电能表校准方法、装置、电能表及电能表系统与流程

本申请涉及电能表技术领域，特别是涉及一种电能表校准方法、装置、电能表及电能表系统。

背景技术：

电能表是指测量电能的仪表，又称电度表、火表、千瓦小时表等，广泛应用在居民家中或其他场合，可用于对使用的电能进行测量、统计，便于监控用电情况。为了提高检测结果的准确性，电能表在出厂前都需要进行校准，修正外围电路和采样元器件的自身误差。

传统的电能表校准的方法包括单点校准法，即在整个测量范围内，选择一个固定的电流点，用这个电流点的校准值来校准整个测量范围内的电流。然而，由于直流电能表常采用霍尔传感器或者锰铜作为电流的采样元件，而霍尔传感器和锰铜具有非线性，电路上还可能存在其他具有非线性的元器件，导致在校准过程中使用单点校准的方式无法实现大工作范围内的校准，校准结果不准确，使用不可靠。

技术实现要素：

本发明针对传统的电能表校准方法使用不可靠的问题，提出了一种电能表校准方法、装置、电能表及电能表系统，该电能表校准方法、装置、电能表及电能表系统可以达到提高电能表使用可靠性的技术效果。

一种电能表校准方法，包括以下步骤：

接收标准源输出的不同等级的标准电流；

获取与所述标准电流对应的实时电流；所述实时电流为电能表接收到所述标准电流后的电流读值；

根据所述标准电流和所述实时电流得到增益数据；

基于所述增益数据得到校准参数；所述校准公式用于对电能表进行校准。

一种电能表校准装置，包括采样电路和处理器，所述采样电路用于接收标准源输出的不同等级的标准电流，获取与所述标准电流对应的实时电流，所述实时电流为电能表接收到所述标准电流后的电流读值，所述处理器用于根据上述的方法进行电能表校准。

一种电能表，包括如上述的电能表校准装置。

一种电能表系统，包括标准源和如上述的电能表。

上述电能表校准方法、装置、电能表及电能表系统，接收到标准源输出的不同等级的标准电流后，获取与标准电流对应的实时电流，然后根据标准电流和实时电流得到增益数据，基于增益数据得到校准参数，从而可以根据校准参数对进行校准。该方法基于多个标准电流和多个实时电流得到增益数据和校准参数，根据校准参数对电能表检测到的电流值进行校准，可以实现大范围内的电流校准，解决了由于元器件的非线性导致使用单点校准后校准结果不准确的问题，减少了元器件的非线性对校准的影响，提高了校准结果的准确性，能够在大工作范围内提高电能表的精度，从而提高了电能表的使用可靠性。

在其中一个实施例中，所述增益数据包括增益曲线，所述根据所述标准电流和所述实时电流得到增益数据，包括：

将所述标准电流和对应的实时电流的比值作为电流增益值；

根据零点偏置值和各所述实时电流对应的电流增益值绘制曲线，作为增益曲线；所述零点偏置值为当所述标准源输出0安的电流时，所述电能表的电流读值。

在其中一个实施例中，所述基于所述增益数据得到校准参数，包括：

将所述实时电流划分为不同的电流区间，基于所述增益数据得到不同的电流区间对应的校准参数。

在其中一个实施例中，所述将所述实时电流划分为不同的电流区间，基于所述增益数据得到不同的电流区间对应的校准参数，包括：

对各所述电流区间的端点值及各所述端点值对应的电流增益值进行线性计算，将得到的线性校准参数作为不同的电流区间对应的校准参数。

在其中一个实施例中，所述基于所述增益数据得到校准参数之后，还包括：

根据所述校准参数对电能表检测到的电流值进行校准，得到电能表的准确计量值。

在其中一个实施例中，所述根据所述校准参数对电能表检测到的电流值进行校准，得到电能表的准确计量值，包括：

根据所述校准参数和电能表检测到的电流值计算得到实时电流增益；

根据所述电能表检测到的电流值和所述实时电流增益得到电能表的准确计量值。

在其中一个实施例中，所述根据所述校准参数和电能表检测到的电流值计算得到实时电流增益，包括：

获取电能表检测到的电流值所处的电流区间；

根据电能表检测到的电流值所处的电流区间对应的校准参数，计算得到实时电流增益。

在其中一个实施例中，所述根据所述校准参数对电能表检测到的电流值进行校准，得到电能表的准确计量值，包括：

根据所述校准参数对电能表检测到的电流值进行校准，根据校准后的电流值和零点偏置值得到电能表的准确计量值；所述零点偏置值为当所述标准源输出0安的电流时，所述电能表的电流读值。

在其中一个实施例中，所述基于所述增益数据得到校准参数之后，还包括：

当接收到相反方向的电流时，返回所述接收标准源输出的不同等级的标准电流。

附图说明

图1为一个实施例中电能表校准方法的流程图；

图2为另一个实施例中电能表校准方法的流程图；

图3为另一个实施例中电能表校准方法的流程图；

图4为又一个实施例中电能表校准方法的流程图；

图5为再一个实施例中电能表校准方法的流程图；

图6为一个实施例中电能表与标准源的连接关系示意图；

图7为一个实施例中计算得到的增益曲线图；

图8为一个实施例中电能表校准装置的工作原理图；

图9为一个实施例中对电能表进行校准的流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请进行更加全面的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，提供一种电能表校准方法，该方法主要应用于对直流电能表的校准，直流电能表的电流采样元件通过包括霍尔传感器或者锰铜等。该方法可通过独立于电能表之外的单独的校准装置执行，实现对电能表的校准，也可以采用电能表内置的校准装置实现，节约硬件成本，提高器件的利用率。在本实施例中，均以采用电能表内置的校准装置对电能表进行校准为例进行说明，电能表内置的校准装置包括采样电路和处理器，采样电路用于采样，处理器用于对采样电路采样得到的数据进行分析处理等。请参见图1，电能表校准方法包括以下步骤：

步骤s100：接收标准源输出的不同等级的标准电流。

具体地，可由采样电路接收标准源输出的不同等级的标准电流，并将接收到的标准电流传输至处理器进行后续处理。标准源是一个可以输出具有高精度和稳定性的电压和电流的仪器，请参见图6，标准源连接电能表，可以输出不同等级的标准电压和标准电流给电能表，电能表依据这个标准值进行校准。

步骤s300：获取与标准电流对应的实时电流。

其中，实时电流为电能表接收到标准电流后的电流读值。标准电流到达电能表后，经过电流表内部的一些电路或器件到达电流表的计量芯片，计量芯片进行处理后产生电流读值。由于电能表内部的器件或外围电路自身可能会存在误差，因此经过这些器件后产生的电流读值与未经过这些器件前电能表实际接收到的电流大小不同，导致电流表读数不准确。因此，获取标准电流以及与标准电流对应的实时电流后，可以基于标准电流和实时电流进行后续的校准过程。可以理解，电流表的计量芯片还可以与其他器件配合使用，例如当校准装置中的处理器为mcu时，与mcu搭配使用，计量芯片专门负责计量，mcu负责其他数据的处理。可扩展地，校准装置中的处理器可包括adc和mcu，通过软件算法用mcu完成计量以及数据处理的工作。

步骤s500：根据标准电流和实时电流得到增益数据。

获取到标准电流和实时电流后，可对标准电流和实时电流进行计算得到增益数据。增益数据的类型并不是唯一的，例如可以为增益曲线，将每个电流值作为横坐标，将每个电流值对应的增益值作为纵坐标，绘制得到增益曲线，增益曲线可以反映增益值在整个工作电流范围内的变化情况，从而反映电能表的误差大小在整个工作电流范围内的变化情况。进一步地，增益曲线的横坐标对应的数据并不是唯一的，可以是实时电流值，也可以是标准电流值，可根据实际情况调整，只要整个横坐标采用一种电流值类型即可。增益值的类型也不是唯一的，一般来说只要可以反映标准电流和实时电流之间的差异即可。

步骤s700：基于增益数据得到校准参数。

其中，校准参数用于对电能表进行校准。得到增益数据后，可基于增益数据得到校准参数。校准参数的应用方式并不是唯一的，例如将校准参数与不同的公式模型结合在一起便可得到校准公式，得到校准公式的方法并不是唯一的，可根据增益曲线的形状选择比较接近的公式模型，再将标准电流和实时电流的数值代入公式模型中，得到在全电流范围内或部分电流范围内适用的校准公式。

在一个实施例中，增益数据包括增益曲线，请参见图3，步骤s500包括步骤s510和步骤s520。

步骤s510：将标准电流和对应的实时电流的比值作为电流增益值。

电流增益值的类型并不是唯一的，在本实施例中，电流增益值为标准电流和对应的实时电流的比值，比值大小可以准确反映出标准电流和对应的实时电流的差异程度。可以理解，在其他实施例中，电流增益值也可以为标准电流和对应的实时电流的差值等，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

步骤s520：根据零点偏置值和各实时电流对应的电流增益值绘制曲线作为增益曲线。

其中，零点偏置值为当标准源输出0安的电流时，电能表的电流读值。可以理解为，零点偏置值为电流表的初始读数。在绘制曲线时，先消除零点偏置值，再进行增益校准，得到的增益曲线为已经消除了零点偏置值的曲线，提高增益曲线的准确性。

增益曲线可以反映增益值在整个工作电流范围内的变化情况，从而反映电能表的误差大小在整个工作电流范围内的变化情况。进一步地，增益曲线的横坐标对应的数据并不是唯一的，可以是实时电流值，也可以是标准电流值，在本实施例中，增益曲线的横坐标对应的数据为实时电流值。当增益曲线的横坐标为实时电流值时，增益曲线可以反映增益值在整个实时电流范围内的变化情况，基于此可以实现整个工作范围内的校准，从而在整个工作范围内提高电能表的精度。

在一个实施例中，请参见图3，步骤s700包括步骤s710。

步骤s710：将实时电流划分为不同的电流区间，基于增益数据得到不同的电流区间对应的校准参数。

以增益数据包括增益曲线，增益曲线的横坐标对应的数据为实时电流值为例，增益曲线在整个实时电流范围内的曲线特征可能并不是统一的，可能存在在不同的实时电流范围内对应不同的曲线特征的情况。此时，首先将实时电流划分为不同的电流区间，然后分别对不同的电流区间内的增益曲线进行分析，得到不同的电流区间对应的校准参数，可以满足更多情况下的校准要求，使得到的校准公式更加贴合实际情况，从而提高校准公式的准确性。

在一个实施例中，请参见图4，步骤s710包括步骤s712。

步骤s712：对各电流区间的端点值及各端点值对应的电流增益值进行线性计算，将得到的线性校准参数作为不同的电流区间对应的校准参数。

根据各电流区间内的增益曲线的特征不同，得到校准参数的方法也不一样。在本实施例中，当各电流区间内的增益曲线都近似为线性变化时，可对各电流区间的端点值及各端点值对应的电流增益值进行线性计算，将得到的线性校准参数作为不同的电流区间对应的校准参数。具体地，取各电流区间线段两端端点的校准值进行线性计算，如已知a0(x0,y0)点和a1(x1,y1)，则这两点之间任意一点a(x,y)的增益值为：

y＝(y1-y0)/(x1-x0)*(x-x0)+y0

该公式即为对应电流区间内的线性校准公式，其中的固定值参数为线性校准参数。进一步地，将得到的各个电流区间对应的线性校准参数和线性校准公式存入存储器中。每次电能表上电时，先从存储器中获取各电流段对应的线性校准参数和线性校准公式，然后根据线性校准参数或线性校准公式进行校准。

对应地，将实时电流划分为不同电流区间的划分方式并不是唯一的，可根据增益曲线的曲线特征决定。在本实施例中，图为电表测出来的电流增益曲线，基于该曲线可以将整个电流增益曲线划分为七段，第一段：30a—10a，第二段：10a—5a，第三段：5a—3a，第四段：3a—1.5a，第五段：1.5a—1.0a，第六段：1.0a--0.5a，第七段：0.5a—0.3a，考虑在这每一段内，增益曲线都近似线性，因此可以对各电流区间的端点值及各端点值对应的电流增益值进行线性计算，将得到的线性校准公式作为不同的电流区间对应的校准公式。可以理解，在其他实施例中，也可以按照其他依据划分不同的电流区间，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，请参见图2，步骤s700之后，电能表校准方法还包括步骤s900。

步骤s900：根据校准参数对电能表检测到的电流值进行校准，得到电能表的准确计量值。

获取到校准参数后，便可根据校准参数对电能表检测到的电流值进行校准，提高电能表读值的准确性。具体地，在电能表的实际使用过程中，根据参数得到校准公式，当电能表检测到电流值后，将检测到的电流值代入校准公式中，得到校准后的电流校准值，再结合电流校准值的类型和电流表检测到的电流值得到电能表的准确计量值。具体地，根据校准后的电流校准值的类型不同，得到电能表的准确计量值的方式并不是唯一的，例如当校准后的电流校准值为电流差异值时，可将电流表检测到的电流值和校准后的电流校准值的和值或者乘积作为校准后的电流校准值。校准公式的类型、校准后的电流校准值的类型也可以为其他，则计算电能表的准确计量值的方式也随之调整，只要本领域技术人员认为可以实现即可。得到电能表的准确计量值后，将准确计量值作为电能表的读数显示，从而使用户获取准确的电流读值，提高了电能表的使用可靠性。

电流的准确计量是指电表计算出来的电流值接近标准源输出的电流值，这也是校准的目的。由于外围电路和器件本身的误差，使得在没有校准的情况下，标准源输出一个标准电流/电压给直流表，直流表计算出来的电流/电压和标准值之间是存在比较大的误差的，因此通过本申请提出的电能表校准方法可以修正电能表的计算值，使得电能表计算出来的电流/电压接近标准值，提高电能表的精度。

在一个实施例中，请参见图3，步骤s900包括步骤s910和步骤s920。

步骤s910：根据校准参数和电能表检测到的电流值计算得到实时电流增益。

在电能表的实际使用过程中，当电能表检测到电流值后，根据校准参数和电能表检测到的电流值可以计算得到实时电流增益，实时电流增益可以作为得到准确计量值的依据。

步骤s920：根据电能表检测到的电流值和实时电流增益得到电能表的准确计量值。

可以理解，实时电流增益表征的是电能表检测到的电流值与标准值之间的差异。根据实时电流增益的类型不同，得到电能表的准确计量值的方式也不一样。例如当实时电流增益为比值时，可将电流表检测到的电流值和实时电流增益的乘积作为电能表的准确计量值，当实时电流增益为差值时，可将电流表检测到的电流值和实时电流增益的和值作为电能表的准确计量值。电流的准确计量值为电表计算出来的电流值接近标准源输出的电流值，这也是校准的目的。由于外围电路和器件本身的误差，使得在没有校准的情况下，标准源输出一个标准电流/电压给直流表，直流表计算出来的电流/电压和标准值之间是存在比较大的误差的，因此通过本申请提出的电能表校准方法可以修正电能表的计算值，使得电能表计算出来的电流/电压接近标准值，提高电能表的精度。

在一个实施例中，请参见图4，步骤s910包括步骤s912和步骤s914。

步骤s912：获取电能表检测到的电流值所处的电流区间。

具体地，由于校准公式可能包括不同的电流区间对应的不同的校准公式，在电能表的实际使用过程中，当电能表检测到电流值后，获取电能表检测到的电流值所处的电流区间，从而匹配最准确的校准公式，提高校准结果的准确性。

步骤s914：根据电能表检测到的电流值所处的电流区间对应的校准参数，计算得到实时电流增益。

获取电能表检测到的电流值所处的电流区间后，根据电能表检测到的电流值所处的电流区间对应的校准参数计算得到实时电流增益，从而使不同的检测电流匹配不同的校准公式，提高校准结果的准确性。

在一个实施例中，步骤s700之后，电能表校准方法还包括步骤800。

步骤800：当接收到相反方向的电流时，返回步骤s100。

具体地，相反方向的电流是指电流的流向不同。电压和电流的夹角为0°的时候，此时功率是一个正数，对应电流方向是正的。当电压和电流的夹角是180°时，功率是一个负数，对应电流反向。电流经过电表上元器件的方向不同，引起的误差可能会不一样，由于元器件特性的不对称性，所以可能需要将正反向电流分开校准。以图6为例，标准源的电流从i+输出，流经电能表从输出-流到输入-，再从i-回到标准源。此时测到的功率会是一个正值，电流是正向电流。但是当将标准源的电流输出线i+和i-对换的时候，即标准源的电流从i+输出，流经电能表从输入-流到输出-，再从i-回到标准源。此时测到的功率会是一个负值，电流是与之前的电流方向相反的反向电流。

当电能表分别接入正向电流和反向电流时，经过采样电路到计量芯片端的采样电压或采样电流可能不完全一致，因此，正反向电流的增益校准曲线可能并不完全一致。当接收到相反方向的电流时，返回步骤s100，再次进行一次校准，可以将正反向电流分开校准，得到两条校准曲线，即两套校准公式，可以满足电能表接入正向电流和反向电流的校准需求。

为了更好地理解上述实施例，以下结合一个具体的实施例进行详细的解释说明。在一个实施例中，电能表为直流电表，电能表校准方法包括：首先，在标准源输出0a时，读取直流电表的读数i0，以此值作为该直流电表的零点偏置值i_offset＝i0。标准源是一个可以输出具有高精度和稳定性的电压和电流的仪器。要实现的功能是，标准源输出不同等级的标准电压和标准电流给直流表，直流表依据这个标准值进行校准。然后在未进行增益校准的情况下，使用标准源输出不同等级电流到直流表时，获得直流表的电流读值，将直流表的电流读值i和标准源输出值i’进行计算，可获得各电流点下的电流增益值irmsgain＝i’/i。将各电流点下计算的电流增益值绘制成曲线，结果如图所示。由图可知，在小电流下，电流增益成快速的非线性变化。

将上述电流增益曲线根据需求按电流值近似分成若干段线性的线段，取线段两端端点的校准值进行线性计算。请参见图7，可以将整个电流增益曲线划分为七段，第一段：30a—10a，第二段：10a—5a，第三段：5a—3a，第四段：3a—1.5a，第五段：1.5a—1.0a，第六段：1.0a--0.5a，第七段：0.5a—0.3a，考虑在这每一段内，增益曲线都近似线性，因此可以对各电流区间的端点值及各端点值对应的电流增益值进行线性计算。如已知a0(x0,y0)点和a1(x1,y1)，则这两点之间任意一点a(x,y)的增益值为：

y＝(y1-y0)/(x1-x0)*(x-x0)+y0

将获得的若干段线性校准公式存入存储器中。每次电表上电时，先从存储器中获取各电流段计算增益的校准公式参数。

在电表的实际使用过程中，请参见图9，上电初始化时，计量芯片内部电流增益校准值为0，根据电表实时检测到的原始电流值，判断当前负载电流属于哪个电流段区间，然后，按照对应的电流段区间的校准公式，计算实时的电流增益。然后将计算的电流增益写入计量芯片内，获得电流的准确计量。电流的准确计量是指，电表计算出来的电流值接近标准源输出的电流值，这也是校准的目的。由于外围电路和器件本身的误差，使得在没有校准的情况下，标准源输出一个标准电流/电压给直流表，直流表计算出来的电流/电压和标准值之间是存在比较大的误差的，因此需要通过校准来修正直流表的计算值，使得直流表计算出来的电流/电压接近标准值，满足误差。这种校准方法，在实际的工装校准过程中，只需要测试得到各分段点的电表电流读值和标准电流值，即可实现校准工作。

可以理解，针对增益曲线也可以不用划分成多个线段，而是通过多项式、或者其他方式拟合曲线，来实现动态校准。例如，建立输入和输出关系的一些建模方式，如神经网络等。以神经网络为例，通过一些仿真工具，导入输入输出数据样本，即可建立模型拟合曲线。

另外，当电表分别接入正向电流和反向电流时，经过电路到计量芯片端的采样电压可能不完全一致，因此，正反向电流的增益校准曲线可能并不完全一致，从而不能使用同一套校准公式，因此，可以将正反向电流分开校准，得到两条校准曲线，即两套校准公式。

该方法通过获得整个工作范围内的电流增益曲线，将电流增益曲线近似分成若干段线性的校准区间段，通过实时检测到的电流值，按照对应校准区间段实时计算增益值，解决了因元器件非线性的问题，而无法使用单点校准的方式精确校准电表达到要求的精度等级，能够在整个工作范围内提高电表的精度。

上述电能表校准方法，接收到标准源输出的不同等级的标准电流后，获取与标准电流对应的实时电流，然后根据标准电流和实时电流得到增益数据，基于增益曲线得到校准参数，从而可以根据校准参数对进行校准。该方法基于多个标准电流和多个实时电流得到增益数据和校准参数，根据校准参数对电能表检测到的电流值进行校准，可以实现大范围内的电流校准，解决了由于元器件的非线性导致使用单点校准后校准结果不准确的问题，减少了元器件的非线性对校准的影响，提高了校准结果的准确性，能够在大工作范围内提高电能表的精度，从而提高了电能表的使用可靠性。

在一个实施例中，提供一种电能表校准装置，包括采样电路和处理器，采样电路用于接收标准源输出的不同等级的标准电流，获取与标准电流对应的实时电流，实时电流为电能表接收到标准电流后的电流读值，处理器用于根据上述的方法进行电能表校准。处理器可包括计量芯片和mcu，图8为电能表校准装置的工作原理图。

上述电能表校准装置，接收到标准源输出的不同等级的标准电流后，获取与标准电流对应的实时电流，然后根据标准电流和实时电流得到增益数据，基于增益曲线得到校准参数，从而可以根据校准参数对进行校准。该方法基于多个标准电流和多个实时电流得到增益数据和校准参数，根据校准参数对电能表检测到的电流值进行校准，可以实现大范围内的电流校准，解决了由于元器件的非线性导致使用单点校准后校准结果不准确的问题，减少了元器件的非线性对校准的影响，提高了校准结果的准确性，能够在大工作范围内提高电能表的精度，从而提高了电能表的使用可靠性。

在一个实施例中，提供一种电能表，包括如上述的电能表校准装置。

上述电能表，接收到标准源输出的不同等级的标准电流后，获取与标准电流对应的实时电流，然后根据标准电流和实时电流得到增益数据，基于增益曲线得到校准参数，从而可以根据校准参数对进行校准。该方法基于多个标准电流和多个实时电流得到增益数据和校准参数，根据校准参数对电能表检测到的电流值进行校准，可以实现大范围内的电流校准，解决了由于元器件的非线性导致使用单点校准后校准结果不准确的问题，减少了元器件的非线性对校准的影响，提高了校准结果的准确性，能够在大工作范围内提高电能表的精度，从而提高了电能表的使用可靠性。

在一个实施例中，提供一种电能表系统，包括标准源和如上述的电能表。

上述电能表系统，接收到标准源输出的不同等级的标准电流后，获取与标准电流对应的实时电流，然后根据标准电流和实时电流得到增益数据，基于增益曲线得到校准参数，从而可以根据校准参数对进行校准。该方法基于多个标准电流和多个实时电流得到增益数据和校准参数，根据校准参数对电能表检测到的电流值进行校准，可以实现大范围内的电流校准，解决了由于元器件的非线性导致使用单点校准后校准结果不准确的问题，减少了元器件的非线性对校准的影响，提高了校准结果的准确性，能够在大工作范围内提高电能表的精度，从而提高了电能表的使用可靠性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。