专利名称：校正电能表电能误差的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电能计量领域，特别涉及一种校正电能表电能误差的技术。
背景技术：
近年来随着国家对智能电网的大力支持，电子式电能表的市场需求量也不断扩大。电能计量这个基本单元必在其中，而在大批量、低成本的电能表生产行业里，成本是关键的因素，而校正成本又主要体现在校正时间上，如果能运用合理的技术改进方法，来减少校正总时间，势必优化校正成本，提高产品的市场竞争力。电能表是由多个分立部件组装而成，必然存在一定的离散性，也就会产生误差，从而生产时需要校表环节来保证个体的一致性。电能表的校正大多由标准源提供参考输入 (如电压220V/电流5A)，将被校正电能表输出的校正脉冲和标准表的脉冲进行比较来校表。由于需要校正的误差包括增益误差和相位误差，通常采用经典的双点校正法，第一点是在100% Ib负载点校正功率增益误差，此时电压电流同相位，即在I. OR负载条件下校正； 第二点在100% Ib负载点校正功率相位误差，此时电压超前电流60度，即在O. 5L负载条件下校正。在这里，Ib是指基准电流，不同的电表基准电流不同。I. OR指负载为纯电阻，此时功率因数为I. 0,0. 5L是电感负载且电压超前电流60度，此时功率因数是O. 5。上述传统的两点校正，需要标准源驱动两次，这些部分需要上升时间，如果是三相的情况，更将增加驱动标准源至六次之多，测试步骤繁琐，校正时间也较长。因此，在现有技术中，亟需一种能够一次性完成单相或多相的增益和相位校正，减少校正步骤，节省校正时间，进而降低电能表厂商的生产成本的单点校正技术。

发明内容
本发明的目的在于提供一种校正电能表电能误差的方法及其装置，降低校正要求并简化校正过程，凸显了又快又准又方便的优点，实现了单点校正电能表误差。为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种校正电能表电能误差的方法，包括以下步骤将电压信号和经过预定相角相移的电流信号同时输入到标准表和待校正电能表中；读取标准表输出的第一有功功率和第一无功功率；读取待校正电能表输出的第二有功功率和第二无功功率；将第一有功功率与第二无功功率的乘积作为第一乘积；将第二有功功率与第一无功功率的乘积作为第二乘积；将第一有功功率与第二有功功率的乘积作为第三乘积；将第一无功功率与第二无功功率的乘积作为第四乘积；将第一有功功率与第一有功功率的乘积作为第五乘积；将第一无功功率与第一无功功率的乘积作为第六乘积；
将第一乘积与第二乘积的差除以第三乘积与第四乘积的和，所得的商作为待校正电能表相位误差的相角；将第三乘积与第四乘积的和除以第五乘积与第六乘积的和，所得的商再除以常系数C，得到待校正电能表增益误差的大小；将相位误差的相角和增益误差的大小分别写入待校正电能表的相位校正寄存器和增益校正寄存器中。本发明的实施方式还公开了一种校正电能表电能误差的装置，包括第一相移单元，用于将电流信号进行预定相角的相移；输入单兀，用于将电压信号和第一相移单兀输出的电流信号输入到标准表和待校正电能表中；功率读取单元,用于读取标准表输出的第一有功功率和第一无功功率,读取待校正电能表输出的第二有功功率和第二无功功率；第一乘法器,用于将第一有功功率与第二无功功率相乘,乘积作为第一乘积；第二乘法器，用于将第二有功功率与第一无功功率相乘，乘积作为第二乘积；第三乘法器,用于将第一有功功率与第二有功功率相乘,乘积作为第三乘积；第四乘法器，用于将第一无功功率与第二无功功率相乘，乘积作为第四乘积；第五乘法器，用于将第一有功功率与第一有功功率相乘，乘积作为第五乘积；第六乘法器，用于将第一无功功率与第一无功功率相乘，乘积作为第六乘积；减法器，用于将第一乘法器输出的第一乘积与第二乘法器输出的第二乘积相减；第一加法器，用于将第三乘法器输出的第三乘积与第四乘法器输出的第四乘积相加；第一除法器，用于将减法器输出的结果除以第一加法器输出的结果，所得的商作为待校正电能表相位误差的相角；第二加法器，用于将第五乘法器输出的第五乘积与第六乘法器输出的第六乘积相加；第二除法器，用于将第一加法器输出的结果除以第二加法器输出的结果，所得的商再除以常系数C，得到待校正电能表增益误差的大小；写入单元，用于将第一除法器输出的结果和第二除法器输出的结果分别写入待校正电能表的相位校正寄存器和增益校正寄存器中。本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于在电抗性的负载环境下，采用准确度较高且通用的功率值来校正电能表，较传统的脉冲校正法，降低校正要求并简化校正过程，凸显了又快又准又方便的优点，实现了单点校正电能表误差。进一步地,如果相角太大或太小,会导致其正弦或余弦的值太大或太小,无法保证计算精度。进一步地，本发明校正方法采用的数据源，是准确度较高且通用的功率值，而非直接但精度不高的角度或导出参数(如功率因数等)，可以保证此方法的原理误差足够低。进一步地,通过验证,可以进一步确保电能表校正的准确程度。进一步地，测试时间仅为原来的1/3，大大节省了校正总时间。


图I是本发明第一实施方式中一种校正电能表电能误差的方法的流程示意图；图2是本发明第一实施方式中一种有功功率P和无功功率Q的计算方案的流程示意图；图3是本发明第一实施方式中一种功率校正法与现有技术中常用方法校正相位的结果比较示意图(其中，10线表示的是本发明所述的功率校正法，20线表示的是现有技术中的常用方法)；图4是本发明第二实施方式中一种校正电能表电能误差的装置的结构示意图。
具体实施例方式在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。本发明第一实施方式涉及一种校正电能表电能误差的方法。图I是该校正电能表电能误差的方法的流程示意图。具体地说，如图I所示，该校正电能表电能误差的方法包括以下步骤在步骤101中，将电压信号和经过预定相角相移的电流信号同时输入到标准表和待校正电能表中。在这里,预定相角的绝对值大小在20度至70度之间。如果相角太大或太小,会导致其正弦或余弦的值太大或太小,无法保证计算精度。此外，可以理解，在本发明中，相角并非一定要准确的60度，仅需要稳定的较大锐角即可。理论上只要保证有功功率和无功功率同时不为零即可，从实践角度建议取正负30 度至60度范围，即要求功率角20° <|Φ|<70°。当然也可以比20度小或比70度大，
只是效果会差一些。此后进入步骤102，读取标准表输出的第一有功功率和第一无功功率。此后进入步骤103，读取待校正电能表输出的第二有功功率和第二无功功率。第一有功功率和第二有功功率的计算步骤为将电压信号和经过预定相角相移的电流信号相乘，相乘所得信号通过低通滤波， 滤波后再多点取平均，得到第一有功功率或第二有功功率。第一无功功率和第二无功功率的计算步骤为先将电压信号经过90度相移，相移以后的电压信号与经过预定相角相移的电流信号相乘，相乘所得信号通过低通滤波，滤波后再多点取平均，得到第一无功功率或第二无功功率。首先，来描述下基本的有功功率P和无功功率Q的功率计算原理。u⑴和i⑴代表电网实际的电压和电流，在经模数转换器ADC采样量化而得到数字信号，该信号在本质上是以工频(中国为50Hz)为周期的正弦波。如图2所示，u(t)和i(t)信号相乘、低通滤
6波、多点取平均后即得到有功功率，在幅度上对应用户的电能消耗速率。特别地，电压u(t)
经数字的90度相移环节后，其输出的电压uh (t)在相位产生1/4周波延迟，将余弦波转换
正弦波信号，方便实现无功功率及电能的计算。
u{t) = ku* cos(d)/), i(t) = hi * cos(0i - φ)uh (t) = ku*cos [ ω t_ (pi/2) ] =ku*sin(cot)这里的ku、ki对应着信号传输路径上的增益，ω表示交流电的角频率，φ表示电流
的初相位，计算功率
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)\为简化起见,Ek = ku*ki/2,滤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),可推出无功功率0=(知*h+/2)*sinO) = 々*sin(>)。显然，这里把系数简化k = ku*ki/2。本发明校正方法采用的数据源，是准确度较高且通用的功率值，而非直接但精度不高的角度或导出参数(如功率因数等)，可以保证此方法的原理误差足够低。此后进入步骤104，计算待校正电能表相位误差的相角。将第一有功功率与第二无功功率的乘积作为第一乘积。将第二有功功率与第一无功功率的乘积作为第二乘积。将第一有功功率与第二有功功率的乘积作为第三乘积。将第一无功功率与第二无功功率的乘积作为第四乘积。将第一有功功率与第一有功功率的乘积作为第五乘积。将第一无功功率与第一无功功率的乘积作为第六乘积。将第一乘积与第二乘积的差除以第三乘积与第四乘积的和，所得的商作为待校正电能表相位误差的相角。下面，详细描述相位误差的计算原理。在进行单点校正时，需要选择电抗性的负载环境(如220V/5A/0. 5L点)，标准机台经设置输出的基准电压和基准电流。标准机台的输出通过缆线和端口连接，一方面送入标准表，标准表给出机台实际输出的功率角Φ、有功功率Pi和无功功率Qi数值，记输入的视在功率& +Q12 ,显然满足关系Pi = Si^cos (Φ) ’ Qi = 8 *8 η(Φ);另一方面送入待校正电能表，由于电流互感器(Current Transformer,简称“CT”)、电压互感器(Potential Transformer，简称“PT”)等传感器的影响，以及阻容和信号处理部分的影响，都会引入额外的相移分量，使得实际输入计量芯片的相位差为Φ，我们设该电能表经输入信号传递路径引入的总电压电流相位误差Λ (通常不大于2度)，显然满足Φ = Φ + Λ。此外，待校正电能表中的计量芯片经过上面图2所示的内部算法，在相应寄存器里，也会给出有功功率计算值P。和无功功率计算值Q。。虽然和外部输入成正比关系，但由于存在增益误差和比例系数，统一用系数K来表示，对于有功功率，即满足
权利要求
1.一种校正电能表电能误差的方法，其特征在于，包括以下步骤将电压信号和经过预定相角相移的电流信号同时输入到标准表和待校正电能表中； 读取标准表输出的第一有功功率和第一无功功率；读取待校正电能表输出的第二有功功率和第二无功功率；将第一有功功率与第二无功功率的乘积作为第一乘积；将第二有功功率与第一无功功率的乘积作为第二乘积；将第一有功功率与第二有功功率的乘积作为第三乘积；将第一无功功率与第二无功功率的乘积作为第四乘积；将第一有功功率与第一有功功率的乘积作为第五乘积；将第一无功功率与第一无功功率的乘积作为第六乘积；将第一乘积与第二乘积的差除以第三乘积与第四乘积的和，所得的商作为待校正电能表相位误差的相角；将第三乘积与第四乘积的和除以第五乘积与第六乘积的和，所得的商再除以常系数C， 得到待校正电能表增益误差的大小；将相位误差的相角和增益误差的大小分别写入待校正电能表的相位校正寄存器和增益校正寄存器中。
2.根据权利要求I所述的校正电能表电能误差的方法，其特征在于，在所述将电压信号和经过预定相角相移的电流信号同时输入到标准表和待校正电能表中的步骤中，所述预定相角的绝对值大小在20度至70度之间。
3.根据权利要求2所述的校正电能表电能误差的方法，其特征在于，在所述读取标准表输出的第一有功功率和第一无功功率；读取待校正电能表输出的第二有功功率和第二无功功率的步骤中，所述第一有功功率和第二有功功率的计算步骤为将电压信号和经过预定相角相移的电流信号相乘，相乘所得信号通过低通滤波，滤波后再多点取平均，得到第一有功功率或第二有功功率；所述第一无功功率和第二无功功率的计算步骤为先将电压信号经过90度相移，相移以后的电压信号与经过预定相角相移的电流信号相乘，相乘所得信号通过低通滤波，滤波后再多点取平均，得到第一无功功率或第二无功功率。
4.根据权利要求3所述的校正电能表电能误差的方法，其特征在于，在所述将相位误差的相角和增益误差的大小分别写入待校正电能表的相位校正寄存器和增益校正寄存器中的步骤之后，还包括以下步骤将电流信号和经过预定相角相移的电压信号输入到已校正过的电能表中，观察输出脉冲的误差，验证已校正过的电能表的准确程度。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的校正电能表电能误差的方法，其特征在于，在三相电能表中，对三个分相电能误差的校正，同时进行。
6.一种校正电能表电能误差的装置，其特征在于，包括第一相移单元，用于将电流信号进行预定相角的相移；输入单兀，用于将电压信号和第一相移单兀输出的电流信号输入到标准表和待校正电能表中；功率读取单元，用于读取标准表输出的第一有功功率和第一无功功率，读取待校正电能表输出的第二有功功率和第二无功功率；第一乘法器，用于将第一有功功率与第二无功功率相乘，乘积作为第一乘积；第二乘法器，用于将第二有功功率与第一无功功率相乘，乘积作为第二乘积；第三乘法器,用于将第一有功功率与第二有功功率相乘，乘积作为第三乘积；第四乘法器，用于将第一无功功率与第二无功功率相乘，乘积作为第四乘积；第五乘法器，用于将第一有功功率与第一有功功率相乘，乘积作为第五乘积；第六乘法器，用于将第一无功功率与第一无功功率相乘，乘积作为第六乘积；减法器，用于将第一乘法器输出的第一乘积与第二乘法器输出的第二乘积相减； 第一加法器，用于将第三乘法器输出的第三乘积与第四乘法器输出的第四乘积相加； 第一除法器，用于将减法器输出的结果除以第一加法器输出的结果，所得的商作为待校正电能表相位误差的相角；第二加法器，用于将第五乘法器输出的第五乘积与第六乘法器输出的第六乘积相加； 第二除法器，用于将第一加法器输出的结果除以第二加法器输出的结果，所得的商再除以常系数C，得到待校正电能表增益误差的大小；写入单元，用于将第一除法器输出的结果和第二除法器输出的结果分别写入待校正电能表的相位校正寄存器和增益校正寄存器中。
7.根据权利要求6所述的校正电能表电能误差的装置，其特征在于，所述第一相移单元，用于将电流信号进行预定相角的相移，所述预定相角的绝对值大小在20度至70度之间。
8.根据权利要求7所述的校正电能表电能误差的装置，其特征在于，所述功率读取单元，还包括以下子单元第七乘法器，用于将电压信号和第一相移单兀输出的电流信号相乘；第二相移单元，用于将电压信号进行90度的相移；第七乘法器，还用于将第二相移单兀输出的电压信号和第一相移单兀输出的电流信号相乘；低通滤波器，用于将第七乘法器输出的信号进行低通滤波；取平均子单元，用于将低通滤波器输出的信号多点取平均，得到第一有功功率、第一无功功率、第二有功功率或第二无功功率。
9.根据权利要求8所述的校正电能表电能误差的装置，其特征在于，还包括验证单元，用于将电流信号和经过预定相角相移的电压信号输入端到已校正过的电能表中，观察输出脉冲的误差，验证已校正过的电能表的准确程度。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的校正电能表电能误差的装置，其特征在于，在三相电能表中，对三个分相电能误差的校正，同时进行。
全文摘要
本发明涉及电能计量领域，公开了一种校正电能表电能误差的方法及其装置。本发明中，在电抗性的负载环境下，采用准确度较高且通用的功率值来校正电能表，较传统的脉冲校正法，降低校正要求并简化校正过程，凸显了又快又准又方便的优点，实现了单点校正电能表误差。如果相角太大或太小，会导致其正弦或余弦的值太大或太小，无法保证计算精度。采用功率值作为数据源，而非直接但精度不高的角度或导出参数(如功率因数等)，可以保证校正的原理误差足够低。通过验证，可以进一步确保电能表校正的准确程度。测试时间仅为原来的1/3，大大节省了校正总时间。
文档编号G01R35/04GK102608559SQ20121007310
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者张志勇, 张斌阳, 张明雄 申请人:钜泉光电科技(上海)股份有限公司