一种电能表计量补偿方法、存储介质和电能表与流程

1.本技术涉及电能计量技术领域，尤其涉及电能表计量补偿方法。


背景技术：

2.随着电力电子设备和非线性负载的广泛应用，电网电路中的谐波量日渐增高，使标准工频信号发生不同程度的畸变。这对电能表的计量准确度产生了严重影响。
3.以海外多数国家普遍认可的iec 62053-21:2020标准为例，规定了1级电能表在“0.5l，正弦半波电流”测试条件下的计量误差不高于3％。根据我国国家标准(gb/t 17215.321-2021)，“0.5l-半波整流”条件下，a级表计量误差需稳定在
±
6％以内，b级表需稳定在
±
3％以内。
4.目前在电压电流同相(功率因数pf＝1.0)的情况下，电能表的计量误差主要来自于电能表的互感器的固定传变误差。当电压与电流不同相时，会显著增大传变误差，即使互感器参数稳定，电能表的计量误差也会达到20％以上，完全失去了计量作用。现有的方案多利用一次或高次曲线拟合电流与误差的函数，获取补偿值以减小误差。
5.申请人发现，由于半波工况和正常工况产生的误差是不同的，而现有的补偿方案无法界定半波工况和正常工况，这将导致补偿不可靠。
6.因此需要提出更可靠的计量补偿方案。


技术实现要素：

7.本技术的目的在于提供一种电能表计量补偿方法和电能表，以解决现有技术中如何对电能表的计量进行更可靠的补偿的技术问题。
8.为实现上述目的，本技术实施例采取了如下技术方案。
9.第一方面，本技术实施例提供一种电能表计量补偿方法，包括：
10.在半波条件下，获取边界条件参数和计量电流值，所述边界条件参数包括以下至少一种：二次谐波占基波比例或功率因数；
11.当二次谐波占基波比例和/或功率因数满足预设的半波补偿条件，获取所述计量电流值对应的补偿值，根据所述补偿值对电能表计量的数据校正；所述预设的半波补偿条件包括以下至少一种：
12.二次谐波占基波比例位于预设的二次谐波占比最大值和预设的二次谐波占比最小值之间；
13.功率因数位于预设的功率因数最大值和预设的功率因数最小值之间。
14.可选地，根据不同的计量电流值区间，所述二次谐波占比最大值、所述二次谐波占比最小值、所述功率因数最大值和所述功率因数最小值不同。
15.可选地，在获取边界条件参数和计量电流值的步骤之前，所述方法还包括：在半波条件下，获取预设的多个采样电流值，以及与所述多个采样电流值一一对应的电能表误差，对所述多个采样电流值和所述电能表误差进行拟合，得到与电流值关联的电能表误差函
数；
16.所述获取所述计量电流值对应的补偿值的步骤包括：根据所述计量电流值和所述电能表误差函数，获取所述计量电流值对应的补偿值。
17.可选地，获取预设的多个采样电流值，以及与所述多个采样电流值一一对应的电能表误差，对所述多个采样电流值和所述电能表误差进行拟合，得到与电流值关联的电能表误差函数的步骤包括：
18.获取预设的n个采样电流值，以及与所述n个采样电流值一一对应的电能表误差；
19.若相邻采样电流值对应的电能表误差的差值大于或等于预设的插入阈值，则在所述相邻采样电流值之间插入新的采样电流值并获取所述新的采样电流值对应的电能表误差；
20.对所述n个采样电流值、所述新的采样电流值与电能表误差进行拟合，得到与电流值关联的电能表误差函数。
21.可选地，获取预设的多个采样电流值，以及与所述多个采样电流值一一对应的电能表误差，对所述多个采样电流值和所述电能表误差进行拟合，得到与电流值关联的电能表误差函数的步骤包括：将所述多个采样电流值划分为多个电流值区间，获取所述多个电流值区间一一对应的电能表误差函数；
22.根据所述计量电流值和所述电能表误差函数，获取所述计量电流值对应的补偿值的步骤包括：根据所述计量电流值对应的电流值区间，获取所述电流值区间对应的电能表误差函数，根据所述电能表误差函数和所述计量电流值得到所述补偿值，进而对所述电能表计量的数据补偿。
23.可选地，将所述多个采样电流值划分为多个电流值区间，获取所述多个电流值区间一一对应的电能表误差函数的步骤包括：
24.获取全部电流采样值，以所述的全部电流采样值的设定值为待拟合区间的左边界，依次以其他a个采样值作为待拟合区间的右边界得到a个待拟合区间，以最小二乘法拟合所述a个待拟合区间的采样值和电能表误差，得到a个待拟合区间一一对应的a个拟合函数，计算所述a个拟合函数的各自的拟合度，取拟合度大于预设拟合度阈值的一个拟合函数作为最终拟合函数，并取所述最终拟合函数对应的最大采样值作为一个电流值区间的右边界；其中，2≤a≤全部电流采样值的个数-1；
25.将所述右边界作为下一个待拟合区间的左边界，依次以大于左边界的采样值作为该待拟合区间的右边界得到i个待拟合区间，以最小二乘法拟合i个待拟合区间的采样值和电能表误差，得到i个待拟合区间一一对应的i个拟合函数，计算所述i个拟合函数的各自的拟合度，取拟合度大于预设拟合度阈值的一个拟合函数作为最终拟合函数，并取所述最终拟合函数对应的最大采样值作为一个电流值区间的右边界；其中，0《i《a；
26.循环执行将所述右边界作为下一个待拟合区间的左边界的步骤，直至全部电流采样值的最大值作为一个电流值区间的右边界。
27.可选地，所述拟合度阈值的取值为[0.85,0.9]。
[0028]
可选地，所述采样电流值或计量电流值为电流的二次谐波幅值。
[0029]
第二方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序或指令，当所述计算机程序或指令被计算装置执行时，实现第一方
面的电能表计量补偿方法。
[0030]
第四方面，本技术实施例提供一种电能表，所述电能表包括存储器和处理器，所述存储器与所述处理器电性连接，所述存储器中存储有可执行程序，所述处理器在执行所述可执行程序时，实现第一方面的电能表计量补偿方法。
[0031]
相对于现有技术，本技术具有以下有益效果：
[0032]
本技术实施例提供的电能表计量补偿方法，界定半波工况和正常工况，在半波条件下，当二次谐波占基波比例或功率因数满足预设的半波补偿条件时，根据所述补偿值对电能表计量的数据校正，从而界定半波工况和正常工况误差补偿的不同，使误差更接近真实情况。
附图说明
[0033]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0034]
图1为本技术实施例提供的一种电能表示意图；
[0035]
图2为本技术实施例提供的一种电能表计量补偿方法的流程示意图；
[0036]
图3为本技术实施例提供的另一种电能表计量补偿方法的流程示意图；
[0037]
图4为本技术实施例提供的一种确定采样点以及拟合示意图；
[0038]
图5为本技术实施例提供的一种6个电能表作为样本得到所有采样电流值2nd amp与电能表误差err示意图；
[0039]
图6为本技术实施例提供的一种电能表计量补偿相位寄存器流程图；
[0040]
图7为本技术实施例提供的一种电能表计量补偿相位寄存器的低半波工况下的电能表计量误差降低效果示意图。
具体实施方式
[0041]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0042]
因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0043]
在本技术的描述中，需要说明的是，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
[0044]
如图1所示，是本技术实施例提供的电能表10的方框示意图。电能表10包括存储器
11和处理器12。
[0045]
所述存储器11、处理器12相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。存储器11中存储有计算机程序或指令，所述处理器12通过运行存储在存储器11内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现本技术实施例中的电能表计量补偿方法。
[0046]
可以理解，图1所示的结构仅为示意，电能表10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
[0047]
本技术实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质包括计算机程序。所述计算机程序运行时控制所述可读存储介质所在电能表10执行下面的电能表计量补偿方法。
[0048]
请参阅图2，是本技术实施例提供的一种电能表计量补偿方法的流程示意图，该方法包括：
[0049]
s2.在半波条件下，获取边界条件参数和计量电流值，所述边界条件参数包括以下至少一种：二次谐波占基波比例或功率因数；
[0050]
s3.当二次谐波占基波比例和/或功率因数满足预设的半波补偿条件，获取所述计量电流值对应的补偿值，根据所述补偿值对电能表计量的数据校正。
[0051]
所述预设的半波补偿条件包括以下至少一种：
[0052]
1)二次谐波占基波比例位于预设的二次谐波占比最大值和预设的二次谐波占比最小值之间；
[0053]
2)功率因数位于预设的功率因数最大值和预设的功率因数最小值之间。
[0054]
本技术实施例提供的电能表计量补偿方法，界定半波工况和正常工况，在半波条件下，当二次谐波占基波比例或功率因数满足预设的半波补偿条件时，根据所述补偿值对电能表计量的数据校正；另一方面，在正常工况即非半波条件下，不按照所述补偿值对电能表计量的数据校正，从而界定半波工况和正常工况误差补偿的不同，使误差更接近真实情况。
[0055]
为了获得适用于在半波条件下校正电能表的补偿值，在步骤s3之前，可以设置如图3：
[0056]
s1.在半波条件下，获取预设的多个采样电流值，以及与所述多个采样电流值一一对应的电能表误差，对所述多个采样电流值和所述电能表误差进行拟合，得到与电流值关联的电能表误差函数。
[0057]
此时，步骤s3包括：根据所述计量电流值和所述电能表误差函数，获取所述计量电流值对应的补偿值。
[0058]
预设的采样电流值可能在一些电流值范围间距较大，而导致该范围内的电能表误差随电流值变化较快，不能很好地拟合。为此可以设置步骤s1包括：
[0059]
s1-1.获取预设的n个采样电流值，以及与所述n个采样电流值一一对应的电能表误差；n≥2；
[0060]
s1-2.若相邻两个采样电流值对应的电能表误差的差值大于或等于预设的插入阈
值，则在所述相邻两个采样电流值之间插入新的采样电流值并获取所述新的采样电流值对应的电能表误差；
[0061]
s1-3.对所述n个采样电流值、所述新的采样电流值与电能表误差进行拟合，得到与电流值关联的电能表误差函数。
[0062]
例如，可以先获取预设的采样电流值x[1],x[2]
…
x[n]，即采样点x[1],x[2]
…
x[n]，以及x[1],x[2]
…
x[n]对应的电能表误差err[1],err[2]
…
err[n]。计算连续采样点对应的电能表误差的差值，即计算δerr[1]＝err[2]-err[1]，判断δerr[1]是否大于预设的插入阈值s，若是，则在x[1]和x[2]之间插入一个新的采样点。
[0063]
插入一个新的采样点的方法例如：对于原采样电流值x[1],x[2]
…
x[n]，相邻采样电流值之间的差值为p，即采样步长为p，可以设置新的采样步长p’来插入新的采样点，优选地，p’＝p/2，相当于在x[1]和x[2]的中点处插入一个新的采样点。
[0064]
继续计算δerr[2]＝err[3]-err[2]，
…
，可以重复计算插入新采样点之后的所有δerr，直到所有的连续采样点对应的电能表误差的差值均小于插入阈值s。上述过程可参照图4。图5展示了6个电能表作为样本得到所有采样电流值2nd amp与电能表误差err。本技术实施例采用了电流的二次谐波幅值2nd amp作为本方法中的采样电流值、计量电流值，因为申请人发现，电流的二次谐波幅值比电流值有效值更能有效表征当前工况，这也是本技术的核心发明点之一。图中可以看出6个电能表具有非常相近的电能表误差随着电流的二次谐波幅值变化的趋势。
[0065]
通过上述过程可以确立所有采样电流值即采样点，接下来可以进行确定电流值区间对应的补偿值的步骤。
[0066]
确定电流值区间可以实现分段拟合，以使拟合更准确而贴合现实情况。可以设置步骤s1包括：s1-a.将所述多个采样电流值划分为多个电流值区间，获取所述多个电流值区间一一对应的电能表误差函数。
[0067]
此时，步骤s3包括：根据所述计量电流值对应的电流值区间，获取所述电流值区间对应的电能表误差函数，根据所述电能表误差函数和所述计量电流值得到所述补偿值，进而对所述电能表计量的数据补偿。
[0068]
步骤s1-a可包括如下步骤：
[0069]
s1-a-1.获取全部电流采样值，以所述的全部电流采样值的设定值为待拟合区间的左边界，依次以其他a个采样值作为待拟合区间的右边界得到a个待拟合区间，以最小二乘法拟合所述a个待拟合区间的采样值和电能表误差，得到a个待拟合区间一一对应的a个拟合函数，计算所述a个拟合函数的各自的拟合度，取拟合度大于预设拟合度阈值的一个拟合函数(可以是拟合度大于预设拟合度阈值且拟合度为a个拟合函数的拟合度中最小的拟合函数)作为最终拟合函数，并取所述最终拟合函数对应的最大采样值作为一个电流值区间的右边界；其中，2≤a≤全部电流采样值的个数-1；
[0070]
s1-a-2.将所述右边界作为下一个待拟合区间的左边界，依次以大于左边界的采样值作为该待拟合区间的右边界得到i个待拟合区间，以最小二乘法拟合i个待拟合区间的采样值和电能表误差，得到i个待拟合区间一一对应的i个拟合函数，计算所述i个拟合函数的各自的拟合度，取拟合度大于预设拟合度阈值的一个拟合函数(可以是拟合度大于预设拟合度阈值且拟合度为i个拟合函数的拟合度中最小的拟合函数)作为最终拟合函数，并取
所述最终拟合函数对应的最大采样值作为一个电流值区间的右边界；其中，0《i《a；
[0071]
s1-a-3.循环执行将所述右边界作为下一个待拟合区间的左边界的步骤，直至全部电流采样值的最大值作为一个电流值区间的右边界。
[0072]
步骤s1-a-1中，获取全部电流采样值，全部电流采样值从小到大依次排列可以表示为x[0],x[1],x[2]
…
x[m]，每个采样值对应的电能表误差可以表示为y[0],y[1],y[2]
…
y[m]。
[0073]
以所述的全部电流采样值的最小值x[0]为待拟合区间的左边界，依次以其他m个采样值x[1],x[2]
…
x[m]作为待拟合区间的右边界得到m个待拟合区间[x[0],x[1]],[x[0],x[2]],
…
[x[0],x[m]],以最小二乘法拟合所述m个待拟合区间的采样值和电能表误差，得到m个待拟合区间一一对应的m个拟合函数，拟合函数可以为直线方程即一次函数，y＝k[1]*x+b[1],
[0074]
y＝k[2]*x+b[2],
…
y＝k[m]*x+b[m]。计算这m个一次函数在其区间内采样点的拟合度，δ[1],δ[2],
…
δ[m]，可以将拟合度从大到小排序。
[0075]
一般来说拟合度最大的直线是待拟合区间最小的、采样点最少的，即[x[0],x[1]]，采样点越多，待拟合区间越大，数据可能会出现曲线形式的波动，导致直线方程不能拟合得很好，因此拟合度会随之下降。
[0076]
而如果将所有最小的区间作为拟合区间，即每两个采样点之间由一条直线拟合，又会增加拟合函数的数量，需要存储更多的拟合函数。为了减少拟合函数的数量，选择尽可能大的拟合区间，可以设定一个拟合度阈值f，拟合度阈值f优选在[0.85,0.9]，例如f＝0.9，则仅仅需要一个拟合度δ》0.9的拟合函数作为最终拟合函数即可。因此，f＝0.9的情况下可以取δ＝0.91的拟合函数而不必取拟合度δ＝0.92的拟合函数。若拟合度δ＝0.91的拟合函数覆盖的区间为[x[0],x[3]]，则可以以x[3]作为下一个待拟合区间的左边界，重复上述方法。直到将所有采样值都能由最终拟合函数覆盖。
[0077]
若采样电流值中最小的采样电流值对应的电能表误差非常小，可以将其设置为不补偿区间，即在电流值从0到设定不补偿电流值之间，将电能表误差视为0。
[0078]
如图4，第一个区间可以记为zone(i):[x[0],x[zone(i)]]作为不补偿区间，选择区间zone(i+1):[x[zone(i)]，x[zone(i)+k]]，计算[x[zone(i)]，x[zone(i)+k]]的拟合度δ[k]、[x[zone(i)]，x[zone(i)+k-1]]的拟合度δ[k-1]，判断(δ[k]《f)&&(δ[k-1]》f)是否成立：
[0079]
若是，则可以判定以x[zone(i)+k]作为zone(i+1)右边界；类似地，也可以设置为若是，则可以判定以x[zone(i)+k-1]作为zone(i+1)右边界；
[0080]
若否，则可以赋值k＝k-1，缩小k的取值，即缩小区间，判断更小的区间是否能够达到要求的拟合度。当找到一个区间能达到要求的拟合度时，最小二乘法拟合zone(i+1)，获取拟合参数k[i+1]，b[i+1]，即得到了zone(i+1)的最终拟合函数。
[0081]
接下来，可以判断zone(i+1)的右边界是否是采样电流值的最大值，若否，则将zone(i+1)的右边界作为下一个待拟合区间的左边界，进行下一轮拟合。直到采样电流值的最大值成为一个区间的右边界，则得到了所有区间的最终拟合函数，所有所述最终拟合函数组成所述电能表误差函数。
[0082]
本技术实施例可以采样若干样本，确定电能表中的互感器在采样范围内的误差特
性。根据采样点的计量误差和二次谐波电流幅值，以一次函数分区间拟合全电流范围的误差函数。
[0083]
最终拟合函数组成所述电能表误差函数之后，接下来就可以根据电能表误差函数补偿电能表误差。
[0084]
如图6，补偿的目标可以是相位，可以首先判断计量电流值是否满足设定的电流范围，即计量电流值的范围是否满足半波条件。半波条件即没有负值的波形，正弦波的零轴以下的波形翻转到零轴上方的波形。可以根据计量电流值均大于等于零或者预设的接近零的值判断为满足半波条件。
[0085]
若计量电流值不满足设定的电流范围，即不满足半波条件，可以清除补偿标志，即不使用本技术的半波条件下电能表计量补偿方法。
[0086]
还可以判断功率因数是否满足功率因数范围，若功率因数不满足预设的功率因数最大值和预设的功率因数最小值之间，则清除补偿标志。
[0087]
还可以判断二次谐波占比是否满足二次谐波占比范围，若二次谐波占比不满足预设的二次谐波占比最大值和预设的二次谐波占比最小值之间，则清除补偿标志。
[0088]
上述二次谐波占比最大值、二次谐波占比最小值、功率因数最大值和功率因数最小值，可以根据电流区间而设置为不同的值。例如可以设置计量电流值落入第一区间时，二次谐波占比最大值、二次谐波占比最小值、功率因数最大值和功率因数最小值分别为max(pf[1])、min(pf[1])、max(hark[1]、min(hark[1]，计量电流值落入第二区间时，二次谐波占比最大值、二次谐波占比最小值、功率因数最大值和功率因数最小值分别为max(pf[2])、min(pf[2])、max(hark[2])、min(hark[2])。
[0089]
即可以设置判断计量电流值是否满足设定的电流范围的步骤包括：判断计量电流值落入的区间，这个区间可以是各个最终拟合函数对应的电流值区间。
[0090]
可以在当功率因数、二次谐波占比其中之一满足之后，优选地在二者均满足之后，置补偿标志，补偿标志含有电流值区间的信息，电能表将根据这个补偿标志使用最终拟合函数进行补偿。不满足二者之一时，可以认定当前非半波工况，切换为正常运行机制。避免影响仪表正常运行。上述条件的设置减少了本方法的耦合性。
[0091]
由于最终拟合函数是根据区间不同而不同的，可以判断相邻两次电流值区间是否变化，若是，则需要进入补偿，根据补偿标志更新电流值区间，根据计量电流值代入电能表误差函数，计算相应的电能表误差，进而根据电能表误差得到补偿值，考虑寄存器分辨率ir，将补偿值折算为mcu相位寄存器的校正值(comp)。在电能表正常工况下的相位校正值基础上，线性叠加comp，写入相位补偿寄存器。
[0092]
相位的补偿可以是仅仅需要在电流值区间变化时进行，若相邻两次计量采样的电流值区间没有变化，则可以不对相位进行新的补偿。
[0093]
总体来说，本技术提出了一种电能表计量补偿方法、存储介质和电能表。本技术能够显著降低半波工况下的电能表计量误差，提高电能表在复杂工况下的适应能力，补偿效果如图7。实际计量中，电能表处于电流半波条件下，可以通过软件设计的离散傅里叶(discrete fourier transform，dft)算法，获取当前环境的二次谐波电流幅值，依次判断半波条件的电流允许范围，畸变功率因数，电流值区间变化，选用不同的拟合参数，更新电能表中相位寄存器的校正值，从而成功将电能表的计量误差下降到标准允许范围内。本申
请的拟合参数的设置以及拟合计算简单，能避免其他复杂拟合方案的寄存器溢出风险。
[0094]
以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0095]
上述仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。