一种基于数字化服务的电能计量系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于数字化服务的电能计量系统，涉及电能计量技术领域，包括：电能计量仪、控制中心以及云服务器；电能计量仪包括计量模块、处理模块、通讯模块以及用于给电能计量仪内部元件供电的电源模块；计量模块基于电压取样电路以及电流取样电路对电网中的电压、电流进行采样，并通过改进电能计量算法对采样的电压和电流进行计算，得到电能参数；处理模块用于获取计量模块计算得到的电能参数，通过通讯模块将电能参数发送至控制中心以及云服务器；云服务器储存电能参数，供用户查看。本发明专利技术通过改进算法对电能的参数进行计算，使得电能计量精度高，有效降低电能计量误差，将电能参数存储在云服务器，供用户查看，从而便于用户查看。户查看。户查看。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字化服务的电能计量系统


[0001]本专利技术涉及电能计量
，具体涉及一种基于数字化服务的电能计量系统。

技术介绍

[0002]电能计量仪采用现代数字信号处理芯片和高精度的电能计量芯片，能够精确稳定地测量三相电网中：三相有功电能、三相无功电能、三相有功功率、三相无功功率，具有极高的性价比，可以直接取代常规测量指示仪表、电能计量仪以及相关的辅助单元，作为一种先进的智能化、数字化的电网前端采集单元，已广泛应用于各种控制系统、SCADA系统和能源管理系统中、变电自动化、小区电力监控、工业自动化、智能楼宇、智能型配电盘、开关柜中，具有安装方便、接线简洁、维护方便、工程量小、现场可编程设置输入参数。
[0003]现有技术存在以下不足：
[0004]1)现有电能计量仪在对电路中的电流电压采样后，仅通过简单换算得到电能参数，这会导致电能计量存在较大偏差，降低电能计量仪的计量精度；
[0005]2)电能计量仪在计量电能参数后，仅是将电能参数上传至控制中心记录，从而不便于用户查询电能参数，不便于使用；
[0006]3)电能参数采集后，由于外界因素影响，会导致电能参数中带有噪声以及冗余数据，噪声会影响电能参数的计量精度，而冗余数据会增加电能参数的数据量，从而增加电能参数的存储负担。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种基于数字化服务的电能计量系统，系统减少电能参数中的冗余数据，从而提高电能计量精度，以及减小电能数据的存储负担。
[0008]系统包括：电能计量仪、控制中心以及云服务器；
[0009]电能计量仪包括计量模块、处理模块、通讯模块以及用于给电能计量仪内部元件供电的电源模块；
[0010]计量模块基于电压取样电路以及电流取样电路对电网中的电压、电流进行采样，并通过改进电能计量算法对采样的电压和电流进行计算，得到电能参数；
[0011]处理模块用于获取计量模块计算得到的电能参数，通过通讯模块将电能参数发送至控制中心以及云服务器；
[0012]云服务器储存电能参数，供用户查看。
[0013]优选地，计量模块还采集电网中的有功功率、无功功率以及频率，通过改进交流采样算法结合ADC将电压的模拟信号和电流的模拟信号转换为数字信号，通过积分近似计算得到电能参数的数值。
[0014]优选地，计量模块对采集的电压和电流，计算电压有效值和电流有效值；
[0015]计算方式包括：
[0016](1)选择一个整周期作为电压采样时间；
[0017](2)在整周期内，对电压采样A次，并将A次采集的电压值计为B；
[0018](3)A次采集的电压值B求和得到电压总值B
A
，通过下式计算
[0019]得到电压有效值；
[0020]电流有效值的计算步骤为：
[0021](1)选择一个整周期作为电流采样时间；
[0022](2)在整周期内，对电流采样C次，并将C次采集的电流值计为D；
[0023](3)C次采集的电流值D求和得到电流总值D
C
，通过下式计算
[0024]得到电流有效值。
[0025]优选地，有功功率的计算公式为：
[0026][0027]式中，u(n)为第n个采样点的电压值，i(n)为第n个采样点的电流值，功率因数为N为总采样次数，采样时间为整数个周期；
[0028]频率的计算公式为：
[0029][0030]式中，N为总采样点个数，f
s
为采样频率，n为过零点个数，当电压前一个采样点的符号和后一个采样点的符号相反时，判断为过零点。
[0031]优选地，改进电能计量算法包括以下步骤：
[0032](1)通过点积计算有功电能和无功电能；
[0033](2)对n次谐波的电能信号，n次谐波每周期采样3点以上；
[0034](3)通过积分算法，求积区间等分，在等距节点上进行插值；
[0035](4)随采用频域分析法进行谐波检测，确定谐波信息；
[0036](5)通过窗函数使信号的能量集中在主瓣上。
[0037]优选地，处理模块对计量模块输入的电能参数进行数据清洗，采用均值填充法进行处理，均值填充法计算公式为：
[0038][0039]式中，x
(n+1)/2
中n为奇数，x
n/2
+x
(n/2+1)
/2中，n为偶数。
[0040]优选地，处理模块采用STM32F103C8T6主控芯片，主程序烧录在内置FLASH中。
[0041]优选地，计量模块采用ADE7953电能计量芯片，ADE7953芯片带电能参数计算内核，内部有三个ADC，通过采样调理电路对电路的电压和电流进行采样；
[0042]ADE7953芯片通过SPI总线与处理模块通信连接。
[0043]优选地，通讯模块采用Air202GPRS模块，计量模块与Air202模块通过UART通信连接，Air202模块配置有MQTT协议，将电能参数传输到云服务器。
[0044]优选地，电源模块用于将220V的交流电转换为5V直流电，通过开关电源和低压差线性稳压器将5V直流电压转换成处理模块、ADE7953芯片和Air202模块所需的供电电压。
[0045]从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：
[0046]本专利技术基于电压取样电路以及电流取样电路对电路中的电压、电流采样，然后通过改进算法对电能的参数进行计算，使得电能计量精度高，有效降低电能计量误差，并且在电能计算后，通过通讯模块将电能参数上传至控制中心后，电能参数存储在云服务器，供用户查看，从而便于用户查看。
[0047]本专利技术通过高阶积分算法，提升积分代数精度，在采样频率固定的情况下，提高电能计算精确度，在快速傅里叶变换的基础上通过FFT插值算法，也能提升谐波分析下电能计量的精确度，进一步的提高了电能计量仪的计量精度。
[0048]本专利技术通过对电能参数进行检测，从而判断数据是否有不准确、不合理和不完整的地方，其包括对数据的重复次数、空值、长度、数值、字段范围、字符、时间日期、逻辑公式以及关联关系进行检测；并根据不同的错误类型，用不同的方法对数据的错误进行纠正后，有效减少电能参数中的噪声影响，并减少电能参数中的冗余数据，从而提高电能计量精度，以及减小电能数据的存储负担。
附图说明
[0049]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0050]图1为基于数字化服务的电能计量系统示意图；
[0051]图2为电能计量仪示意图。
具体实施方式
[0052]图1和图2为本专利技术基于数字化服务的电能计量系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字化服务的电能计量系统，其特征在于：包括：电能计量仪、控制中心以及云服务器；电能计量仪包括：计量模块、处理模块、通讯模块以及用于给电能计量仪内部元件供电的电源模块；计量模块基于电压取样电路以及电流取样电路对电网中的电压、电流进行采样，并通过改进电能计量算法对采样的电压和电流进行计算，得到电能参数；处理模块用于获取计量模块计算得到的电能参数，通过通讯模块将电能参数发送至控制中心以及云服务器；云服务器储存电能参数，供用户查看。2.根据权利要求1所述基于数字化服务的电能计量系统，其特征在于：计量模块还采集电网中的有功功率、无功功率以及频率，通过改进交流采样算法结合ADC将电压的模拟信号和电流的模拟信号转换为数字信号，通过积分近似计算得到电能参数的数值。3.根据权利要求2所述基于数字化服务的电能计量系统，其特征在于：计量模块对采集的电压和电流，计算电压有效值和电流有效值；计算方式包括：(1)选择一个整周期作为电压采样时间；(2)在整周期内，对电压采样A次，并将A次采集的电压值计为B；(3)A次采集的电压值B求和得到电压总值B
A
，通过下式计算得到电压有效值；电流有效值的计算步骤为：(1)选择一个整周期作为电流采样时间；(2)在整周期内，对电流采样C次，并将C次采集的电流值计为D；(3)C次采集的电流值D求和得到电流总值D
C
，通过下式计算得到电流有效值。4.根据权利要求2所述的基于数字化服务的电能计量系统，其特征在于：有功功率的计算公式为：式中，u(n)为第n个采样点的电压值，i(n)为第n个采样点的电流值，功率因数为N为总采样次数，采样时间为整数个周期；频率的计算公式为：式中，N为总采样点个数，f
s
为采样频率，n为过零点个数，当电压前一个采样点的符号和后一...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜康，汪友杰，高建峰，张蒙，任显坤，楚金铭，侯立雪，徐雷，杨飞，闫婷婷，王英文，
申请(专利权)人：山东鲁软数字科技有限公司，
类型：发明
国别省市：