【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电能测试，具体为基于智能量测开关的电能误差测试系统。
技术介绍
1、在现代电力系统中，电能作为主要的能源形式，其精确计量与误差测试对于电力供应的可靠性、经济性以及公平性起着至关重要的作用，准确的电能误差测试能够确保电能表计量的准确性，避免因计量误差导致的电力公司与用户之间的纠纷，同时也有助于电力系统的优化运行和故障诊断。
2、然而，现有的电能误差测试技术在面对日益复杂的电力环境时，采用固定的电路结构来处理电能信号，缺乏对不同电流电压等级的自适应能力，并且，对于电能误差测试数据的特殊性考虑不足，缺乏有效的加密与防篡改机制，这使得电能误差测试数据在传输过程中面临被窃取、篡改的风险，严重影响了数据的真实性和可靠性，进而导致对电能计量准确性的误判，影响电力系统的正常运行与管理决策。
3、综上所述，现有的电能误差测试技术难以满足现代电力系统对电能计量准确性和数据安全性的严格要求。因此，迫切需要一种创新的基于智能量测开关的电能误差测试系统，能够自适应不同的电流电压工况，同时保障数据传输的安全可靠。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了基于智能量测开关的电能误差测试系统，该系统采用多层嵌套式的信号分流与校准模块，能够在不同电流电压等级下，自动切换分流路径与校准参数，且该模块与数据处理之间通过加密传输功能的通信协议进行数据交互，确保电能误差测试数据在传输过程中的准确性与安全性。
2、本专利技术为解决上述技术问题，提供
3、所述采样模块用于采集电能数据d，所述电能数据d包括电流信号i(t)和电压信号u(t)，所述电流信号i(t)表示随时间t变化的电流瞬时值，所述电压信号u(t)表示随时间t变化的电压瞬时值；
4、所述处理模块依据采集到的信号判断当前的电流电压等级，并对信号分流与校准模块反馈的信号进行分析，通过通信模块将数据传输至上位机；
5、所述信号分流与校准模块能够依据不同的电流电压等级判断结果，自动切换分流路径与校准参数，并将调整后的信号反馈至处理模块，所述分流路径切换的表现形式为s(u(t)，i(t))，当u(t)×i(t)＜p1时，s(u(t)，i(t))＝1，启用第一分流路径及第一校准参数集{c11，c12，…，c1n}，当p1≤u(t)×i(t)＜p2时，s(u(t)，i(t))＝2，启用第二分流路径及第二校准参数集{c21，c22，…，c2m}，其中p1、p2为功率阈值，n、m为校准参数个数；
6、所述通信模块采用无线通信技术与处理模块和上位机进行数据传输，所述数据传输过程中采用通信协议以保护传输中的数据安全，所述通信协议是智能量测开关和上位机之间数据传输的安全性而建立通信加密规则，所述加密规则的加密函数为e(d，k)，其中k为加密密钥，传输的电能数据d经过加密函数e(d，k)加密后发送至上位机；
7、所述数据接收模块用于接收智能量测开关传来的加密数据；
8、所述解密与分析模块用于对加密数据进行解密并进行电能误差的深入分析与处理，对数据解密时，采用与加密函数e(d，k)对应的解密函数d＝d(e(d，k)，k-1)进行解密，其中k-1为解密密钥，与加密密钥k对应，所述电能误差是实际电能计量值与真实电能值之间的偏差，所述真实电能值的评估综合考虑有功功率、无功功率和视在功率；
9、所述显示与存储模块将分析结果进行可视化展示并存储数据以进行查询与统计。
10、进一步地，所述采样模块包括电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路采用电阻分压式采样结构，对于分压电阻分别为r1、r2，采样得到的电压信号其中u0(t)为原始电压输入信号；
11、所述电流采样电路采用霍尔传感器，设置霍尔传感器的灵敏度为kh，磁场强度为b(t)，通过霍尔传感器的电流为i(t)，则采样得到的电压信号vh(t)＝khb(t)i(t)，通过对vh(t)的转换得到电流采样值i(t)，所述转换关系为
12、更进一步地，所述处理模块判断电流电压等级的方法为：计算瞬时功率p(t)＝u(t)×i(t)，设定功率等级划分区间为[0，p1)、[p1，p2)、…、[pi，pi+1)，其中i＝1，2，…，当p(t)落入区间[0，p1)时，判定为低功率等级，对应第一分流路径及第一校准参数集；
13、当p(t)落入区间[p1，p2)时，判定为中功率等级，对应第二分流路径及第二校准参数集，以此类推，所述功率等级划分区间的边界值pi是基于对实际电能数据的统计分析进行确定，即统计样本数量为n，第j个样本的功率为pj，对pj进行排序后，根据不同功率段的样本数量分布确定pi，使得各功率等级区间内的样本数量相对均衡，即其中ni为第i个功率等级区间内的样本数量，δ为样本数量差异阈值。
14、更进一步地，所述信号分流与校准模块的第一分流路径包括串联的精密电阻rs1和可调电容cs1，第一校准参数集{c11，c12，…，c1n}中的c11为精密电阻rs1的温度补偿系数，同时利用环境温度t，未补偿时电阻值rs1(0)，则补偿后的电阻值rs1(t)＝rs1(0)(1+c11t)，c12为可调电容cs1的频率响应修正系数，利用输入信号频率f，未修正时电容容抗修正后的容抗
15、所述第二分流路径包括并联的分流电阻rp2和电感lp2，第二校准参数集{c21，c22，…，c2m}中的c21为分流电阻rp2的非线性修正系数，通过分流电阻的电流为ip2，两端电压为up2，未修正时电阻值为rp2(0)，修正后的电阻值c22为电感lp2的磁饱和修正系数，利用磁场强度bl(t)，未修正时电感值lp2(0)，修正后的电感值lp2(bl(t))＝lp2(0)(1-c22bl(t)2)。
16、更进一步地，所述通信模块采用无线通信技术，设置无线通信技术的发射功率pt，接收灵敏度sr，通信频率fc、其通信距离d与发射功率pt、接收灵敏度sr以及通信频率fc的关系为其中λ为信号波长，α为传播损耗系数，通过调整发射功率pt和通信频率fc适应不同的通信距离要求。
17、更进一步地，所述通信模块中通信协议的加密函数e(d，k)采用混合加密方式，所述混合加密方式包括对称加密和非对称加密，其中，所述对称加密通过对数据d进行对称加密得到es(d，ks)，ks为对称加密密钥，由智能量测开关基于伪随机数生成器生成，生成为ks＝prng(s1，s2，…，sm)，其中si为种子值，包括智能量测开关的设备编号id、当前时间戳ts以及采样周期tc，即s1＝id，s2＝ts，s3＝tc，对对称加密密钥ks进行非对称加密，非对称加密为ea(ks，kp)，其中kp为公钥，由上本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于智能量测开关的电能误差测试系统，其特征在于，该系统包括智能量测开关和上位机，所述智能量测开关包括采样模块、处理模块、信号分流与校准模块以及通信模块，所述上位机为数据处理中心，包括数据接收模块、解密与分析模块以及显示与存储模块，其中：
2.根据权利要求1所述的基于智能量测开关的电能误差测试系统，其特征在于，所述采样模块包括电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路采用电阻分压式采样结构，对于分压电阻分别为R1、R2，采样得到的电压信号其中U0(t)为原始电压输入信号；
3.根据权利要求1所述的基于智能量测开关的电能误差测试系统，其特征在于，所述处理模块判断电流电压等级的方法为：计算瞬时功率P(t)＝U(t)×I(t)，设定功率等级划分区间为[0，P 1)、[P1，P2)、…、[Pi，Pi+1)，其中i＝1，2，…，当P(t)落入区间[0，P1)时，判定为低功率等级，对应第一分流路径及第一校准参数集；
4.根据权利要求1所述的基于智能量测开关的电能误差测试系统，其特征在于，所述信号分流与校准模块的第一分流路径包括串联的精密电阻Rs1和可调
5.根据权利要求1所述的基于智能量测开关的电能误差测试系统，其特征在于，所述通信模块采用无线通信技术，设置无线通信技术的发射功率Pt，接收灵敏度Sr，通信频率fc、其通信距离d与发射功率Pt、接收灵敏度Sr以及通信频率fc的关系为其中λ为信号波长，α为传播损耗系数，通过调整发射功率Pt和通信频率fc适应不同的通信距离要求。
6.根据权利要求1所述的基于智能量测开关的电能误差测试系统，其特征在于，所述通信模块中通信协议的加密函数E(D，k)采用混合加密方式，所述混合加密方式包括对称加密和非对称加密，其中，所述对称加密通过对数据D进行对称加密得到Es(D，ks)，ks为对称加密密钥，由智能量测开关基于伪随机数生成器生成，生成为ks＝PRNG(S1，S2，…，Sm)，其中Si为种子值，包括智能量测开关的设备编号ID、当前时间戳Ts以及采样周期Tc，即S1＝ID，S2＝Ts，S3＝Tc，对对称加密密钥ks进行非对称加密，非对称加密为Ea(ks，kp)，其中kp为公钥，由上位机生成并传输给智能量测开关，加密后的数据E(D，k)＝Ea(Es(D，ks)，kp)。
7.根据权利要求1所述的基于智能量测开关的电能误差测试系统，其特征在于，所述上位机的解密与分析模块在解密数据后，计算电能的有功功率其中T为积分时间周期，I(t)表示电流信号随时间t变化的电流瞬时值，U(t)表示电压信号随时间t变化的电压瞬时值，无功功率视在功率则电能误差其中Pm为电能表测量的功率值，通过与电能误差标准值ΔE0对比，判断电能误差范围是否在正常范围内，所述电能误差标准值ΔE0根据电能数据的统计分析确定，即统计的电能误差样本为ΔEj，j＝1，2，…，J，对ΔEj进行排序后，取置信区间内的中间值作为ΔE0。
8.根据权利要求1所述的基于智能量测开关的电能误差测试系统，其特征在于，所述智能量测开关的处理模块在运行过程中进行自我诊断，自我诊断周期为Td，每隔Td时间对采样模块、信号分流与校准模块以及通信模块进行功能检测，对于采样模块，通过注入标准电压信号Us(t)和标准电流信号Is(t)，检查采样值是否在误差范围内，并设定采样误差阈值为εs，当和时，其中U′s(t)、I′s(t)为采样模块实际采样值，则判定采样单元故障；
...【技术特征摘要】
1.基于智能量测开关的电能误差测试系统，其特征在于，该系统包括智能量测开关和上位机，所述智能量测开关包括采样模块、处理模块、信号分流与校准模块以及通信模块，所述上位机为数据处理中心，包括数据接收模块、解密与分析模块以及显示与存储模块，其中：
2.根据权利要求1所述的基于智能量测开关的电能误差测试系统，其特征在于，所述采样模块包括电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路采用电阻分压式采样结构，对于分压电阻分别为r1、r2，采样得到的电压信号其中u0(t)为原始电压输入信号；
3.根据权利要求1所述的基于智能量测开关的电能误差测试系统，其特征在于，所述处理模块判断电流电压等级的方法为：计算瞬时功率p(t)＝u(t)×i(t)，设定功率等级划分区间为[0，p 1)、[p1，p2)、…、[pi，pi+1)，其中i＝1，2，…，当p(t)落入区间[0，p1)时，判定为低功率等级，对应第一分流路径及第一校准参数集；
4.根据权利要求1所述的基于智能量测开关的电能误差测试系统，其特征在于，所述信号分流与校准模块的第一分流路径包括串联的精密电阻rs1和可调电容cs1，第一校准参数集{c11，c12，…，c1n}中的c11为精密电阻rs1的温度补偿系数，同时利用环境温度t，未补偿时电阻值rs1(0)，则补偿后的电阻值rs1(t)＝rs1(0)(1+c11t)，c12为可调电容cs1的频率响应修正系数，利用输入信号频率f，未修正时电容容抗修正后的容抗
5.根据权利要求1所述的基于智能量测开关的电能误差测试系统，其特征在于，所述通信模块采用无线通信技术，设置无线通信技术的发射功率pt，接收灵敏度sr，通信频率fc、其通信距离d与发射功率pt、接收灵敏度sr以及通信频率fc的关系为其中λ为信号波长，α为传播损耗系数，通过调整发射功率pt和通信频率fc适应不同的通信距离...
【专利技术属性】
技术研发人员：范露，王旭，王朝乐，王晨晨，王宗祥，张江涛，戚弘亮，申莹莹，王敏之，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司洛阳供电公司，
类型：发明
国别省市：
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