СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПОВЕРКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
CALIBRATION METHOD AND SYSTEM OF MEASURING INSTRUMENTS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу поверки измерительных приборов согласно преамбуле пункта 1.
Изобретение относится также к системе поверки измерительных приборов.
Уровень техники
Для измерения потребляемой электроэнергии все чаще используется дистанционное считывание. В частности, в Швеции и в других скандинавских странах этому направлению уделяется большое внимание. В Китае, где испытывают огромный недостаток в электроэнергии, также наблюдается тенденция перехода к дистанционному считыванию. Поскольку дистанционно считываемые измерительные приборы становятся весьма распространенными, вполне вероятно, что качество электроэнергии также будет контролироваться через индивидуальные измерительные приборы. Это объясняется тем, что простое дистанционное считывание показаний и эффективность, которую оно дает, могут оказаться недостаточными для покрытия убытков, несомых компаниями из-за дистанционного считывания. В местах расположения нескольких измерительных приборов вполне естественно, что измеренный ими расход электроэнергии, прежде всего, считывается с наиболее точного измерительного прибора, и что именно этот измерительный прибор передает данные в электроэнергетическую компанию. Достаточная точность счетчиков электроэнергии важна как для потребителей, так и для электроэнергетических компаний. Законодательство в отношении калибровки счетчиков электроэнергии сильно меняется при переходе из одной страны в другую. Во всех странах, однако, требуется некоторый способ определения точности счетчиков электроэнергии. Часто все счетчики, которые находились в работе в течение определенного времени, собираются на поверку и после обслуживания либо возвращаются в работу, либо заменяются новыми счетчиками. Выборочной поверкой может быть выявлено наличие плохих счетчиков, но этот метод не гарантирует точности всех счетчиков электроэнергии.
Недостатком современного уровня техники является то, что методы случайной выборки не точны, и счетчики, дающие ошибочные показания, могут оставаться необнаруженными. Слишком поздняя замена старых счетчиков новыми приводит к значительному увеличению ошибок, в то время как, с другой стороны, слишком ранняя такая замена сильно увеличит затраты на техническое обслуживание.
Раскрытие изобретения
Изобретение направлено на устранение указанных выше недостатков современного уровня техники и на создание для этой цели совершенно нового способа поверки измерительных приборов, в частности счетчиков потребляемой электроэнергии.
Изобретение основывается на использовании одного более точного счетчика электроэнергии для измерения суммарных показаний простых счетчиков и на использовании многократных и по существу одновременных измерений всех счетчиков для получения статистической информации о результатах индивидуальных измерений каждого счетчика относительно результирующих измерений суммирующего счетчика. Неправильно работающие счетчики выявляются на основе статистических свойств результатов измерений.
В одном предпочтительном варианте изобретения измеряется потребление электрической энергии.
Более конкретно, способ по изобретению характеризуется признаками отличительной части пункта 1.
Система по изобретению, в свою очередь, характеризуется признаками отличительной части пункта 8.
Изобретение позволяет получить значительные преимущества.
С помощью способа, являющегося предметом изобретения, неточность измерений счетчиков, расположенных рядом с дистанционно считываемым счетчиком, может быть измерена без отключения счетчиков от электросети. Потребуется гораздо меньше дорогих точных счетчиков, поскольку только суммирующие счетчики должны быть точными. Так как стоимость счетчика электроэнергии составляет около € 30, а сегодняшняя стоимость одного счетчика электроэнергии с дистанционным считыванием с использованием сотовой связи с подвижным объектом GSM составляет около € 100, снятие счетчика, его поверка и установка на прежнее место требуют очень существенных дополнительных затрат. В будущем относительная стоимость счетчиков электроэнергии уменьшится, но стоимость процесса поверки с использованием традиционных методов вероятно будет возрастать. Таким образом, внедрение способа автоматической поверки, являющегося предметом настоящего изобретения, в эксплуатацию электрической сети будет важной мерой по сбережению затрат.
Если добавить считывание меток радиочастотной идентификации (транспондеров) с помощью мобильного телефона к существующим счетчикам электроэнергии, можно будет использовать способ по изобретению для их поверки.
Далее изобретение рассматривается на примерах и со ссылками на сопровождающий чертеж.
На чертеже показана структурная схема одного варианта системы, поясняющая способ по изобретению.
Осуществление изобретения
На чертеже схематически показана система, в которой K счетчиков электроэнергии 1 подключены, например к «суммирующему счетчику» 4 для блока квартир, который подключен с помощью проводов или по радио к сети передачи данных 7. Суммирующий счетчик 4 или j индивидуальных счетчиков 1 подключены также через сеть передачи данных 7 к дистанционно считываемым счетчикам 3 и 5, расположенным поблизости от трансформаторной станции 2. В нашей оценке мы предполагаем, что суммирующие счетчики 4 имеют более высокий класс точности, чем счетчики 1 в сети позади них. В настоящей заявке счетчики 1 называются также эксплуатационными счетчиками. Показания счетчиков считывают и передают с помощью сети передачи данных на сервер 5 для вычислительной обработки.
Сначала рассмотрим простой случай, в котором j счетчиков 1 подключены, например, к суммирующему счетчику 4 в блоке квартир. Кроме того предположим, что измеряемые данные записываются в память через регулярные интервалы времени. Тогда можно записать уравнение, относящееся к моменту или интервалу времени i.
j
j,0
В этом уравнении ε описывает медленно меняющуюся во времени систематическую ошибку индивидуального счетчика j (1), a P - его ошибку при установке нуля. Здесь предполагается, что либо суммирующий счетчик 4 является точным, либо вносимая им ошибка известна. После N измерений можно описать результаты следующим матричным уравнением.
Если предположить, что измерения проводятся достаточно часто, можно допустить, что результаты одного индивидуального пользователя не будут полностью коррелировать с результатами, отображаемыми на другом счетчике электроэнергии. Кроме того, предполагается, что потребление электроэнергии каждым пользователем меняется во времени. Математически это означает, что определитель матрицы потребляемой энергии в приведенном выше уравнении отличается от нулевого значения. Сначала допустим, что ошибка установки нуля в счетчиках 1 отсутствует. Тогда можно решить уравнение для относительной неточности каждого индивидуального счетчика 1 (j-го в уравнении).
Кроме того, по результатам измерений можно найти отклонение ошибки. Неопределенность в погрешности зависит от отклонения потребляемой мощности в местах расположения счетчиков 1 и от отклонения показаний как счетчиков 1, так и суммирующего счетчика 4. Важным моментом, однако, оказывается то, что через некоторое время все счетчики 1, через которые проходит электроэнергия, окажутся поверенными. Описываемое здесь решение требует операции обращения матрицы, которая предъявляет большие требования к производительности процессора. Кроме того, операция обращения матрицы требуется для расчета погрешности ошибки. Однако обращения матрицы можно избежать, используя так называемые рекурсивные методы, в которых значение вектора ошибки корректируется с учетом каждого нового результата измерения. Использование рекурсивного метода позволяет процессору суммирующего счетчика 4 оценивать ошибку, используя свои собственные ресурсы. Это значительно снижает требования к каналам передачи данных между счетчиками и сервером 5. На фабриках, в торговых центрах и в многоквартирных домах целесообразно считывать показания каждого счетчика с интервалами в 1 с-10 с, используя локальную сеть передачи данных 7, а суммирующий счетчик 4 оценивает погрешности счетчиков на основе этих результатов. Эту информацию можно добавлять как часть «информации о качестве» и посылать в электроэнергетическую компанию по мере необходимости, например, с интервалами от 1 часа до 1 месяца. Можно также сделать так, чтобы информация о возможно неисправном счетчике и о величине его ошибки посылалась только тогда, когда ошибка достаточно велика и погрешность становится меньше, чем ошибка. В ситуации, когда дистанционно считываемая информация передается в электроэнергетическую компанию непосредственно с индивидуальных счетчиков, вычисления нужно будет делать на центральном компьютере, а дистанционно считываемые показания должны считываться с возможно меньшими интервалами, чтобы можно было вычислить погрешность счетчика на основе этих измерений. Подходящий интервал времени в такой ситуации составляет 1-10 мин. Чем реже снимаются показания счетчика, тем дольше будет продолжаться оценка погрешностей счетчиков. К счастью, однако, большая ошибка будет выявлена очень быстро, и неработающие счетчики будут быстро обнаружены.
При ежечасном сборе показаний со всех счетчиков как в низковольтной сети, так и в высоковольтных сетях, способ делает возможной ситуацию, в которой только один счетчик, измеряющий потребление электроэнергии всей сети, принадлежащей электроэнергетической компании, нуждается в поверке. Если эти счетчики, которые измеряют очень большие расходы электроэнергии, заменить, например, тремя счетчиками, на основе дистанционного считывания показаний можно будет также осуществлять текущий контроль появления неисправности в одном из этих счетчиков. Путем внедрения дистанционного считывания во всю сеть и использования описанного выше способа, электроэнергетическая компания могла бы почти полностью автоматизировать текущий контроль надежности счетчиков расхода электроэнергии.
Таким образом, как показано на фиг.1, способ поверки счетчиков 1 с помощью счетчика 4 может быть применен с соответствующими изменениями для поверки счетчиков 4 с помощью суммирующего счетчика 5 более высокого уровня.
В общем случае, вычисляя отклонение, можно заметить, что неопределенность погрешностей счетчиков, через которые проходит лишь небольшое количество электроэнергии, остается большой, в то время как, наоборот, счетчики, которые измеряют большие расходы электроэнергии, становятся все более точно поверенными. Если электроэнергия забирается из сети мимо счетчика, способ позволяет заметить, что погрешность некоторого счетчика быстро изменилась. Поскольку, однако, погрешность счетчика обычно очень медленно меняется во времени, вполне вероятно, что в таком случае электроэнергия забирается из сети мимо счетчика, или в сети имеется утечка. Другими словами, путем контроля зависимости погрешности электросчетчиков от времени можно делать выводы о состоянии электросети или о возможном несанкционированном подключении к электросети. Кроме того, если оказывается, что ошибка на всех электросчетчиках некоторой подсети одинакова, то можно подозревать, что причина кроется в ошибочном считывании показаний суммирующего счетчика, а не в электросчетчиках сети. Разумеется, погрешность суммирующего счетчика может быть оценена с помощью счетчиков, которые находятся в высоковольтной части электросети.
Способ не говорит, имеет ли электроэнергетическая компания право исправлять показания электросчетчика на основе информации об ошибках, или она должна заменить неисправный электросчетчик. В принципе можно было бы разрешить корректировку показаний электросчетчика до некоторого предела с тем, чтобы счетчики не нужно было заменять вообще из-за ошибочных показаний. Разумеется, если погрешность электросчетчика обусловлена нелинейностью, показания счетчика не могут быть исправлены.
Выше описан простой способ текущего контроля ошибок счетчиков электроэнергии в дистанционно считываемых сетях. Внедрение способа даст электроэнергетическим компаниям существенную экономию. Кроме того, способ позволяет контролировать как состояние сети, так и ее возможное неправильное использование. Несмотря на то, что в примерах обсуждался однофазовый случай, способ может быть, естественно, использован и в трехфазных сетях. Если, например, в блоке квартир трехфазная сеть подключена через трехфазный суммирующий счетчик электроэнергии к однофазным счетчикам электроэнергии, преимущества способа становятся даже более заметными. Это связано с тем, что только разумное число счетчиков электроэнергии будет установлено после перехода на одну фазу, и поэтому ошибка в показаниях счетчиков будет обнаружена значительно быстрее. Способ может, естественно, быть использован в счетчиках централизованного отопления, но потери электроэнергии в сети и изменения температуры могут препятствовать его применению. Способ может использоваться также в измерителях расхода на фабриках, в газовых распределительных сетях и т.п.
Поверочные вычисления совершаются с помощью некоторого подходящего компьютера 5, который предпочтительно подключен непосредственно, как вычислительный сервер сети передачи данных 7. Результаты измерений могут, разумеется, передаваться для расчетов на компьютер 5 не только с помощью сети передачи данных 7, но и другими способами, например, с помощью подходящей запоминающей среды, такой как съемный жесткий диск или некоторая другая аналогичная запоминающая среда.
Как следует из приведенного выше примера, одной типичной измеряемой величиной является потребление электрической энергии. Однако изобретение может иметь отношение к любой величине, измеряемой некоторой измерительной системой до тех пор, пока сумма показаний измерительных приборов, подлежащих поверке в системе, измеряется одним суммирующим измерительным прибором, который должен давать точную сумму показаний указанных выше нескольких измерительных приборов. В электросети это осуществляется размещением суммирующего счетчика на проводнике, по которому течет суммарный ток вторичных счетчиков (например, эксплуатационных счетчиков электроэнергии). В случае измерителей расхода воды или измерителей централизованного отопления суммирующий счетчик должен, с другой стороны, измерять расход или энергию основной трубы, за которым располагаются счетчики более низкого уровня, такие как эксплуатационные счетчики.
Способ может быть реализован локально в каждом суммирующем счетчике с помощью программного обеспечения.
Согласно изобретению состояние канала передачи данных между суммирующим счетчиком 4 и счетчиками 1 более низкого уровня и его (состояния) изменения могут учитываться путем измерения напряжения в каждом счетчике и внесения значений напряжения в память системы. Если разность напряжений между суммирующим счетчиком 4 и счетчиком 1 более низкого уровня изменится при постоянном токе, будет известно, что свойства канала передачи данных изменились, например из-за изменения температуры или появления неисправности. Соответственно свойства канала передачи данных могут быть оценены одновременным измерением отношения электроэнергии, проходящей через каждый счетчик к напряжению, где изменение в отношении будет указывать на изменение свойств канала передачи данных.
Описанный выше способ может использоваться как для повышения точности измерения, так и для обнаружения ошибок в сети.