验证电表所作测量的准确度的制作方法

1.本发明涉及智能电表的领域。


背景技术：

2.现代电表(也称为“智能”电表)主要功能是测量客户电气设施所消耗的电能；然而，它还能够执行各种附加功能：接收指令来管理收费、远程抄表和编程、客户信息，等等。
3.为了测量能量消耗，仪表包括测量设备，该测量设备以非常传统的方式包括一个或多个电流传感器和一个或多个电压传感器。
4.自然地，仪表中测量设备的准确度随时间推移继续符合功能规范中定义的精度要求是必需的，所述测量设备是基于该功能规范来设计的。具体而言，测量设备中的漂移可导致消耗被高估(这对客户不利)或者导致消耗被低估(这对电能供应商不利)。
5.然而，传感器往往会随时间推移而漂移，并且可靠地评估电表的测量设备的准确度如何变化是相对复杂的。操作员自然有可能对电气设施采取动作以验证测量准确度，然而，这不是合需的，因为此类动作是昂贵的并且还有给客户带来不便的风险。
6.发明目的
7.本发明的目的是以准确且可靠的方式评估电表的测量设备所进行的测量的准确度，而无需操作员采取行动。


技术实现要素：

8.为了实现这一目标，提供了一种用于评估电表的测量设备的准确度的评估方法，该评估方法由电表执行并且在电表中执行，该评估方法包括：
9.初步阶段，包括采集第一电气量值的第一测量的步骤以及检测第一电气量值在其间稳定的稳定时段的步骤；
10.测试阶段，其在稳定时段的检测之后并且包括用于将测试电流注入电表的导体达预定历时的注入步骤以及在注入步骤期间采取行动以采集第一电气量值的至少一个第二测量的步骤；
11.评估阶段，包括将第一电气量值的第二测量与表示稳定时段期间第一电气量值的第一稳定值加上预定义值之和进行比较的步骤，以及根据所述比较评估测量设备的准确度的步骤，预定义值与归因于注入测试电流导致的第一电气量值的预期增加相对应。
12.本发明的评估方法由电表本身执行并且在电表本身中执行，并且因此使得以自动方式验证电表的测量设备的准确性成为可能，而无需人工干预电表。
13.在检测到第一电气量值的稳定时段后，注入电表(中性或相)导体的测试电流的已知特性使得定义将预期且由测量设备测量的第一电气量值的增加成为可能。这一预期增加构成参考，使得能够以准确且可靠的方式评估和验证测量设备的准确度。
14.还提供了如上所述的评估方法，其中基于预定历时以及基于测试电流的振幅和频率来评估预定义值。
15.还提供了如上所述的评估方法，其中当满足至少一个第一稳定条件(即第一电气量值的预定数量的诸连续第一测量基本相等)时，检测到稳定时段。
16.还提供了如上所述的评估方法，进一步包括验证阶段，用于验证第一电气量值的第二测量和第一稳定值之间的差异(如果有)是否纯归因于注入测试电流。
17.还提供了如上所述的评估方法，其中验证阶段在注入步骤之后执行，并且包括采集第一电气量值的第三测量的步骤以及验证至少一个第一验证条件(即第一电气量值的第三测量基本上等于第一稳定值)的步骤。
18.还提供了如上所述的评估方法，其中第一电气量值是在预定义历时内消耗的能量。
19.还提供了如上所述的评估方法，其中初步阶段还包括采集第二电气量值的第一测量的步骤。
20.还提供了如上所述的评估方法，其中每当第一电气量值和第二电气量值都稳定时，检测到稳定时段。
21.还提供了如上所述的评估方法，其中每当满足所述第一稳定条件且还满足第二稳定条件(即第二电气量值的相同预定数量的诸连续第一测量基本相等)时，检测到稳定时段。
22.还提供了如上所述的评估方法，其中验证阶段还包括采集第二电气量值的第二测量的步骤，以及验证所述第一验证条件和第二验证条件(即第二电气量值的第二测量基本上等于表示稳定时段期间第二电气量值的值的第二稳定值)这两者的步骤。
23.还提供了如上所述的评估方法，其中第二电气量值是电流。
24.还提供了如上所述的评估方法，其中测试电流具有以如下方式定义的频率：所述频率位于测量设备的工作频带之内，同时位于由电表执行的电力线电流通信所使用的频带之外。
25.还提供了如上所述的评估方法，其中测试电流具有位于800毫安(ma)到1.2安(a)的范围内的峰值振幅，并且其中测试电流具有位于1.6千赫(khz)到2.4khz的范围内的频率。
26.还提供了一种电表，其包括测量设备、包含电流发生器的注入设备以及被布置成执行上述评估方法的处理器模块。
27.还提供了如上所述的电表，其中电流发生器是包括设置在测试电流的频率的振荡器的电流镜。
28.还提供了如上所述的电表，其中电流发生器经由由处理器模块控制的电感器和开关连接到导体。
29.还提供了如上所述的电表，其中电感器呈现出位于64微亨(μh)至96μh的范围中的电感。
30.还提供了一种包括用于使上述电表执行上述方法的各步骤的指令的计算机程序。
31.还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有上述计算机程序。
32.本发明可以鉴于以下对本发明的特定非限定性实施例的描述而被更好地理解。
附图说明
33.参考唯一附图：
34.[图1]图1示出了在其中执行本发明的评估方法的电表。
具体实施方式
[0035]
参考图1，在该示例中，本发明的评估方法由单相电表1执行且在单相电表1中执行。
[0036]
仪表1被用于测量由配电网2提供且被电气设施3(由负载za符号表示)消耗的电能。网络2包括由相(或“带电”)导体4a和中性导体4b组成的电线。网络2的电压是具有等于50赫兹(hz)的频率和等于230伏(v)的均方根(rms)电压的交流电压。设施3经由相导体5a和中性导体5b接收电能。
[0037]
断路器6位于仪表1下游以及设施3上游，以便能够在必要时将设施3与网络2隔离。
[0038]
在该示例中，术语“上游”意指网络2的一侧上，而术语“下游”意指设施3的一侧上。
[0039]
仪表1包括上游相端子7a、下游相端子8a、上游中性端子7b以及下游中性端子8b。
[0040]
上游相端子7a连接到电网2的相导体4a。下游相端子8a连接到电气设施3的相导体5a。上游中性端子7b连接到电网2的中性导体4a。下游相端子8b连接到设施3的中性导体5b。
[0041]
仪表1还具有连接至上游相端子7a和下游相端子8a的相导体9a，以及连接至上游中性端子7b和下游中性端子8b的中性导体9b。
[0042]
仪表1还包括切断部件10，其与相导体9a串联连接在上游相端子7a和下游相端子8a之间。切断部件10使得能够远程执行操作以将电气设施3和电网2连接在一起或断开连接。
[0043]
仪表1还包括调制解调器11，使仪表1能够执行电力线载波(plc)通信。在此示例中，调制解调器11是g3类型的plc调制解调器。因此，仪表1可以与网络管理员的信息系统(is)通信(可能经由某其他实体，诸如数据集中器、网关、另一仪表，等等)。
[0044]
调制解调器11通过电容器12连接至仪表1的中性导体9b。
[0045]
仪表1还包括测量设备。测量设备对设施3消耗的能量进行测量，并且因此其被用于执行仪表1的主功能。
[0046]
测量设备包括电压传感器(未显示)、电流传感器14和测量模块15。
[0047]
电压传感器产生仪表1的相导体9a和中性导体9b之间的电压的测量。
[0048]
电流传感器14是分流器，其与仪表1的相导体9a串联连接在上游相端子7a和切断部件10之间。
[0049]
测量模块15在分流器和切断部件10之间连接至仪表1的相导体9a。测量模块15还连接至仪表1的中性导体9b。测量模块15还连接至仪表1的电气接地16。模块15采集由电压传感器和电流传感器14进行的(模拟)测量，并且它产生设施3所消耗的电流和能量的(数字)测量。
[0050]
仪表1的相导体9a在分流器上游连接至仪表1的电气接地16。
[0051]
仪表1还包括电流注入设备，其被布置成将测试电流i
test
注入仪表1的中性导体9b，测试电流具有已知且受控的特性。注入设备包括电流发生器18、电感器19和开关20。电感器19和开关20串联连接。
[0052]
如下文所述，本发明尤其包括将测试电流i
test
注入仪表1的中性导体9b，在注入期间使用测量设备进行测量，以及使用注入期间的测试电流作为参考来用于验证测量设备的准确性的目的。注入发生在中性导体9b中在测量模块15的连接点上游。
[0053]
电流发生器18使得能够生成测试电流i
test
，该电流是交流电(ac)，具体而言是正弦电流。
[0054]
举例而言，测试电流i
test
具有位于800ma至1.2a的范围内的峰值振幅。在该示例中，测试电流i
test
的峰值振幅等于1a。举例而言，测试电流i
test
的频率位于1.6khz至2.4khz的范围内。在该示例中，测试电流i
test
的频率等于2khz。
[0055]
应观察到，峰值振幅的1a值和频率的2khz值是可以设置的值。
[0056]
测试电流i
test
的频率被定义为符合(至少)两个准则。
[0057]
第一准则是，所述频率位于测量设备的工作频带之内，即在测量设备能够以标称准确度进行测量的频带内。
[0058]
因此，可以使用测量设备准确地测量测试电流i
test
的影响。在该示例中，测量设备在测量50hz的第四十次谐波时没有问题，因此2khz的频率完全合适。
[0059]
第二准则是测试电流i
test
的频率在plc通信所使用的频带之外。因此，注入测试电流i
test
不会干扰plc通信。
[0060]
举例而言，电流发生器18是电流镜，其包括设置到测试电流i
test
的频率的振荡器，即在本该示例中设置到2khz。
[0061]
电流发生器18的输出经由电感器19和开关20连接到中性导体9b。
[0062]
测试电流i
test
的频率使得使用电感不太大的电感器19成为可能。
[0063]
举例而言，电感器19的电感位于64μh到96μh的范围内。在该示例中，电感器具有等于80μh的电感。
[0064]
仪表1还包括处理器模块22。
[0065]
举例而言，处理器模块22包括微控制器、处理器或实际上可编程逻辑电路，诸如现场可编程门阵列(fpga)或专用集成电路(asic)。
[0066]
处理器模块22连接到测量模块15，以便采集测量设备所进行的测量。具体而言，处理器模块22被布置成控制开关20和电流发生器18(举例而言，并且在必要时，处理器模块22可以设置测试电流的峰值振幅和频率)。处理器模块22还连接到调制解调器11。
[0067]
下面描述本发明的评估方法，该方法由仪表1的处理器模块22执行。
[0068]
以规则的时间间隔，对仪表1的测量设备的准确度进行评估。评估可周期性地执行，例如每月一次。
[0069]
测量设备产生在预定义历时期间供应给设施的电流的测量和所消耗的能量的测量。在该示例中，预定义历时等于1秒。每秒一次，测量设备产生电流测量和在前一秒消耗的能量的测量。
[0070]
当适合评估测量设备的准确度时，开始初步阶段，在此期间，处理器模块22采集测量设备所进行的第一电气量值的第一测量以及第二电气量值的第一测量这两者。第一电气量值是在预定义历时(1秒)期间消耗的能量，而第二电气量值是电流。
[0071]
为了简化描述，使用术语“能量测量”和“电流测量”：在初步阶段，处理器模块22因此采集第一能量测量和第一电流测量。在初步阶段期间，处理器模块22尝试检测稳定时段，
在该时段期间消耗的能量和电流是稳定的。
[0072]
当满足第一稳定条件(即预定数量的连续第一能量测量基本相等)和第二稳定条件(即相同的预定数量的连续第一电流测量基本相等)时，检测到稳定时段。
[0073]
在该示例中，预定数量等于2。
[0074]
因此，一旦处理器模块22检测到两个基本相等的连续第一能量测量(每一测量是以1秒的时间间隔来进行的)和两个同样基本相等的相关联的第一连续电流测量，处理器模块22就检测到稳定阶段。术语“基本相等的两个测量”被用于意指两个测量在测量设备的准确度范围内相等。
[0075]
处理器组件确定第一稳定值和第二稳定值。第一稳定值代表在稳定时段中的预定历时内消耗的能量，并且它等于稳定时段的第一能量测量。第二稳定值代表稳定时段期间的电流，它等于稳定时段的第一电流测量。在检测到稳定时段之后，处理器模块22开始测试阶段。处理器模块22闭合开关20，并从而使电流发生器18将测试电流i
test
注入仪表1的中性导线9b中达预定历时。在该示例中，该预定历时等于预定义历时，即1秒。
[0076]
在注入步骤期间，处理器模块22采集至少一个第二能量测量，且具体而言是单个第二能量测量。
[0077]
因此，注入步骤在稳定时段开始后的第三秒的开头处开始，并且它在第三秒的结束处结束。
[0078]
处理器模块22然后将第二能量测量与第一稳定值进行比较，以评估测量设备的准确度。
[0079]
然而，在执行该分析之前，处理器模块22执行验证阶段，以验证第二能量测量和第一稳定值之间的差异是否纯归因于注入测试电流(而不是例如归因于设施3的消耗增加)。
[0080]
验证阶段在注入步骤之后执行，并且包括采集第三能量测量和第二电流测量，以及验证第一验证条件(即第一能量测量基本等于第一稳定值)和第二验证条件(即第二电流测量基本等于第二稳定值)这两者。
[0081]
因此，验证阶段持续1秒，并在稳定时段开始后的第四秒的开头处开始。
[0082]
当两个验证条件都满足时，这意味着设施3实际消耗的能量和电流两者自稳定时段开始以来都保持恒定，并且因此在注入阶段由测量设备测得的能量消耗的增加确实纯归因于注入测试电流i
test
。
[0083]
当两个验证条件都满足时，处理器模块22将第二能量测量(在注入期间进行)与第一稳定值加上预定义值之和进行比较，该预定义值与预定义历时期间作为注入测试电流的结果而预期的能量消耗的增加相对应。
[0084]
处理器模块22基于所述比较评估测量设备的准确度：如果第二能量测量正好等于第一稳定值加预定义值之和，则意味着测量设备非常准确。
[0085]
基于预定历时并基于测试电流i
test
的振幅(特别是峰值振幅)和频率，评估预定义值。
[0086]
在具有等于230v的rms电压的网络上，并且对于具有1a峰值振幅和2khz频率的测试电流，预定义值等于：
[0087][0088]
从第二能量测量与第一次稳定值加上预定义值之和之间获得的差值用于评估和验证测量设备的准确度。
[0089]
处理器模块22随后使用调制解调器11和plc通信向is传送消息，该消息包含验证测量设备准确度的结果并且可能还包含指示漂移或任何其他准确度问题的警报。dlms或cosem应用层有利地被用于执行该通信。
[0090]
应观察到，该评估方法在非常短的时间内执行：大约4秒足以评估和验证测量设备的准确度。应观察到，可对遇到的所有电流情况进行验证：低电流(即振幅接近0a)、中等电流(即振幅等于几a)、以及强电流(即振幅大于20a)。还应观察到，为调整在正常操作中进行的测量，对1a峰值和2khz测试电流的注入进行工厂校准可能是适当的。自然地，本发明不限于所描述的实施例，而是涵盖了落入如由权利要求书限定的本发明范围内的任何变型。
[0091]
第一电气量值可以是电流，而第二电气量值可以是在预定义历时期间消耗的能量。第一电气量值和第二电气量值不必一定是在预定义历时期间消耗的能量和电流。举例而言，这些电气量值之一可以是所消耗的功率。本发明的评估方法可以在仅使用单个第一电气量值的诸测量的情况下完美地执行。在上述示例中，因此不需要使用电流测量，它们主要被用于巩固检测稳定时段和改进验证阶段。当仅使用单个第一电气量值时：
[0092]
在该评估方法的初步阶段期间，仅采集第一电气量值的诸第一测量；
[0093]
当满足第一稳定条件(单独)时，检测到稳定时段；
[0094]
在验证阶段期间，仅采集第一电气量值的第三测量；
[0095]
在验证阶段期间，仅验证第一验证条件。
[0096]
尽管本文描述的仪表是单相仪表，但本发明自然也适用于任何多相仪表。
[0097]
在其中执行该评估方法的处理器模块、测量模块、电流发生器和调制解调器不一定是不同模块，并且它们可以具有一个或多个共用组件，其可以是软件组件或硬件组件。