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專利名稱：儀表校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1前序部分的校準(zhǔn)方法。 本發(fā)明還涉及儀表校準(zhǔn)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在能量測量中，遠(yuǎn)程讀取呈顯著增長趨勢。尤其在瑞典和其它北歐國家，這 個(gè)趨勢存在很大的壓力。在能量巨大缺乏的中國同樣有向遠(yuǎn)程讀取轉(zhuǎn)變的壓力。隨 著遠(yuǎn)程讀取儀表變得普及，用專門儀表監(jiān)視能量的品質(zhì)是非常可能的。這是因?yàn)槠?通的遠(yuǎn)程讀取和它帶來的效率增加不一定足以彌補(bǔ)電力公司由于遠(yuǎn)程讀取所招至 的花費(fèi)。在存在多個(gè)儀表的地點(diǎn)，自然首先從最精確的儀表讀取儀表的能耗并且該 儀表將數(shù)據(jù)傳送至電力公司。儀表足夠的精度對于消費(fèi)者和電力公司兩者都是重要 的。儀表計(jì)量的法規(guī)從一個(gè)國家至另一個(gè)國家有很大的不同。然而，所有國家都需 要一些確定儀表精確性的方法。已達(dá)到某一年限的儀表經(jīng)常被收集以檢查并在維護(hù) 后返回現(xiàn)場或由新儀表代替。通過采樣，可識別低劣的儀表存貨，但這種方法不保 證所有儀表的精確性。
現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)是隨機(jī)檢查方法是不精確的，并且清楚地給出錯(cuò)誤讀數(shù) 的儀表可能仍未檢測出。過晚用新儀表更換舊儀表導(dǎo)致明顯的錯(cuò)誤增加，而另一方 面，過早更換儀表將明顯地增加成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在消除前面公開的現(xiàn)有技術(shù)的缺陷并為此形成用于校準(zhǔn)儀表(尤其 是能耗儀表)的完全新型的方法。
本發(fā)明基于使用一個(gè)更精確的儀表以測量多個(gè)簡單儀表的總量，并通過對所 有儀表的重復(fù)的和至少近乎同時(shí)發(fā)生的測量來產(chǎn)生關(guān)于每個(gè)儀表相對求和儀表的 測量結(jié)果的各個(gè)測量結(jié)果的統(tǒng)計(jì)信息。不合格的儀表是基于測量結(jié)果的統(tǒng)計(jì)特性測 得的。在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，測量電能消耗。
更具體地，根據(jù)本發(fā)明的方法的特征為權(quán)利要求l的特征部分所陳述的內(nèi)容。 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的特征為權(quán)利要求8的特征部分所陳述的內(nèi)容。 通過本發(fā)明的幫助可實(shí)現(xiàn)大量的優(yōu)點(diǎn)。
借助根據(jù)本發(fā)明的方法，可測量在遠(yuǎn)程可讀取儀表周圍聯(lián)網(wǎng)的儀表的不精確 性而不必將這些儀表從網(wǎng)絡(luò)斷開。由于只要求求和儀表為精確儀表，因此只需要一
小部分?jǐn)?shù)量的昂貴的目前要求的精確儀表。由于電度表的價(jià)格大約為€ 30而一個(gè) 使用GSM的可遠(yuǎn)程讀取的儀表的現(xiàn)價(jià)大約為€ 100，因此儀表的斷開、校準(zhǔn)和再安 裝是非常明顯的額外成本。將來，儀表的相對成本將減少，但使用傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法的 校準(zhǔn)過程的成本可能會(huì)增加。因此根據(jù)本發(fā)明將自動(dòng)校準(zhǔn)引入電網(wǎng)將是節(jié)約成本的 一個(gè)非常重要的舉措。
如果使用移動(dòng)電話的RFID讀取被添加至現(xiàn)有的儀表，則能夠在它們的校準(zhǔn)中 也采用本發(fā)明公開的方法。
附圖簡述
下面借助實(shí)例和參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行說明。


圖1示出適用于根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)系統(tǒng)的方框圖。
圖1示意地示出一系統(tǒng)，其中K儀表1連接于例如公寓區(qū)中的"采集儀表"4， 采集儀表4通過導(dǎo)線或無線地連接于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)7。采集儀表4、或各個(gè)j儀表l也 在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)7上連接于在變電站2附近的遠(yuǎn)程可讀儀表3和6。根據(jù)我們的估計(jì)， 我們假設(shè)采集儀表4具有明顯比其后網(wǎng)絡(luò)中的儀表1更精確的精確等級。在這種應(yīng) 用下，儀表1也被稱為現(xiàn)場儀表。從這些儀表讀出的測量結(jié)果借助數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)被發(fā)送 至服務(wù)器5以進(jìn)行計(jì)算操作。
首先闡述一個(gè)簡單實(shí)例，其中多個(gè)j儀表1連接于例如公寓區(qū)中的采集儀表4。 另外，假設(shè)測量數(shù)據(jù)以規(guī)定間隔被采集入存儲器。現(xiàn)在我們可寫出關(guān)聯(lián)于一瞬時(shí)或 一時(shí)間段i的等式。
在該等式中，Ej表示在各個(gè)儀表j(l)中緩慢地時(shí)間依賴的系統(tǒng)誤差，而PjQ
是其零點(diǎn)誤差。這里假設(shè)采集儀表4是精確的，或者與之關(guān)聯(lián)的誤差是已知的。一旦我們進(jìn)行了 N次測量，我們能基于結(jié)果寫出下列矩陣等式。
<formula>formula see original document page 6</formula>
如果我們假設(shè)測量進(jìn)行地足夠頻繁，我們就能假設(shè)各用戶的結(jié)果不完全相關(guān) 于另一儀表的結(jié)果。另外，我們假設(shè)每個(gè)用戶使用的功率隨時(shí)間變化。這在數(shù)學(xué)上 意味著上面等式的功率矩陣的行列式偏離零。我們首先假設(shè)在儀表1中不存在零點(diǎn) 誤差。我們現(xiàn)在能就各個(gè)儀表l (等式中的j)的相對不精確性對等式進(jìn)行求解。
<formula>formula see original document page 6</formula>另外，我們能基于測量結(jié)果求解誤差偏離。不精確性的不確定性取決于在各
儀表1功率使用的偏差以及各儀表1和采集儀表4兩者的測量偏差。然而，本質(zhì)問 題在于，隨著時(shí)間推移功率流過的所有儀表(1)都將被校準(zhǔn)。這里所述的求解要 求矩陣的逆運(yùn)算，這要求大量的處理器能力。另外，誤差的不精確性的計(jì)算要求矩 陣的逆運(yùn)算。然而，矩陣的逆運(yùn)算可使用所謂遞歸方法消除，在遞歸方法中，基于 每個(gè)新的測量結(jié)果校正誤差矢量的值。遞歸方法的使用允許采集儀表4的處理器使 用其本身的處理器估算誤差。這顯著減少在儀表和服務(wù)器5之間傳遞數(shù)據(jù)的需求。 在工廠、購物中心和公寓區(qū)，通過使用本地?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)7以1秒一10秒的間隔測量 每個(gè)儀表的讀數(shù)，并且采集儀表4基于這些結(jié)果估算各儀表的不精確性，這是很值 得的。可附加該信息以形成"品質(zhì)信息"部分并在需要時(shí)將其發(fā)給電力公司，例如 以1小時(shí)一l月的間隔。也可這樣操作以僅在誤差足夠大并且其不確定性小于誤差 的情況下發(fā)送關(guān)于可能的不合格儀表和誤差量級的信息。在遠(yuǎn)程讀取的數(shù)據(jù)從各儀 表直接發(fā)送至電力公司的情形下，必須在中央計(jì)算機(jī)中進(jìn)行計(jì)算和以盡可能近的間 隔獲得遠(yuǎn)程讀取結(jié)果，由此基于這些結(jié)果求解儀表的不精確性。在這種情況下適當(dāng) 的時(shí)間間隔為1-10分鐘。讀取儀表的頻率越低，儀表不精確性的估計(jì)所花費(fèi)的時(shí) 間越長。然而，幸運(yùn)的是，大的誤差將很快被發(fā)現(xiàn)并因此出故障的儀表將很快被檢測出來。
通過從低電壓網(wǎng)絡(luò)和高電壓網(wǎng)絡(luò)兩者中的所有儀表采集小時(shí)數(shù)據(jù)，該方法實(shí) 現(xiàn)一種情形，其中原理上只有一個(gè)測量整個(gè)電力公司下的網(wǎng)絡(luò)的能量的儀表需要被 校準(zhǔn)。如果例如用三個(gè)儀表替換這些測量非常大量功率的儀表，也可基于遠(yuǎn)程讀取 以監(jiān)視這些儀表是否已形成故障。通過將遠(yuǎn)程讀取引入整個(gè)網(wǎng)絡(luò)并采用上述方法， 電力公司基本可以完全自動(dòng)地監(jiān)視儀表的可靠性。
因此，參照圖1，借助儀表4對儀表1的校準(zhǔn)方法可以相應(yīng)方式借助更高級的
釆集儀表5應(yīng)用于儀表4。
總地來說，通過計(jì)算偏差，我們注意到僅流過少量功率的儀表的不精確性的 不確定性仍然很大，反之，測量大能量讀數(shù)的儀表變得更為精確地校準(zhǔn)。如果通過 旁路某一儀表而從網(wǎng)絡(luò)取得功率，這種模型使我們明白某個(gè)儀表的不精確性已快速 變化。然而，如果儀表的不精確性典型為非常緩慢的時(shí)間的函數(shù)，在這種情形下可 通過旁路某一儀表而從網(wǎng)絡(luò)取得功率，或者在網(wǎng)絡(luò)上存在泄漏(leak)。換句話說， 通過監(jiān)視儀表不精確性隨時(shí)間的演變，可推導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)的狀況，或者電網(wǎng)的可能的濫 用。另外，如果碰巧在某些子網(wǎng)中的所有儀表中的誤差是相同的，則能夠懷疑原因 在于采集儀表的錯(cuò)誤讀取，而不在于網(wǎng)絡(luò)中的儀表。當(dāng)然，可借助處于網(wǎng)絡(luò)高電壓 側(cè)的儀表來估算采集儀表的不精確性。
該方法并不規(guī)定電力公司是否有權(quán)基于誤差數(shù)據(jù)校正儀表的讀數(shù)，或者是否 必須更換出故障的儀表。原則上，允許儀表的讀數(shù)的校正達(dá)到某一極限，以使儀表 根本不需要僅因?yàn)橐淮五e(cuò)誤的讀數(shù)而被更換。當(dāng)然，如果儀表的不精確性是因?yàn)榉?線性的緣故，則儀表的讀取無法被校正。
我們已經(jīng)描述一種簡單的方法，用來監(jiān)視遠(yuǎn)程讀取網(wǎng)絡(luò)中的電度表的誤差。 這種方法的引入給電力公司帶來了重要的節(jié)約。另外，該方法允許監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)狀況和 可能的濫用。即使在所述實(shí)例中我們涉及的是單相情形，本發(fā)明自然也能用于三相 網(wǎng)絡(luò)。例如，如果在公寓區(qū)內(nèi)，三相網(wǎng)絡(luò)通過三相求和儀表連接于單相儀表，則該 方法的優(yōu)勢尤為突出。這是因?yàn)橹挥泻侠頂?shù)目的儀表數(shù)將跟隨一個(gè)相并因此將更快 地檢測出儀表中的誤差。這種方法自然也可用于區(qū)域供熱儀表，然而網(wǎng)絡(luò)功率損失 的變化和溫度變化將會(huì)妨礙該方法的使用。這種方法也可應(yīng)用于工廠、天然氣田等 流體儀表中。
校準(zhǔn)計(jì)算是使用某些適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)5完成的，計(jì)算機(jī)5較佳的作為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)7 的計(jì)算服務(wù)器直接連接。測量結(jié)果當(dāng)然能以借助數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)7之外的其它方式傳送至計(jì)算機(jī)5而計(jì)算，例如借助適當(dāng)?shù)拇鎯橘|(zhì)，比如可移動(dòng)硬盤或某些其它類似的存 儲介質(zhì)。
從前述實(shí)例可以清楚知道， 一種典型的可測得量是電能的損耗。然而，本發(fā) 明可適用于由測量系統(tǒng)測量的任何量，只要系統(tǒng)中要被校準(zhǔn)的儀表的總讀數(shù)是使用 一個(gè)采集儀表測得的，該總讀數(shù)應(yīng)當(dāng)形成前述若干儀表的量的精確和。在電網(wǎng)中，
這是通過將采集儀表置于代表各子儀表(例如現(xiàn)場儀表)的總電流的導(dǎo)體上而實(shí)現(xiàn) 的。在水表或區(qū)域供熱儀表的情形下，采集儀表在另一方面測量主管道的流量或能 量，在主管道之后布置有諸如現(xiàn)場儀表的低級儀表。
該方法也可借助軟件局部地實(shí)現(xiàn)在每個(gè)采集儀表中。
根據(jù)本發(fā)明，可通過測量每個(gè)儀表中的電壓并在系統(tǒng)存儲器中采集電壓數(shù)據(jù)
來考慮釆集儀表4和在其之下的儀表1之間的傳遞路徑及其變化。如果采集儀表4 和低級儀表1之間的電壓差以固定電流改變，則可以知道傳遞路徑的特性已改變， 例如由誤差狀態(tài)或溫度變化所造成。相應(yīng)地，可通過同時(shí)測量流過每個(gè)儀表的功率 和電壓之比來估算傳遞路徑的特性，由此該比的變化指示傳遞路徑特性的變化。 上述測量方式既可用于提高測量的精確性又可用于檢測網(wǎng)絡(luò)故障。
權(quán)利要求
1.一種校準(zhǔn)系統(tǒng)中儀表的方法，其中若干儀表(1，j)用來測量要求的量；一個(gè)采集儀表(4)用來測量形成前述若干儀表(1)的總量的量，其特征在于，若干儀表(1)和采集儀表(4)兩者的測量結(jié)果被反復(fù)地和至少近乎同時(shí)地記錄；以及從記錄的測量數(shù)據(jù)及其記錄次數(shù)，產(chǎn)生各儀表(1，j)的相對測量誤差和可能的誤差偏離的模型。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，各儀表(1， j)的相對測量結(jié)果 和可能的誤差偏離的模型是通過矩陣計(jì)算方法產(chǎn)生的。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，測量能耗。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，測量電能耗。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，測量水消耗。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述模型在采集儀表(4)中本 地創(chuàng)建。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述模型創(chuàng)建于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù) 器(5)的中央。
8. —種用于校準(zhǔn)儀表的系統(tǒng)，其中若干儀表(1， j)被設(shè)置以測量要求量， 并且一個(gè)采集儀表(4)被設(shè)置以測量形成前述若干儀表(1)的總量的量，其特征在于，所述系統(tǒng)包括用于反復(fù)地和至少近乎同時(shí)地記錄若干儀表(1)和采集儀表(4) 兩者的測量結(jié)果的裝置；以及計(jì)算裝置(5)，通過所述計(jì)算裝置(5)從記錄的測量數(shù)據(jù)及其記錄次數(shù)， 產(chǎn)生各儀表(1， j)的相對測量誤差和可能的誤差偏離的模型。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括通過矩陣計(jì)算方法 產(chǎn)生各儀表(1， j)的相對測量誤差和可能的誤差偏離的模型的裝置(5)。
10. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，儀表(1， 4)被設(shè)置成測量能耗。
11. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，儀表(1， 4)被設(shè)置成測量電能耗。
12. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，儀表(1， 4)被設(shè)置成測量水 消耗。
13. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，計(jì)算裝置(5)位于采集儀表(4)中。
14. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，計(jì)算裝置(5)集中在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) (7)中。
15. —種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求l-6所述的任 何校準(zhǔn)方法。
全文摘要
本公開揭示一種用于校準(zhǔn)系統(tǒng)中的儀表的方法，其中若干儀表(1，j)用來測量要求的量；一個(gè)采集儀表(4)用來測量形成前述若干儀表(1)的總量的量。根據(jù)本發(fā)明，若干儀表(1)和采集儀表(4)兩者的測量結(jié)果被反復(fù)地和至少近乎同時(shí)地記錄；并從記錄的測量數(shù)據(jù)及其記錄次數(shù)，產(chǎn)生各儀表(1，j)的相對測量誤差和可能的誤差偏離的模型。
文檔編號G01R22/06GK101322043SQ200680044979
公開日2008年12月10日 申請日期2006年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月1日
發(fā)明者H·瑟帕 申請人:芬蘭國立技術(shù)研究中心