本發(fā)明涉及一種直流計量方法，屬于電能計量技術(shù)領(lǐng)域，可以用于充電樁、光伏發(fā)電新能源直流電能計量領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

以石油、煤炭為主導(dǎo)的化石資源的日益減少和人類對環(huán)保理念的深入，低耗能、清潔環(huán)保的電動汽車和光伏發(fā)電設(shè)備開始步入現(xiàn)代文明生活。直流計量的配套表計產(chǎn)品需求迅猛，新能源微電網(wǎng)等新型領(lǐng)域?qū)Ρ碛嫷慕尤敕绞匠尸F(xiàn)多樣化需求，其電壓、電流采樣信號在時間維度上是不恒定的方向，存在充放電過程。

在傳統(tǒng)直流計量方法上，為了減少噪聲誤差帶來的干擾，多采用差分信號采樣電路進(jìn)行信號采樣處理。這樣導(dǎo)致電壓電流采樣信號極性變化的情況下，計量是不精準(zhǔn)的，自適應(yīng)能力較弱。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種輸入信號極性自適應(yīng)的直流計量方法，能夠克服不同工況下，采樣輸入信號極性改變時出現(xiàn)的計量不準(zhǔn)確問題，提高直流計量儀表的適用性。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種直流計量方法，包括：

在校表模式下，獲得表計不同接入方式的校表參數(shù)，得到校表參數(shù)模型；

在應(yīng)用運行模式下，通過信號極性自主識別算法分辨電壓、電流信號極性并判斷表計接入方式；

根據(jù)表計接入方式對應(yīng)的校表參數(shù)以及電流極性情況進(jìn)行補(bǔ)償處理，得到電能參數(shù)；

所述信號極性自主識別算法是將在采樣周期內(nèi)得到的電壓、電流瞬時量信號采樣值極性呈現(xiàn)的次數(shù)與預(yù)設(shè)值比較，判斷得出當(dāng)前采樣周期內(nèi)電壓、電流輸入信號的極性，當(dāng)電壓輸入極性由正到負(fù)并持續(xù)預(yù)設(shè)時長，判斷表計屬于正極接入方式，否則判斷表計為負(fù)極接入方式。

所述信號極性自主識別算法是統(tǒng)計一個采樣周期內(nèi)電壓、電流瞬時量信號極性值為負(fù)的次數(shù)，當(dāng)該次數(shù)大于預(yù)設(shè)值時，認(rèn)為該信號極性為負(fù)，否則認(rèn)為該信號極性為正；系統(tǒng)上電默認(rèn)表計負(fù)極接入模式，當(dāng)電壓輸入極性由正到負(fù)并持續(xù)一段預(yù)設(shè)時長，認(rèn)為表計屬于正極接入方式。

在一個具體實施例中，所述預(yù)設(shè)值為100，所述預(yù)設(shè)時長為3s。

所述補(bǔ)償處理包括根據(jù)表計接入方式選擇負(fù)極校表參數(shù)模型或正極校表參數(shù)模型，然后依據(jù)電流信號極性得到電壓、電流和功率的偏置以及LCD亮滅補(bǔ)償補(bǔ)償系數(shù)，所述負(fù)極校表參數(shù)模型包括負(fù)極電壓、電流和功率增益參數(shù)，正極校表參數(shù)模型包括正極電壓、電流和功率增益參數(shù)。

本發(fā)明方法先計算采樣周期內(nèi)各電參數(shù)的瞬時值，再通過補(bǔ)償算法得到有效值，在一個具體實施例中，具體包括：

其中：u_i、i_i為第i次采樣電壓、電流瞬時AD值，G_{v_gain}為電壓增益，G_{i_gain}為電流增益，G_{p_gain}為功率增益，V_offset為電壓偏置，I_offset為電流偏置，P_offset為功率偏置，LCD_offset為LCD亮滅補(bǔ)償系數(shù)，U₀(k)為第k秒的電壓有效值，I₀(k)為第k秒的電流有效值，P₀(k)為第k秒的功率有效值，N_s為ADC采樣頻率。

校表參數(shù)模型是在校表模式下，通過切換正負(fù)極接入方式建立，包括：(1)在信號輸入端短接的情況下，得到電壓和電流的零點噪聲偏置V_S_OFFSET、I_S_OFFSET；(2)在(Un,Ib)校表點下，得到負(fù)極電壓增益G_{v_neg_gain}、電流增益G_{i_neg_gain}、功率增益G_{p_neg_gain}；在(-Un,-Ib)校表點下，得到正極電壓增益G_{v_pos_gain}、電流增益G_{i_pos_gain}、功率增益G_{p_pos_gain}；(3)在(0.1Un,Ib)校表點得到負(fù)極電壓直流偏置U_offset，在(Un,0.05Ib)校表點得到負(fù)極電流直流偏置I_offset、功率偏置V_offset和LCD亮滅補(bǔ)償系數(shù)LCD_offset。

在一個具體實施方式中，校表參數(shù)模型包括：

(1)負(fù)極校表參數(shù)模型，電流極性為正情況：

電壓補(bǔ)償系數(shù)：G_{v_gain}＝G_{v_neg_gain} V_offset＝V_dc_offset

電流補(bǔ)償系數(shù)：G_{i_gain}＝G_{i_neg_gain} I_offset＝I_dc_offset

功率補(bǔ)償系數(shù)：G_{p_gain}＝G_{p_neg_gain} P_offset＝P_dc_offset

LCD亮滅補(bǔ)償系數(shù)：LCD_offset＝LCD_dc_offset；

(2)負(fù)極校表參數(shù)模型，電流極性為負(fù)情況：

電壓補(bǔ)償系數(shù)：G_{v_gain}＝G_{v_neg_gain} V_offset＝V_dc_offset

電流補(bǔ)償系數(shù)：G_{i_gain}＝G_{i_neg_gain} I_offset＝～I(xiàn)_dc_offset+1

功率補(bǔ)償系數(shù)：G_{p_gain}＝G_{p_neg_gain} P_offset＝～P_dc_offset+1

LCD亮滅補(bǔ)償系數(shù)：LCD_offset＝～LCD_dc_offset+1；

(3)正極校表參數(shù)模型，電流極性為正情況：

電壓補(bǔ)償系數(shù)：G_{v_gain}＝G_{v_pos_gain} V_offset＝V_dc_offset

電流補(bǔ)償系數(shù)：G_{i_gain}＝G_{i_pos_gain} I_offset＝I_dc_offset

功率補(bǔ)償系數(shù)：G_{p_gain}＝G_{p_pos_gain} P_offset＝P_dc_offset

LCD亮滅補(bǔ)償系數(shù)：LCD_offset＝LCD_dc_offset；

(4)正極校表參數(shù)模型，電流極性為負(fù)情況：

電壓補(bǔ)償系數(shù)：G_{v_gain}＝G_{v_pos_gain} V_offset＝(～V_dc_offset+1)

電流補(bǔ)償系數(shù)：G_{i_gain}＝G_{i_pos_gain} I_offset＝(～I(xiàn)_dc_offset+1)

功率補(bǔ)償系數(shù)：G_{p_gain}＝G_{p_pos_gain} P_offset＝(～P_dc_offset+1)

LCD亮滅補(bǔ)償系數(shù)：LCD_offset＝(～LCD_dc_offset+1)。

本發(fā)明針對傳統(tǒng)直流計量方法，在電壓、電流采樣信號不同的接入方式下，出現(xiàn)精度誤差準(zhǔn)確度不足的情況，通過在校表模式下采用校表數(shù)據(jù)模型存儲內(nèi)卡，由信號極性自主識別算法識別信號輸入的極性情況，判斷表計此時的接入類型，進(jìn)而從校表內(nèi)卡提取對應(yīng)的模型參數(shù)進(jìn)行算法補(bǔ)償處理得到準(zhǔn)確的電參量。所以當(dāng)外界的輸入信號方向改變時，仍可以進(jìn)行精準(zhǔn)的計量。

通過算法的理論分析和MSP430平臺方案的結(jié)果驗證表明，本發(fā)明在電能計量領(lǐng)域?qū)﹄妷?、電流采樣信號不同的接入方式情況下的電表準(zhǔn)確度十分有效，因此提高了直流電能表對信號的不同接入模式的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明原理圖；

附圖2為本發(fā)明方法流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明輸入信號極性自適應(yīng)的直流計量方法，先在校表模式下，通過計量算法分別校正表計不同接入方式情況的校表參數(shù)并存儲于內(nèi)卡。

正負(fù)極校表參數(shù)模型取決于正負(fù)極接入方式和電流信號極性。校表參數(shù)分為兩種模型，一種是負(fù)極校表參數(shù)模型；另一種是正極校表參數(shù)模型。其校表參數(shù)模型是由電壓零點噪聲偏置(V_S_OFFSET)、電流零點噪聲偏置(I_S_OFFSET)、電壓增益G_{v_gain}、電流增益G_{i_gain}、功率增益G_{p_gain}、功率偏置V_offset、電流直流偏置I_offset、電壓直流偏置U_offset、LCD亮滅補(bǔ)償系數(shù)LCD_offset等參數(shù)組成。零點噪聲偏置校正表計未接入輸入信號時，采樣理論值為0。

其中的LCD亮滅補(bǔ)償系數(shù)LCD_offset是依據(jù)表計LCD背光亮滅的情況下，在(Un,0.05Ib)進(jìn)行電流和功率補(bǔ)償?shù)南禂?shù)，用于消除LCD背光亮滅時溫度場對電流采樣通道造成的影響而設(shè)計，若無影響則默認(rèn)為0。LCD_dc_offset數(shù)值上等于LCD滅燈時的電流數(shù)值減去LCD亮燈時的電流數(shù)值再除以小數(shù)點位數(shù)。電壓零點噪聲偏置(V_S_OFFSET)、電流零點噪聲偏置(I_S_OFFSET)是在電壓、電流信號短接的情況下得到的零點噪聲偏置。

在應(yīng)用運行模式下，通過信號極性自主識別算法分辨電壓、電流信號極性并判斷表計接入方式。

其中，信號極性自主識別算法是利用計量算法在采樣周期內(nèi)得到的電壓、電流瞬時量信號采樣值極性呈現(xiàn)的次數(shù)與預(yù)設(shè)值比較，判斷得出當(dāng)前采樣周期內(nèi)電壓、電流輸入信號的極性。具體的，在一個采樣周期T內(nèi)采樣N個點，采集當(dāng)前的瞬時電壓、電流模擬輸入信號的等離散化數(shù)值，統(tǒng)計其信號極性值為負(fù)的次數(shù)，當(dāng)該次數(shù)大于計量算法預(yù)設(shè)的值時，認(rèn)為該信號極性為負(fù)，否則認(rèn)為該信號極性為正。系統(tǒng)上電默認(rèn)表計負(fù)極接入模式，當(dāng)電壓輸入極性由正到負(fù)并持續(xù)t秒，認(rèn)為是表計屬于正極接入方式，否則認(rèn)為表計負(fù)極接入方式。

進(jìn)而根據(jù)表計接入方式，提取不同的內(nèi)卡校表參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償算法處理，得到準(zhǔn)確的電能參數(shù)。具體的，判斷接入表計類型，從內(nèi)卡E2PROM提取對應(yīng)的校表參數(shù)到RAM區(qū)校表參數(shù)結(jié)構(gòu)體，在補(bǔ)償算法中，使用該結(jié)構(gòu)體校表參數(shù)進(jìn)行電壓、電流和功率增益。再依據(jù)輸入電流信號極性，補(bǔ)償對應(yīng)參數(shù)的偏置。

下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明輸入信號極性自適應(yīng)的直流計量方法進(jìn)行詳細(xì)說明：

1、建立校表參數(shù)模型。校表模式下，通過切換正負(fù)極接入方式建立校表參數(shù)模型：(1)在信號輸入端短接的情況下，得到電壓和電流的零點噪聲偏置；(2)在(Un,Ib)校表點下，得到負(fù)極電壓增益G_{v_neg_gain}、電流增益G_{i_neg_gain}、功率增益G_{p_neg_gain}；在(-Un,-Ib)校表點下，得到正極電壓增益G_{v_pos_gain}、電流增益G_{i_pos_gain}、功率增益G_{p_pos_gain}；(3)在(0.1Un,Ib)校表點得到負(fù)極電壓的偏置，在(Un,0.05Ib)校表點得到負(fù)極電流、功率的偏置和LCD亮滅溫度補(bǔ)償系數(shù)。

2、在運行模式下，信號極性自主識別算法去分辨采樣周期內(nèi)的輸入信號極性。在ADC采樣中斷函數(shù)中，統(tǒng)計采樣周期T內(nèi)得到的電壓、電流瞬時量信號采樣值極性為負(fù)的次數(shù)N1，N2，與預(yù)設(shè)值REVERSE_QUANTITY(100)進(jìn)行比較，如果在一個采樣周期T內(nèi)，得到的Ni>REVERSE_QUANTITY判斷得出當(dāng)前采樣周期內(nèi)輸入信號的極性為負(fù),其中i＝1,2。

3、在步驟2得到的輸入信號極性后，依據(jù)電壓信號極性推導(dǎo)表計接入方式類型，系統(tǒng)上電默認(rèn)負(fù)極接入方式，當(dāng)檢測到電壓信號極性由正到負(fù)轉(zhuǎn)變，并且持續(xù)t秒(t＝3s)，則認(rèn)為是正極接入方式，否則認(rèn)為是負(fù)極接入。對于負(fù)極接入方式，從內(nèi)卡提取的是負(fù)極校表參數(shù)模型，也就是負(fù)極電壓、電流、功率增益。對于正極接入方式，從內(nèi)卡提取的是正極校表參數(shù)模型，也就是正極電壓、電流、功率增益。電壓、電流、功率的偏置以及LCD亮滅補(bǔ)償補(bǔ)償系數(shù)是在校表參數(shù)模型下，結(jié)合電流極性的正負(fù)進(jìn)行偏置處理。

4、依據(jù)步驟3得到的校表參數(shù)模型，對采樣信號瞬時量進(jìn)行計量算法運算，得到采樣周期內(nèi)各電參數(shù)的瞬時值，再通過補(bǔ)償算法得到有效值。假設(shè)ADC采樣頻率為Ns(HZ),可以通過下面公式計算得到各參數(shù)有效值。

其中：u_i、i_i為第i次采樣電壓、電流瞬時AD值，G_{v_gain}為電壓增益，G_{i_gain}為電流增益，G_{p_gain}為功率增益，V_offset為電壓偏置，I_offset為電流偏置，P_offset為功率偏置，LCD_offset為LCD亮滅補(bǔ)償系數(shù)，U₀(k)為第k秒的電壓有效值，I₀(k)為第k秒的電流有效值，P₀(k)為第k秒的功率有效值，N_s為ADC采樣頻率。

補(bǔ)償算法依據(jù)內(nèi)卡校表參數(shù)模型進(jìn)行補(bǔ)償，如表1-1所示。

表1-1校表參數(shù)模型

具體策略如下所示：

(1)負(fù)極校表參數(shù)模型，電流極性為正情況：

電壓補(bǔ)償系數(shù)：G_{v_gain}＝G_{v_neg_gain} V_offset＝V_dc_offset

電流補(bǔ)償系數(shù)：G_{i_gain}＝G_{i_neg_gain} I_offset＝I_dc_offset

功率補(bǔ)償系數(shù)：G_{p_gain}＝G_{p_neg_gain} P_offset＝P_dc_offset

LCD亮滅補(bǔ)償系數(shù)：LCD_offset＝LCD_dc_offset；

(2)負(fù)極校表參數(shù)模型，電流極性為負(fù)情況：

電壓補(bǔ)償系數(shù)：G_{v_gain}＝G_{v_neg_gain} V_offset＝V_dc_offset

電流補(bǔ)償系數(shù)：G_{i_gain}＝G_{i_neg_gain} I_offset＝～I(xiàn)_dc_offset+1

功率補(bǔ)償系數(shù)：G_{p_gain}＝G_{p_neg_gain} P_offset＝～P_dc_offset+1

LCD亮滅補(bǔ)償系數(shù)：LCD_offset＝～LCD_dc_offset+1；

(3)正極校表參數(shù)模型，電流極性為正情況：

電壓補(bǔ)償系數(shù)：G_{v_gain}＝G_{v_pos_gain} V_offset＝V_dc_offset

電流補(bǔ)償系數(shù)：G_{i_gain}＝G_{i_pos_gain} I_offset＝I_dc_offset

功率補(bǔ)償系數(shù)：G_{p_gain}＝G_{p_pos_gain} P_offset＝P_dc_offset

LCD亮滅補(bǔ)償系數(shù)：LCD_offset＝LCD_dc_offset；

(4)正極校表參數(shù)模型，電流極性為負(fù)情況：

電壓補(bǔ)償系數(shù)：G_{v_gain}＝G_{v_pos_gain} V_offset＝(～V_dc_offset+1)

電流補(bǔ)償系數(shù)：G_{i_gain}＝G_{i_pos_gain} I_offset＝(～I(xiàn)_dc_offset+1)

功率補(bǔ)償系數(shù)：G_{p_gain}＝G_{p_pos_gain} P_offset＝(～P_dc_offset+1)

LCD亮滅補(bǔ)償系數(shù)：LCD_offset＝(～LCD_dc_offset+1)。

其中：V_dc_offset、I_dc_offset、P_dc_offset分別表示校表得到的電壓、電流和功率的直流偏置?！硎緮?shù)值取反符號，輸入信號極性相反，偏置補(bǔ)償?shù)姆较蛞簿拖喾础?/p>

MSP430平臺方案實驗論證：

為了對MSP430平臺方案進(jìn)行驗證，試驗采用樣機(jī)1:225A/75mv和樣機(jī)2:200A/50mv(分流器規(guī)格)，檢驗裝置為HS-6133直流表檢驗裝。在輸入電壓500V時，測各樣品在不同負(fù)載時電流、電度的精度均符合《ZBY 318-85電子式直流電度表技術(shù)》中關(guān)于電能精度0.5S等級的技術(shù)要求。