一種用電設備掉電時電力總線數據的計量系統和計量方法與流程
2023-08-05 22:22:56 2
本發明屬於用電及負載設備在電力總線掉電後存儲電力總線數據的方法技術領域，涉及一種用電設備掉電時電力總線數據的計量系統和計量方法。
背景技術：
現在的智能計量設備中，智能電力監測設備一般的處理方法是每隔N秒，單片機會將電量值保存於某種存儲單元中；但是這一種處理辦法，當遇到N秒間隔內交流供電斷開，從上一次電量存儲後到交流供電斷開時的電量值均沒有保存到存儲單元中，這樣對智能電力監測設備使用者和管理者來說，電量就會流失，而供電部門會因為這個問題損失很大的收益。此時，解決上述問題的辦法，一般採取縮短間隔時間N，比如將N減到1S存一個電量，該方法可以減少電量的計量損耗，但是電量的計量仍然會有較小的誤差，對於多用戶掉電時的電量損失的計量來說，就會有累積損失。
掉電時的處理，屬於精度校準領域，現在的智能計量設備中，都是遠程抄表的，也就是電量的計量是實時計量的。一般的架構為：
通訊功能-------智能電錶-----電卡
智能電錶都是具有保存電能數據的功能的，一般來說，按國家標準，智能電錶的數據可以保存到10年以上。因此可通過更快速率的保存數據到智能電錶內的存儲介質中。
這樣在計量累加的數據的時候(實時數據則沒有必要，如實時電壓或實時電流；而累加值則有：累加電量等參數)，如果在一段時間內，累加數據有較大的變化，而該累加值又沒有保存到存儲介質中，則該累加值就會丟失，因此對精度會有一個微小的誤差。
中國發明專利申請號為201010236731的專利公開了一種電能計量數據高可靠性管理方法，包括：
保存及備份區的劃分：提供相互關聯的RAM及EEPROM，RAM中設置當前計量數據區、第一備份區及掉電數據存儲區，EEPROM中設置至少兩個電量備份區和一個掉電數據備份區；
計量數據的保存與備份：每次累加所獲得的最新計量數據保存在RAM的當前計量數據區；每累計K個數據量則將當前計量數據更新到RAM的第一備份區；每累計M個數據量則將當前計量數據更新到EEPROM中的各電量備份區，M＞K；
當前計量數據的恢復：當前計量數據區數據損壞時，先校驗RAM第一備份區數據，正確則覆蓋當前計量數據區；否則用EEPROM中電量備份區有效數據覆蓋當前計量數據區；如果EEPROM內各電量備份區數據均損壞，則報錯。
每次累加獲得最新計量數據的方法具體包括：①在進行數據累加前，先對RAM當前計量數據區的數據進行校驗，如通過則直接累加，如不通過則執行②；②取RAM第一備份區中的數據進行校驗，如通過則用RAM第一備份區數據覆蓋當前計量數據區數據，再進行累加，如不通過則執行③；③取EEPROM各電量備份區中的合法數據覆蓋當前計量數據區數據，再進行累加，並重新計算校驗碼，然後拷貝至各備份區。
上述發明專利解決了掉電瞬時數據存儲的問題，但是，在掉電時刻由於缺少電能存儲供電單元，導致掉電時刻的電量計量精準度不高。另外，該發明專利數據存儲的方法是使用RAM EEPROM多種校驗的方式，如果所有的存儲方式失效，該方法無效。另外，一般設備存累加值是用的外部FLASH或者外部RAM。外部FLASH或者外部RAM擦寫都有次數限制的，例如使用非常普遍的一款EEPROM晶片：24Cxx系列，其擦寫次數1,000,000次，因此智能電錶在計量電能的時候為了延長時間，經常會將電能計量時間延長，例如，1分鐘累加一次電量，這樣如果掉電，會造成1分鐘時間電量的損失。
技術實現要素：
本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種用電設備掉電時電力總線數據的計量系統，包括與電力總線連接的電能轉換單元；儲能單元，與所述電能轉換單元電連接，儲存從所述電能轉換單元接收的電能；電能採集單元，通過信號線與電力總線連接，採集電力總線的交流電流和電壓值，並且與所述電能轉換單元和所述儲能單元電連接；電量儲存單元，通過信號線與所述電能採集單元連接，接收所述電能採集單元採集的電流和電壓值並進行儲存，並且與所述電能轉換單元和所述儲能單元電連接；伺服器，通過網絡與所述電能採集單元連接接收所述電能採集單元所採集的電力總線實時數據。
進一步的，所述電能採集單元為電阻網絡單元。
進一步的，所述電能採集單元包括模數轉換單元和處理器。
進一步的，所述電能採集單元為自帶電能採集單元的處理器單元。
進一步的，所述存儲單元包括FLASH 0地址和FLASH 1地址兩個存儲地址。
進一步的，一種用電設備掉電時電力總線數據的計量方法包括：
通過與電力總線連接的所述電能轉換單元，從電力總線輸入電能，並且通過電力線與所述儲能單元、所述電能採集單元、所述電量儲存單元連接，當電力總線正常供電時，為上述各單元供電；
所述儲能單元通過電力線與所述電能轉換單元連接，儲存從所述電能轉換單元接收來的電能，並且通過電力線與所述電能採集單元、所述電量儲存單元連接，當電力總線掉電時，將儲存的電能釋放給所述電能採集單元、所述電量儲存單元，實現短時供電，使得所述電能採集單元、所述電量儲存單元和所述伺服器在電力總線掉電時，仍然能夠短時間正常運行；
所述電能採集單元通過信號線與電力總線連接，接收電力總線的電量值，同時判斷電力總線是否掉電，並且將接收到的電量值通過信號線傳給所述電量儲存單元並與前一電量值進行累加，同時通過網絡將電量值傳給所述伺服器，實現在伺服器中保存電量值並與前一電量值進行累加，當判斷電力總線掉電時，將斷電瞬時電量值同時傳輸給所述電量儲存單元和所述伺服器；
所述電量儲存單元從所述電能採集單元通過信號線每隔預定時間間隔接收電量值，同時與地址flash0中前一時刻儲存的電量累加，將該累加的電量值存儲於所述地址flash0中，當所述電能採集單元判斷電力總線掉電時，從所述電能採集單元接收掉電瞬時的電量值，並且將該電量值存儲於地址flash1中；
所有的通過所述電能採集單元接收到的本地電能數據，每隔預定時間間隔會通過網絡將電力總線實時數據以發送包形式發到所述伺服器，在所述伺服器存儲有實時電能值和歷史電能值。
進一步的，當所述電量採集單元採集到的所述電力總線交流電壓小於1.2V時，判斷電力總線掉電。
進一步的，所述電量儲存單元從所述電能採集單元通過信號線接收電量值的時間間隔為60s。
進一步的，所述伺服器通過WIFI接收來自所述電量存儲單元的所述發送包的時間間隔為3s。
進一步的，所述伺服器能夠保障電能數據是否有誤，具體方法是：
每個來自所述電量儲存單元的發送包具有計數器，來保證所述伺服器比較電能值是否正確及掉電時電量的保存。
1.當N+3s時刻的電能減去第N時刻的電能值大於1KWH時，得出計量電能有誤，所述伺服器下行發送電能數據有誤的包發給設備，設備接收後，清除當前的電能值，還原到第N時刻；
2.當第N時刻的電能大於當前N+3s時刻的電能時，得出計量電能有誤，伺服器下行發送電能數據有誤的包發給設備，設備接收後，清除當前的電能值，還原到第N時刻；
3.所述伺服器比較功率與電能值，得出電能異常，則所述伺服器下行發送電能數據有誤的包發給設備，設備接收後，清除當前的電能值，還原到第N時刻。
進一步的，所述伺服器能夠存儲掉電時的電能數據，與硬體保存的電能數據一起形成對電能的可靠計量，具體方法是：所述伺服器每隔3S接收到1個實時電能並存在資料庫中，而設備每隔60S累加一次電量存儲在電量存儲單元中，當發生掉電時，再次上電，並且伺服器確認連接正常後，首先所述伺服器會將接收到的最近一個實時電能值傳給設備，設備將該值與存儲在FLASH0地址和FLASH1地址存的電量值進行比較，如果判斷該值大於FLASH0地址和FLASH1地址存的電量值，且不超過1KWH，則伺服器保存的電量值為最新值，設備更新該值為最新的電量值並加以存儲計算。
本發明的有益效果為：
1.精確度更高，可實現對電力設備的精準計量；
2.實現簡單可靠，成本低；
3.延長了使用壽命。
附圖說明
圖1為本發明的系統構成示意圖。
圖2為本發明的計量方法的流程圖。
圖3為本發明的伺服器判斷電能數據是否有誤的方法的系統構成圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式，對本發明作進一步的說明。
如圖1所示，本發明的計量系統包括：包括與電力總線連接的電能轉換單元；儲能單元，與所述電能轉換單元電連接，儲存從所述電能轉換單元接收的電能；電能採集單元，通過信號線與電力總線連接，採集電力總線的交流電流和電壓值，並且與所述電能轉換單元和所述儲能單元電連接；電量儲存單元，通過信號線與所述電能採集單元連接，接收所述電能採集單元採集的電流和電壓值並進行儲存，並且與所述電能轉換單元和所述儲能單元電連接；伺服器，通過網絡與所述電能採集單元連接接收所述電能採集單元所採集的電力總線實時數據。
進一步的，所述電能採集單元為電阻網絡單元。
進一步的，所述電能採集單元包括模數轉換單元和處理器。
進一步的，所述電能採集單元為自帶電能採集單元的處理器單元。
進一步的，所述存儲單元包括FLASH 0地址和FLASH 1地址兩個存儲地址。
進一步的，一種用電設備掉電時電力總線數據的計量方法包括：
通過與電力總線連接的所述電能轉換單元，從電力總線輸入電能，並且通過電力線與所述儲能單元、所述電能採集單元、所述電量儲存單元連接，當電力總線正常供電時，為上述各單元供電；
所述儲能單元通過電力線與所述電能轉換單元連接，儲存從所述電能轉換單元接收來的電能，並且通過電力線與所述電能採集單元、所述電量儲存單元連接，當電力總線掉電時，將儲存的電能釋放給所述電能採集單元、所述電量儲存單元，實現短時供電，使得所述電能採集單元、所述電量儲存單元和所述伺服器在電力總線掉電時，仍然能夠短時間正常運行；
所述電能採集單元通過信號線與電力總線連接，接收電力總線的電量值，同時判斷電力總線是否掉電，並且將接收到的電量值通過信號線傳給所述電量儲存單元並與前一電量值進行累加，同時通過網絡將電量值傳給所述伺服器，實現在伺服器中保存電量值並與前一電量值進行累加，當判斷電力總線掉電時，將斷電瞬時電量值同時傳輸給所述電量儲存單元和所述伺服器；
所述電量儲存單元從所述電能採集單元通過信號線每隔預定時間間隔接收電量值，同時與地址flash0中前一時刻儲存的電量累加，將該累加的電量值存儲於所述地址flash0中，當所述電能採集單元判斷電力總線掉電時，從所述電能採集單元接收掉電瞬時的電量值，並且將該電量值存儲於地址flash1中；
所有的通過所述電能採集單元接收到的本地電能數據，每隔預定時間間隔會通過網絡將電力總線實時數據以發送包形式發到所述伺服器，在所述伺服器存儲有實時電能值和歷史電能值。
進一步的，當所述電量採集單元採集到的所述電力總線交流電壓小於1.2V時，判斷電力總線掉電。
進一步的，所述電量儲存單元從所述電能採集單元通過信號線接收電量值的時間間隔為60s。
進一步的，所述伺服器通過WIFI接收來自所述電量存儲單元的所述發送包的時間間隔為3s。
進一步的，所述伺服器能夠保障電能數據是否有誤，具體方法是：
如圖3所示，每個來自所述電量儲存單元的發送包具有計數器，來保證所述伺服器比較電能值是否正確及掉電時電量的保存。
1.當N+3s時刻的電能減去第N時刻的電能值大於1KWH時，得出計量電能有誤，所述伺服器下行發送電能數據有誤的包發給設備，設備接收後，清除當前的電能值，還原到第N時刻；
2.當第N時刻的電能大於當前N+3s時刻的電能時，得出計量電能有誤，伺服器下行發送電能數據有誤的包發給設備，設備接收後，清除當前的電能值，還原到第N時刻；
3.所述伺服器比較功率與電能值，得出電能異常，則所述伺服器下行發送電能數據有誤的包發給設備，設備接收後，清除當前的電能值，還原到第N時刻。
進一步的，所述伺服器能夠存儲掉電時的電能數據，與硬體保存的電能數據一起形成對電能的可靠計量，具體方法是：所述伺服器每隔3S接收到1個實時電能並存在資料庫中，而設備每隔60S累加一次電量存儲在電量存儲單元中，當發生掉電時，再次上電，並且伺服器確認連接正常後，首先所述伺服器會將接收到的最近一個實時電能值傳給設備，設備將該值與存儲在FLASH0地址和FLASH1地址存的電量值進行比較，如果判斷該值大於FLASH0地址和FLASH1地址存的電量值，且不超過1KWH，則伺服器保存的電量值為最新值，設備更新該值為最新的電量值並加以存儲計算。
通過上述計量方法，本發明的系統對電路總線的監控的運行機制，包括：
1.上電時刻，處理器優先讀取flash地址1處保存的上一次掉電的電量值。
2.如果掉電電量值讀取失敗，就讀取flash地址0處保存的定時存放的電量值。
3.運行期間，由軟體實現每間隔15s就向flash地址0寫入一次電量值。
4.當監測交流電壓和電流監控監測到外部輸入電壓低於默認設定的1.2V閥值時，說明出現了掉電情況。
5.此時，向flash地址1處寫入掉電的電量值。
系統防掉電設計的目的是：採用一種機制，使得系統在意外失去供電的情況下，可以保證系統運行狀態的確定性以及記錄數據的完整性；當系統供電恢復後，現場數據可以及時恢復，避免應用系統產生混亂。我們知道，在系統設計與開發中越來越多地應用嵌入式硬軟體。由於嵌入式系統中的存儲單元的引入，數據的讀寫往往是通過存儲單元地址操作。
用存儲單元讀寫方式操作數據，在程序的運行過程中往往將數據暫存在易失性的存儲空間，如處理器RAM中，一旦系統意外失電，這些數據往往被丟失。因此，當系統意外失電時必須採取一定的措施進行系統的掉電保護，以避免系統產生混亂。總的說來，防掉電程序的主要思路就是：產生掉電信號，捕捉掉電信號，處理掉電信號和數據以及現場狀態的恢復。
本發明並不限於上述實施方式，在不背離本發明實質內容的情況下，本領域技術人員可以想到的任何變形、改進、替換均落入本發明的保護範圍。