本發(fā)明涉及電能表嵌入式,具體提供一種用于電能表的全溫自動校準(zhǔn)與補償方法。
背景技術(shù):
1、溫漂是電子器件的固有特性,當(dāng)由電子器件組成的電能表處在不同溫度時,計量精度就會產(chǎn)生變化。電能表在出廠前都會經(jīng)過校表,但往往只是在當(dāng)時環(huán)境溫度下進行了誤差校正,安裝到現(xiàn)場后,當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時,則可能會引入較大的計量誤差。
2、電子器件的溫漂是硬件特性,很難在硬件電路上對其進行消除,若使用低溫漂的器件,成本也會隨之增大。所以在軟件層面,通過全溫度校準(zhǔn)與補償來消除溫度帶來的計量誤差,是目前比較普遍的做法。
3、專利號:cn201510593377.7一種提高智能電表計量精度的方法提供了一種-40度至70度之間每5度劃分一段然后各段按線性處理的方法,來補償電壓與電流值;《一種電能表溫度影響誤差補償方法及裝置》(專利號:cn201810311996.6)提供了一種根據(jù)已有電能表各溫度點誤差數(shù)據(jù)擬合出三次曲線,來進行溫度補償?shù)姆绞剑?/p>
4、專利號:cn201810510171.7基于溫度補償?shù)碾娔鼙碛嬃烤葍?yōu)化方法提供了一種先通過構(gòu)建電能表內(nèi)各器件發(fā)熱與誤差的關(guān)系,然后再應(yīng)用到實際運行電能表中進行溫度補償?shù)姆椒ā?/p>
5、以上這些都是通過先擬合好固定的曲線,再放置到電能表程序中去進行溫度補償,但即使硬件構(gòu)成相同的電能表之間,隨溫度變化的誤差變化趨勢也許相同,但在不同溫度下的誤差值也是有所區(qū)別的。
6、專利號:cn201510220506.8一種電能計量裝置的溫度分段校準(zhǔn)及計量方法提供了一種在電能表上做溫度校準(zhǔn)的方法,但只含有兩個溫度校準(zhǔn)點,電能表誤差隨溫度變化的曲線大多不是線性的,所以難以保證校準(zhǔn)精度;
7、專利號:cn201510248778.9單相電能表的溫度補償方法提供了一種溫度每隔5度分別進行一次1.0功率因數(shù)與0.5l功率因數(shù)下的誤差校正,這種固定間隔的溫度分段方法可能會導(dǎo)致溫度-誤差曲線拐點處的計量誤差較大,而非均勻的溫度分段校準(zhǔn)可以更好地適應(yīng)于各種類型的溫度誤差曲線,更有效地減少溫度變化帶來的計量誤差。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、電能表的計量數(shù)值來源于電能表的實時功率值,而功率值是計量芯片通過輸入的電壓與電流信號計算得出的。計量芯片在進行功率計算時,會引入校表寄存器的信息,來進行計算結(jié)果的修正,校表寄存器中對于功率有影響的主要是兩個:其一為功率相位增益寄存器regp-phase,其二為功率有效值增益寄存器regp-value。在常溫校準(zhǔn)時,一般是調(diào)整regp-phase來校準(zhǔn)功率值,那么在全溫度校準(zhǔn)與補償時,就需要在常溫校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合當(dāng)前溫度實時改變regp-value寄存器的值,來達到消除由溫度變化引入的計量誤差的目的。
2、因此,本發(fā)明提供一種用于電能表的全溫自動校準(zhǔn)與補償方法,使每個電能表在溫度校準(zhǔn)后擁有適合于本身的溫度-誤差折線圖。在校準(zhǔn)時可以支持采用靈活設(shè)置溫度校準(zhǔn)分段點的方式,在電能表全運行溫度范圍內(nèi),有針對性地選取多個目標(biāo)溫度校準(zhǔn)點,著重在溫度-誤差曲線的拐點附近和變化較快的地方多設(shè)置目標(biāo)溫度校準(zhǔn)點,使其能夠保證電能表全運行溫度范圍內(nèi)的計量精度。并實現(xiàn)全自動操作,使電能表自動化地進行全溫度校準(zhǔn)與補償?shù)墓δ?,使電能表全溫度校?zhǔn)與補償可以批量化進行。
3、本發(fā)明提供一種用于電能表的全溫自動校準(zhǔn)與補償方法,所述方法通過采用多段,非均勻溫度分段點的方法,以適應(yīng)各種溫度-誤差曲線,通過上位機向電能表發(fā)出一個指令,然后設(shè)定高低溫箱的目標(biāo)溫度,進行全溫校準(zhǔn)。
4、更進一步的,所述方法包括如下步驟:
5、步驟1、將已經(jīng)進行過常溫校準(zhǔn)的電能表放入高低溫箱,在高低溫箱外面放置標(biāo)準(zhǔn)功率源為電能表提供穩(wěn)定的電壓電流輸入,并且將電能表的維護485串口線引出接入箱外上位機;
6、步驟2、考慮到電能表在運行時自身存在發(fā)熱的情況,將高低溫箱的初始溫度調(diào)整到電能表需達到的最低溫度tmin-n度,其中n需要結(jié)合電能表溫升的具體情況而定,然后使功率源輸出額定電壓un,額定電流ib,1.0功率因數(shù);
7、步驟3、使用上位機軟件,通過電能表的維護串口線,向電能表下達開啟全溫度校準(zhǔn)的命令,該命令中包含{t[1],t[2],t[3],…,t[n]},該集合為所有的目標(biāo)溫度校準(zhǔn)點,其中t[1]=tmin,t[n]=tmax,tmin和tmax分別為電能表需要達到的最低和最高運行溫度;
8、步驟4、電能表在接收到命令后,開始自動進行全溫度校準(zhǔn);然后手動設(shè)置高低溫箱開始升溫,目標(biāo)溫度為tmax;
9、步驟5、電能表在開啟全溫度校準(zhǔn)后,開始周期性讀取當(dāng)前表內(nèi)溫度,并進行誤差采集;
10、在電能表歷經(jīng)各個校準(zhǔn)溫度點時,需計算并記錄該點的功率誤差值err=(pcur-pstd)/pstd,
11、其中pcur為電能表當(dāng)前溫度下的功率值;
12、并將該溫度點的誤差采集狀態(tài)由未采集設(shè)置為已采集;
13、最終得到全部目標(biāo)溫度校準(zhǔn)點對應(yīng)的誤差值{err[1],err[2],err[3],…,err[n]};
14、步驟6、受限于程序?qū)τ诋?dāng)前溫度的檢測存在檢測周期,所以電能表的當(dāng)前溫度tcur可能永遠不會正好等于{t[1],t[2],t[3],…,t[n]}中的某一個值,所以需要引入一個算法來保證啟動各個溫度點功率誤差的計算;
15、步驟7、當(dāng)所有待校準(zhǔn)溫度點對應(yīng)的誤差值都采集完成,且當(dāng)前溫度值tcur大于tmax后,電能表自動將各個溫度點對應(yīng)的誤差{err[1],err[2],err[3],…,err[n]}存儲到flash中,完成全溫度校準(zhǔn),并自動開啟全溫度補償功能;
16、步驟8、電能表使用存儲到flash中的各溫度點對應(yīng)的誤差值結(jié)合補償算法來實時修改計量芯片中功率有效值增益寄存器regp-value的值,進而達到隨溫度的變化動態(tài)調(diào)整計量誤差的目的。
17、更進一步的,所述步驟2中:
18、所述電能表不會從功率源獲取實時輸出的功率值,而是依靠功率源的穩(wěn)定輸出,在整個全溫度校準(zhǔn)期間保持上述的輸出不變,輸出的功率始終為額定功率值pstd=un*ib*1.0;
19、更進一步的,所述步驟3中,對于誤差隨溫度變化較快的溫度區(qū)域,如曲線拐點處,可以適當(dāng)增加目標(biāo)溫度校準(zhǔn)點,以保證最終溫度補償后的計量精度達標(biāo)。
20、更進一步的,所述步驟3中,
21、由于同一方案的電能表,其誤差隨溫度變化的趨勢是一致的,誤差隨溫度變化較快的溫度區(qū)域以及拐點可由理論分析及測試數(shù)據(jù)得出。
22、更進一步的,所述步驟6中,所述算法計算的具體步驟如下:
23、(1)判斷當(dāng)前溫度tcur是否介于任意待校準(zhǔn)溫度點ttarget±1℃的范圍內(nèi),如果不介于,則對于tcur不進行誤差采集;
24、(2)如果介于,則判斷ttarget點上是否已經(jīng)采集過誤差值,如果未采集過,則直接進行誤差采集;
25、(3)如果在ttarget點上已進行過誤差采集,再繼續(xù)判斷tcur是否相比于上次ttarget點上誤差計算時的溫度tlast更接近ttarget,如更接近,則進行誤差采集,否則對于tcur不進行誤差采集;
26、(4)每次進行誤差采集時,按照當(dāng)前功率值再次計算ttarget溫度點對應(yīng)的誤差值err,并更新tlast=tcur。
27、更進一步的,所述步驟8中,所述動態(tài)調(diào)整計量誤差的具體算法如下:
28、如果當(dāng)前溫度tcur位于{t[1],t[2],t[3],…,t[n]}中任意相鄰兩個溫度點[tl,th)之間,使用tl和th對應(yīng)的誤差值errl和errh放入平面直角坐標(biāo)系的y軸,tl和th放入x軸,在(tl,errl)和(th,errh)兩點之間畫出一條直線,得出方程:{errcur=a*(tcur-tl)+b,a=(errh-errl)/(th-tl),b=errl},根據(jù)方程可解出當(dāng)前溫度對應(yīng)的誤差值errcur。
29、更進一步的,所述步驟8中,所述動態(tài)調(diào)整計量誤差的具體算法如下:
30、如果tcur小于t[1],那么tl=t[1],th=t[2],errl=err[1],errh=err[2],使用方程{errcur=a*(tcur-tl)+b,a=(errh-errl)/(th-tl),b=errl},解出errcur;
31、更進一步的,所述步驟8中,所述動態(tài)調(diào)整計量誤差的具體算法如下:
32、如果tcur大于等于t[n],那么tl=t[n-1],th=t[n],errl=err[n-1],errh=err[n],使用方程{errcur=a*(tcur-tl)+b,a=(errh-errl)/(th-tl),b=errl},解出errcur;
33、更進一步的,所述算法還包括:
34、通過errcur計算出增益值:gain=-errcur/(1+errcur);
35、按照計量芯片功率有效值增益寄存器的要求將增益值gain進行換算,然后填入寄存器regp-value中。
36、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明一種用于電能表的全溫自動校準(zhǔn)與補償方法具有以下突出的有益效果:
37、通過采用多段,非均勻溫度分段點的設(shè)計使其可以適應(yīng)各種溫度-誤差曲線。該方法操作簡單,只需要通過上位機向電能表發(fā)出一個指令,然后設(shè)定高低溫箱的目標(biāo)溫度,全溫校準(zhǔn)即可自動化完成,無需頻繁地與電能表進行命令交互,或頻繁地手動調(diào)整高低溫箱的溫度。全溫校準(zhǔn)完成后,電能表自動開啟全溫補償功能,十分便捷。且采用非均勻分段的方式可以適應(yīng)各類溫度-誤差曲線,能夠更加準(zhǔn)確地補償溫度變化帶來的誤差。