一种适配频繁Imax升降流工况的电能表自热补偿方法及系统与流程

本发明涉及电能表计量，具体涉及一种适配频繁imax升降流工况的电能表自热补偿方法及系统，适用于电能表运行过程中反复施加imax电流、短时降电流、再次施加imax电流的动态运行场景。

背景技术：

1、电能表作为电能计量的核心设备，其计量精度直接关系到供电方与用电方的经济利益。目前，电能表多采用锰铜分流器进行电流采样，在实际运行中，常出现反复施加最大电流imax、短时降流（几秒级）、再次施加imax电流的动态工况，例如工业负载频繁启停、大功率设备间歇运行等场景，均会导致电能表处于该类动态运行状态。在该动态工况下，电能表内部的锰铜分流器、计量芯片、采样电阻等元器件会因imax电流产生i2r发热，导致表内温度升高；而短时降流过程中，表内温度因热惯性不会快速回落，仅会缓慢衰减；当再次施加imax电流时，表内温度会在原有余热基础上继续爬升，形成“升—缓降—再升”的动态温升过程。

2、现有电能表自热补偿技术多针对单一升温或单一降温工况设计，采用分段式补偿逻辑，这种分段处理方式导致补偿逻辑存在重置现象，温度和补偿系数无法连续递推，使得再次施加imax电流时补偿需从头起步，无法匹配余热叠加的实际温升状态。由于未考虑升降流过程中热惯性的累积效应，短时降流时补偿系数易出现陡降或清零，与表内温度缓慢回落的实际物理过程不匹配，产生过补偿或欠补偿现象，导致补偿精度无法满足动态工况下的计量要求，尤其在0.2s级、0.5s级高精度电能表中，该类误差更为明显。

3、因此，针对电能表反复imax升降流、短时降流的动态运行工况，亟需一种能够实现温度和补偿系数连续递推、适配余热叠加效应、避免补偿跳变的自热补偿方法及系统，以提升该类工况下电能表的计量精度。

技术实现思路

1、本发明针对现有电能表自热补偿技术在反复施加imax电流、短时降流、再次施加imax电流的动态运行工况下存在补偿逻辑重置、温度和补偿系数无法连续递推、短时降流时补偿系数陡降或清零、未考虑余热叠加效应等技术缺陷，提供一种适配频繁imax升降流工况的电能表自热补偿方法及系统。

2、本发明的技术方案是：

3、本发明提供一种适配频繁imax升降流工况的电能表自热补偿方法，包括：

4、s1、读取预先存储于非易失存储器中的出厂标定参数，所述出厂标定参数包括热时间常数、综合散热系数k、最大运行电流imax下的最大自热功耗pmax、采样周期δt以及温度漂移标定系数a；上电时采集基准环境温度并对当前表内温度tk进行初始化，将补偿系数kc初始化为0；初始化完成后关闭温度采集通路；

5、s2、按照采样周期δt实时采集电能表的当前运行电流ik；

6、s3、根据当前运行电流ik与最大运行电流imax的比值，确定当前时刻的实时自热功耗pk；

7、s4、采用一阶集总热模型递推下一时刻温度，更新 ；递推公式长时间恒流工况下自然收敛至稳态热平衡式；

8、s5、根据当前表内温度tk与环境基准温度的差值，确定实时补偿系数kc；

9、s6、根据实时补偿系数kc对原始电能数据eraw进行修正，获得修正后的电能数据ecorr；

10、s7、循环执行步骤s2-s6，实现电能表的不间断自热补偿。

11、s8、实时检测掉电信号：若检测到掉电，计算当前器件相对本次上电环境的温升，将、系统时间戳写入非易失存储器；若无掉电信号，返回s2 持续循环；

12、其中，计量循环全过程tk、均为软件迭代变量，无任何物理温度采样操作。

13、进一步地，s1还包括掉电记忆恢复，具体包括：

14、s11：执行一次温度采集，获取上电时刻的基准环境温度；

15、s12：读取非易失存储器中存储的掉电记忆温升以及掉电时刻；

16、s13：基于掉电时刻和本次上电时刻获取掉电冷却时长δt_poweroff；若掉电冷却时长δt_poweroff超过残温时间阈值，令；否则，采用下述公式计算掉电冷却后残余温升，并令：

17、；

18、s14：完成初始化后关闭温度采集通路，计量循环全程不再采集物理温度。

19、进一步地，s2电流采集包括：

20、s21、通过电流采样电路，将电能表电流信号转换为采集模拟信号；

21、s22、计量采集单元对电流模拟信号模数转换，得到数字化电流信号；

22、s23、计量运算单元按设定采样周期δt定时读取数字化电流信号，实时转化为当前运行电流ik。

23、进一步地，s3中，采用下述公式确定当前时刻的实时自热功耗pk，pk= pmax·(ik/imax)2；其中，当ik=imax时，pk=pmax，当ik为降流后的电流时，pk随ik的平方减小而降低。

24、进一步地，s4中一阶集总热模型递推公式：

25、

26、当负载电流长时间保持恒定，递推收敛至稳态热平衡公式：

27、，该公式的物理意义为：分流器持续发热功率pk与电能表整机散热能力k完全抵消，单位时间产热等于单位时间散热量，表内与环境基准温度的温差固定不变，温度不再持续上升，补偿系数kc同步稳定。

28、进一步地，s5中，采用下述公式确定实时补偿系数kc，，a为温度漂移标定系数；在反复imax升降流、短时降流工况下；当imax电流升温时，tk升高，kc同步爬升；短时降流时，tk缓慢回落，kc同步平滑衰减；再次施加imax电流时，tk在余热基础上爬升，kc从当前值继续向上收敛，不从头起步。

29、进一步地，s5中，包含补偿系数限幅逻辑:预设最大补偿系数，若计算所得实时补偿系数kc超出最大补偿系数，强制将kc钳位为最大补偿系数；未超限则保留实时补偿系数kc。

30、进一步地，还包含降流热恢复清零判定逻辑：实时识别当前运行电流ik下降状态，若，且kc小于预设第一阈值，所述第一阈值为最大补偿系数×预设比例，判定余热散尽，将kc清零。

31、进一步地，还包含升降流自适应切换逻辑：持续监测负载电流，若降流过程中当前运行电流ik突然上升且，立即终止kc衰减，切换同步爬升模式。

32、进一步地，s6中，采用下述公式获得修正后的电能数据ecorr，ecorr = eraw·(1- kc)，将修正后的电能数据输出至电能表的存储模块进行保存。

33、第二方面，本发明提供一种适配频繁imax升降流工况的电能表自热补偿系统，所述系统被配置为执行所述的方法。

34、本发明提供一种适配频繁imax升降流工况的电能表自热补偿系统，包括处理单元、非易失存储器、电流采集单元以及温度采集单元；所述处理单元被配置为执行上述任一项所述的自热补偿方法，所述非易失存储器用于存储出厂标定参数和掉电记忆数据，所述电流采集单元用于采集当前运行电流ik，所述温度采集单元仅在上电初始化时采集基准环境温度。

35、本发明的有益效果：

36、1、适配频繁imax升降流动态工况： 本发明采用统一的一阶集总热模型，无需分段设置补偿逻辑，实现表内温度和补偿系数的连续递推，不随电流升降进行重置，完美匹配imax升温—短时降流缓降—再imax升温的动态温升过程，解决了现有技术中补偿逻辑与实际温升过程不匹配的问题。

37、2、补偿精度高，消除热惯性误差： 本发明应用中，在短时降流时，补偿系数随温度缓慢平滑衰减，不陡降、不清零；再次施加imax电流时，补偿系数从当前值继续爬升，适配余热叠加的温升过程，有效消除热惯性带来的过补偿、欠补偿和计量跳变，将动态工况下的自热误差从±0.5%抑制到±0.05%以内，满足0.2s/0.5s级电能表的精度要求。

38、3、算法简洁，易于嵌入式移植： 本发明采用统一递推公式，无需复杂的分段逻辑、预训练模型或复杂拟合曲线，可直接移植到电能表mcu中，适配高低端mcu，尤其适合无法运行复杂浮点运算的低端设备，降低工程实现成本。

39、4、兼容性强，适配现有硬件： 本发明无需对电能表现有硬件结构进行大幅改造，仅需通过软件算法优化，即可实现动态工况下的自热补偿，兼容现有基于锰铜分流器的电能表结构，便于批量推广应用。

40、5、具备动态自适应能力： 本发明能够实时响应电流的升降变化，自动调整补偿系数的变化趋势，即使出现频繁几秒级降流再升流的极端工况，也能保持补偿的连续性和稳定性，提升电能表在复杂负载场景下的计量可靠性。

41、6、支持掉电记忆与余热恢复：本发明在掉电时记录当前温升和时间戳，上电时根据掉电冷却时长计算残余温升，实现掉电后的余热恢复，避免每次上电都从环境温度起步导致的补偿不足问题。

42、本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。