CN114200381B - 一种智能电表可靠性检测***和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种智能电表可靠性检测***和方法，本***包括波动电源、前电能波动检测装置、后电能波动检测装置、智能电表分析装置、稳定负载；波动电源提供可控输出的电压和电流；稳定负载为可承受各种电能波动的用电负载设备；前电能波动检测装置用于检测波动电源输送至智能电表的前电能波动频谱，后电能波动检测装置用于检测经过智能电表后输送至稳定负载的后电能波动频谱；智能电表分析装置检测智能电表的稳定性和精度。本申请可切实的反映出智能电表在面对电压和电流波动时的稳定性，以及在不同电压/电流变化幅度或变化频率下，智能电表的可靠性。

Description

一种智能电表可靠性检测***和方法

技术领域

本申请属于电力技术领域，具体涉及一种智能电表可靠性检测***和方法。

背景技术

随着国家经济快速增长，智能电表作为智能电网的重要组成部分，已被大家熟知。智能电表的发展已不仅要具备传统电表的计量功能，作为智能电网建设的重要设施，智能电表的发展已经成为电网功能整合的基础。

由于电力电子技术的装置和设备在现代化工业中得到了广泛的应用，同时直流输电、电气化铁路、冲击性负荷的不断增多，还有各种大型用电设备的起停，都对电网电能质量产生严重的污染。这就要求智能电表不仅仅单纯的对电量进行精确的统计和运算，还要能够抵御各种电网冲击，使用户避免用电不当带来的不必要的经济损失。

为了保障智能电表的精度和稳定性，所有的智能电表在出厂时都需要对电子式智能电表进行上电检测和耐压检测。目前，一般是需要购买成品的上电检测仪器和耐压检测仪器，但之类仪器功能单一的特点，导致购买的成本较高，而且需要频繁的更换仪器进行检测，费时费力，容易出错。

发明内容

本申请提出了一种智能电表可靠性检测***和方法，向智能电表施加不同程度的冲击电压和电流，通过检测智能电表两边线路上的电能质量波动，从而检测智能电表的精度和稳定性。

为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

一种智能电表可靠性检测***，包括波动电源、前电能波动检测装置、后电能波动检测装置、智能电表分析装置、稳定负载；

所述波动电源、所述前电能波动检测装置、所述智能电表、所述后电能波动检测装置和稳定负载间通过电线路顺次连接；

所述波动电源用于提供可控输出的电压和电流；

所述稳定负载为可承受各种电能波动的用电负载设备，所述稳定负载可承受的最高电压和最高电流均小于所述波动电源可提供的最高电压和最高电流；

所述前电能波动检测装置用于检测所述波动电源输送至所述智能电表的前电能波动频谱，所述后电能波动检测装置用于检测经过所述智能电表后输送至所述稳定负载的后电能波动频谱，所述前电能波动频谱和所述后电能波动频谱均包括电压波动幅度和频率及电流波动幅度和频率；

所述智能电表分析装置分别与所述前电能波动检测装置和所述后电能波动检测装置连接，所述智能电表分析装置用于根据所述前电能波动频谱和所述后电能波动频谱检测所述智能电表的稳定性；

所述智能电表分析装置还分别与所述波动电源和所述智能电表连接，所述智能电表分析装置还用于根据所述波动电源的输出电能和所述智能电表的记录电能，分析所述智能电表的精度。

可选的，所述前电能波动检测装置包括信号采集模块、离散滤波模块、线性矫正模块和频谱模块；

所述信号采集模块用于采集所述供电线路上的电压信号和电能信号，得到电能低压信号；

所述离散滤波模块用于对所述电能低压信号进行离散滤波处理，得到稳定的电能稳定数据；

所述线性矫正模块用于对所述电能稳定数据进行数据线性矫正处理，得到电能具体数据；

所述频谱模块用于根据所述电能具体数据，生成电能波动频谱，所述电能频谱包括电压频谱和电流频谱。

可选的，所述信号采集模块采用霍尔传感器，得到所述供电线路上的所述电能低压信号，同时记录所述霍尔传感器的线性变比重，所述电能低压信号包括电流低压信号和电压低压信号。

可选的，所述离散滤波模块包括离散采样单元、ADC采样矫正单元、均值滤波单元、低通滤波单元和权值滤波单元；

所述离散采样单元用于以预定的频率对所述电能低压信号进行离散采样，得到电能离散信号；

所述ADC采样矫正单元用于对所述电能离散信号进行信号矫正处理，得到电能矫正信号；

所述均值滤波单元用于对所述电能矫正信号按照预设的滤波次数进行均值滤波处理，得到第一滤波数据；

所述低通滤波单元用于基于预设频率，滤除所述第一滤波数据中高于所述预设频率的数据部分，得到第二滤波数据；

所述权值滤波单元用于根据前一次的所述电能稳定数据和预设的beta参数，抑制所述第二滤波数据中的干扰数据，得到本次的所述电能稳定数据。

可选的，所述线性矫正模块包括momentun矫正单元、线性放大单元和线性矫正单元；

所述momentun矫正单元用于使用momentun法对所述电能稳定数据进行时间矫正处理，得到时间矫正数据；

所述线性放大单元用于根据所述线性变比中，使用线性放大法对所述时间矫正数据进行数据放大处理，得到放大数据；

所述线性矫正单元用于使用线性矫正法对所述放大数据进行数据线性矫正处理，得到所述电能具体数据。

可选的，所述前电能波动检测装置和所述后电能波动检测装置结构相同。

可选的，所述智能电表分析装置对所述前电能波动监测装置生成的前电能波动频谱和所述后电能波动检测装置生成的后电能波动频谱进行叠加处理，并按波动幅值和波动频率进行频谱划分，得到所述智能电表的稳定性结论。

可选的，所述智能电表分析装置对所述前电能波动频谱和所述后电能波动频谱进行叠加处理，并按时间叠加所述波动电源的输出电能和所述智能电表的记录电能，得到所述智能电表的精度结论。

为实现上述目的，本申请还公开了一种智能电表可靠性检测方法，包括如下步骤：

输出可控变化的电压和电流，所述电压和所述电流的变化均包括幅值变化和频率变化；

采集智能电表前的前电能波动频谱和智能电表后的后电能波动频谱，并采集智能电表记录的电能数据；

对所述前电能波动频谱和所述后电能频谱进行叠加处理并按波动幅值和波动频率进行频谱划分，得到所述智能电表的稳定性结论；

对所述前电能波动频谱和所述后电能波动频谱进行叠加处理后，再叠加电压变化幅值和频率，以及电流变化幅值和频率，以及所述智能电表记录的电能数据，得到所述智能电表的精度结论。

本申请的有益效果为：

本申请公开了一种智能电表可靠性检测***和方法，向智能电表施加不同变化幅度和变化频率的电压和电流，通过检测智能电表两端接线上的电能质量波动，切实的反映出智能电表在面对电压和电流波动时的稳定性，同时再叠加电源端和智能电表记录的量测数据，可以得到在不同电压/电流变化幅度或变化频率下，智能电表的稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一的智能电表可靠性检测***结构示意图；

图2为本申请实施例一的前电能波动检测装置结构示意图；

图3为本申请实施例二的智能电表可靠性检测方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，为本申请实施例一的智能电表可靠性检测***结构示意图，主要包括波动电源、前电能波动检测装置、后电能波动检测装置、智能电表分析装置、稳定负载。波动电源、前电能波动检测装置、智能电表、后电能波动检测装置和稳定负载间通供电线路顺次连接。

具体的，在本实施例中，波动电源用于提供可控输出的电压和电流；稳定负载为可承受各种电能波动的用电负载设备，稳定负载可承受的最高电压和最高电流均小于波动电源可提供的最高电压和最高电流；前电能波动检测装置用于检测波动电源输送至智能电表的前电能波动频谱，后电能波动检测装置用于检测经过智能电表后输送至稳定负载的后电能波动频谱，前电能波动频谱和后电能波动频谱均包括电压波动幅度和频率及电流波动幅度和频率；智能电表分析装置与前电能波动检测装置和后电能波动检测装置连接，智能电表分析装置用于根据前电能波动频谱和后电能波动频谱检测智能电表的稳定性；智能电表分析装置还与波动电源和智能电表连接，智能电表分析装置还用于根据波动电源的输出电能和智能电表的记录电能，分析智能电表的精度。

下面具体介绍各个组成部分个功能和工作模式。

波动电源采用目前市售的可调交流电压，可提供浪涌电流，电压频率变动，可进行脉冲输出，模拟实际电网中的干扰，还可以自行定制任意电压等级、电流范围。本实施例采用常见的AN77系列交流恒流源。

稳定负载采用大阻值电阻，可承受的最高电压和最高电流均超出测试过程中波动电源输出的电压和电流即可。

智能电表采用经相关部门许可生成的产品。

前电能波动检测装置和后电能波动检测装置是测试***的核心部件，其精度和灵敏度直接决定了智能电表分析装置的分析结果。在本实施例中，前电能波动检测装置和后电能波动检测装置采用相同的结构组成，避免因测试装置结构不一致导致的检测偏差。下面以前电能波动检测装置为例进行介绍，如图2所示。

前电能波动检测装置包括信号采集模块、离散滤波模块、线性矫正模块和频谱模块。

其中，信号采集模块用于采集供电线路上的电压信号和电能信号，得到电能低压信号；离散滤波模块用于对电能低压信号进行离散滤波处理，得到稳定的电能稳定数据；线性矫正模块用于对电能稳定数据进行数据线性矫正处理，得到电能具体数据；频谱模块用于根据电能具体数据，生成电能波动频谱，电能频谱包括电压频谱和电流频谱。

总线上的电压和电流，并不能直接用于数据处理，需要使用经过处理后的低压信号，因此，在本实施例中，使用现有技术中的霍尔传感器、或者类似传感器进行采集和转换，得到电能低压信号，该电能低压信号(电流、电压)通过单片机ADC IO进入后续的离散滤波模块。电能低压信号包括电压低压信号和电流低压信号。在后续信号处理过程中，在没有特别说明的情况下，所有处理过程均包括电压信号的处理和电流信号的处理。特别注意的，在信号采集时，还要记录霍尔传感器的线性变比重，后期进行信号还原时会用到。

在本实施例中，离散滤波模块由离散采样单元、ADC采样矫正单元、均值滤波单元、低通滤波单元和权值滤波单元组成。

离散采样单元用于以预定的频率对电能低压信号进行离散采样，得到电能离散信号。在本实施例中，通过定时器在2.5ms内触发一次事件进行采样，得到电能离散信号。

ADC采样矫正单元用于对电能离散信号进行信号矫正处理，得到电能矫正信号。在本实施例中，在采样的同时，使用ADC采样矫正单元，通过ADC采样矫正法的软件补偿方式，对电能离散信号进行信号矫正处理，同时在该矫正单元中，先获取单片机Vref引脚的电压水平，该电压参考3.3v的标准电压进而计算出电源漂移参数v，用该参数矫正其ADC采样电压，以此获取到初步矫正后的电能矫正信号。

均值滤波单元用于对电能矫正信号按照预设的滤波次数进行均值滤波处理，得到第一滤波数据。在本实施例中，设定滤波次数c，通过时域中采集分配的前一次信号，确定本次新采集数据权重，以去其干扰毛刺，获取更加稳定的数据，称之为第一滤波数据。

低通滤波单元用于基于预设频率，滤除第一滤波数据中高于预设频率的数据部分，得到第二滤波数据。在本实施例中，基于预设频率f，滤除第一滤波数据中高于预设频率f的杂乱数据，得到第二滤波数据，此时数据已基本稳定可使用。

权值滤波单元用于根据前一次的电能稳定数据和预设的beta参数，抑制第二滤波数据中的干扰数据，得到本次的电能稳定数据。在本实施例中，结合上一次保存下来的电能稳定数据，通过预制的比重参数beta动态决定新数据与旧数据的耦合方式，其输出等于旧数据*beta+新数据*(1-beta)，进一步抑制毛刺，得到稳定平滑的电能稳定数据。

在本实施例中，线性矫正模块由momentun矫正单元、线性放大单元和线性矫正单元组成。

momentun矫正单元用于使用momentun法对电能稳定数据进行时间矫正处理，得到时间矫正数据。在本实施例中，为了更好的发挥权值滤波单元的效用，在权值滤波单元的输出级串联上momentun矫正单元，对电能稳定数据进行时间矫正处理，得到时间矫正数据。通过时间参数t决定矫正单元使用时间，确保数值在起步时与原数据保持同步，确保数据不会被权值滤波单元过抑制导致数据变化缓慢。

线性放大单元用于根据所述线性变比重，使用线性放大法，对时间矫正数据进行数据放大处理，得到放大数据。在本实施例中，根据最初的电能低压信号转换过程中的霍尔传感器的变比，以此获得当前的线性比重k，得到放大数据。需要注意的是，因采集电流信号和电压信号的传感器不同，因此线性比重k并非一个，是区分开的。

线性矫正单元用于使用线性矫正法对放大数据进行数据线性矫正处理，得到电能具体数据。在本实施例中，为了更准确的获取参数，在线性放大单元后使用线性矫正单元，确保霍尔传感器的部分非线性区域获取的数据更加稳定与准确。根据霍尔传感器的内置线性图标A，决定矫正度，获取电能具体数据，包括电流、电压的具体数据。

最后由频谱模块根据电能具体数据，生成电能波动频谱，包括电压频谱和电流频谱，并且清楚的显示时间序列。电压和电流分别显示，以判断智能电表在面对电压变换和电流变化时的不同性能。

基于智能电表前后两组电能波动频谱，智能电表分析装置对这两组频谱进行叠加，并按波动幅值和波动频率进行频谱划分，得到智能电表的稳定性结论，分析得出智能电表在不同电压、电流、变化频率、变化幅值下的不同稳定性。进一步的，由于频谱中带有时间标识，还可按时间进行划分，以考量智能电表在长时间受冲击下，其性能变化及变化趋势。

进一步的，在本实施例中，按照波动频谱上记录的时间，以一定的时间段划分，例如以10秒钟为一单位，将波动电源的输出电能和智能电表的记录电能数值也叠加到上面的频谱分析中，可得到在不同时间、不同电压、电流、变化频率、变化幅值下的智能电表的计数精度结论。

实施例二

如图3所示，为本申请实施例二的智能电表可靠性检测方法流程示意图，主要包括如下步骤：

S1.输出可控变化的电压和电流，电压和电流的变化均包括幅值变化和频率变化，可采用市售的可控电流源即可。

S2.采集智能电表前的前电能波动频谱和智能电表后的后电能波动频谱，并采集智能电表记录的电能数据，为了保证数据准确，避免设备原因造成误差，采集前电能波动频谱和后电能波动频谱的设备采用同一型设备。

S3.对前电能波动频谱和后电能频谱进行叠加处理并按波动幅值和波动频率进行频谱划分，得到智能电表的稳定性结论；

S4.对前电能波动频谱和后电能波动频谱进行叠加处理后，再以时间为单位叠加电压变化幅值和频率，以及电流变化幅值和频率，以及智能电表记录的电能数据，得到智能电表的精度结论。

以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种智能电表可靠性检测***，其特征在于，包括波动电源、前电能波动检测装置、后电能波动检测装置、智能电表分析装置、稳定负载；

所述波动电源、所述前电能波动检测装置、所述智能电表、所述后电能波动检测装置和稳定负载间通过供电线路顺次连接；

所述波动电源用于提供可控输出的电压和电流；

所述稳定负载为可承受各种电能波动的用电负载设备，所述稳定负载可承受的最高电压和最高电流均小于所述波动电源可提供的最高电压和最高电流；

所述前电能波动检测装置用于检测所述波动电源输送至所述智能电表的前电能波动频谱，所述后电能波动检测装置用于检测经过所述智能电表后输送至所述稳定负载的后电能波动频谱，所述前电能波动频谱和所述后电能波动频谱均包括电压波动幅度和频率及电流波动幅度和频率；

所述智能电表分析装置分别与所述前电能波动检测装置和所述后电能波动检测装置连接，所述智能电表分析装置用于根据所述前电能波动频谱和所述后电能波动频谱检测所述智能电表的稳定性；

所述智能电表分析装置还分别与所述波动电源和所述智能电表连接，所述智能电表分析装置还用于根据所述波动电源的输出电能和所述智能电表的记录电能，分析所述智能电表的精度；

所述前电能波动检测装置包括信号采集模块、离散滤波模块、线性矫正模块和频谱模块；

所述信号采集模块用于采集所述供电线路上的电压信号和电能信号，得到电能低压信号；

所述离散滤波模块用于对所述电能低压信号进行离散滤波处理，得到稳定的电能稳定数据；

所述线性矫正模块用于对所述电能稳定数据进行数据线性矫正处理，得到电能具体数据；

所述频谱模块用于根据所述电能具体数据，生成前电能波动频谱，所述前电能波动频谱包括电压频谱和电流频谱；

所述信号采集模块采用霍尔传感器，得到所述供电线路上的所述电能低压信号，同时记录所述霍尔传感器的线性变比重，所述电能低压信号包括电流低压信号和电压低压信号；

所述离散滤波模块包括离散采样单元、ADC采样矫正单元、均值滤波单元、低通滤波单元和权值滤波单元；

所述离散采样单元用于以预定的频率对所述电能低压信号进行离散采样，得到电能离散信号；

所述ADC采样矫正单元用于对所述电能离散信号进行信号矫正处理，得到电能矫正信号；

所述均值滤波单元用于对所述电能矫正信号按照预设的滤波次数进行均值滤波处理，得到第一滤波数据；

所述低通滤波单元用于基于预设频率，滤除所述第一滤波数据中高于所述预设频率的数据部分，得到第二滤波数据；

所述权值滤波单元用于根据前一次的所述电能稳定数据和预设的beta参数，抑制所述第二滤波数据中的干扰数据，得到本次的所述电能稳定数据；

所述线性矫正模块包括momentun矫正单元、线性放大单元和线性矫正单元；

所述momentun矫正单元用于使用momentun法对所述电能稳定数据进行时间矫正处理，得到时间矫正数据；

所述线性放大单元用于根据所述线性变比中，使用线性放大法对所述时间矫正数据进行数据放大处理，得到放大数据；

所述线性矫正单元用于使用线性矫正法对所述放大数据进行数据线性矫正处理，得到所述电能具体数据。

2.根据权利要求1所述的智能电表可靠性检测***，其特征在于，

所述前电能波动检测装置和所述后电能波动检测装置结构相同。

3.根据权利要求2所述的智能电表可靠性检测***，其特征在于，

所述智能电表分析装置对所述前电能波动监测装置生成的前电能波动频谱和所述后电能波动检测装置生成的后电能波动频谱进行叠加处理，并按波动幅值和波动频率进行频谱划分，得到所述智能电表的稳定性结论。

4.根据权利要求3所述的智能电表可靠性检测***，其特征在于，

所述智能电表分析装置对所述前电能波动频谱和所述后电能波动频谱进行叠加处理，并按时间叠加所述波动电源的输出电能和所述智能电表的记录电能，得到所述智能电表的精度结论。

5.一种智能电表可靠性检测方法，所述方法应用于权利要求1-4任一项所述的智能电表可靠性检测***，其特征在于，包括如下步骤：

输出可控变化的电压和电流，所述电压和所述电流的变化均包括幅值变化和频率变化；

采集智能电表前的前电能波动频谱和智能电表后的后电能波动频谱，并采集智能电表记录的电能数据；

对所述前电能波动频谱和所述后电能波动频谱进行叠加处理并按波动幅值和波动频率进行频谱划分，得到所述智能电表的稳定性结论；

对所述前电能波动频谱和所述后电能波动频谱进行叠加处理后，再叠加电压变化幅值和频率，以及电流变化幅值和频率，以及所述智能电表记录的电能数据，得到所述智能电表的精度结论。