电能小信号计量校准方法及装置

摘要

本发明公开了一种电能小信号计量校准方法及装置，该方法包括：在电能计量产品通电后，读取所述电能计量产品中功率增益寄存器的值及有功功率寄存器的测量值；读取标准表测得的所述电能计量产品的误差值；根据读取到的所述功率增益寄存器的值及有功功率寄存器的测量值、所述电能计量产品的误差值，计算所述电能计量产品中有功偏置校正寄存器的偏移寄存器数据；在所述有功偏置校正寄存器清零后，将计算获得的所述偏移寄存器数据取负数写入所述有功偏置校正寄存器。采用本发明可以大幅度地提高电能计量产品在小信号计量时的计量精度。

说明书

技术领域

本发明涉及计量器具及电能计量技术领域，尤其涉及电能小信号计量校准方法及装置。

背景技术

使用专用多功能电能计量芯片作为电能计量核心器件的电能计量产品，在小信号计量时一般都会遇到信噪比增大造成的电能计量结果超差的问题。图1为RN8209电能计量芯片的推荐电路图。以RN8209电能计量芯片为例，在布线良好的情况下，动态1500∶1时能达到＜0.1％的有无功误差精度。但有很多情况会影响到小信号时的精度，使之变差，甚至会超出误差限定阈值，即所谓的超差。处理此类情况可以使用的办法一般有以下两种：通过减小干扰进入的途径和人为的将变大的误差补偿掉。

通过减小干扰进入的途径，可以改善并有可能大幅提高小信号时的误差精度。采用这种方法时，需确认PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)板材是否存在绝缘强度差、板上元器件是否有虚焊、焊盘不干净、板材清洗不彻底、电流输入通道入线(锰铜片接入的I+、I-线)是否相互缠绕不够紧密等。如果有如上一种或几种情况应该考虑采用相应的措施减小并杜绝此类干扰的引入。

补偿误差的方法大致有两种：

一种是根据误差偏移的方向调整电流通道上的耦合电阻的阻值，如调整图1中R1、R2的阻值。这种调整在大电流的情况下对电流通道采样值的影响几乎可以忽略，但在小电流情况下，这种调整将会对差分采样结果产生比较大的影响，例如增大R1、R2的阻值会使采样值减小(在正超差时使用)，减小R1、R2的阻值会使采样值增大(在负超差是使用)。图2为RN8209电能计量芯片的内部框图。图2中V1P、V1N通道即是调整图1中R1、R2的阻值会影响到的电流通道。具体的，调整R1、R2的阻值会影响到V1P、V1N通道的差分输入，这种调整是有限度的，一般R1、R2的取值在10ohm～10K ohm之间，过大或过小都会对通道产生不利影响。

第二种方法是通过RN8209内部的有功偏置校正寄存器(Active Power Offset Register，APOS)补偿。电能计量芯片通常会都留有一个内部可设置参数的有功偏置校正寄存器，设置该参数可改善小信号时电能计量精度。这种方法更直接，它实际是将使用ADC(A nalog-to-Digital Converter，模/数转换器)处理后的数据直接减掉功有功偏置校正寄存器的参数。

但是，目前对该参数的确定并没有计算模型给予支持。通常的方法是根据经验设置一固定数值。然而，固定数值的设置在电能计量产品数量较多时，由于电能计量产品间小信号特性离散性较大，不能保证所有电能计量产品在小信号时的电能计量结果合格率。

发明内容

本发明实施例提供一种电能小信号计量校准方法，用以提高电能计量产品在小信号计量时的计量精度，该方法包括：

在电能计量产品通电后，读取所述电能计量产品中功率增益寄存器的值及有功功率寄存器的测量值；

读取标准表测得的所述电能计量产品的误差值；

按如下公式计算所述电能计量产品中有功偏置校正寄存器的偏移寄存器数据：

当GPQA≤2¹⁵时，$P_2=\frac{P_1\times \mathrm{Err}}{(1+\frac{\mathrm{GPQA}}{2^{15}})};$

当GPQA＞2¹⁵时，$P_2=\frac{P_1\times \mathrm{Err}}{(1-\frac{2^{16}-\mathrm{GPQA}}{2^{15}})};$

其中，GPQA为所述功率增益寄存器的值；P₂为所述有功偏置校正寄存器的偏移寄存器数据；P₁为所述有功功率寄存器的测量值；Err为所述电能计量产品的误差值；

在所述有功偏置校正寄存器清零后，将计算获得的所述偏移寄存器数据取负数写入所述有功偏置校正寄存器。

本发明实施例还提供一种电能小信号计量校准装置，用以提高电能计量产品在小信号计量时的计量精度，该装置包括：

第一读取模块，用于在电能计量产品通电后，读取所述电能计量产品中功率增益寄存器的值及有功功率寄存器的测量值；

第二读取模块，用于读取标准表测得的所述电能计量产品的误差值；

计算模块，用于按如下公式计算所述电能计量产品中有功偏置校正寄存器的偏移寄存器数据：

当GPQA≤2¹⁵时，$P_2=\frac{P_1\times \mathrm{Err}}{(1+\frac{\mathrm{GPQA}}{2^{15}})};$

当GPQA＞2¹⁵时，$P_2=\frac{P_1\times \mathrm{Err}}{(1-\frac{2^{16}-\mathrm{GPQA}}{2^{15}})};$

其中，GPQA为所述功率增益寄存器的值；P₂为所述有功偏置校正寄存器的偏移寄存器数据；P₁为所述有功功率寄存器的测量值；Err为所述电能计量产品的误差值；

校准模块，用于在所述有功偏置校正寄存器清零后，将计算获得的所述偏移寄存器数据取负数写入所述有功偏置校正寄存器。

本发明实施例在进行电能小信号计量校准时，可计算出符合电能计量产品本身特性的参数写入有功偏置校正寄存器，用以补偿电能小信号计量误差，解决由电路及器件的离散特性及其他干扰引入的噪声对小信号计量精度的影响问题，校正后电能小信号时计量精度可以满足并高于相关技术规定，从而大大降低电能计量产品的不合格率，提高生产效率，降低生产成本。本发明实施例的可操作性强，校正方法简便易行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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仅是本发明的一些实施例，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。在附图中：

图1为本发明实施例中RN8209电能计量芯片的推荐电路图；

图2为本发明实施例中RN8209电能计量芯片的内部框图；

图3为本发明实施例中电能小信号计量校准方法的处理流程图；

图4为本发明实施例中RN8209电能计量芯片的有功功率框图；

图5为本发明实施例中电能小信号计量校准装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

为了根据不同电能计量产品的电路特性，有针对性的进行小信号补偿，提高电能计量产品在小信号计量时的计量精度，本发明实施例提供一种电能小信号计量校准方法，如图3所示，其处理流程可以包括：

步骤301、在电能计量产品通电后，读取电能计量产品中功率增益寄存器(Active P ower Register)的值及有功功率寄存器的测量值；

步骤302、读取标准表测得的电能计量产品的误差值；

步骤303、计算电能计量产品中有功偏置校正寄存器的偏移寄存器数据，具体按如下公式进行计算：

当GPQA≤2¹⁵时，$P_2=\frac{P_1\times \mathrm{Err}}{(1+\frac{\mathrm{GPQA}}{2^{15}})};$

当GPQA＞2¹⁵时，$P_2=\frac{P_1\times \mathrm{Err}}{(1-\frac{2^{16}-\mathrm{GPQA}}{2^{15}})};$

其中，GPQA为功率增益寄存器的值；P₂为有功偏置校正寄存器的偏移寄存器数据；P₁为有功功率寄存器的测量值；Err为电能计量产品的误差值；

步骤304、在有功偏置校正寄存器清零后，将计算获得的偏移寄存器数据取负数写入有功偏置校正寄存器。

由图3所示流程可以得知，本发明实施例在进行电能小信号计量校准时，可根据获得的电能计量产品的相关数据(功率增益寄存器的值、有功功率寄存器的测量值、电能计量产品的误差值)，计算出符合电能计量产品本身特性的参数写入有功偏置校正寄存器，用以补偿电能小信号计量误差，解决由电路及器件的离散特性及其他干扰引入的噪声对小信号计量精度的影响问题，校正后电能小信号时计量精度可以满足并高于相关技术规定，从而大大降低电能计量产品的不合格率，提高生产效率，降低生产成本。本发明实施例的可操作性强，校正方法简便易行。

下面具体说明本发明实施例中计算有功偏置校正寄存器的偏移寄存器数据的方法。以RN8209电能计量芯片为例，图4示出了RN8209电能计量芯片的有功功率框图。当然，本发明实施例亦可推广至其它具有相同功能的电能计量芯片。

假设从标准表读取到的电能计量产品的误差值为Err(百分误差)；

假设测量值为P₁(有功功率寄存器的测量值)，真实值为P；

则$\mathrm{Err}=\frac{P_1-P}{P}\times 100\%---\left(2\right)$

则P×Err＝P₁-P

则P(1+Err)＝P₁

则$P=\frac{P_1}{1+\mathrm{Err}}$

从图4可以看出，(P₁-P)在经过功率增益寄存器增益后就是有功偏置校正寄存器(APOSA)的偏移寄存器数据P₂(以图4中电流A通道为例，也可以记为P_APOSA)，假设功率增益寄存器的功率增益为P_gain，则：

$P_2=\frac{P_1-P}{P_{\mathrm{gain}}}---\left(3\right)$

由式(2)得

P₁-P＝P×Err                    (4)

代入式(3)得

$P_2=\frac{P\times \mathrm{Err}}{P_{\mathrm{gain}}}=\frac{\frac{P_1}{1+\mathrm{Err}}\times \mathrm{Err}}{P_{\mathrm{gain}}}=\frac{P_1\times \mathrm{Err}}{(1+\mathrm{Err})P_{\mathrm{gain}}}$

在图4中其中GPQA为功率增益寄存器的值，DATAPA为P_m2A与GPQA叉乘后得到的瞬时有功功率数据，P_m2A为P_m1A与有功偏置校正寄存器内写入的数据叠加后得到的瞬时有功功率数据，P_m1A为经过滤波后的电压采样值与电流采样值叉乘后的瞬时有功功率数据。

当P_gain＞0时，GPQA＝INT[2¹⁵×P_gain]

当P_gain＜0时，GPQA＝INT[2¹⁶+2¹⁵×P_gain]

当GPQA的bit15＝0时，GPQA表示的数据≥0，$P_{\mathrm{gain}}=1+\frac{\mathrm{GPQA}}{2^{15}}$

当GPQA的bit15＝1时，GPQA表示的数据＜0，$P_{\mathrm{gain}}=1-\frac{2^{16}-\mathrm{GPQA}}{2^{15}}$

当GPQA的bit15＝0时，$P_2=\frac{P_1\times \mathrm{Err}}{(1+\mathrm{Err}){\times P}_{\mathrm{gain}}}=\frac{P_1\times \mathrm{Err}}{(1+\mathrm{Err})\times (1+\frac{\mathrm{GPQA}}{2^{15}})}$

当GPQA的bit15＝1时，$P_2=\frac{P\times \mathrm{Err}}{(1+\mathrm{Err}){\times P}_{\mathrm{gain}}}=\frac{P\times \mathrm{Err}}{(1+\mathrm{Err})\times (1-\frac{2^{16}-\mathrm{GPQA}}{2^{15}})}$

实际Err＜＜1，所以一般取(1+Err)＝1代入如上两式即可得到如下结果：

当GPQA的bit15＝0时：

$P_2=\frac{P_1\times \mathrm{Err}}{(1+\mathrm{Err})\times (1+\frac{\mathrm{GPQA}}{2^{15}})}\approx \frac{P_1\times \mathrm{Err}}{1\times (1+\frac{\mathrm{GPQA}}{2^{15}})}=\frac{P_1\times \mathrm{Err}}{1+\frac{\mathrm{GPQA}}{2^{15}}}---\left(5\right)$

当GPQA的bit15＝1时：

$P_2=\frac{P_1\times \mathrm{Err}}{(1+\mathrm{Err})\times (1-\frac{2^{16}-\mathrm{GPQA}}{2^{15}})}\approx \frac{P_1\times \mathrm{Err}}{1\times (1-\frac{2^{16}-\mathrm{GPQA}}{2^{15}})}=\frac{P_1\times \mathrm{Err}}{1-\frac{2^{16}-\mathrm{GPQA}}{2^{15}}}---\left(6\right)$

计算得到P₂后，取P₂的负数写入APOSA中即可。具体实施时，由于有功偏置校正寄存器内为16bit有符号补码数据，而P₂的负数可能会有溢出的情况，则在写入时，可以对P₂的负数再取低16bit写入有功偏置校正寄存器。

基于上述对有功偏置校正寄存器的偏移寄存器数据的计算分析，下面举例具体说明本发明实施例中在进行电能小信号计量校准时的处理过程。

本例中，在电能计量产品通电后，需先读取电能计量产品中功率增益寄存器的值GPQA及有功功率寄存器的测量值P₁。其中，对电能计量产品通电例如可以是：对电能计量产品通以标准电压Un(220V)，标准频率Fn(50Hz)，加电流5％Ib。读取有功功率寄存器的测量值P₁可通过一些智能仪表实现，例如通过RS485读取有功功率寄存器的测量值P₁(例如图4中的PowerPA，地址是0x26，寄存器为32bit)。另外，在实施电能小信号计量校正时，需要先要校正功率增益寄存器的功率增益到理想范围，功率增益寄存器内设置的值为GPQA。如果不知道GPQA的值，需要首先读出GPQA。

接下来再读取此时标准表测得的电能计量产品的误差值Err，例如读到的数据为-0.49，则Err＝-0.0049。并利用上述公式(5)和(6)计算有功偏置校正寄存器的偏移寄存器数据P₂，即：

当GPQA≤2¹⁵时，$P_2=\frac{P_1\times \mathrm{Err}}{(1+\frac{\mathrm{GPQA}}{2^{15}})};$

当GPQA＞2¹⁵时，$P_2=\frac{P_1\times \mathrm{Err}}{(1-\frac{2^{16}-\mathrm{GPQA}}{2^{15}})};$

再在有功偏置校正寄存器清零后，将计算获得的偏移寄存器数据P₂取负数写入有功偏置校正寄存器。其中，有功偏置校正寄存器清零例如可以是：写0x0000到有功偏置校正寄存器，例如图4中的APOSA，地址0x0A，寄存器为16bit。将P₂取负数即写入APOSA内的数据P₃＝-P₂，在出现溢出的情况时，再对P₂的负数再取低16bit写入有功偏置校正寄存器(APOSA，地址0x0A，寄存器为16bit)。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种电能小信号计量校准装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与电能小信号计量校准方法相似，因此该装置的实施可以参见电能小信号计量校准方法的实施，重复之处不再赘述。

如图5所示，本发明实施例中的电能小信号计量校准装置可以包括：

第一读取模块501，用于在电能计量产品通电后，读取电能计量产品中功率增益寄存器的值及有功功率寄存器的测量值；

第二读取模块502，用于读取标准表测得的电能计量产品的误差值；

计算模块503，用于按如下公式计算电能计量产品中有功偏置校正寄存器的偏移寄存器数据：

当GPQA≤2¹⁵时，$P_2=\frac{P_1\times \mathrm{Err}}{(1+\frac{\mathrm{GPQA}}{2^{15}})};$

当GPQA＞2¹⁵时，$P_2=\frac{P_1\times \mathrm{Err}}{(1-\frac{2^{16}-\mathrm{GPQA}}{2^{15}})};$

其中，GPQA为功率增益寄存器的值；P₂为有功偏置校正寄存器的偏移寄存器数据；P₁为有功功率寄存器的测量值；Err为电能计量产品的误差值；

校准模块504，用于在有功偏置校正寄存器清零后，将计算获得的偏移寄存器数据取负数写入有功偏置校正寄存器。

一个实施例中，第一读取模块501具体可以用于：

通过RS485读取电能计量产品中有功功率寄存器的测量值。

一个实施例中，校准模块504具体可以用于：

将计算获得的偏移寄存器数据取负数，再取低16bit写入有功偏置校正寄存器。

综上所述，本发明实施例在进行电能小信号计量校准时，可计算出符合电能计量产品本身特性的参数写入有功偏置校正寄存器，用以补偿电能小信号计量误差，解决由电路及器件的离散特性及其他干扰引入的噪声对小信号计量精度的影响问题，校正后电能小信号时计量精度可以满足并高于相关技术规定，从而大大降低电能计量产品的不合格率，提高生产效率，降低生产成本。本发明实施例的可操作性强，校正方法简便易行。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。