仪表校准方法和系统.pdf

本公开揭示一种用于校准系统中的仪表的方法，其中若干仪表(1，j)用来测量要求的量；一个采集仪表(4)用来测量形成前述若干仪表(1)的总量的量。根据本发明，若干仪表(1)和采集仪表(4)两者的测量结果被反复地和至少近乎同时地记录；并从记录的测量数据及其记录次数，产生各仪表(1，j)的相对测量误差和可能的误差偏离的模型。

1.  一种校准系统中仪表的方法，其中若干仪表(1，j)用来测量要求的量；一个采集仪表(4)用来测量形成前述若干仪表(1)的总量的量，
其特征在于，
若干仪表(1)和采集仪表(4)两者的测量结果被反复地和至少近乎同时地记录；以及
从记录的测量数据及其记录次数，产生各仪表(1，j)的相对测量误差和可能的误差偏离的模型。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，各仪表(1，j)的相对测量结果和可能的误差偏离的模型是通过矩阵计算方法产生的。

3.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，测量能耗。

4.  如权利要求3所述的方法，其特征在于，测量电能耗。

5.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，测量水消耗。

6.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模型在采集仪表(4)中本地创建。

7.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模型创建于数据网络的服务器(5)的中央。

8.  一种用于校准仪表的系统，其中若干仪表(1，j)被设置以测量要求量，并且一个采集仪表(4)被设置以测量形成前述若干仪表(1)的总量的量，
其特征在于，
所述系统包括用于反复地和至少近乎同时地记录若干仪表(1)和采集仪表(4)两者的测量结果的装置；以及
计算装置(5)，通过所述计算装置(5)从记录的测量数据及其记录次数，产生各仪表(1，j)的相对测量误差和可能的误差偏离的模型。

9.  如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统包括通过矩阵计算方法产生各仪表(1，j)的相对测量误差和可能的误差偏离的模型的装置(5)。

10.  如权利要求8所述的系统，其特征在于，仪表(1，4)被设置成测量能耗。

11.  如权利要求8所述的系统，其特征在于，仪表(1，4)被设置成测量电能耗。

12.  如权利要求8所述的系统，其特征在于，仪表(1，4)被设置成测量水消耗。

13.  如权利要求8所述的系统，其特征在于，计算装置(5)位于采集仪表(4)中。

14.  如权利要求8所述的系统，其特征在于，计算装置(5)集中在数据网络(7)中。

15.  一种计算机程序产品，所述计算机程序产品实现如权利要求1-6所述的任何校准方法。

仪表校准方法和系统
技术领域
本发明涉及如权利要求1前序部分的校准方法。
本发明还涉及仪表校准的系统。
背景技术
在能量测量中，远程读取呈显著增长趋势。尤其在瑞典和其它北欧国家，这个趋势存在很大的压力。在能量巨大缺乏的中国同样有向远程读取转变的压力。随着远程读取仪表变得普及，用专门仪表监视能量的品质是非常可能的。这是因为普通的远程读取和它带来的效率增加不一定足以弥补电力公司由于远程读取所招至的花费。在存在多个仪表的地点，自然首先从最精确的仪表读取仪表的能耗并且该仪表将数据传送至电力公司。仪表足够的精度对于消费者和电力公司两者都是重要的。仪表计量的法规从一个国家至另一个国家有很大的不同。然而，所有国家都需要一些确定仪表精确性的方法。已达到某一年限的仪表经常被收集以检查并在维护后返回现场或由新仪表代替。通过采样，可识别低劣的仪表存货，但这种方法不保证所有仪表的精确性。
现有技术的一个缺点是随机检查方法是不精确的，并且清楚地给出错误读数的仪表可能仍未检测出。过晚用新仪表更换旧仪表导致明显的错误增加，而另一方面，过早更换仪表将明显地增加成本。
发明内容
本发明旨在消除前面公开的现有技术的缺陷并为此形成用于校准仪表(尤其是能耗仪表)的完全新型的方法。
本发明基于使用一个更精确的仪表以测量多个简单仪表的总量，并通过对所有仪表的重复的和至少近乎同时发生的测量来产生关于每个仪表相对求和仪表的测量结果的各个测量结果的统计信息。不合格的仪表是基于测量结果的统计特性测得的。
在本发明的一个较佳实施例中，测量电能消耗。
更具体地，根据本发明的方法的特征为权利要求1的特征部分所陈述的内容。
根据本发明的系统的特征为权利要求8的特征部分所陈述的内容。
通过本发明的帮助可实现大量的优点。
借助根据本发明的方法，可测量在远程可读取仪表周围联网的仪表的不精确性而不必将这些仪表从网络断开。由于只要求求和仪表为精确仪表，因此只需要一小部分数量的昂贵的目前要求的精确仪表。由于电度表的价格大约为30而一个使用GSM的可远程读取的仪表的现价大约为100，因此仪表的断开、校准和再安装是非常明显的额外成本。将来，仪表的相对成本将减少，但使用传统校准方法的校准过程的成本可能会增加。因此根据本发明将自动校准引入电网将是节约成本的一个非常重要的举措。
如果使用移动电话的RFID读取被添加至现有的仪表，则能够在它们的校准中也采用本发明公开的方法。

附图简述
下面借助实例和参照附图对本发明进行说明。
图1示出适用于根据本发明的方法的一个系统的方框图。
图1示意地示出一系统，其中K仪表1连接于例如公寓区中的“采集仪表”4，采集仪表4通过导线或无线地连接于数据网络7。采集仪表4、或各个j仪表1也在数据网络7上连接于在变电站2附近的远程可读仪表3和6。根据我们的估计，我们假设采集仪表4具有明显比其后网络中的仪表1更精确的精确等级。在这种应用下，仪表1也被称为现场仪表。从这些仪表读出的测量结果借助数据网络被发送至服务器5以进行计算操作。
首先阐述一个简单实例，其中多个j仪表1连接于例如公寓区中的采集仪表4。另外，假设测量数据以规定间隔被采集入存储器。现在我们可写出关联于一瞬时或一时间段i的等式。
PΣ(i)=Σj(1+ϵj)Pj(i)+Pj,0]]>
在该等式中，ε_j表示在各个仪表j(1)中缓慢地时间依赖的系统误差，而P_j.0是其零点误差。这里假设采集仪表4是精确的，或者与之关联的误差是已知的。
一旦我们进行了N次测量，我们能基于结果写出下列矩阵等式。
PΣ(1)PΣ(2)··PΣ(N)=P1(1)P1(2)··P1(N)P2(1)P2(2)··P2(N)········PK(1)PK(2)··PK(N)··ϵ1+1ϵ2+1··ϵK+1+P1,0P2,0··PK.0]]>
如果我们假设测量进行地足够频繁，我们就能假设各用户的结果不完全相关于另一仪表的结果。另外，我们假设每个用户使用的功率随时间变化。这在数学上意味着上面等式的功率矩阵的行列式偏离零。我们首先假设在仪表1中不存在零点误差。我们现在能就各个仪表1(等式中的j)的相对不精确性对等式进行求解。
ϵ1ϵ2··ϵK=P1(1)P1(2)··P1(N)P2(1)P2(2)··P2(N)········PK(1)PK(2)··PK(N)··-1PΣ(1)PΣ(2)··PΣ(N)-11··1]]>
另外，我们能基于测量结果求解误差偏离。不精确性的不确定性取决于在各仪表1功率使用的偏差以及各仪表1和采集仪表4两者的测量偏差。然而，本质问题在于，随着时间推移功率流过的所有仪表(1)都将被校准。这里所述的求解要求矩阵的逆运算，这要求大量的处理器能力。另外，误差的不精确性的计算要求矩阵的逆运算。然而，矩阵的逆运算可使用所谓递归方法消除，在递归方法中，基于每个新的测量结果校正误差矢量的值。递归方法的使用允许采集仪表4的处理器使用其本身的处理器估算误差。这显著减少在仪表和服务器5之间传递数据的需求。在工厂、购物中心和公寓区，通过使用本地数据网络7以1秒-10秒的间隔测量每个仪表的读数，并且采集仪表4基于这些结果估算各仪表的不精确性，这是很值得的。可附加该信息以形成“品质信息”部分并在需要时将其发给电力公司，例如以1小时-1月的间隔。也可这样操作以仅在误差足够大并且其不确定性小于误差的情况下发送关于可能的不合格仪表和误差量级的信息。在远程读取的数据从各仪表直接发送至电力公司的情形下，必须在中央计算机中进行计算和以尽可能近的间隔获得远程读取结果，由此基于这些结果求解仪表的不精确性。在这种情况下适当的时间间隔为1-10分钟。读取仪表的频率越低，仪表不精确性的估计所花费的时间越长。然而，幸运的是，大的误差将很快被发现并因此出故障的仪表将很快被检测出来。
通过从低电压网络和高电压网络两者中的所有仪表采集小时数据，该方法实现一种情形，其中原理上只有一个测量整个电力公司下的网络的能量的仪表需要被校准。如果例如用三个仪表替换这些测量非常大量功率的仪表，也可基于远程读取以监视这些仪表是否已形成故障。通过将远程读取引入整个网络并采用上述方法，电力公司基本可以完全自动地监视仪表的可靠性。
因此，参照图1，借助仪表4对仪表1的校准方法可以相应方式借助更高级的采集仪表5应用于仪表4。
总地来说，通过计算偏差，我们注意到仅流过少量功率的仪表的不精确性的不确定性仍然很大，反之，测量大能量读数的仪表变得更为精确地校准。如果通过旁路某一仪表而从网络取得功率，这种模型使我们明白某个仪表的不精确性已快速变化。然而，如果仪表的不精确性典型为非常缓慢的时间的函数，在这种情形下可通过旁路某一仪表而从网络取得功率，或者在网络上存在泄漏(leak)。换句话说，通过监视仪表不精确性随时间的演变，可推导出网络的状况，或者电网的可能的滥用。另外，如果碰巧在某些子网中的所有仪表中的误差是相同的，则能够怀疑原因在于采集仪表的错误读取，而不在于网络中的仪表。当然，可借助处于网络高电压侧的仪表来估算采集仪表的不精确性。
该方法并不规定电力公司是否有权基于误差数据校正仪表的读数，或者是否必须更换出故障的仪表。原则上，允许仪表的读数的校正达到某一极限，以使仪表根本不需要仅因为一次错误的读数而被更换。当然，如果仪表的不精确性是因为非线性的缘故，则仪表的读取无法被校正。
我们已经描述一种简单的方法，用来监视远程读取网络中的电度表的误差。这种方法的引入给电力公司带来了重要的节约。另外，该方法允许监视网络状况和可能的滥用。即使在所述实例中我们涉及的是单相情形，本发明自然也能用于三相网络。例如，如果在公寓区内，三相网络通过三相求和仪表连接于单相仪表，则该方法的优势尤为突出。这是因为只有合理数目的仪表数将跟随一个相并因此将更快地检测出仪表中的误差。这种方法自然也可用于区域供热仪表，然而网络功率损失的变化和温度变化将会妨碍该方法的使用。这种方法也可应用于工厂、天然气田等流体仪表中。
校准计算是使用某些适当的计算机5完成的，计算机5较佳的作为数据网络7的计算服务器直接连接。测量结果当然能以借助数据网络7之外的其它方式传送至计算机5而计算，例如借助适当的存储介质，比如可移动硬盘或某些其它类似的存储介质。
从前述实例可以清楚知道，一种典型的可测得量是电能的损耗。然而，本发明可适用于由测量系统测量的任何量，只要系统中要被校准的仪表的总读数是使用一个采集仪表测得的，该总读数应当形成前述若干仪表的量的精确和。在电网中，这是通过将采集仪表置于代表各子仪表(例如现场仪表)的总电流的导体上而实现的。在水表或区域供热仪表的情形下，采集仪表在另一方面测量主管道的流量或能量，在主管道之后布置有诸如现场仪表的低级仪表。
该方法也可借助软件局部地实现在每个采集仪表中。
根据本发明，可通过测量每个仪表中的电压并在系统存储器中采集电压数据来考虑采集仪表4和在其之下的仪表1之间的传递路径及其变化。如果采集仪表4和低级仪表1之间的电压差以固定电流改变，则可以知道传递路径的特性已改变，例如由误差状态或温度变化所造成。相应地，可通过同时测量流过每个仪表的功率和电压之比来估算传递路径的特性，由此该比的变化指示传递路径特性的变化。
上述测量方式既可用于提高测量的精确性又可用于检测网络故障。