今天為大家介紹一項(xiàng)國家發(fā)明授權(quán)專利——滿足IR46計(jì)量獨(dú)立性要求電能表數(shù)據(jù)接口及驗(yàn)證方法。該專利由國網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院申請，并于2018年7月20日獲得授權(quán)公告。

內(nèi)容說明

本發(fā)明涉及電能表領(lǐng)域，特別涉及一種滿足IR46計(jì)量獨(dú)立性要求的電能表數(shù)據(jù)接口，以及該接口的驗(yàn)證方法。

發(fā)明背景

目前電能表基本上采用CPU+計(jì)量芯片的設(shè)計(jì)模式，也有少數(shù)高精度電能表采用CPU+DSP的模式，其中計(jì)量芯片、DSP用于采樣、計(jì)算，輸出上電后的總電能或上次讀取后的累加電能、實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)給CPU，然后通過CPU來計(jì)算歷史總電能、各費(fèi)率電能、需量等，并通過人機(jī)接口、通信來完成抄表以及其它數(shù)據(jù)呈現(xiàn)功能。不論哪種設(shè)計(jì)模式，CPU的各種功能都雜糅在一起、相互影響，導(dǎo)致程序的健壯性、可靠性變得很差，例如通信模塊設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤或不穩(wěn)定，可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)量功能停止或局部計(jì)量數(shù)據(jù)缺失。

另外，電能表國際建議IR46也對電能表的設(shè)計(jì)提出了新的要求。IR46是國際法制計(jì)量組織OIML起草的一個(gè)技術(shù)文件，為新設(shè)計(jì)生產(chǎn)的電能表的型式批準(zhǔn)提出建議，是法制計(jì)量的組成部分，我國作為OIML的一個(gè)成員國，需要執(zhí)行OIML相關(guān)建議。在2012年頒布的IR46技術(shù)文件中，明確提出計(jì)量獨(dú)立性的要求，概括來講，主要包括如下方面：

法制計(jì)量相關(guān)組件的獨(dú)立。要求無論是硬件還是軟件，應(yīng)將法制計(jì)量相關(guān)組件與其它組件隔離開來，法制計(jì)量相關(guān)組件在未經(jīng)授權(quán)情況下不應(yīng)受其他組件的響；法制計(jì)量相關(guān)軟件模塊的分離。將軟件模塊分為法制計(jì)量相關(guān)軟件(legallyrelevant software)與非法制計(jì)量相關(guān)軟件(legally non-relevant software)，法制計(jì)量相關(guān)軟件與其它模塊的交互采用唯一的數(shù)據(jù)接口。

目前電能表所采用的CPU+計(jì)量芯片或CPU+DSP的設(shè)計(jì)模式，根據(jù)前面的分析，計(jì)量功能與其它通信、顯示功能雜糅在一起，無法做到獨(dú)立性。因此，需要一種能滿足IR46計(jì)量獨(dú)立性要求的電能表數(shù)據(jù)接口以及基于該接口的數(shù)據(jù)處理方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是提供一種能滿足IR46計(jì)量獨(dú)立性要求的電能表數(shù)據(jù)接口以及基于該接口的數(shù)據(jù)處理方法。

本發(fā)明的目的是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明提供的滿足IR46計(jì)量獨(dú)立性要求的電能表數(shù)據(jù)接口，包括法制計(jì)量組件與非法制計(jì)量組件，所述非法制計(jì)量組件包括顯示模塊、通信模塊、存儲(chǔ)模塊和計(jì)算模塊；所述法制計(jì)量組件包括時(shí)鐘模塊、計(jì)量模塊和采樣模塊；所述時(shí)鐘模塊連接外部RTC以獲取時(shí)鐘，并通過內(nèi)部定時(shí)器分頻得到基本時(shí)間單元；所述采樣模塊用于采集并將外部電壓、電流模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；所述計(jì)量模塊通過時(shí)鐘信號控制來計(jì)算分鐘增量電能累計(jì)和實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)。

圖為本發(fā)明的滿足IR46計(jì)量獨(dú)立性要求的電能表數(shù)據(jù)接口示意圖

所述計(jì)算模塊讀取法制計(jì)量模塊的分鐘增量電能和實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)，并使用分鐘增量電能來計(jì)算電能和需量，其中需量是指一段時(shí)間內(nèi)的平均功率，通過一段時(shí)間內(nèi)的總分鐘增量電能除以時(shí)間獲得。

所述存儲(chǔ)模塊將計(jì)算模塊計(jì)算后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并進(jìn)行事件記錄、結(jié)算轉(zhuǎn)存、凍結(jié)、負(fù)荷記錄的處理及存儲(chǔ)；所述通信模塊用于處理接口規(guī)約以及時(shí)間修改、校時(shí)后向法制計(jì)量模塊更新系統(tǒng)時(shí)間，其中規(guī)約數(shù)據(jù)內(nèi)容從存儲(chǔ)模塊獲取；所述顯示模塊用于響應(yīng)按鍵請求并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)、按鍵循環(huán)、自檢的顯示處理，其中顯示內(nèi)容從存儲(chǔ)模塊獲取。

進(jìn)一步，所述計(jì)量模塊中分鐘增量電能的計(jì)算采用以下步驟：通過精準(zhǔn)秒脈沖中斷控制時(shí)間，當(dāng)分鐘發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)，將分鐘發(fā)生翻轉(zhuǎn)這一時(shí)刻作為前一個(gè)分鐘增量電能累計(jì)結(jié)束及下一個(gè)分鐘增量電能累計(jì)開始的時(shí)刻，將前一個(gè)分鐘增量電能存儲(chǔ)到RAM，并將下一個(gè)分鐘增量電能從零開始累計(jì)。

所述精準(zhǔn)秒脈沖中斷及控制時(shí)間通過計(jì)量模塊連接實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制器RTC來獲取。進(jìn)一步，所述計(jì)算模塊采用以下步驟來實(shí)現(xiàn)：S11：讀取處理每條分鐘增量電能；S12：獲取分鐘增量電能對應(yīng)的時(shí)標(biāo)；S13：比較下一條分鐘增量電能對應(yīng)的時(shí)標(biāo)，判斷時(shí)標(biāo)順序是否連續(xù)，如果連續(xù)，則進(jìn)入步驟S16；S14：如果時(shí)標(biāo)相對超前，則調(diào)整時(shí)段與分鐘增量電能時(shí)標(biāo)一致，并進(jìn)入步驟S6；S15：如果時(shí)標(biāo)相對滯后，則先根據(jù)時(shí)標(biāo)順序依次讀取丟失的增量電能，再讀取最新增量電能，并進(jìn)入步驟S6；S16：根據(jù)時(shí)標(biāo)計(jì)算總電能、費(fèi)率電能和需量，返回步驟S1。

進(jìn)一步，所述非法制計(jì)量組件采用以下方法來計(jì)算電能和需量：讀取分鐘增量電能后，對每分鐘的總及分相的正向有功、反向有功、四象限無功增量電能進(jìn)行累計(jì)得到總及分相的正向有功、反向有功、四象限無功電能。

根據(jù)有功組合、無功組合方式的配置字，計(jì)算得到總及分相的組合有功總電能、組合無功總電能；同時(shí)，根據(jù)分時(shí)計(jì)費(fèi)的配置，分析配置后分鐘時(shí)間對應(yīng)的費(fèi)率號，將該分鐘增量電能累計(jì)到對應(yīng)的費(fèi)率電能數(shù)據(jù)中。

根據(jù)配置的需量計(jì)算周期、計(jì)算模式，使用需量計(jì)算周期內(nèi)的總增量電能除以周期時(shí)間，得到周期內(nèi)的總及分相的正向有功、反向有功、四象限無功、組合有功、組合無功需量。

本發(fā)明還提供了滿足IR46計(jì)量獨(dú)立性要求的電能表數(shù)據(jù)接口的驗(yàn)證方法，包括以下步驟：S1：將被測試電能表與標(biāo)準(zhǔn)電能表的電壓并接及電流串接；S2：測試分鐘增量電能的準(zhǔn)確度：將電流連續(xù)加量到參比電流，然后撤除施加電流量，讀取被測試電能表的若干條增量電能，計(jì)算其總和，與標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行比較，計(jì)算相對誤差。

進(jìn)一步，還包括以下步驟：S3：測試總電能計(jì)量獨(dú)立性：將電流連續(xù)加量到參比電流，然后通過硬件復(fù)位、或者對非法制計(jì)量組件軟件進(jìn)行升級來單獨(dú)停止非法制計(jì)量組件的運(yùn)行，按照預(yù)設(shè)時(shí)間停止，之后恢復(fù)非法制計(jì)量組件運(yùn)行后，撤除施加電流量，讀取被測試電能表總電能，與標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行比較，計(jì)算相對誤差。

進(jìn)一步，還包括以下步驟：S4：測試費(fèi)率電能計(jì)量獨(dú)立性：將電流連續(xù)加量到參比電流，在費(fèi)率切換時(shí)刻前，單獨(dú)停止非法制計(jì)量組件的運(yùn)行，等到費(fèi)率切換時(shí)間到后，恢復(fù)非法制計(jì)量組件運(yùn)行后，撤除施加電流量，讀取被測試電能表費(fèi)率切換前后兩種費(fèi)率的費(fèi)率電能，與標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行比較，計(jì)算相對誤差。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明所提供的滿足IR46計(jì)量獨(dú)立性要求的電能表數(shù)據(jù)接口，基于該接口提出了一種采用分鐘增量電能為基礎(chǔ)進(jìn)行總電能、費(fèi)率電能、需量計(jì)算的方法，這種方法將法制計(jì)量組件與非法制計(jì)量組件完全隔離，保證了電能表計(jì)量的獨(dú)立性。本發(fā)明同時(shí)提出了該接口方式下計(jì)量獨(dú)立性的驗(yàn)證方法，可以有效驗(yàn)證裝置是否采用了分鐘增量電能的接口方法以及采用該接口后的精度是否滿足要求。上述接口及測試方法的實(shí)現(xiàn)，對于提高電能表軟件的健壯性、設(shè)計(jì)滿足IR46計(jì)量獨(dú)立性要求的電能表、以及對電能表計(jì)量獨(dú)立性進(jìn)行測試認(rèn)證，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書來實(shí)現(xiàn)和獲得。