；將相位誤差的相角和增益誤差的大小分別寫入待校正電能表的相位校正寄存器和增益校正寄存器中。本發(fā)明的實施方式還公開了一種校正電能表電能誤差的裝置，包括第一相移單元，用于將電流信號進行預定相角的相移；輸入單兀，用于將電壓信號和第一相移單兀輸出的電流信號輸入到標準表和待校正電能表中；功率讀取單元,用于讀取標準表輸出的第一有功功率和第一無功功率,讀取待校正電能表輸出的第二有功功率和第二無功功率；第一乘法器,用于將第一有功功率與第二無功功率相乘,乘積作為第一乘積；第二乘法器，用于將第二有功功率與第一無功功率相乘，乘積作為第二乘積；第三乘法器,用于將第一有功功率與第二有功功率相乘,乘積作為第三乘積；第四乘法器，用于將第一無功功率與第二無功功率相乘，乘積作為第四乘積；第五乘法器，用于將第一有功功率與第一有功功率相乘，乘積作為第五乘積；第六乘法器，用于將第一無功功率與第一無功功率相乘，乘積作為第六乘積；減法器，用于將第一乘法器輸出的第一乘積與第二乘法器輸出的第二乘積相減；第一加法器，用于將第三乘法器輸出的第三乘積與第四乘法器輸出的第四乘積相加；第一除法器，用于將減法器輸出的結果除以第一加法器輸出的結果，所得的商作為待校正電能表相位誤差的相角；第二加法器，用于將第五乘法器輸出的第五乘積與第六乘法器輸出的第六乘積相加；第二除法器，用于將第一加法器輸出的結果除以第二加法器輸出的結果，所得的商再除以常系數(shù)C，得到待校正電能表增益誤差的大?。粚懭雴卧?，用于將第一除法器輸出的結果和第二除法器輸出的結果分別寫入待校正電能表的相位校正寄存器和增益校正寄存器中。本發(fā)明實施方式與現(xiàn)有技術相比，主要區(qū)別及其效果在于在電抗性的負載環(huán)境下，采用準確度較高且通用的功率值來校正電能表，較傳統(tǒng)的脈沖校正法，降低校正要求并簡化校正過程，凸顯了又快又準又方便的優(yōu)點，實現(xiàn)了單點校正電能表誤差。進一步地,如果相角太大或太小,會導致其正弦或余弦的值太大或太小,無法保證計算精度。進一步地，本發(fā)明校正方法采用的數(shù)據源，是準確度較高且通用的功率值，而非直接但精度不高的角度或導出參數(shù)(如功率因數(shù)等)，可以保證此方法的原理誤差足夠低。進一步地,通過驗證,可以進一步確保電能表校正的準確程度。進一步地，測試時間僅為原來的1/3，大大節(jié)省了校正總時間。


圖I是本發(fā)明第一實施方式中一種校正電能表電能誤差的方法的流程示意圖；圖2是本發(fā)明第一實施方式中一種有功功率P和無功功率Q的計算方案的流程示意圖；圖3是本發(fā)明第一實施方式中一種功率校正法與現(xiàn)有技術中常用方法校正相位的結果比較示意圖(其中，10線表示的是本發(fā)明所述的功率校正法，20線表示的是現(xiàn)有技術中的常用方法)；圖4是本發(fā)明第二實施方式中一種校正電能表電能誤差的裝置的結構示意圖。
具體實施例方式在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節(jié)。但是，本領域的普通技術人員可以理解，即使沒有這些技術細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請各權利要求所要求保護的技術方案。為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步地詳細描述。本發(fā)明第一實施方式涉及一種校正電能表電能誤差的方法。圖I是該校正電能表電能誤差的方法的流程示意圖。具體地說，如圖I所示，該校正電能表電能誤差的方法包括以下步驟在步驟101中，將電壓信號和經過預定相角相移的電流信號同時輸入到標準表和待校正電能表中。在這里,預定相角的絕對值大小在20度至70度之間。如果相角太大或太小,會導致其正弦或余弦的值太大或太小,無法保證計算精度。此外，可以理解，在本發(fā)明中，相角并非一定要準確的60度，僅需要穩(wěn)定的較大銳角即可。理論上只要保證有功功率和無功功率同時不為零即可，從實踐角度建議取正負30 度至60度范圍，即要求功率角20° <|Φ|<70°。當然也可以比20度小或比70度大，
只是效果會差一些。此后進入步驟102，讀取標準表輸出的第一有功功率和第一無功功率。此后進入步驟103，讀取待校正電能表輸出的第二有功功率和第二無功功率。第一有功功率和第二有功功率的計算步驟為將電壓信號和經過預定相角相移的電流信號相乘，相乘所得信號通過低通濾波， 濾波后再多點取平均，得到第一有功功率或第二有功功率。第一無功功率和第二無功功率的計算步驟為先將電壓信號經過90度相移，相移以后的電壓信號與經過預定相角相移的電流信號相乘，相乘所得信號通過低通濾波，濾波后再多點取平均，得到第一無功功率或第二無功功率。首先，來描述下基本的有功功率P和無功功率Q的功率計算原理。u⑴和i⑴代表電網實際的電壓和電流，在經模數(shù)轉換器ADC采樣量化而得到數(shù)字信號，該信號在本質上是以工頻(中國為50Hz)為周期的正弦波。如圖2所示，u(t)和i(t)信號相乘、低通濾
6波、多點取平均后即得到有功功率，在幅度上對應用戶的電能消耗速率。特別地，電壓u(t)
經數(shù)字的90度相移環(huán)節(jié)后，其輸出的電壓uh (t)在相位產生1/4周波延遲，將余弦波轉換
正弦波信號，方便實現(xiàn)無功功率及電能的計算。
u{t) = ku* cos(d)/), i(t) = hi * cos(0i - φ)uh (t) = ku*cos [ ω t_ (pi/2) ] =ku*sin(cot)這里的ku、ki對應著信號傳輸路徑上的增益，ω表示交流電的角頻率，φ表示電流
的初相位，計算功率
pit) = u(t)* i(t) = [ku * cos(0i)] * [hi * cos(at - φ)\
=(ku * hi) * [cos(0i) * cos(at - φ)\
=(ku * ki / 2) * [cos(p) + cos(2 i - φ)\為簡化起見,Ek = ku*ki/2,濾波并平均后得有功功率尸=Ip(t) = (ku * ki 12)* cos(^) = k* cos(^)同理，q(t)=uh(t)*i(t),可推出無功功率0=(知*h+/2)*sinO) = 々*sin(>)。顯然，這里把系數(shù)簡化k = ku*ki/2。本發(fā)明校正方法采用的數(shù)據源，是準確度較高且通用的功率值，而非直接但精度不高的角度或導出參數(shù)(如功率因數(shù)等)，可以保證此方法的原理誤差足夠低。此后進入步驟104，計算待校正電能表相位誤差的相角。將第一有功功率與第二無功功率的乘積作為第一乘積。將第二有功功率與第一無功功率的乘積作為第二乘積。將第一有功功率與第二有功功率的乘積作為第三乘積。將第一無功功率與第二無功功率的乘積作為第四乘積。將第一有功功率與第一有功功率的乘積作為第五乘積。將第一無功功率與第一無功功率的乘積作為第六乘積。將第一乘積與第二乘積的差除以第三乘積與第四乘積的和，所得的商作為待校正電能表相位誤差的相角。下面，詳細描述相位誤差的計算原理。在進行單點校正時，需要選擇電抗性的負載環(huán)境(如220V/5A/0. 5L點)，標準機臺經設置輸出的基準電壓和基準電流。標準機臺的輸出通過纜線和端口連接，一方面送入標準表，標準表給出機臺實際輸出的功率角Φ、有功功率Pi和無功功率Qi數(shù)值，記輸入的視在功率& +Q12 ,顯然滿足關系Pi = Si^cos (Φ) ’ Qi = 8 *8 η(Φ);另一方面送入待校正電能表，由于電流互感器(Current Transformer,簡稱“CT”)、電壓互感器(Potential Transformer，簡稱“PT”)等傳感器的影響，以及阻容和信號處理部分的影響，都會引入額外的相移分量，使得實際輸入計量芯片的相位差為Φ，我們設該電能表經輸入信號傳遞路徑引入的總電壓電流相位誤差Λ (通常不大于2度)，顯然滿足Φ = Φ + Λ。此外，待校正電能表中的計量芯片經過上面圖2所示的內部算法，在相應寄存器里，也會給出有功功率計算值P。和無功功率計算值Q。。雖然和外部輸入成正比關系，但由于存在增益誤差和比例系數(shù)，統(tǒng)一用系數(shù)K來表示，對于有功功率，即滿足
權利要求
1.一種校正電能表電能誤差的方法，其特征在于，包括以下步驟將電壓信號和經過預定相角相移的電流信號同時輸入到標準表和待校正電能表中； 讀取標準表輸出的第一有功功率和第一無功功率；讀取待校正電能表輸出的第二有功功率和第二無功功率；將第一有功功率與第二無功功率的乘積作為第一乘積；將第二有功功率與第一無功功率的乘積作為第二乘積；將第一有功功率與第二有功功率的乘積作為第三乘積；將第一無功功率與第二無功功率的乘積作為第四乘積；將第一有功功率與第一有功功率的乘積作為第五乘積；將第一無功功率與第一無功功率的乘積作為第六乘積；將第一乘積與第二乘積的差除以第三乘積與第四乘積的和，所得的商作為待校正電能表相位誤差的相角；將第三乘積與第四乘積的和除以第五乘積與第六乘積的和，所得的商再除以常系數(shù)C， 得到待校正電能表增益誤差的大?。粚⑾辔徽`差的相角和增益誤差的大小分別寫入待校正電能表的相位校正寄存器和增益校正寄存器中。
2.根據權利要求I所述的校正電能表電能誤差的方法，其特征在于，在所述將電壓信號和經過預定相角相移的電流信號同時輸入到標準表和待校正電能表中的步驟中，所述預定相角的絕對值大小在20度至70度之間。
3.根據權利要求2所述的校正電能表電能誤差的方法，其特征在于，在所述讀取標準表輸出的第一有功功率和第一無功功率；讀取待校正電能表輸出的第二有功功率和第二無功功率的步驟中，所述第一有功功率和第二有功功率的計算步驟為將電壓信號和經過預定相角相移的電流信號相乘，相乘所得信號通過低通濾波，濾波后再多點取平均，得到第一有功功率或第二有功功率；所述第一無功功率和第二無功功率的計算步驟為先將電壓信號經過90度相移，相移以后的電壓信號與經過預定相角相移的電流信號相乘，相乘所得信號通過低通濾波，濾波后再多點取平均，得到第一無功功率或第二無功功率。
4.根據權利要求3所述的校正電能表電能誤差的方法，其特征在于，在所述將相位誤差的相角和增益誤差的大小分別寫入待校正電能表的相位校正寄存器和增益校正寄存器中的步驟之后，還包括以下步驟將電流信號和經過預定相角相移的電壓信號輸入到已校正過的電能表中，觀察輸出脈沖的誤差，驗證已校正過的電能表的準確程度。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的校正電能表電能誤差的方法，其特征在于，在三相電能表中，對三個分相電能誤差的校正，同時進行。
6.一種校正電能表電能誤差的裝置，其特征在于，包括第一相移單元，用于將電流信號進行預定相角的相移；輸入單兀，用于將電壓信號和第一相移單兀輸出的電流信號輸入到標準表和待校正電能表中；功率讀取單元，用于讀取標準表輸出的第一有功功率和第一無功功率，讀取待校正電能表輸出的第二有功功率和第二無功功率；第一乘法器，用于將第一有功功率與第二無功功率相乘，乘積作為第一乘積；第二乘法器，用于將第二有功功率與第一無功功率相乘，乘積作為第二乘積；第三乘法器,用于將第一有功功率與第二有功功率相乘，乘積作為第三乘積；第四乘法器，用于將第一無功功率與第二無功功率相乘，乘積作為第四乘積；第五乘法器，用于將第一有功功率與第一有功功率相乘，乘積作為第五乘積；第六乘法器，用于將第一無功功率與第一無功功率相乘，乘積作為第六乘積；減法器，用于將第一乘法器輸出的第一乘積與第二乘法器輸出的第二乘積相減； 第一加法器，用于將第三乘法器輸出的第三乘積與第四乘法器輸出的第四乘積相加； 第一除法器，用于將減法器輸出的結果除以第一加法器輸出的結果，所得的商作為待校正電能表相位誤差的相角；第二加法器，用于將第五乘法器輸出的第五乘積與第六乘法器輸出的第六乘積相加； 第二除法器，用于將第一加法器輸出的結果除以第二加法器輸出的結果，所得的商再除以常系數(shù)C，得到待校正電能表增益誤差的大小；寫入單元，用于將第一除法器輸出的結果和第二除法器輸出的結果分別寫入待校正電能表的相位校正寄存器和增益校正寄存器中。
7.根據權利要求6所述的校正電能表電能誤差的裝置，其特征在于，所述第一相移單元，用于將電流信號進行預定相角的相移，所述預定相角的絕對值大小在20度至70度之間。
8.根據權利要求7所述的校正電能表電能誤差的裝置，其特征在于，所述功率讀取單元，還包括以下子單元第七乘法器，用于將電壓信號和第一相移單兀輸出的電流信號相乘；第二相移單元，用于將電壓信號進行90度的相移；第七乘法器，還用于將第二相移單兀輸出的電壓信號和第一相移單兀輸出的電流信號相乘；低通濾波器，用于將第七乘法器輸出的信號進行低通濾波；取平均子單元，用于將低通濾波器輸出的信號多點取平均，得到第一有功功率、第一無功功率、第二有功功率或第二無功功率。
9.根據權利要求8所述的校正電能表電能誤差的裝置，其特征在于，還包括驗證單元，用于將電流信號和經過預定相角相移的電壓信號輸入端到已校正過的電能表中，觀察輸出脈沖的誤差，驗證已校正過的電能表的準確程度。
10.根據權利要求6至9中任一項所述的校正電能表電能誤差的裝置，其特征在于，在三相電能表中，對三個分相電能誤差的校正，同時進行。
全文摘要
本發(fā)明涉及電能計量領域，公開了一種校正電能表電能誤差的方法及其裝置。本發(fā)明中，在電抗性的負載環(huán)境下，采用準確度較高且通用的功率值來校正電能表，較傳統(tǒng)的脈沖校正法，降低校正要求并簡化校正過程，凸顯了又快又準又方便的優(yōu)點，實現(xiàn)了單點校正電能表誤差。如果相角太大或太小，會導致其正弦或余弦的值太大或太小，無法保證計算精度。采用功率值作為數(shù)據源，而非直接但精度不高的角度或導出參數(shù)(如功率因數(shù)等)，可以保證校正的原理誤差足夠低。通過驗證，可以進一步確保電能表校正的準確程度。測試時間僅為原來的1/3，大大節(jié)省了校正總時間。
文檔編號G01R35/04GK102608559SQ20121007310
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權日2012年3月19日
發(fā)明者張志勇, 張斌陽, 張明雄 申請人:鉅泉光電科技(上海)股份有限公司