电表掉零线状态下的计量方法及装置与流程

1.本发明涉及智能电表领域，且特别涉及一种电表掉零线状态下的计量方法及装置。


背景技术：

2.随着社会的发展，技术层面的更新，窃电的手法也各式各样，但是，都是从电力计量中的根本原因着手，其方法万变不离其宗。一只电能表要计量多少度电，关键是在电能表上所加载的功率、电流以及电压这三项因素。所以，只要使三个因素的其中一个加以改变，都有可能使电能表在工作时做出反转、慢转甚至停转，进而实现窃电者的目的。近些年，各种窃电行为层出不穷，从工业用户慢慢向居民用户拓展，还有特意帮人窃电的不法分子出现。这样的不法分子扰乱正常的社会秩序。因为窃电的种种可能性，所以还是要不断提升我国的电力防护措施。
3.目前有一种较为常见的窃电手法，是窃电者认为的把电能表的零线短路，我们称为断零线窃电，包括在零线出线断开，在接线点压皮等。在关闭电表的零线输入后，电流线圈内仍然有电流流过，而电压线圈则失去电压。此时，窃电者用电，电表计量不到。在掉零线处理中，目前主要供电是由电池或者电压互感器来供电，所以在掉零线处理过程中对功耗要求较高。目前主要的处理方式，是主控mcu定时做唤醒，唤醒后去做计量处理，处理完则进入休眠模式。
4.然而，使用等间隔唤醒的方式做计量处理要求ram在休眠的情况下保持供电以保存剩余能量累加值。然而，休眠状态下ram的供电会大量消耗电池的能量，从而影响电池的使用寿命。此外，使用等间隔唤醒的方式做计量还有可能出现出脉冲的时刻刚好落入唤醒检测的时间内。这不仅会造成计量损失且在正常运行高频模式和休眠低频模式的转化过程中还会存在出脉冲的边沿信号不对齐的情况，校表台通常会判边沿去做检测，不对齐的情况会影响校表台检测的误差。


技术实现要素：

5.本发明为了克服现有技术的不足，提供一种低功耗且高计量精度的电表掉零线状态下的计量方法及装置。
6.为了实现上述目的，本发明提供一种电表掉零线状态下的计量方法，其包括：
7.当唤醒检测表明电表当前处于掉零线防窃电状态时，关闭ram并获取当前唤醒状态下的有效电流值ik和上一次唤醒过程所丢失的计量补偿时间tj
k-1
；
8.基于当前唤醒状态下的有效电流值ik，计算当前状态下出一个脉冲的脉冲间隔tck；
9.根据当前脉冲间隔tck确定休眠时长seck，以使下一次唤醒时刻位于相邻两个脉冲之间，休眠时长seck满足：n*tck《seck《(n+1)*tck，n≥1；其中n为休眠时长seck内第n个脉冲，k为电表第k次唤醒检测；
10.基于确定的休眠时长seck、当前脉冲间隔tck以及上一次唤醒过程所丢失的计量补偿时间tj
k-1
，获得在当前唤醒过程所丢失的计量补偿时间tjk＝(sec
k-tj
k-1
)％tck)，其中k≥1且tj0＝0；
11.补偿上一次唤醒过程所丢失的计量补偿时间tj
k-1
转换所获得的补偿能量后进入休眠计量；在休眠计量时间满足休眠时长seck后进入k+1次唤醒检测并基于计量补偿时间tjk进行第k+1次唤醒后的能量补偿。
12.根据本发明的一实施例，当每次唤醒后所检测到的电流有效值差异且唤醒次数k≥2时，基于当前电流有效值ik和上一次唤醒所检测到的电流有效值i
k-1
，调整计量补偿时间tjk＝(sec
k-tj
k-1
)％tck)*(i
k-1
/ik)。
13.根据本发明的一实施例，基于关闭后的ram内所剩余的部分存储区域，将计量补偿时间转换所获得的能量写入寄存器内进行能量补偿。
14.根据本发明的一实施例，获取mcu每次从休眠状态切至换唤醒状态的唤醒固定时间dt，当前唤醒过程所丢失的计量补偿时间tjk＝(sec
k-tj
k-1-dt)％tck)。
15.根据本发明的一实施例，唤醒检测以判断电表当前是否进入掉零线防窃电状态的步骤包括：
16.检测电表当前电压并判断电压是否缺失；
17.若电压缺失，则检测电表当前电流并判断其是否超过设定的电流阈值；
18.若超过设定的电流阈值则表明电表当前处于掉零线防窃电状态。
19.另一方面，本发明还提供一种电表掉零线状态下的计量装置，其包括检测获取单元、脉冲间隔计算单元、休眠时长确定单元、补偿时间计算单元以及能量补偿单元。当唤醒检测表明电表当前处于掉零线防窃电状态时，关闭ram且检测获取单元获取当前唤醒状态下的有效电流值ik和上一次唤醒过程所丢失的计量补偿时间tj
k-1
。脉冲间隔计算单元基于当前唤醒状态下的有效电流值ik，计算当前状态下出一个脉冲的脉冲间隔tck。休眠时长确定单元根据当前脉冲间隔tck确定休眠时长seck，以使下一次唤醒时刻位于相邻两个脉冲之间，休眠时长seck满足：n*tck《seck《(n+1)*tck，n≥1；其中n为休眠时长seck内第n个脉冲，k为电表底k次唤醒。补偿时间计算单元基于确定的休眠时长seck、当前脉冲间隔tck以及上一次唤醒过程所丢失的计量补偿时间tj
k-1
，获得在当前唤醒过程所丢失的计量补偿时间tjk＝(sec
k-tj
k-1
)％tck)，其中k≥1且tj0＝0。能量补偿单元补偿上一次唤醒过程所丢失的计量补偿时间tj
k-1
转换所获得的补偿能量后进入休眠计量；在休眠计量时间满足休眠时长seck后进入k+1次唤醒检测并基于计量补偿时间tjk进行第k+1次唤醒的能量补偿。
20.根据本发明的一实施例，当每次唤醒后所检测到的电流有效值差异且唤醒次数k≥2时，补偿时间计算单元基于当前电流有效值ik和上一次唤醒所检测到的电流有效值i
k-1
，调整计量补偿时间tjk＝(sec
k-tj
k-1
)％tck)*(i
k-1
/ik)。
21.根据本发明的一实施例，能量补偿单元基于关闭后的ram内所剩余的部分存储区域，将计量补偿时间转换所获得的能量写入寄存器内进行能量补偿。
22.根据本发明的一实施例，补偿时间计算单元获取mcu每次从休眠状态切换至唤醒状态的唤醒固定时间dt，当前唤醒过程所丢失的计量补偿时间tjk＝(sec
k-tj
k-1-dt)％tck)。
23.根据本发明的一实施例，检测获取单元通过以下步骤判断电表是否进入掉零线防
窃电状态：
24.检测电表当前电压并判断电压是否缺失；
25.若电压缺失，则检测电表当前电流并判断其是否超过设定的电流阈值；
26.若超过设定的电流阈值则表明电表当前处于掉零线防窃电状态。
27.综上所述，本发明提供的电表掉零线状态下的计量方法及装置，在电表处于掉零线防窃电状态时通过当前电流有效值来确定休眠时长以使计量脉冲和唤醒时刻错开，从而保证每个脉冲的间隔是相等的，满足校表台的误差精度要求。进一步的，基于确定的休眠时长和脉冲间隔可以计算得到每次唤醒所丢失的计量补偿时间；在下一次唤醒时，对计量补偿时间所对应的丢失能量进行补偿，从而实现能量的闭环计量，提高计量的准确度。更进一步的，基于计量补偿时间的能量补偿无需再依赖ram内的累加寄存器和计量桶，因此可关闭ram，从而极大地减小了电表掉零线状态的能耗，延长了供电电池的使用寿命。
28.为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
29.图1所示为本发明一实施例提供的电表掉零线状态下的计量方法的流程示意图。
30.图2所示为在一次唤醒计量阶段内休眠时长、脉冲间隔以及计量补偿时间在时间轴上的示意图。
31.图3所示为相邻两次唤醒计量阶段内休眠时长、脉冲间隔以及计量补偿时间在时间轴上的示意图。
32.图4所示为本发明一实施例提供的电表掉零线状态下的计量装置的结构示意图。
具体实施方式
33.如图1所示，本实施例提供的电表掉零线状态下的计量方法包括：
34.当唤醒检测表明电表当前处于掉零线防窃电状态时，关闭ram并获取当前唤醒状态下的有效电流值ik和上一次唤醒过程所丢失的计量补偿时间tj
k-1
(步骤s10)。
35.基于当前唤醒状态下的有效电流值ik，计算当前状态下出一个脉冲的脉冲间隔tck(步骤s20)。
36.根据当前脉冲间隔tck确定休眠时长seck，以使下一次唤醒时刻位于相邻两个脉冲之间，休眠时长seck满足：n*tck《seck《(n+1)*tck，n≥1；其中n为休眠时长seck内第n个脉冲，k为电表第k次唤醒检测(步骤s30)。
37.基于确定的休眠时长seck、当前脉冲间隔tck以及上一次唤醒过程所丢失的计量补偿时间tj
k-1
，获得在当前唤醒过程所丢失的计量补偿时间tjk＝(sec
k-tj
k-1
)％tck)，其中k≥1且tj0＝0(步骤s40)。
38.补偿上一次唤醒过程所丢失的计量补偿时间tj
k-1
转换所获得的补偿能量后进入休眠计量(步骤s50)。
39.在休眠计量时间满足休眠时长seck后进入k+1次唤醒检测并基于计量补偿时间tjk进行第k+1次唤醒后的能量补偿(步骤s60)。
40.在本实施例中，计量补偿时间tj为timejoin的缩写，脉冲间隔tc为timecycle的缩
写，dt为唤醒固定时间dettime的缩写。
41.本实施例提供的电表掉零线状态下的计量方法始于步骤s10，在该步骤内检测获取单元通过检测电表当前的电压和电流状态来判断电表的当前状态。具体而言，检测获取单元检测电表当前电压并判断电压是否缺失；若电压缺失，则检测电表当前电流并判断其是否超过设定的电流阈值。若超过设定的电流阈值则确定电表当前处于掉零线防窃电状态。在确定进入掉零线防窃电状态后关闭ram且获取检测获取单元在当前状态所检测到的有效电流值ik和上一次唤醒过程所丢失的计量补偿时间tj
k-1
。
42.为便于理解，分别以电表掉零线状态后的第一检测计量(以下简称为第一次唤醒)和第二次唤醒为例进行详细说明。
43.在第一次唤醒后，检测单元获得当前的电流有效值i1并获取上一次唤醒(第0次唤醒)所丢失的计量补偿时间tj0，tj0等于0。
44.之后将进入步骤s20，根据检测所获得的当前的电流有效值i1计算当前状态下出一个脉冲的脉冲间隔tc1。具体而言，当电压有效值u为240v，电流有效值i1为5a，脉冲常数为1600时，出一个脉冲的时间脉冲间隔tc1为：
45.tc1＝1kwh/(u*i1*constant)＝3600000/(240v*5*1600)＝9.375/5＝1.875s；
46.在获得脉冲间隔tc1后执行步骤s30确定休眠时长sec1。
47.于本实施例中，设置休眠时长sec1满足：n*tc1《sec1《(n+1)*tc1，n≥1；其中n为休眠时长sec1内第n个脉冲。该设置使得在休眠时长sec1内具有至少一个脉冲且休眠结束后的唤醒时刻tsec是位于两个脉冲之间。由于脉冲的宽度远小于脉冲间隔(通常脉冲的宽度为毫秒级别，如40毫秒或80毫秒；而脉冲间隔为秒级别)。因此，位于两个脉冲之间的唤醒时刻tsec将尽可能地避免了紧跟在唤醒时刻tsec后的脉冲落入唤醒的唤醒固定时间dt内而无法被校表台所识别，很好地实现了出脉冲的时刻和唤醒时间的错开，确保了脉冲始终能以相等的脉冲间隔tc1出脉冲。譬如，在电压有效值u为240v，电流有效值i1为5a，脉冲常数为1600的条件下，可设置休眠时间sec等于2s，该时间大于脉冲间隔tc1(1.875s)且小于两倍的脉冲间隔tc1。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，休眠时长sec内可具有多个脉冲间隔tc1。
48.由于步骤s30中，唤醒时刻tsec是位于两个脉冲之间的，基于ram的关闭，累加寄存器不再对唤醒时刻tsec和其前一个脉冲之间时间进行累积，从而导致该时间段能量的丢失。因此，步骤s40将基于休眠时长sec1和脉冲间隔tc1确定计量补偿时间以实现丢失时间的补偿。如图2所示，计量补偿时间tj1＝(sec
1-tj0)％tc1)。由于tj0等于0，故该公式简化后为tj1＝sec1％tc1。由于tj1是在第一次唤醒计量时所丢失的能量，因此在第二次唤醒计量时需要将该计量补偿时间转换为对应的能量后进行补偿。由于功率是时间的积分，故基于当前电压有效值u，电流有效值i1以及计量补偿时间tj1进行功率积分，即可得到第二次唤醒需要补偿的能量。
49.由于tj0等于0，故在第一次唤醒的步骤s50中，在确定休眠时长sec1和第二次所需要的计量补偿时间tj1后进入休眠计量。
50.在休眠时间达到休眠时长sec1后mcu被唤醒，即mcu在唤醒时刻tsec被唤醒。在唤醒后将执行步骤s10，判断电表是否仍然属于掉零线防窃电状态。若是则获取检测到的第二次唤醒的当前有效电流值i2并同时获取第一次唤醒的计量补偿时间tj1。
51.然后，执行步骤s20，基于有效电流值i2计算当前状态下出一个脉冲的脉冲间隔tc2，tc2＝1kwh/(u*i2*constant)。
52.之后，执行步骤s30，基于脉冲间隔tc2，通过公式：n*tc2《sec2《(n+1)*tc2确定第二次休眠时长sec2以错开唤醒时刻和出脉冲时刻。
53.接着，继续执行步骤s40，基于确定的休眠时长sec2、当前脉冲间隔tc2以及上一次唤醒过程所丢失的计量补偿时间tj1，获得在当前唤醒过程所丢失的计量补偿时间tj2。在第二次唤醒中，休眠时长sec2的确定是以第二脉冲周期tc2为度量单位的且由于唤醒时刻tsec位于两个脉冲之间，故结合图3中计量补偿时间的示意图，可以得到第二次唤醒过程所丢失的计量补偿时间tj2＝(sec
2-tj1)％tc2)
54.进一步的，由于每次唤醒后所检测到的电流有效值的差异，因此在进行计量补偿时间计算时考虑电流有效值差异的影响，基于当前电流有效值i2和上一次唤醒所检测到的电流有效值i1，调整计量补偿时间tj2＝((sec
2-tj1)％tc2)*(i1/i2)。
55.根据公式的递推，可以得到：
56.第一次唤醒所得到的计量补偿时间tj1＝((sec
1-tj0)％tc1)*(i0/i1)且tj0＝0，i0＝i1；
57.第三次唤醒所得到的计量补偿时间tj3＝((sec
3-tj2)％tc3)*(i2/i3)；
58.第k次唤醒所得到的计量补偿时间tjk＝(sec
k-tj
k-1
)％tck)*(i
k-1
/ik)。
59.此外，为进一步提高计量的准确性，在步骤s40中还兼顾mcu从休眠状态到唤醒时刻的唤醒固定时间dt并可基于唤醒固定时间dt调整当前唤醒过程所丢失的计量补偿时间tjk＝(sec
k-tj
k-1-dt)％tck)。唤醒固定时间dt可通过检测唤醒程序执行的时间来确定。
60.更进一步的，还可通过比较脉冲间隔tck与计量补偿时间tjk的差值与唤醒固定时间dt来判断紧跟在唤醒时刻tsec后的那个脉冲是否会落唤醒固定时间dt内。具体而言，若脉冲间隔tck与计量补偿时间tjk的差值小于唤醒固定时间dt时间，则表征紧跟在唤醒时刻tsec后的那个脉冲落入到唤醒固定时间dt内，该脉冲无法被识别；基于该判断结果，则在后一次唤醒时进行能量补偿时再增加一个tck的时间。反之，若脉冲间隔tck与计量补偿时间tjk的差值小于唤醒固定时间dt时间，则表明紧跟在唤醒时刻tsec后的那个脉冲落能正常发出且被识别到。
61.本实施例以第一次唤醒计量和第二次唤醒计量为例进行了详细的说明，对于后续的多次唤醒计量将采用与第二次唤醒计量相同的步骤进行能量补偿。
62.基于唤醒时刻tsec与上一脉冲之间的丢失时间以及唤醒固定时间dt的补偿，本实施例提供的电表掉零线状态下的计量方法很好地实现了ram关闭后电量的准确计量；即在降低电表掉零线状态下功耗的同时实现准确计量。于此同时，还实现了唤醒时刻和出脉冲时刻的错开，保证了在出脉冲的边沿信号的对齐。
63.于本实施例中，采用v99xx芯片进行休眠计量且在休眠状态下关闭ram。对于v99xx芯片而言，关闭ram后仅xram的高128字节保持数据，从而极大的降低了功耗。而基于xram的高128字节保持数据，在后一次唤醒时将上一次唤醒所得到的计量补偿时间所转换的补偿能量写入寄存器内进行能量补偿。
64.相对应的，本实施例还提供一种电表掉零线状态下的计量装置，其包括检测获取单元10、脉冲间隔计算单元20、休眠时长确定单元30、补偿时间计算单元40以及能量补偿单
元50。当唤醒检测表明电表当前处于掉零线防窃电状态时，关闭ram且检测获取单元10获取当前唤醒状态下的有效电流值ik和上一次唤醒过程所丢失的计量补偿时间tj
k-1
。脉冲间隔计算单元20基于当前唤醒状态下的有效电流值ik，计算当前状态下出一个脉冲的脉冲间隔tck。休眠时长确定单元30根据当前脉冲间隔tck确定休眠时长seck，以使下一次唤醒时刻位于相邻两个脉冲之间，休眠时长seck满足：n*tck《seck《(n+1)*tck，n≥1；其中n为休眠时长seck内第n个脉冲，k为电表底k次唤醒。补偿时间计算单元40基于确定的休眠时长seck、当前脉冲间隔tck以及上一次唤醒过程所丢失的计量补偿时间tj
k-1
，获得在当前唤醒过程所丢失的计量补偿时间tjk＝(sec
k-tj
k-1
)％tck)，其中k≥1且tj0＝0。能量补偿单元50补偿上一次唤醒过程所丢失的计量补偿时间tj
k-1
转换所获得的补偿能量后进入休眠计量。在休眠计量时间满足休眠时长seck后进入k+1次唤醒检测并基于计量补偿时间tjk进行第k+1次唤醒的能量补偿。
65.于本实施例中，当每次唤醒后所检测到的电流有效值差异且唤醒次数k≥2时，补偿时间计算单元40基于当前电流有效值ik和上一次唤醒所检测到的电流有效值i
k-1
，调整计量补偿时间tjk＝(sec
k-tj
k-1
)％tck)*(i
k-1
/ik)。
66.于本实施例中，能量补偿单元50基于关闭后的ram内所剩余的部分存储区域，将计量补偿时间转换所获得的能量写入寄存器内进行能量补偿。
67.于本实施例中，补偿时间计算单元40获取mcu每次从休眠状态切换至唤醒状态的唤醒固定时间dt，当前唤醒过程所丢失的计量补偿时间tjk＝(sec
k-tj
k-1-dt)％tck)。
68.于本实施例中，检测获取单元10通过以下步骤判断电表是否进入掉零线防窃电状态：检测电表当前电压并判断电压是否缺失；若电压缺失，则检测电表当前电流并判断其是否超过设定的电流阈值；若超过设定的电流阈值则表明电表当前处于掉零线防窃电状态。
69.上述装置中各个单元的功能和实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。
70.综上所述，本发明提供的电表掉零线状态下的计量方法及装置，在电表处于掉零线防窃电状态时通过当前电流有效值来确定休眠时长以使计量脉冲和唤醒时刻错开，从而保证每个脉冲的间隔是相等的，满足校表台的误差精度要求。进一步的，基于确定的休眠时长和脉冲间隔可以计算得到每次唤醒所丢失的计量补偿时间；在下一次唤醒时，对计量补偿时间所对应的丢失能量进行补偿，从而实现能量的闭环计量，提高计量的准确度。更进一步的，基于计量补偿时间的能量补偿无需再依赖ram内的累加寄存器和计量桶，因此可关闭ram，从而极大地减小了电表掉零线状态的能耗，延长了供电电池的使用寿命。
71.虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。