CN112444671A - 基于瞬时功率的电能表电能计量方法、装置及储存介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于瞬时功率的电能表电能计量方法，其包括如下步骤：读取采样点的电压采样值，读取采样点的的电流采样值，将所述电压采样值与所述电流采样值通过瞬时功率公式计算得到采样点实时的瞬时功率；将瞬时功率运用脉冲频率计算公式转换成瞬时电能脉冲信号输出，所述瞬时电能脉冲信号输出至PWM计数器内，使得PWM计数器实时更新计数值。本发明能够代替传统采用平均功率法计量电能的方法，通过瞬时功率计量电能并输出脉冲，实时电能表电量数据的动态更新，其响应速度快，可达到微秒us级。
Description
技术领域
本发明涉及电测量技术领域，特别是涉及一种基于瞬时功率的电能表电能计量方法。
背景技术
对电能的准确计量是电力企业生产、经营、管理以及电网经济、稳定运行的重要环节，是电网公司开展电能公平贸易的基础保障。目前的电能计量装置主要采用平均功率法进行电能的计量，其电量数据更新速度慢，并且当前时刻的计量功率是上一个积分周期的平均功率，不能实时跟踪当前信号的变化，按照现在的标准，最少有60ms的滞后。因此，现有的电能计量装置存在如下缺陷：采用传统平均功率法计量电能的方法会出现较大的电能误差，与实际的工况不符，导致多计或少计的问题，且响应速度慢，无法达到微秒us级。
发明内容
本发明提供一种基于瞬时功率的电能表电能计量方法，以解决传统电能计量装置电量数据更新速度、响应速度慢，电能计量准确率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于瞬时功率的电能表电能计量方法，其包括如下步骤：
S1、读取采样点的电压采样值；
S2、读取采样点的的电流采样值；
S3、将所述电压采样值与所述电流采样值通过瞬时功率公式计算得到瞬时功率；
S4、将所述瞬时功率运用脉冲频率计算公式转换成瞬时电能脉冲信号输出；
S5、所述瞬时电能脉冲信号输出至PWM计数器内，使得PWM计数器实时更新计数值。
优选地，在S3中，所述瞬时功率公式为p＝u×i，其中：u表示当前采样点读取的电压采样值；i表示当前采样点读取的电流采样值，通过瞬时功率公式将电压采样值u与电流采样值i相乘得到当前的瞬时功率p。
优选地，在S3中，还包括对所述电压采样值、电流采样值进行校准；将电压采样值与电压校准系数相乘得到校准后的电压采样值，以及将电流采样值与电压校准系数相乘得到校准后的电流采样值，校准后的电压采样值、电流采样值相乘，得到当前采样点的瞬时功率。
优选地，在S3中，还包括对所述瞬时功率进行相位补偿。
优选地，在S4中,所述脉冲频率计算公式为f＝(p×c)÷3600000，其中：p为当前的瞬时功率，c为脉冲常数；在脉冲频率计算中，自动调用脉冲常数c并利用脉冲频率计算公式转换成瞬时电能脉冲信号输出至PWM计数器内。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电能表电能计量装置，其包括读取模块，功率计算模块、相位补偿模块、脉冲频率模块以及PWM计数器；所述读取模块用于周期性读取所述采样点的电压采样值和电流采样值，所述功率计算模块根据所述读取模块读取到的电压采样值与电流采样值、通过瞬时功率公式计算得到该采样点的瞬时功率，所述脉脉冲频率模块运用脉冲频率计算公式将瞬时功率转换成瞬时电能脉冲信号并输出至所述PWM计数器。
优选地，所述功率计算模块还包括对所述电压采样值、电流采样值进行校准；将电压采样值与电压校准系数相乘得到校准后的电压采样值，以及将电流采样值与电压校准系数相乘得到校准后的电流采样值，校准后的电压采样值、电流采样值相乘，得当前采样点的瞬时功率。
优选地，其还包括相位补偿模块，所述相位补偿模块用于对瞬时功率进行相位补偿。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种储存介质，其上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述瞬时功率的电能计量方法的步骤。
有益效果是：本发明能够代替传统采用平均功率法计量电能的方法，通过瞬时功率计量电能并输出脉冲，实时电能表电量数据的动态更新，其响应速度快，可达到微秒us级；同时，还可对得到的瞬时功率进行校准和相位补偿以提高检测的准确性。
附图说明
图1所示为基于本发明实施例的电能表电能计量流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
现有电能表在进行电量计算时，主要采用秒平均功率进行计算，但在电能表刚加负载时往往还没有采集到秒平均功率，因此电能表在首次采集到秒平均功率前是无法计量电能的，这就导致电能表加负载初期电量更新较慢。并且当前时刻的计量功率是上一个积分周期的平均功率，不能实时跟踪当前信号的变化，按照现在的标准，最少有60ms的滞后。本发明主要通过瞬时功率计量电能并输出脉冲，实时电能表电量数据的动态更新。
如图1所示，为解决现有技术中存在的技术问题，本发明实施例提供了一种电能表电能计，包括：
S1、读取采样点的电压采样值；
S2、读取采样点的电流采样值；
S3、将所述电压采样值与所述电流采样值通过瞬时功率公式计算得到瞬时功率；
具体地，对采样点的电压信号和电流信号进行模数转换，得到对应的数字化结果的电压采样值u和电流采样值i；将电压采样值u和电流采样值i相乘得到瞬时功率p。其中，瞬时功率公式为p＝u×i，其中：u表示当前采样点读取的电压采样值；i表示当前采样点读取的电流采样值，通过瞬时功率公式将电压采样值u与电流采样值i相乘得到当前的瞬时功率p，上述步骤计算获得瞬时功率可
以作为电能计量的数据基础。
在本实施例中，为了提高检测的准确性，需要校准功率测量值的误差。在S3中，还包括对电压采样值、电流采样值进行校准；更详尽地，将电压采样值与电压校准系数相乘得到校准后的电压采样值，以及将电流采样值与电压校准系数相乘得到校准后的电流采样值，校准后的电压采样值、电流采样值相乘，得当前采样点的瞬时功率p。针对上述内容举例说明，例如：电压采样值＝12V，电流采样值＝10A，电压校准系数＝0.98，电流校准系数＝1.05，其中，通过标准设备校准，得到上面的电压校准系数、电流校准系数，即p＝10*12*1.05*0.98＝123.48(W)；通过校准功率测量值误差能够提高测量结果的精确度，使得到瞬时功率最大限度的接近理想采样瞬时功率。
在S3中，还包括对得到的瞬时功率相位补偿。为了能够得到高精度的瞬时功率，需要精确的保证读取到的电压采样值u和电流采样值i均在同一时刻。但是采样点实际的电压、电流值与读取到数值不同步，存在一定的相位差，不进行相位补偿的话会影响测量功率的角度，导致瞬时功率测量存在误差。针对上述内容举例说明，继续上面的举例，假如相位补偿值＝1.5°(也是通过标准设备校准，得到相位补偿值)，则补偿后的功率P＝123.48*cos1.5＝123.48*0.99966＝123.44(W)。
S4、将相位补偿后的瞬时功率运用脉冲频率计算公式转换成瞬时电能脉冲信号输出；在S4中,所述脉冲频率计算公式为f＝(p×c)÷3600000；p为当前的瞬时功率，单位是W；c为脉冲常数，单位是imp/kWh；脉冲常数单位中k是1000,h是3600秒，所以除以3600000用以单位换算，电能表输出的脉冲间隔时间是1/f。也就是说，在脉冲频率计算中，自动调用脉冲常数c并利用脉冲频率计算公式转换成瞬时电能脉冲信号，输出至PWM计数器。
S5、所述瞬时电能脉冲信号输出至PWM计数器内，使得PWM计数器实时更新计数值并累加获得电量数值。
为了进一步说明本实施例电能表电能计量方法可以加快电能表电量更新速度，以下以具体例子进行说明：
本实施例的计量方法使用180MHz时钟STM32F429处理器实现功率和电能测量：
假设信号频率频率50Hz、采样率12.8kHz，则每周波的采样点是256点，每个点的采样间隔＝1000000÷12800＝78.125us/点；
对于上述假设，需要处理器在78.125us的时间内完成瞬时功率计算、电能脉冲输出更新，过程如下：
读取采样点的电压采样值u，需要2个周期完成；
读取采样点的的电流采样值i，需要2个周期完成；
将电压采样值u与电流采样值i计算得到瞬时功率p，其中，对电压采样值u、电流采样值i与电压校准系数和电流校准系数相乘，得到瞬时功率p，需要8个周期完成；
对瞬时功率进行相位补偿p，需要8个周期完成；
瞬时电能脉冲计算，f＝(p×c)÷3600000，其中，c为脉冲常数,需要8个周期完成；
更新PWM计数器的计数值，需要8个周期完成。
从以上过程可知，通过瞬时功率计量及瞬时脉冲更新需要32个时钟周期。本实施例以STM32F429处理器为例，时钟180MHz，每个时钟周期耗时6ns，32个时钟周期耗时在1us之内，因此上述方案在78.125us的时间间隔内，能实现动态脉冲更新。
另外，为了实现采样值的快速响应，设计每个电压+每个电流采样值完成发生一次中断，在中断程序后再继续上述计量的过程。
从以上分析可知，本发明不仅响应速度快，并且符合信号实际工作状况，同时技术上也是可以实现的。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电能表电能计量装置，其包括读取模块，功率计算模块、相位补偿模块、脉冲频率模块以及PWM计数器；读取模块用于周期性读取采样点的电压采样值和电流采样值，功率计算模块根据读取模块读取到的电压采样值与电流采样值、通过瞬时功率公式计算得到该采样点的瞬时功率。脉脉冲频率模块运用脉冲频率计算公式将瞬时功率转换成瞬时电能脉冲信号并输出至所述PWM计数器，使PWM计数器实时更新计数值。
本发明实施例中，功率计算模块还包括对电压采样值、电流采样值进行校准；具体地，将电压采样值与电压校准系数相乘得到校准后的电压采样值，以及将电流采样值与电压校准系数相乘得到校准后的电流采样值，校准后的电压采样值、电流采样值相乘，得当前采样点的瞬时功率。
本发明实施例中，电能表电能计量装置还包括相位补偿模块，该相位补偿模块用于对瞬时功率进行相位补偿。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种储存介质，其上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述瞬时功率的电能计量方法的步骤。需要说明的是：存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上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。
以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，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。
Claims (9)
1.一种基于瞬时功率的电能表电能计量方法，其特征在于：其计量方法包括如下步骤：
S1、读取采样点的电压采样值；
S2、读取采样点的电流采样值；
S3、将所述电压采样值与所述电流采样值通过预设瞬时功率公式计算得到采样点实时的瞬时功率；
S4、将所述瞬时功率运用预设脉冲频率计算公式转换成瞬时电能脉冲信号输出；
S5、所述瞬时电能脉冲信号输出至PWM计数器内，使得PWM计数器实时更新计数值。
2.根据权利要求1所述的基于瞬时功率的动态电能计量方法，其特征在于：在S3中，所述瞬时功率公式为p＝u×i，其中：u表示当前采样点读取的电压采样值；i表示当前采样点读取的电流采样值，通过瞬时功率公式将电压采样值u与电流采样值i相乘得到瞬时功率p。
3.根据权利要求2所述的基于瞬时功率的电能表电能计量方法，其特征在于：在S3中，还包括对所述电压采样值、电流采样值进行校准；将电压采样值与电压校准系数相乘得到校准后的电压采样值，以及将电流采样值与电压校准系数相乘得到校准后的电流采样值，校准后的电压采样值、电流采样值相乘，得到当前采样点的瞬时功率。
4.根据权利要求2所述的基于瞬时功率的电能表电能计量方法，其特征在于：在S3中，还包括对所述瞬时功率进行相位补偿。
5.根据权利要求1所述的基于瞬时功率的电能表电能计量方法，其特征在于：在S4中,所述脉冲频率计算公式为f＝(p×c)÷3600000，其中：p为当前的瞬时功率，c为脉冲常数；在脉冲频率计算中，自动调用脉冲常数c并利用脉冲频率计算公式转换成瞬时电能脉冲信号输出至PWM计数器内。
6.一种电能表电能计量装置，其特征在于：包括读取模块，功率计算模块、相位补偿模块、脉冲频率模块以及PWM计数器；所述读取模块用于周期性读取所述采样点的电压采样值和电流采样值，所述功率计算模块根据所述读取模块读取到的电压采样值与电流采样值、通过瞬时功率公式计算得到该采样点的瞬时功率，所述脉脉冲频率模块运用脉冲频率计算公式将瞬时功率转换成瞬时电能脉冲信号并输出至所述PWM计数器。
7.根据权利要求6所述的一种电能表电能计量装置，其特征在于：所述功率计算模块还包括对所述电压采样值、电流采样值进行校准；将电压采样值与电压校准系数相乘得到校准后的电压采样值，以及将电流采样值与电压校准系数相乘得到校准后的电流采样值，校准后的电压采样值、电流采样值相乘，得当前采样点的瞬时功率。
8.根据权利要求6所述的一种电能表电能计量装置，其特征在于：其还包括相位补偿模块，所述相位补偿模块用于对瞬时功率进行相位补偿。
9.一种储存介质，其上储存有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至5中任一项所述瞬时功率的电能计量方法的步骤。
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