一种集成线损计量的配电终端及其高精度自适应校准方法与流程

本发明属于供配电，具体涉及一种集成线损计量的配电终端及其高精度自适应校准方法。

背景技术：

1、随着我国经济的快速发展，负荷密度的不断提高致使配电网电能损耗逐渐增大。如何有效降低配电网的损耗已成为电网运行中亟待解决的问题之一。越来越多的配电自动化终端接入配电网，全面提高了配电网的线损监测能力。当前配电自动化终端通常采用与配电线损模块串口通信的方式采集线损数据。在此方式下，配电线损模块需要占据一部分的安装空间，而且在进行线路设计时需要同时兼顾线损模块与配电终端。不同厂家生产的配电线损模块通信协议有所差异，致使配电终端需要考虑通信协议的兼容问题。而且串口通信易受现场运行环境的干扰，影响通信质量。同时，配电线损模块需要独立维护，增加了运维人员的工作量。为了解决上述情况，亟需研发一种集成线损计量功能的配电自动化终端。

2、目前，行业内配电自动化终端集成线损功能，通常使用计量芯片来实现线损计量功能。计量芯片具有成本较低，技术成熟，计量数据全面且能保证较为稳定的精度性能。由于终端自身ad采样输入量程较计量芯片大得多，采样性能和抗干扰性能更强。基于此种情况，上述终端通常仅使用计量芯片实现线损计量功能，不使用如电压、电流和功率等其他数据。因此上述方案设计硬件电路时需同时兼顾终端自身和计量芯片的采样回路，增加了设计难度和终端成本。而且计量芯片的电压、电流硬件采样通道固定，一旦外部接线发生变化时，采样回路就需同步改动，不具备通过软件灵活配置的能力。与此同时，计量芯片的校准方式较为复杂，需要在不同的功率因数下进行多次人工校准，且不具备进一步精度补偿的能力。更为关键的是，现有校准方案均在实验室内恒温条件下完成，未考虑现场实际运行环境中温度变化对计量精度的影响。配电终端通常安装于户外环网柜、柱上开关等环境中，温度变化范围可达-40℃至+85℃。采样回路中的电阻分压网络、电流互感器及adc基准电压源等关键器件均存在温度漂移特性，导致出厂校准曲线在实际工况下发生偏移，严重影响全量程范围内的计量精度。而现有技术缺乏对温度影响的在线补偿手段。

技术实现思路

1、本发明的目的在于依靠配电自动化终端自身的硬件并结合软件算法，将配电线损模块的功能集成到配电终端内，降低了终端成本，优化了线损计量性能和校准方法。

2、一种集成线损计量的配电终端，包括：

3、双核soc芯片，其包含运行实时操作系统的实时核和运行非实时操作系统的非实时核，所述实时核与所述非实时核之间通过共享内存进行数据交互；

4、ad采样通道自适应配置功能模块，用于通过软件自动识别并重新配置ad采样通道；

5、以及温度自适应补偿功能模块，用于基于所述实时核的处理结果，针对不同环境温度工况优化电能量计算精度；

6、其中，所述实时核用于执行模拟量采集、采样点异常过滤与修复、幅值校准与相位补偿、以及基础电能量数据的计算；

7、所述非实时核用于执行线损数据的检测、统计、冻结、事件判断、数据存储与传输。

8、进一步的，所述ad采样通道自适应配置功能模块执行以下操作：

9、终端不固化电压、电流硬件采样通道；

10、当外部接线逆相序时，默认选择电压接线的第一相作为a相，根据三相平衡电压夹角为120°确定b相和c相；

11、电压相序判断完成后，依据电压相序关系确定电流相序；

12、若电压或电流发生逆相序，软件根据已判断出的电压、电流相对相序自动重新配置ad采样通道，以在无需重新接线的情况下进行电能量计算。

13、进一步的，所述实时核对电压电流原始采样点进行异常过滤与修复的方法包括：

14、采用公式（1）判断当前采样点是否为异常采样点：

15、                  （1）

16、式中，

n表示采样点序号，表示相邻采样点

n与

n-1的差值，表示采样点异常判断门槛值，表示采样点异常突变门槛值；

17、在判断出当前采样点为异常点后，取前一个采样点和后一个采样点，通过公式（2）估算当前采样点n的值；

18、                   （2）。

19、进一步的，所述实时核对模拟量进行幅值校准和相位补偿的方法包括：

20、使用标准源向终端分别施加5%、40%、100%和120%额定电压、电流模拟量；

21、终端默认出厂精度误差为δ，若当前时刻电压、电流有效值较上一时刻变化超过δ，则判定状态序列发生变化，计算相应状态下的精度系数；

22、通过akima光滑插值法得出电压电流精度系数曲线，软件根据外部施加的模拟量自动计算对应精度系数，以优化幅值精度；

23、对计算出的电能量值进行相位补偿，由标准源向所述终端施加额定电压、电流且功率因数角为预设角度的状态序列；所述终端根据该状态序列下测得的有功功率和无功功率计算相位补偿角度，并将其保存为终端参数；

24、相位补偿角度可由公式（3）计算得出；

25、                  （3）

26、每个计算周期，所述实时核根据所述相位补偿角度对计算得到的电能量值进行相位修正，修正后的电能量如公式（4）所示；

27、                    （4）

28、式中，表示相位补偿角度，p和q表示终端根据该状态序列下测得的有功功率和无功功率，e表示修正后的电能量值。

29、进一步的，所述温度自适应补偿功能模块包括：

30、终端硬件中设置一路参考电压信号通道，该通道输入经高精度、低温漂基准源产生的参考信号；

31、在采样回路的电路板关键位置布设数字温度传感器；

32、出厂前，终端在不同温度条件下运行幅值校准与相位补偿流程，得到各温度点下的幅值精度系数曲线族和相位补偿值，并以多维补偿参数表形式存储于非易失性存储器中；

33、在现场运行期间，所述终端在每个计算周期中，首先读取所述参考电压信号通道的adc采样值，将其与已知理想值进行比较，计算当前温度下的实时幅值偏差系数；

34、同时读取所述数字温度传感器的当前温度值，在所述多维补偿参数表中定位与最邻近的两个温度点和（满足），在温度维度上采用线性插值分别计算当前温度下的幅值精度系数曲线和相位补偿值，插值公式如下：

35、 （5）

36、 （6）

37、在此基础上，将上述温度插值结果与所述实时幅值偏差系数融合，得到当前工况下的最优幅值精度系数；最终，将所述最优幅值精度系数与所述相位补偿值共同应用于当前周期的电能量计算，实现对计量精度的温度自适应实时修正。

38、一种集成线损计量的配电终端的高精度自适应校准方法，包括以下步骤：

39、步骤一：通过实时核进行模拟量采集，并对原始采样点执行异常过滤与修复；

40、步骤二：采用幅值校准与相位补偿相结合的自动化校准方法，利用标准源的多状态序列生成精度系数曲线并计算相位补偿角度；

41、步骤三：通过ad采样通道自适应配置功能，软件自动识别并重配相序，无需外部改线；

42、步骤四：非实时核读取实时核计算的校准后电能量数据，执行线损统计、冻结、事件判断与数据转发；

43、步骤五：在出厂前构建包含多个温度点的多维补偿参数表，现场运行时结合内建参考电压通道和温度传感器读数，执行二维插值融合，对电能量计算进行温度自适应实时修正。

44、进一步的，所述步骤5中的温度自适应实时修正包括：

45、出厂前多维校准阶段：将终端依次置于不同温度点的温箱环境中，在每个温度点恒温后，分别运行步骤2中幅值校准与相位补偿相结合的自动化校准方法，获取该温度下的幅值精度系数曲线和相位补偿值；全部温度点校准完成后，将所有补偿数据构建为多维补偿参数表，固化于终端非易失性存储器中；

46、现场运行动态补偿阶段：首先读取内建参考通道的adc采样值，将其与已知理想值进行比较，计算实时幅值偏差系数，该系数综合反映了当前温度下采样通道的幅值偏移程度；同时读取温度传感器的当前温度值，在所述多维补偿参数表中定位与最邻近的两个温度点和（满足），通过温度维度上的线性插值计算当前温度下的初步补偿参数：

47、 （4）

48、 （5）

49、接着，将上述插值结果与所述实时幅值偏差系数融合，得到当前工况下的最优幅值精度系数：

50、 （6）

51、最后，将所述最优幅值精度系数与相位补偿值共同应用于当前周期的电能量计算，修正后的电能量为：

52、 （7）

53、式中，u和i分别为当前周期计算得到的电压、电流有效值，θ为实测电压与电流之间的相角，δt为计算周期时长；通过上述方式，终端实现了对计量精度的温度自适应实时修正。

54、本发明的优点在于：

55、（1）仅依靠自身的硬件，结合软件算法，将配电线损模块的功能集成到配电终端内。

56、（2）支持通过软件灵活配置采样通道，优化了计量精度校准的方法，也通过对原始采样点异常过滤和ad异常数据自恢复处理进一步提升了数据的可靠性。

57、（3）能够节省安装空间，降低了终端生产成本，且减少运维人员的工作量。