基于数字孪生技术的智能电表计量检测系统和检测方法与流程

本发明涉及智能电表检测，特别涉及一种基于数字孪生技术的智能电表计量检测系统和检测方法。

背景技术：

1、智能电表是智能电网数据采集的基本设备之一，承担着原始电能数据采集、计量和传输的任务，是实现信息集成、分析优化和信息展现的基础，除了具备传统智能电表基本用电量的计量功能外，还具有双向多种费率计量、用户端控制、多种数据传输模式的双向数据通信、防窃电等智能化的功能。

2、国家相关计量法规规定，为保证电能计量的准确性，智能电表作为法定的计量器具，必须经过检定使其能经过有效的溯源链追溯到国家的电能基准才能投入使用；然而，目前的智能电表采用安装前实验室计量，到检定周期(八年)轮换的检定方式，大量的使用中智能电表缺乏有效计量监管手段，检定周期缺乏制定依据，对整体计量的效果和风险无法评估，导致社会各界对智能电表的测量准确度质疑不断，进而因电能源的计量数据欠缺，造成国家宏观电能调配数据不准，导致严重浪费或供电不足的巨大隐患。

3、针对智能电表的校验和检定，现有技术中通常采用现场校验和拆回检定获得数据，通过操作员带着校验设备进行现场检测，校验设备会受到现场温度等外界因素的影响，采集数据后，通过内部芯片进行公式计算得出误差值，无法实现对现场环境的溯源，准确度不高，对智能电表的检定只能通过拆回实验室进行检测，如此便会严重影响用户使用，同时会浪费大量时间和精力。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于数字孪生技术的智能电表计量检测系统和检测方法，对现场待测智能电表实现高精度、高可靠性的测量，并能够实现量值溯源，推动现场校验向现场检定方向进一步发展。

2、为了实现上述技术目的，本发明采用如下的技术方案：

3、本发明公开的第一方面为：基于数字孪生技术的智能电表计量检测系统，具体包括：

4、数据采集模块，用于采集现场智能电表的原始数据；

5、无线透传模块，用于将采集的原始数据传输至云端服务器；

6、数字化建模模块，用于在云端服务器对原始数据进行数字化建模，形成云端数字化虚拟数据；

7、数字化检测模块，用于对云端数字化虚拟数据进行检测。

8、作为上述方案的进一步优选方案：数据采集模块包括环境数据采集子模块和电信号数据采集子模块，分别用于环境数据和电信号数据进行采集。

9、基于上述方案，进一步地，环境数据采集子模块包括：

10、温湿度传感器，用于采集现场智能电表的温度和湿度；

11、定位传感器，用于对现场智能电表进行定位；

12、电信号数据采集子模块包括：

13、电流传感器，用于采集现场智能电表的电流信号；

14、电压传感器，用于采集现场智能电表的电压信号；

15、脉冲传感器，用于采集现场智能电表的脉冲信号。

16、作为上述方案的进一步优选方案：数字化建模模块包括云环境建模子模块和云电信号建模子模块，分别用于在云端服务器上对采集的环境数据和电信号数据进行建模。

17、本发明公开的第二方面为：一种集成传感器，该集成传感器集成于如上述任一方面所述的现场智能电表配套的空气开关上，用于采集现场智能电表的环境数据和电信号数据。

18、进一步地，采集的原始数据包括温度和湿度、时间、定位的环境数据，以及电流、电压、频率、采样时间、脉冲的电信号数据。

19、本发明公开的第三方面为：基于数字孪生技术的智能电表计量检测方法，包括以下步骤：

20、s1：采集现场智能电表的原始数据；

21、s2：通过无线网络将原始数据传输至云端服务器；

22、s3：在云端服务器上对原始数据进行数字化建模，形成数字化虚拟数据；

23、s4：对数字化虚拟数据进行检测，得到检测结果。

24、上述方案的进一步优选方案为：在步骤s1中，采集的原始数据包括温度和湿度、时间、定位的环境数据，以及电流、电压和脉冲电信号数据，并将采集的电信号数据形成对应的电压波形图和电流波形图。

25、上述方案的进一步优选方案为：在步骤s4中，对数字化虚拟智能电表的数据进行检测的具体步骤如下：

26、s41：结合采集的被测智能电表脉冲的时间差值参数，计算单位时间差值累积的电能值；

27、

28、

29、其中：u为采集电压波形，i为采集电流波形，为功率因数波形，p为功率波形，w为此段时间内的电能量，ti+1、ti代表前后两个或指定个数被测智能电表脉冲的采样时刻；

30、s42：通过累加计算两个电能脉冲间或指定个数脉冲间隔时间内的标准电能值，计算累计电能脉冲数对应的电能量w′；

31、wτ＝3.6×106×n/c                 (3)

32、其中：n—记录脉冲数，c—被测智能电表脉冲常数；

33、s43：对比标准电能值和脉冲累计电能值w′，得到现场智能电表在实际负荷下的工作误差γ；

34、

35、本发明公开的第四方面为：一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器上存储有计算机指令，处理器用于运行存储器上存储的计算机指令，以实现上述任一项所述的任一方面方法的步骤。

36、本发明公开的第五方面为：一种存储有计算机指令的计算机可读存储介质，计算机指令用于使计算机执行上述任一项所述的任一方面方法的步骤。

37、本发明的技术方案与现有技术相比，有益效果如下：

38、1、本发明通过采集现场智能电表的温湿度、时间、定位、电流、电压和脉冲原始数据，通过数字孪生技术将待测时间范围内的波形上传云端服务器，在云端服务器将接收的数据和波形图进行对应的被测智能电表的数字化建模和被测环境的数字化建模，形成云端数字化虚拟智能电表和数字化虚拟环境，实现量值溯源，并对数字化智能电表在数字化环境下进行检测，实现不在现场的情况下得出误差值，并可长期监测，突破现有技术对现场智能电表检测受限于内外部多种因素的影响，实现无人值守的远程全天候检测。

39、2、本发明利用电流波形和电压波形积分后进行检测，确保测量环境与现实环境形成最大程度上的统一，且能有效减小测量偏差，提高检测结果的准确性，从而得到可靠的检测结果，为智能电表的现场检定提供技术基础，推动现场校验向现场检定的可行性转变和发展。

40、3、本发明通过云端数字化技术的远程检测可在无需拆卸现场智能电表的情况下随时进行，既不影响用户使用，也不存在人工检测因为天气等外界因素造成的无法检测问题，智能化程度更高，且能节省大量检查智能电表的人力和物力资源；通过对工作中的智能电表进行长期监测和预警，及时发现已经或者即将出现问题的智能电表并进行及时更换，能够加强对智能电表全生命周期的质量评估，提高电能计量宏观管理水平，降低区域智能电表整体测量误差。

技术特征：

1.基于数字孪生技术的智能电表计量检测系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于数字孪生技术的智能电表计量检测系统，其特征在于，数据采集模块包括环境数据采集子模块和电信号数据采集子模块，分别用于环境数据和电信号数据进行采集。

3.根据权利要求2所述的基于数字孪生技术的智能电表计量检测系统，其特征在于，环境数据采集子模块包括：

4.根据权利要求3所述的基于数字孪生技术的智能电表计量检测系统，其特征在于，数字化建模模块包括云环境建模子模块和云电信号建模子模块，分别用于在云端服务器上对采集的环境数据和电信号数据进行建模，形成云端虚拟环境中的虚拟智能电表。

5.一种集成传感器，其特征在于，该集成传感器集成于如权利要求1-4中任一项所述的现场智能电表配套的空气开关上，用于采集现场智能电表的环境数据和电信号数据。

6.基于数字孪生技术的智能电表计量检测方法，其特征在于，利用如权利要求1-5中任一项所述的检测系统进行检测，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的基于数字孪生技术的智能电表计量检测方法，其特征在于，在步骤s1中，采集的原始数据包括环境数据和电信号数据，将采集的电信号数据形成对应的电压波形图和电流波形图。

8.根据权利要求6所述的基于数字孪生技术的智能电表计量检测方法，其特征在于，在步骤s4中，对数字化虚拟智能电表的数据进行检测的具体步骤如下：

9.一种电子设备，包括处理器和存储器，其特征在于，存储器上存储有计算机指令，处理器用于运行存储器上存储的计算机指令，以实现如权利要求6-8中任一项所述的基于数字孪生技术的智能电表计量检测方法的步骤。

10.一种存储有计算机指令的计算机可读存储介质，其特征在于，计算机指令用于使计算机执行如权利要求6-8中任一项所述的基于数字孪生技术的智能电表计量检测方法的步骤。

技术总结
本发明提出一种基于数字孪生技术的智能电表计量检测系统和检测方法，属于智能电表检测技术领域。针对目前对智能电表拆回检测影响用户使用和数据无法溯源的问题，本发明的计量检测系统，包括：数据采集模块，采集现场智能电表的相关电气参数以及环境温度等原始数据；无线透传模块，将采集的原始数据传输至云端服务器；数字化建模模块，在云端服务器对原始数据进行数字化建模，形成云端数字化虚拟数据；数字化检测模块，对云端数字化虚拟数据进行检测。通过数字孪生技术将现场智能电表数据转化并建模形成数字化云端虚拟数据，实现无需拆卸现场智能电表随时检测的目的，加强对智能电表全生命周期的质量评估，提高电能计量宏观管理水平。

技术研发人员：檀恒宇,王焕宁,黄艳,赵志华,盖旭刚,刘圆,鲍学军,寇晓星,赵伟,乔磊,谢立冬
受保护的技术使用者：北京市计量检测科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31