采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀:專利背景,發明內容,專利目的,技術

《采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀》是江西省電力科學研究院於2010年2月10日申請的專利，該專利的公布號為CN101957439A，授權公布日為2011年1月26日，發明人是馬建。

《采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀》公開了一種采算分離式電能表校驗方法，包括以下兩個步驟：第一步：在設定時間段內，按選定的採樣方式同時採樣被校表計量迴路的各相電壓與各相電流，並將採樣的結果及時刻信息一併存儲；並記錄存儲該時間段內被校表輸出的各低頻脈衝的邊沿出現的時刻信息；第二步：根據第一步現場採集存儲的數據，計算被校表計量誤差和/或分析現場計量環境因素對被校表計量的影響。該發明方法使在校驗後的離線狀態下，仍可對校驗做進一步的技術分析；可根據被校表的計量原理或其他實際需要，自由選擇計算標準電能的公式；計算標準電能的公式算法可以不受複雜程度的限制。

2018年12月20日，《采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀》獲得第二十屆中國專利獎優秀獎。

（概述圖為《采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀》摘要附圖）

基本介紹

中文名：采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀
公告號：CN101957439A
授權日：2011年1月26日
申請號：2010101086478
申請日：2010年2月10日
申請人：江西省電力科學研究院
地址：江西省南昌市民強路88號
發明人：馬建
Int.Cl.：G01R35/04(2006.01)I
代理機構：江西省專利事務所
代理人：張靜
類別：發明專利

專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,

專利背景

截至2010年2月，電能表校驗，以3元件表為例，普遍採取的方法示意圖見附圖1。

1、被校電能表2從電能計量屏1接入電壓電流信號，形成計量迴路，校驗時，將標準電能表3接入該計量迴路，並使標準電能表3所接的各相（線）電壓電流信號與被校電能表2的一致。

2、標準電能表3與被校電能表2均以輸出脈衝代表各自計量的電量，每個脈衝代表多少電量由電能表常數決定。校驗時，標準電能表3從連線埠“Fh”輸出高頻脈衝，被校電能表2從連線埠“FL”輸出低頻脈衝，高、低頻脈衝分別送誤差運算器4的“高頻輸入”連線埠和“低頻輸入”連線埠。誤差運算器4以先後2個低頻脈衝的有效邊沿作為校驗的起始時刻與停止時刻，起始時刻與停止時刻之間的低頻脈衝數稱為檢驗圈數，顯然，設定校驗圈數等於確定校驗時間。

3、設定校驗圈數為n，在n個低頻脈衝對應的時間內，若誤差運算器4計得的高頻脈衝數為N，同時，假設標準電能表3的高頻脈衝常數為C₀，被校電能表2的低頻脈衝常數為C，則可得出被校電能表2的相對誤差E為：

以上所述有效邊沿單指脈衝的上升沿（也可單指脈衝的下降沿），為敘述方便，下文將把有效邊沿簡稱為邊沿。同時將標準電能表簡稱為標準表，被校電能表簡稱為被校表。另外，將校驗時由標準表（或其他方法）所計量的，相對被校表所計電能更準確的，可用作標準的電能值簡稱為標準電能。

通過以上對現行電能表校驗方法的描述，可見現行方法的特點是：被校表計量電能、標準表計量電能、2表輸出脈衝比較誤差，三者必須同步、線上、實時進行；標準表計量標準電能採用的計算公式是表內固定的；校驗只得出誤差結果，不記錄校驗過程的電壓電流信號和被校表輸出的低頻脈衝信號等校驗過程量；這些使得現行方法在校驗電能表，尤其是校驗現場運行電能表時存在以下缺陷：

1、由於校驗只得出結果，不記錄校驗過程量，在事後離線狀態下，無法對校驗做進一步的技術分析，尤其是分析現場計量環境因素，包括電壓電流信號的諧波、非周期、衝擊等對被校表計量的影響。

2、實際當中，被校表的計量原理是不盡相同的，以有功電能表為例，除了傳統的全功率計量原理的有功電能表外，近年來還推出不少基波電能表和諧波電能表，同時，一些採用新計量算法的電能表也在研究和推出中（湖南大學.一種衝擊性負荷電能計量方法[P].中華人民共和國：CN200710034363.7，2007）。無功電能表類型更多，而對於非正弦波下的無功功率定義，國際上至今也沒有統一。在以上所述情況下，現行方法中標準表採用固定公式計算標準電能，若標準表與被校表計量原理不同，將可能導致校驗結果異常。

3、由於標準表是實時運行的，其計算標準電能的算法不能複雜，否則無法滿足實時性的要求，由此限制了對一些性能優良但較為複雜的算法的使用。

發明內容

專利目的

《采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀》的目的是：提出一種采算分離式電能表校驗方法，使在校驗後的離線狀態下，仍可對校驗做進一步的技術分析；可根據被校表的計量原理或其他實際需要，自由選擇計算標準電能的公式；計算標準電能的公式算法可以不受複雜程度的限制。

《采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀》的另一個目的是：提出一種實施采算分離式電能表校驗方法所需的設備——電能表現場參數記錄儀。

技術方案

《采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀》所述的采算分離式電能表校驗方法，其特徵在於：包括2個主要步驟：

第一步，現場採集存儲：設定一個時間段，在該時間段內，按選定的採樣方式同時採樣被校表計量迴路的各相電壓與各相電流，並將每次採樣的結果連同該次採樣發生的時刻信息一併存儲；並記錄存儲該時間段內被校表輸出的各低頻脈衝的邊沿出現的時刻信息，或同時記錄每個工頻周波邊沿過“0”的時刻信息；

第二步，計算與分析：根據第一步現場採集存儲的數據，開展後續的各種計算與分析工作，包括計算被校表計量誤差和/或分析現場計量環境因素對被校表計量的影響。

《采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀》所述的被校表計量誤差的計算方法是：

1、選擇校驗時段：在第一步現場採集存儲的數據中選擇某低頻脈衝的邊沿時標作為校驗起始時刻，選擇其後另一低頻脈衝的邊沿時標作為校驗停止時刻，起始時刻與停止時刻之間的時間段即為該次校驗的校驗時段；

2、找出屬於校驗時段的電壓電流採樣數據和低頻脈衝數據：將所有電壓電流採樣數據和低頻脈衝數據所帶時標與校驗起始時刻和校驗停止時刻對照，凡時標大於或等於校驗起始時刻而小於或等於校驗停止時刻的數據，屬於校驗時段，否則不屬於；

3、計算校驗時段的標準電能：根據被校表的計量原理或其他實際需要，選擇合理的標準電能計算公式，以校驗時段內的電壓電流採樣數據為對象，計算得出校驗時段的標準電能；

4、計算校驗時段被校表計量的電能值：通過被校表常數，將校驗時段內的低頻脈衝數換算成相應的電能值；

5、得出被校表計量誤差：計算所說被校表計量的電能值與所說標準電能二者的相對誤差，該相對誤差即為被校表計量誤差。

《采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀》所述的分析現場計量環境因素對被校表計量影響的方法是：

採用分析工具軟體，對第一步現場採集存儲的數據進行技術分析，研判可能影響計量的各種計量環境因素，包括電壓電流信號中的諧波、工頻頻率波動、衝擊及其暫態過程等，對被校表計量影響的大小。

《采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀》所述採樣方式應包括2種，一種是以固定頻率進行採樣的方式；另一種則是鎖相工頻周波，始終以工頻頻率的若干倍頻率進行採樣的方式。

根據采算分離式電能表校驗方法設計的電能表現場參數記錄儀，包括電壓電流輸入部分、模數轉換部分、採樣方式選擇部分和數據接收管理部分；所述電壓電流輸入部分用於將輸入的三相電壓和三相電流信號變換成適合電子電路的6路模擬電壓信號；所述模數轉換部分用於對6路模擬電壓信號進行同時採樣，將其轉換成數位訊號；所述採樣方式選擇部分用於根據選擇輸出固定頻率信號或工頻頻率的若干倍頻率信號至模數轉換部分，作為其採樣啟動信號，採樣方式選擇部分的輸入為所述6路模擬電壓信號中的一路，該輸入信號經整形後提供所述工頻頻率信號；所述數據接收管理部分用於接收經模數轉換後的數位訊號、輸入的被校表低頻脈衝信號以及工頻周波信號並進行存儲，同時還用於對外數據通信和人機對話。

《采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀》所述電壓電流輸入部分包括連線電壓輸入的電壓取樣電路及隨後的U程控放大器、連線電流輸入的電流取樣電路及隨後的I程控放大器；所述模數轉換部分包括可同時採樣的6路A/D轉換器；所述採樣方式選擇部分包括方波整形電路、鎖相倍頻電路、晶振電路、分頻器以及數字開關；所述數據接收管理部分的核心是DSP，其他電路均與DSP相連，包括對DSP的輸入輸出信號進行邏輯電平轉換的電平轉換電路、用於DSP與6路A/D轉換器間數據交換的6個鎖存器以及地址解碼器和多輸入與非門、用於隔離並傳輸輸入的被校表低頻脈衝信號的光耦電路、用於存儲所接收數據的大容量FLASH、用於對外數據通信的高速通信口、用於人機對話的鍵盤和LCD顯示屏。

《采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀》所述採樣方式選擇部分中，數字開關的公共端接所述6路A/D轉換器的啟動引腳，晶振電路的輸出經分頻器後，輸出一固定頻率信號接數字開關的一個觸點，從所述6路模擬電壓信號中取出一路至方波整形電路，整形後的工頻信號再經鎖相倍頻電路將信號頻率鎖定為工頻頻率的若干倍後，接數字開關的另一個觸點。

《采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀》所述的各電壓取樣電路採用精密電阻分壓器，各電流取樣電路採用電子補償式精密電流互感器，所述精密電流互感器的2次輸出繞組上連線精密電阻做I/V變換，將輸出的電流信號轉換為電壓信號。

《采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀》所述的電壓電流輸入部分I包括3個電壓取樣電路第一電壓取樣電路、第二電壓取樣電路及第三電壓取樣電路、3個電流取樣電路第一電流取樣電路、第二電流取樣電路及第三電流取樣電路、3個U程控放大器第一U程控放大器、第二U程控放大器、第三U程控放大器、3個I程控放大器第一I程控放大器、第二I程控放大器、第三I程控放大器；模數轉換部分II包括6個A/D轉換器第一A/D轉換器、第二A/D轉換器、第三A/D轉換器、第四A/D轉換器、第五A/D轉換器、第六A/D轉換器；採樣方式選擇部分III包括方波整形電路、鎖相倍頻電路、分頻器、晶振電路及數字開關；數據接收管理部分IV包括DSP、電平轉換電路、6個鎖存器第一鎖存器、第二鎖存器、第三鎖存器、第四鎖存器、第五鎖存器、第六鎖存器、地址解碼器、多輸入與非門、光耦電路、大容量FLASH、高速通信口、LCD顯示屏及鍵盤。

《采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀》所述的電流取樣電路包括電流互感器、由運算放大器、電阻、電容構成的放大電路及精密電阻；電流互感器的二次補償繞組接所述放大電路輸入，電流互感器的二次輸出繞組接精密電阻，電流互感器的一次輸入繞組接相應電流輸入端。

改善效果

1、通過將校驗過程拆成2步執行，將必須線上實時進行的現場採集存儲任務放在第一步執行，將可能涉及複雜算法的計算與分析任務放在可離線非實時進行的第二步執行，使得新方法在計算標準電能時，不再因為複雜、運算量過大而放棄對一些性能優良算法的採用。

2、新方法不再使用標準表，原標準表的功能，電壓電流的採樣放進了新方法的第一步過程，標準電能的計算放進了新方法的第二步過程，由於採樣與計算在過程和載體上的分離，使得在計算標準電能時，能根據被校表計量原理或其他實際需要，靈活選擇、更換計算標準電能的公式。

3、由於新方法的第一步存儲了電能表的現場參數，使得後續可以據此開展進一步的技術分析，尤其是分析現場計量環境因素，包括電壓電流信號的諧波、非周期、衝擊等對被校表計量的影響，使得校驗的內容、結果較現行方法有較大拓展。

附圖說明

圖1為2010年2月前電能表校驗方法示意圖；

圖2為采算分離式電能表校驗方法示意圖；

圖3為由單相電能表的現場採集參數形成的波形圖；

圖4為電能表現場參數記錄儀硬體功能框圖；

圖5為電能表現場參數記錄儀硬體電路示意圖。

圖6為電能表現場參數記錄儀電流取樣電路原理圖。

圖7為電能表現場參數記錄儀存儲、通信電路連線圖。

技術領域

《采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀》屬於“電能計量”技術領域，特別涉及電能表校驗方法及其設備。

權利要求

1.一種采算分離式電能表校驗方法，其特徵在於：包括2個主要步驟：第一步，現場採集存儲：設定一個時間段，在該時間段內，按選定的採樣方式同時採樣被校表計量迴路的各相電壓與各相電流，並將每次採樣的結果連同該次採樣發生的時刻信息一併存儲；並記錄存儲該時間段內被校表輸出的各低頻脈衝的邊沿出現的時刻信息，或同時記錄每個工頻周波邊沿過“0”的時刻信息；第二步，計算與分析：根據第一步現場採集存儲的數據，開展後續的各種計算與分析工作，包括計算被校表計量誤差和/或分析現場計量環境因素對被校表計量的影響。

2.根據權利要求1所述的采算分離式電能表校驗方法，其特徵在於：所述被校表計量誤差的計算方法是：

2.1、選擇校驗時段：在第一步現場採集存儲的數據中選擇某低頻脈衝的邊沿時標作為校驗起始時刻，選擇其後另一低頻脈衝的邊沿時標作為校驗停止時刻，起始時刻與停止時刻之間的時間段即為該次校驗的校驗時段；

2.2、找出屬於校驗時段的電壓電流採樣數據和低頻脈衝數據：將所有電壓電流採樣數據和低頻脈衝數據所帶時標與校驗起始時刻和校驗停止時刻對照，凡時標大於或等於校驗起始時刻而小於或等於校驗停止時刻的數據，屬於校驗時段，否則不屬於；

2.3、計算校驗時段的標準電能：根據被校表的計量原理或其他實際需要，選擇合理的標準電能計算公式，以校驗時段內的電壓電流採樣數據為對象，計算得出校驗時段的標準電能；

2.4、計算校驗時段被校表計量的電能值：通過被校表常數，將校驗時段內的低頻脈衝數換算成相應的電能值；

2.5、得出被校表計量誤差：計算所說被校表計量的電能值與所說標準電能二者的相對誤差，該相對誤差即為被校表計量誤差。

3.根據權利要求1或2所述的采算分離式電能表校驗方法，其特徵在於：分析現場計量環境因素對被校表計量影響的方法是：

4.根據權利要求1或2所述的采算分離式電能表校驗方法，其特徵在於：所述採樣方式應包括2種，一種是以固定頻率進行採樣的方式；另一種則是鎖相工頻周波，始終以工頻頻率的若干倍頻率進行採樣的方式。

5.一種根據采算分離式電能表校驗方法設計的電能表現場參數記錄儀，其特徵在於：包括電壓電流輸入部分、模數轉換部分、採樣方式選擇部分和數據接收管理部分；所述電壓電流輸入部分用於將輸入的三相電壓和三相電流信號變換成適合電子電路的6路模擬電壓信號；所述模數轉換部分用於對6路模擬電壓信號進行同時採樣，將其轉換成數位訊號；所述採樣方式選擇部分用於根據選擇輸出固定頻率信號或工頻頻率的若干倍頻率信號至模數轉換部分，作為其採樣啟動信號，採樣方式選擇部分的輸入為所述6路模擬電壓信號中的一路，該輸入信號經整形後提供所述工頻頻率信號；所述數據接收管理部分用於接收經模數轉換後的數位訊號、輸入的被校表低頻脈衝信號以及工頻周波信號並進行存儲，同時還用於對外數據通信和人機對話。

6.根據權利要求5所述的電能表現場參數記錄儀，其特徵在於：所述電壓電流輸入部分包括連線電壓輸入的電壓取樣電路及隨後的U程控放大器、連線電流輸入的電流取樣電路及隨後的I程控放大器；所述模數轉換部分包括可同時採樣的6路A/D轉換器；所述採樣方式選擇部分包括方波整形電路、鎖相倍頻電路、晶振電路、分頻器以及數字開關；所述數據接收管理部分的核心是DSP，其他電路均與DSP相連，包括對DSP的輸入輸出信號進行邏輯電平轉換的電平轉換電路、用於DSP與6路A/D轉換器間數據交換的6個鎖存器以及地址解碼器和多輸入與非門、用於隔離並傳輸輸入的被校表低頻脈衝信號的光耦電路、用於存儲所接收數據的大容量FLASH、用於對外數據通信的高速通信口、用於人機對話的鍵盤和LCD顯示屏。

7.根據權利要求6所述的電能表現場參數記錄儀，其特徵在於：所述採樣方式選擇部分中，數字開關的公共端接所述6路A/D轉換器的啟動引腳，晶振電路的輸出經分頻器後，輸出一固定頻率信號接數字開關的一個觸點，從所述6路模擬電壓信號中取出一路至方波整形電路，整形後的工頻信號再經鎖相倍頻電路將信號頻率鎖定為工頻頻率的若干倍後，接數字開關的另一個觸點。

8.根據權利要求5或6所述的電能表現場參數記錄儀，其特徵在於：各電壓取樣電路採用精密電阻分壓器，各電流取樣電路採用電子補償式精密電流互感器，所述精密電流互感器的2次輸出繞組上連線精密電阻做I/V變換，將輸出的電流信號轉換為電壓信號。

9.根據權利要求6所述的電能表現場參數記錄儀，其特徵在於：電壓電流輸入部分（I）包括3個電壓取樣電路第一電壓取樣電路（10.1）、第二電壓取樣電路（10.2）及第三電壓取樣電路（10.3）、3個電流取樣電路第一電流取樣電路（11.1）、第二電流取樣電路（11.2）及第三電流取樣電路（11.3）、3個U程控放大器第一U程控放大器（12.1）、第二U程控放大器（12.2）、第三U程控放大器（12.3）、3個I程控放大器第一I程控放大器（13.1）、第二I程控放大器（13.2）、第三I程控放大器（13.3）；模數轉換部分（II）包括6個A/D轉換器第一A/D轉換器（14.1）、第二A/D轉換器（14.2）、第三A/D轉換器（14.3）、第四A/D轉換器（14.4）、第五A/D轉換器（14.5）、第六A/D轉換器（14.6）；採樣方式選擇部分（III）包括方波整形電路（15）、鎖相倍頻電路（16）、分頻器（17）、晶振電路（18）及數字開關（20）；數據接收管理部分IV包括DSP（22）、電平轉換電路（29）、6個鎖存器第一鎖存器（19.1）、第二鎖存器（19.2）、第三鎖存器（19.3）、第四鎖存器（19.4）、第五鎖存器（19.5）、第六鎖存器（19.6）、地址解碼器（21）、多輸入與非門（28）、光耦電路（23）、大容量FLASH（26）、高速通信口（27）、LCD顯示屏（24）及鍵盤（25）；

第一電壓取樣電路（10.1）、第二電壓取樣電路（10.2）及第三電壓取樣電路（10.3）分別接三相電壓輸入端（Ua、Ub、Uc），並對相應的三相電壓信號進行取樣，第一電壓取樣電路（10.1）、第二電壓取樣電路（10.2）及第三電壓取樣電路（10.3）輸出端分別接第一U程控放大器（12.1）、第二U程控放大器（12.2）及第三U程控放大器（12.3）輸入端，進行程控放大，第一U程控放大器（12.1）、第二U程控放大器（12.2）及第三U程控放大器（12.3）的控制輸入端分別接DSP（22）的相應U量程控制輸出端，第一U程控放大器（12.1）、第二U程控放大器（12.2）及第三U程控放大器（12.3）的輸出端分別接第一A/D轉換器（14.1）、第二A/D轉換器（14.2）、第三A/D轉換器（14.3）的信號輸入端（Vin），其中僅第一電壓取樣電路10.1輸出端接方波整形電路15的輸入端，第一A/D轉換器（14.1）、第二A/D轉換器（14.2）、第三A/D轉換器（14.3）的輸出（Dout）及

分別接第一鎖存器（19.1）、第二鎖存器（19.2）、第三鎖存器（19.3）的輸入端；

第一電流取樣電路（11.1）、第二電流取樣電路（11.2）及第三電流取樣電路（11.3）分別接三相電流輸入端（Ia+）及（Ia-）、（Ib+）及（Ib-）、（Ic+）及（Ic-），並對相應的三相電流信號進行取樣，第一電流取樣電路（11.1）、第二電流取樣電路（11.2）及第三電流取樣電路（11.3）輸出端分別接第一I程控放大器（13.1）、第二I程控放大器（13.2）及第三I程控放大器（13.3）輸入端，進行程控放大，第一I程控放大器（13.1）、第二I程控放大器（13.2）及第三I程控放大器（13.3）的控制輸入端分別接DSP（22）的相應I量程控制輸出端，第一I程控放大器（13.1）、第二I程控放大器（13.2）及第三I程控放大器（13.3）的輸出端分別接第四A/D轉換器（14.4）、第五A/D轉換器（14.5）、第六A/D轉換器（14.6）的信號輸入端（Vin），第四A/D轉換器（14.4）、第五A/D轉換器（14.5）、第六A/D轉換器（14.6）的輸出（Dout）及

分別接第四鎖存器（19.4）、第五鎖存器（19.5）、第六鎖存器（19.6）的輸入端；

模數轉換部分II中的各A/D轉換器晶片的

引腳相連後接至數字開關20的公共端，各A/D轉換器的

引腳連線相應鎖存器的時鐘端，6個A/D轉換器的

引腳同時還接多輸入與非門（28）的輸入，多輸入與非門（28）的輸出接DSP（22）的中斷口“XINT1”，用於觸發DSP（22）取數中斷，6個鎖存器的輸出接DSP（22）的數據匯流排“XD”，DSP（22）的地址匯流排“XA”與片選信號

接地址解碼器（21）的輸入，地址解碼器（21）的6根輸出線則分別接6個鎖存器（19.1、19.2、19.3、19.4、19.5、19.6）的輸出允許引腳，方波整形電路（15）輸出端連線鎖相倍頻電路（16）輸入端及DSP（22）的捕獲單元引腳CAP1，方波整形電路（15）輸出的方波為工頻周波，該信號送DSP（22）的一個捕獲單元引腳（CAP1），“被校表低頻脈衝輸入”經光耦電路（23）送DSP（22）的另一個捕獲單元引腳（CAP2），（DSP22）通過（GPIO）口與大容量FLASH（26）和高速通信口（27）相連線，LCD顯示屏（24）和鍵盤（25）掛接在DSP（22）未用的（GPIO）口上。

10.根據權利要求8所述的電能表現場參數記錄儀，其特徵在於：電流取樣電路包括電流互感器（B1）、由運算放大器（A1）、電阻（R1-R3）、電容（C1、C2）構成的放大電路及精密電阻（R4）；電流互感器（B1）的二次補償繞組W2接所述放大電路輸入，電流互感器（B1）的二次輸出繞組（W3）接精密電阻（R4），電流互感器（B1）的一次輸入繞組（W1）接相應電流輸入端。

實施方式

《采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀》中采算分離式電能表校驗方法的實現分2個主要步驟，第一步，現場採集存儲；第二步，計算與分析。

現場採集存儲：設定一個時間段，在該時間段內，按選定的採樣方式同時採樣被校表計量迴路的各相（線）電壓與各相（線）電流，並將每次採樣的結果連同該次採樣發生的時刻信息一併存儲。同時，記錄存儲該時間段內被校表輸出的各低頻脈衝的邊沿出現的時刻信息，以及每個工頻周波邊沿過“0”的時刻信息。所述時刻信息下文中簡稱為時標。

以上所述採樣方式應包括2種供採樣前選擇，一種是以固定頻率進行採樣的方式，稱為定頻採樣方式；另一種則是鎖相工頻周波，始終以工頻頻率的若干倍頻率進行採樣的方式，稱為倍頻採樣方式。

第二步，計算與分析：根據第一步現場採集存儲的數據，開展後續的各種計算與分析工作，包括計算被校表計量誤差，分析現場計量環境因素對被校表計量的影響。

以3元件表為例，采算分離式電能表校驗方法示意圖見附圖2，圖中，虛線以左為第一步工作示意圖，虛線以右為第二步工作示意圖。校驗實施過程說明如下：

第一步，現場採集存儲：

1、將電能表現場參數記錄儀7接入被校電能表6與電能計量屏5之間的計量迴路，並使電能表現場參數記錄儀7所接的各相（線）電壓電流信號與被校電能表6的一致。同時，將被校電能表6的低頻脈衝輸出連線埠“FL”與電能表現場參數記錄儀7的“被校表低頻脈衝輸入”連線埠相連；

附圖2中被校電能表6為3元件表，如果是2元件表，則電能表現場參數記錄儀7隻接入2路電壓電流信號，如果是單相表，則電能表現場參數記錄儀7隻接入1路電壓電流信號。

2、在電能表現場參數記錄儀7上設定採集存儲的時間長度，選擇採樣方式（定頻採樣方式或是倍頻採樣方式），然後啟動電能表現場參數記錄儀7工作，達到設定的時間長度後，工作完成。

第二步，計算與分析：

1、以一台電腦PC機8作為計算與分析的硬體平台，首先通過PC機8的“通信口”，從電能表現場參數記錄儀7的“高速通信口”導出現場採集存儲的數據；

2、根據不同的實際需要，從軟體包9中選擇相應的計算或分析軟體工具進行計算與分析工作。軟體包9應包含2010年2月前較通用的一些基本計算分析工具軟體，如快速傅立葉變換（FFT）分析軟體、全功率電能計算與校驗軟體、基波電能計算與校驗軟體、Budeanu無功電能計算與校驗軟體、S.Fryze無功電能計算與校驗軟體等。軟體包9應可以升級擴充新的計算分析工具軟體。軟體包9應提供編程接口，供用戶根據實際需要自己編制計算分析軟體。

以下給出按全功率電能計算方法，以一單相有功被校表的現場採集存儲數據為對象，計算其計量誤差的方法示例：

1、在PC機8上，以時間t為橫坐標，分別以電壓採樣值Um、電流採樣值Im以及被校表低頻脈衝的邏輯值FL為縱坐標，繪出如附圖3的波形圖。圖中t1為某一低頻脈衝的邊沿時標，t2為其後第n個低頻脈衝的邊沿時標，現選擇t1為校驗起始時刻，t2為校驗停止時刻，t1～t2時段則為校驗時段，

2、在現場採集存儲的所有數據中，找出屬於校驗時段的電壓電流採樣數據和低頻脈衝數據。方法是，將所述數據所帶時標與校驗起始時刻和校驗停止時刻對照，凡時標大於或等於校驗起始時刻而小於或等於校驗停止時刻的數據，則屬於校驗時段，否則不屬於。

3、假定屬於校驗時段的電壓電流採樣數據的數量都為k（同步採樣，因此採樣點數相同），校驗時段內第一個電壓採樣數據記為u1，最後一個為uk，第一個電流採樣數據記為i1，最後一個為ik，則該時段標準有功電能的值W₀為：

式中，A_u為電壓採樣值（經A/D轉換的數位化數據）與實際值間的轉換係數，其大小由電壓通道的硬體參數決定，單位V。A_i為電流採樣值（經A/D轉換的數位化數據）與實際值間的轉換係數，其大小由電流通道的硬體參數決定，單位A。t₁、t₂單位s。

4、校驗時段被校表輸出了n個低頻脈衝，若被校表常數為C，則n個低頻脈衝折算的電能值W為：

5、被校表計量誤差E為：

《采算分離式電能表校驗方法與電能表現場參數記錄儀》提出的實施例中，設計的電能表現場參數記錄儀硬體功能框圖見附圖4。該設備有3個電壓輸入端Ua、Ub、Uc和3個電流輸入端Ia、Ib、Ic，可接入3相電壓和3相電流。若被校表為2元件表，則電壓接入Ua、Uc輸入端，電流接入Ia、Ic輸入端。若被校表為單相表，則電壓接入Ua輸入端，電流接入Ia輸入端。

電能表現場參數記錄儀硬體電路可劃分成4個功能塊，包括電壓電流輸入部分I、模數轉換部分II、採樣方式選擇部分III和數據接收管理部分IV。設備的硬體電路示意圖見附圖5，

其中，電壓電流輸入部分I包括3個電壓取樣電路第一電壓取樣電路10.1、第二電壓取樣電路10.2及第三電壓取樣電路10.3、3個電流取樣電路第一電流取樣電路11.1、第二電流取樣電路11.2及第三電流取樣電路11.3、3個U程控放大器第一U程控放大器12.1、第二U程控放大器12.2、第三U程控放大器12.3、3個I程控放大器第一I程控放大器13.1、第二I程控放大器13.2、第三I程控放大器13.3；模數轉換部分II包括6個A/D轉換器第一A/D轉換器14.1、第二A/D轉換器14.2、第三A/D轉換器14.3、第四A/D轉換器14.4、第五A/D轉換器14.5、第六A/D轉換器14.6；採樣方式選擇部分III包括方波整形電路15、鎖相倍頻電路16、分頻器17、晶振電路18及數字開關20；數據接收管理部分IV包括DSP22、電平轉換電路29、6個鎖存器第一鎖存器19.1、第二鎖存器19.2、第三鎖存器19.3、第四鎖存器19.4、第五鎖存器19.5、第六鎖存器19.6、地址解碼器21，多輸入與非門28，光耦電路23，大容量FLASH26，高速通信口27，LCD顯示屏24及鍵盤25。

第一電壓取樣電路10.1、第二電壓取樣電路10.2及第三電壓取樣電路10.3分別接三相電壓輸入端Ua、Ub、Uc，並對相應的三相電壓信號進行取樣。第一電壓取樣電路10.1、第二電壓取樣電路10.2及第三電壓取樣電路10.3輸出端分別接第一U程控放大器12.1、第二U程控放大器12.2及第三U程控放大器12.3輸入端，進行程控放大。第一U程控放大器12.1、第二U程控放大器12.2及第三U程控放大器12.3的控制輸入端分別接DSP22的相應U量程控制輸出端，第一U程控放大器12.1、第二U程控放大器12.2及第三U程控放大器12.3的輸出端分別接第一A/D轉換器14.1、第二A/D轉換器14.2、第三A/D轉換器14.3的信號輸入端Vin，其中僅第一電壓取樣電路10.1輸出端接方波整形電路15的輸入端。第一A/D轉換器14.1、第二A/D轉換器14.2、第三A/D轉換器14.3的輸出Dout及

分別接第一鎖存器19.1、第二鎖存器19.2、第三鎖存器19.3的輸入端。

第一電流取樣電路11.1、第二電流取樣電路11.2及第三電流取樣電路11.3分別接三相電流輸入端Ia+及Ia-、Ib+及Ib-、Ic+及Ic-，並對相應的三相電流信號進行取樣。第一電流取樣電路11.1、第二電流取樣電路11.2及第三電流取樣電路11.3輸出端分別接第一I程控放大器13.1、第二I程控放大器13.2及第三I程控放大器13.3輸入端，進行程控放大。第一I程控放大器13.1、第二I程控放大器13.2及第三I程控放大器的控制輸入端分別接DSP22的相應I量程控制輸出端，第一I程控放大器13.1、第二I程控放大器13.2及第三I程控放大器的輸出端分別接第四A/D轉換器14.4、第五A/D轉換器14.5、第六A/D轉換器14.6的信號輸入端Vin。第四A/D轉換器14.4、第五A/D轉換器14.5、第六A/D轉換器14.6的輸出Dout及

分別接第四鎖存器19.4、第五鎖存器19.5、第六鎖存器19.6的輸入端。

---模數轉換部分II中的各A/D轉換器晶片的

引腳相連後接至數字開關20的公共端，各A/D轉換器的

引腳連線相應鎖存器的時鐘端，6個A/D轉換器的

模數轉換部分II中的各A/D轉換器採用16位的A/D晶片AD976，6片A/D晶片

的引腳相連後接至數字開關20的公共端，各A/D轉換器

的引腳連線相應鎖存器的時鐘端，由

信號的上升沿將數據打入相應鎖存器。6個A/D轉換器的

引腳同時還接多輸入與非門28的輸入，多輸入與非門28的輸出接DSP22的中斷口“XINT1”，用於觸發DSP22取數中斷。6個鎖存器的輸出接DSP22的數據匯流排“XD”，DSP22的地址匯流排“XA”與片選信號接地址解碼器21的輸入，地址解碼器21的6根輸出線則分別接6個鎖存器19.1、19.2、19.3、19.4、19.5、19.6的輸出允許引腳，這樣，DSP22就能以不同的地址選通接收相應鎖存器的輸出數據。DSP晶片可以選用TMS320F2812，工作主頻150兆赫茲。

6個鎖存器、地址解碼器21、多輸入與非門28的功能可由一片CPLD器件EPM3256A編程實現，由於EPM3256A的3.3VI/O口可承受5V電壓，因此實現電平轉換電路29的功能。

方波整形電路15輸出端連線鎖相倍頻電路16輸入端及DSP22的捕獲單元引腳CAP1。方波整形電路15輸出的方波為工頻周波，該信號送DSP22的一個捕獲單元（如CAP1），由CAP1自動捕獲每個方波的邊沿時刻。“被校表低頻脈衝輸入”經光耦電路23送DSP22的另一個捕獲單元引腳（如CAP2），由CAP2自動捕獲每個低頻脈衝的邊沿時刻。光耦電路23中的光耦器件可以採用6N137。

大容量FLASH26選用NANDFLASH晶片K9K8G08，高速通信口27採用USB2.0模組USB20D，TMS320F2812通過GPIO口與K9K8G和USB20D相連線。具體連線方式見附圖7，TMS320F2812的GPIOB0～B7作為數據線與K9K8G08的IO0～IO7和USB20D的D0～D7相連，TMS320F2812其他的GPIO口分別用作各種讀寫控制線和狀態接收線連線K9K8G08和USB20D的相應引腳。

LCD顯示屏24和鍵盤25掛接在TMS320F2812未用的GPIO口上。高速通訊口27可以通過外擴100M網口模組或USB2.0模組實現，模組的數據線和控制線同樣掛接在DSP22的GPIO口上。

電壓取樣電路可以採用精密電阻分壓器。

各電流取樣電路的電路原理圖見附圖6。電流取樣電路包括電流互感器B1、由運算放大器A1、阻R1-R3、電容C1、C2構成的放大電路及精密電阻R4；電流互感器B1的二次補償繞組W2接所述放大電路輸入，電流互感器B1的二次輸出繞組W3串接精密電阻R4後至地，進行I/V變換，將w3輸出的電流信號轉換成電壓信號後輸出。電流互感器B1的一次輸入繞組W1接相應電流輸入端。電阻R2與電容C2的串聯支路跨接於運算放大器A1的輸入負端腳2及地間，電阻R3跨接於運算放大器A1的輸入正端腳3及輸出端間，電阻R1與電流互感器B1的一次輸入繞組W1串聯支路並接電容C1後跨接於運算放大器A1的輸入正端腳3及地間。

電能表現場參數記錄儀硬體電路的工作原理是：

外部輸入電壓首先經電壓取樣電路10取樣，轉換成小電壓，再送U程控放大器12放大，然後送A/D轉換器14。DSP22輸出的“U量程控制”信號接U程控放大器12，用以控制其放大倍數，實現整機的電壓量程切換。

外部輸入電流首先經電流取樣電路11取樣並進行I/V變換，轉換成小電壓，再送I程控放大器13放大，然後送A/D轉換器14。DSP22輸出“I量程控制”信號接I程控放大器13，用以控制其放大倍數，實現整機的電流量程切換。

晶振電路18輸出的脈衝經分頻器17分頻，輸出“定頻”信號接至數字開關20的一個觸點，U程控放大器12.1輸出的模擬信號經方波整形電路15整為工頻方波信號，再經鎖相倍頻電路16倍頻後輸出“倍頻”信號接數字開關20的另一個觸點，DSP22輸出“A/D採樣方式選擇”信號接數字開關20的控制端，用以選擇將“定頻”信號還是“倍頻”信號連至A/D轉換器14的採樣啟動引腳，以分別實現定頻採樣方式或倍頻採樣方式。

A/D轉換器14將輸入的模擬信號轉換成數位訊號後，送鎖存器19暫存。同時將轉換完成信號經多輸入與非門28送DSP22中斷口，通知DSP22取轉換結果。DSP22通過地址解碼器21定址鎖存器19，讀取鎖存器19暫存的數位訊號。

方波整形電路15輸出的工頻方波信號送DSP22的一個捕獲單元引腳，DSP22通過捕獲每個方波的邊沿時刻獲得工頻周波數據。

“被校表低頻脈衝輸入”信號經光耦電路23隔離後，送DSP22的另一個捕獲單元引腳，DSP22通過捕獲每個脈衝的邊沿時刻獲得被校表低頻脈衝數據。

DSP22將接收的數據送大容量FLASH26存儲，通過高速通信口27進行對外數據通信，通過鍵盤25和LCD顯示屏24進行人機對話。

榮譽表彰