关于快速校表算法的讨论

关于快速校表算法的讨论

白明郭红梅李伟刘狄

（石家庄科林电气股份有限公司石家庄050022）

摘要：智能电表随着电路板加工工艺的日益提高，板级抗干扰能力得到很大的提高，小电流（例如5%Ib）的抗干扰能力增强很多，只要计量芯片支持无功的计量，就可以实现快速校表算法。其原理和推导过程，这里我们讨论一下。

关键词：智能电表；有功功率；视在功率；功率因数；比差；角差；误差

引言

智能电表是法定的计量器具，要求精度高，稳定性高。一般的电流采样回路，多为锰铜片或者为电流互感器，由于单体差异或者电路板焊接时焊点的阻值不同，每块电表需要单独和标准表进行校准，以达到精度的一致性。最基本的根据电表规格，例如5（60）A，一般需要校准3个基准点：即1.0Ib1.0L、1.0Ib0.5L、5%Ib1.0L，在这个过程中，标准表需要切源三次，每次都需要等待源稳定后，才能进行校准流程，如图1。

图1校准流程

我们所说的快速校表算法，指的是单点校表算法，前提条件：

（1）板级抗干扰能力较强。

（2）计量芯片支持无功计量。

具体是指：

在0.5L1.0Ib这个点同时校正功率增益和角差，不需要切源，从而节省大量的时间，提高生产效率。如图2。

图2角差

具体的推导如下：

一、首先名词定义

电流大小：Ib比差

功率因数：0.5L角差

，，，分别对应Ib、0.5L时标准表视在功率、有功功率、无功功率和功率因数

，，，分别对应Ib、0.5L时电能表未校正前视在功率、有功功率、功功率和功率因数

，，，分别对应电能表有功比差、无功比差、视在比差及角差

二、原理

标准表的有功功率的值等于标准表的视在功率的值乘以其功率因数。

--------------------------------------（1）

电能表未校正前的有功功率等于电能表视在功率的值乘以其功率因数。

--------------------------------------（2）

标准表的视在功率等于电能表的视在功率乘以其增益值。

-------------------------------------（3）

标准表的功率因数等于电能表的视在功率乘以其增益值。

-----------------------------------（4）

将（2）（3）（4）式代入（1），得到公式（5）

-----------------------（5）

公式（5）说明，在0.5L时，视在功率比差和功率因数误差决定了有功功率的误差。

原理：

标准表的视在功率等于标准表的有功功率的平方加上无功功率的平方，在开方

-----------------------------------（6）

和的展开类同域将（3）式，将其带入（6）式

--------------（7）

If：

--------------------（8）

---------------------------（9）

--------------------------------------（10）

（10）式表明在0.5L1.0Ib的条件下，视在功率的增益等于有功功率的增益，也就是说在0.5L1.0Ib下，根据电能表的电流值和电压值，可以计算出视在功率，在同标准表的视在功率进行比较，从而可以得到视在功率的误差，及有功功率的误差。具体实现流程见过程三。

三、实现流程

视在功率的增益等于有功功率的增益，现在多数的计量芯片都支持无功计量，所以在0.5L1.0Ib的条件下：

1.根据电压和电流计算出视在功率，从而计算出1.0L1.0Ib条件下的有功增益。

标准表视在功率计算：

------------------------------------（11）

电能表视在功率计算：

------------------------------------（12）

将（11）（12）的结果带入（13）式，可以计算出视在功率的误差：

--------------------------------------（13）

视在功率的误差值即为有功功率的误差值，根据计量芯片提供的算法，计算出有功增益。

2.计算角差

完成以上校正后，5%Ib1.0L的精度可以控制在0.3%附近，可以不进行小电流的校正。

四、测试结论

1、单批次电表的校准时间能控制在15秒钟以内，可以实现流水线模式。

2、单点校正的优点：

（1）（单相智能电表）无需切换台体，效率提高一倍，（三相智能电表）无需分相校正，效率提高三倍。

（2）电表内部实现，无需开发上位机

（3）在电表组装线上，可实现流水线校表操作，减少工序。

3、单点校正的缺点：

（1）对台体的稳定性要求较高，台体波动较大，或者0.5L1.0Ib的偏差大，调校的电表的误差会比较大；

（2）对于容性基准点（例如0.8C），比分开校正的误差要大一些，但是在误差允许范围内。

参考文献：

[1]宗建华、卢兴远、周宗发等.智能电能表功能规范.Q/GDW345-2009

[2]宗建华、杜新纲、宋雨虹等.单相智能电能表技术规范.Q/GDW364-2009

[3]深圳市锐能微科技有限公司.单相多功能防窃电专用计量芯片用户手册.VER1.1.2014

[4]杭州万工科技有限公司.V9011数据手册

[5]钜泉光电科技（上海）有限公司.ATT7022B数据手册