三相三线电能表的电量计量方法和装置与流程
未命名
08-15
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1.本技术涉及电气计量技术领域,具体而言,涉及一种三相三线电能表的电量计量方法和装置。
背景技术:
2.窃电和反窃电是供电企业与窃电用户之间的一对矛盾。窃电用户为了自身利益,用技术手段(通常在计费电能表电压回路做手脚)使电能表计费装置失准(少计电量),达到用电少花钱的目的。供电企业为了防止资产流失、保护企业自身利益,组织专门的用电监察人员查窃电。并投入系统(营销业务应用系统、电量采集系统、用电管理终端、服务投诉平台等)以支撑,尽量快速的发现窃电嫌疑用户。发现有窃电嫌疑的用户后,人工现场调查,取证、估算丢失的电量、阻止窃电行为继续,并按规定将窃取的电量追回。
3.目前全国电力企业查找窃电嫌疑用户基本上都是采用如下流程:1)获取用户窃电信息(举报、终端报警、用电管理系统数据、业务分析数据等),查看相关数据(确认有窃电嫌疑),然后下达用电监察查勘传票;2)用电监察到现场寻找、分析异常情况;3)发现异常、取证,进而确定有窃电行为,责令其终止窃电行为;4)在现场查阅有关数据、估算窃电损失电量,下达窃电处罚通知单;5)追回损失,资金到账。
4.上述步骤1到步骤4全部是人工介入,至少需要3~7个工作日,人工查处窃电事件,不但效率低(7个工作日内能将损失追回已算高效率)、成本高(人力成本、组建系统成本、系统维护成本等)、覆盖面低(由于资源限制,目前只能顾及大用户,还不能普及所有的动力用户)。窃电用户所消耗的电量全部用人工估算,而且与真值之间的偏差存在严重的不确定度,有碍于贸易结算的准确、缺乏公平、公正、透明性。
5.目前还没有关于将窃电户窃去的电量直接追补回来的技术方案,如专利cn106156269a(一种防窃电精准定位在线监测方法)中,是利用已知窃电用户用电数据规律,建立关于线损异常指标、用电异常指标、计量装置故障及异常告警指标、用户历史业务办理情况指标、用户历史用电服务指标和电价执行指标的模型及异常筛选规则,以营销业务应用系统、电量采集系统、电话服务投诉、客户基础档案信息作为客户数据来源,对窃电疑似用户进行实时监测。该方法是依靠窃电举报、网络信息(如用电管理终端报警)列出嫌疑户名单,进行重点监测,接合运行参数、历史档案等资料,基本靠实后再派员去现场核查、取证、估算窃电数量、终止窃电行为等(全过程只能监视,无法阻止,更谈不上将损失追回)。这段时间是放任该用户继续窃电,直到有关人员去现场取到证据,才能终止窃电。更谈不上把该用户窃去的电量直接追回(还有大量的工作),是系统+人工处理的综合,只做到发现、确认、阻止(存在大量的时延),无法实现损失追回。
6.再如,专利cn112710884a(一种反窃电工具及方法)中,在窃电嫌疑户的电能计量装置回路串接一个标准表,对该用户计费装置进行核对,发现数据偏差大,判断有窃电嫌疑,与电力企业现场校验方式相类似,只不过它是有目标的行为并兼有取证功能。同样要依靠他人提供窃电情报才能实施。不具备把该用户窃去的电量直接追回的功能。尤其是被窃
取的电量还要人工估算,仍然无法用电能表计量。
技术实现要素:
7.本技术实施例的目的在于提供一种三相三线电能表的电量计量方法和装置,用以解决现有技术中防窃电的处理效率较低的技术问题。
8.第一方面,本发明提供了一种三相三线电能表的电量计量方法,包括:从目标电能表的计量单元周期性地采样电压回路数据,目标电能表为三相三线电子式电能表,目标电能表的电能表常数的初始值为标定数值,标定数值用于在目标电能表的电压回路正常的情况下计量用电量;在根据电压回路数据确定电压回路的相电压发生异常的情况下,将电能表常数的数值调整为修正数值,其中,修正数值用于降低电压回路发生的相电压异常对电能表的用电量计量过程造成的影响;根据电能表常数的修正数值,将目标电能表的脉冲输出频率的频率值从当前周期的频率数值调整为修正频率值,并利用脉冲输出频率的修正频率值确定下一周期的用电量。
9.第二方面,本发明还提供了一种三相三线电能表的电量计量装置,包括:采样模块,用于从目标电能表的计量单元周期性地采样电压回路数据,其中,目标电能表为三相三线电子式电能表,目标电能表的电能表常数的初始值为标定数值,标定数值用于在目标电能表的电压回路正常的情况下计量用电量;修正模块,用于在根据电压回路数据确定电压回路的相电压发生异常的情况下,将电能表常数的数值调整为修正数值,其中,修正数值用于降低电压回路发生的相电压异常对电能表的用电量计量过程造成的影响;补偿模块,用于根据电能表常数的修正数值,将目标电能表的脉冲输出频率的频率值从当前周期的频率数值调整为修正频率值,并利用脉冲输出频率的修正频率值确定下一周期的用电量。
10.第三方面,本发明提供了一种电子设备,包括:存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,处理器通过计算机程序执行上述的方法。
11.第四方面,本发明提供一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质上存储有计算机程序,计算机程序被处理器运行时执行上述实施方式任一项的方法的步骤。
12.本发明提供了一种三相三线电能表的电量计量方法和装置,通过从目标电能表的计量单元周期性地采样电压回路数据,在根据电压回路数据确定电压回路的相电压发生异常的情况下,将电能表常数的数值调整为修正数值,修正数值用于降低电压回路发生的相电压异常对电能表的用电量计量过程造成的影响;根据电能表常数的修正数值,将目标电能表的脉冲输出频率的频率值从当前周期的频率数值调整为修正频率值,并利用脉冲输出频率的修正频率值确定下一周期的用电量,以此可以实现在检测到异常出现后进行电量计量的在线补偿,简单方便,效率高,可以解决现有技术中防窃电的处理效率较低的技术问题。
附图说明
13.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案,下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本技术的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
14.图1是一种用于实现本发明实施例的三相三线电能表的电量计量方法的示例电子设备;
15.图2是根据本发明实施例的一种三相三线电能表的电量计量方法的流程图;
16.图3是根据本发明实施例的另一种三相三线电能表的电量计量方案的示意图;
17.图4是根据本发明实施例的一种三相三线电能表的相失压原理的示意图;
18.图5为本发明实施例提供的一种三相三线电能表的电量计量装置结构示意图;
19.图6为本发明实施例提供的一种电压逆相序的矢量示意图;
20.图7为本发明实施例提供的一种电压逆相序的矢量示意图;
21.图8为本发明实施例提供的一种电压逆相序的矢量示意图;
22.图9为本发明实施例提供的一种单相失压的矢量示意图;
23.图10为本发明实施例提供的一种计费电能表的示意图。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
25.因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
26.应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
27.下面结合附图,对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.首先,参照图1来描述用于实现本发明实施例的三相三线电能表的电量计量方法的示例电子设备100。
29.如图1所示,电子设备100包括一个或多个处理器102、一个或多个存储器104,可选地,电子设备100还可以包括输入装置106以及输出装置108,这些组件通过总线系统112和/或其它形式的连接机构(图1中未示出)互连。应当注意,图1所示的电子设备100的组件和结构只是示例性的,而非限制性的,根据需要,电子设备也可以具有其他组件和结构。
30.处理器102可以是中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元,并且可以控制电子设备100中的其它组件以执行期望的功能。
31.存储器104可以包括一个或多个计算机程序产品,计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质,例如易失性存储器和/或非易失性存储器。易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(ram)和/或高速缓冲存储器(cache)等。非易失性存储器例如可以包括只读存储器(rom)、硬盘、闪存等。在计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令,处理器102可以运行程序指令,以实现下文的本发明实施例中(由处理器实
现)的客户端功能以及/或者其它期望的功能。在计算机可读存储介质中还可以存储各种应用程序和各种数据,例如应用程序使用和/或产生的各种数据等。
32.输入装置106可以是用户用来输入指令的装置,并且可以包括键盘、鼠标、麦克风和触摸屏等中的一个或多个。
33.输出装置108可以向外部(例如用户、其他电子设备等)输出各种信息(例如图像或声音等),并且可以包括显示器、扬声器等中的一个或多个。
34.示例性地,用于实现根据本发明实施例的三相三线电能表的电量计量方法的示例电子设备可以被实现为诸如三相三线电子式电能表等智能电能表上。
35.根据本发明实施例,提供了一种三相三线电能表的电量计量方法的实施例,需要说明的是,在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行,并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。需要说明的时,本技术的部分编号并未顺序编码,是为了与电工常规标注相匹配,如u1、u3等。
36.图2是根据本发明实施例的一种三相三线电能表的电量计量方法的流程图,如图2所示,该方法包括如下步骤:
37.s210,从目标电能表的计量单元周期性地采样电压回路数据,目标电能表为三相三线电子式电能表,目标电能表的电能表常数的初始值为标定数值,标定数值用于在目标电能表的电压回路正常的情况下计量用电量。
38.在三相供电系统中,三相按顺序分别为a相(即u相)、b相(即v相)、c相(即w相),其中每一相的电压称为相电压,流经每一相的电流称为相电流;各输电线的线端之间的电压,称为线电压,流经输电线路的电流称为线电流;φ表示矢量u与矢量i之间的夹角。
39.上述电子式电能表的计量单元由二组元件组成,即二组电流采样器件(如互感器),电压回路可以理解为a相互感器回路和c相互感器回路。电子式电能表可以周期性地采样电能表的电压回路的电路数据,例如,读取的周期为每秒三次。
40.上述步骤s210中,周期性地采样到的电压回路数据可以包括:
41.每一相互感器回路的电压(如a相互感器回路的线电压u1、c相互感器回路的线电压u3);
42.每一相互感器回路的电流(如a相互感器回路的相电流ia、c相互感器回路的相电流ic);
43.每一相互感器回路的相角(即互感器回路的电压与电流之间的夹角,如a相互感器回路的相角φ1、c相互感器回路的相角φ3);
44.每一相互感器回路的有功功率(如a相互感器回路的有功功率w1、c相互感器回路的有功功率w3);
45.三相电压矢量和三相电压矢量和为三相电压矢量和(实际可以从计量芯片计量寄存器直接读取);分别表示三相中各相电压的矢量值。例如,电能表内置cpu根据计量模块(rn2026)数据读写周期(3次/秒)启动cpu读取计量模块当前u、i、w、φ等数据,写入《附加数据库》,发现异常立即启动“电量追补程序”,进行相应操作。
46.cpu将在“计量模块”中获取的各种数据储存在《附加数据库》中,供执行程序中调用,数据库格式、地址见下表1,该表1为《附加数据库》内容及地址。
47.表1
[0048][0049]
s220,在根据电压回路数据确定电压回路的相电压发生异常的情况下,将电能表常数的数值调整为修正数值,修正数值用于降低电压回路发生的相电压异常对电能表的用电量计量过程造成的影响。
[0050]
在根据电压回路数据确定电压回路的相电压是否发生异常时,可以根据a相互感器回路的线电压u1与参考电压之间的比较结果、c相互感器回路的线电压u3与参考电压之间的比较结果、计量单元的三相电压矢量和与参考电压矢量之间的比较结果、a相互感器回路和c相互感器回路的相角夹角φu与参考夹角之间的比较结果,确定电压回路的相电压是否发生异常(如逆相序、a相失压、b相失压、c相失压以及二相失压)。具体包括以下几种情况:
[0051]
1)在a相互感器回路的线电压u1大于等于参考电压(如100v)、c相互感器回路的线电压u3大于等于参考电压、计量单元的三相电压矢量和大于等于参考电压矢量(如20v)、相角夹角φu等于第一参考夹角(如-60
°
)的情况下,确定电压回路正常;
[0052]
2)在a相互感器回路的线电压u1大于等于参考电压、c相互感器回路的线电压u3大于等于参考电压、计量单元的三相电压矢量和大于等于参考电压矢量、相角夹角φu等于第二参考夹角(如60
°
)的情况下,确定电压回路为逆相序,其中,第二参考夹角和第一参考夹角之和为0;
[0053]
3)在a相互感器回路的线电压u1小于参考电压、c相互感器回路的线电压u3大于等
于参考电压、计量单元的三相电压矢量和大于等于参考电压矢量、相角夹角φu不等于第一参考夹角或第二参考夹角的情况下,确定电压回路为a相失压;
[0054]
4)在a相互感器回路的线电压u1小于参考电压、c相互感器回路的线电压u3小于参考电压、计量单元的三相电压矢量和大于等于参考电压矢量、相角夹角φu不等于第一参考夹角或第二参考夹角的情况下,确定电压回路为b相失压;
[0055]
5)在a相互感器回路的线电压u1大于等于参考电压、c相互感器回路的线电压u3小于参考电压、计量单元的三相电压矢量和大于等于参考电压矢量、相角夹角φu不等于第一参考夹角或第二参考夹角的情况下,确定电压回路为c相失压;
[0056]
6)在a相互感器回路的线电压u1小于参考电压、c相互感器回路的线电压u3小于参考电压、计量单元的三相电压矢量和小于参考电压矢量、相角夹角φu不等于第一参考夹角或第二参考夹角的情况下,确定电压回路为二相失压。
[0057]
在一个可选的实施例中,电压回路检查“异常状态”逻辑判断标准如表2所示:
[0058]
表2
[0059][0060]
逻辑编码分为a相互感器回路的线电压u1(即uab)、c相互感器回路的线电压u3(即ucb)、三相电压矢量和相角夹角φu四个部分。
[0061]
当a相与b相之间的线电压uab大于等于40v时,输出编码“1”,当a相与b相之间的线电压uab小于40v时,输出编码“0”;
[0062]
当c相与b相之间的线电压ucb大于等于40v时,输出编码“1”,当c相与b相之间的线电压ucb小于40v时,输出编码“0”;
[0063]
当三相电压矢量和大于等于20v时,输出编码“1”,当三相电压矢量和小于20v时,输出编码“0”;
[0064]
当线电压夹角(φu)为-60
°
且相序提示电压逆相序正常(uphsqerr=0)时,输出编码“1”,当线电压夹角(φu)为60
°
且电压相序提示异常(uphsqerr=1)时,输出编码“0”,当
线电压夹角(φu)为非60
°
或-60
°
、或者电压相序未提示异常时,输出编码“er”。
[0065]
其中,如果输出完整编码为“1101”,则电压正常;如果输出完整编码为“1100”,则电压相序异常;如果输出完整编码为“011er”,则a相失压;如果输出完整编码为“001er”,则b相失压;如果输出完整编码为“101er”,则c相失压;如果输出完整编码为“000er”,则为三相中的两相失压。之后,根据异常类型确定电能表常数的修正数值,以利用修正数值部分或者全部消除电压回路发生的相电压异常对电能表的用电量计量过程造成的影响。
[0066]“丢失电量”的追补精度取决于电能表常数(k)。在“电压回路”发生异常时,“逻辑判断”单元,给出当前异常内容。针对各种“异常”,本技术研究出不同的电表常数(k)计算式,根据计算式得出当前应该设置的电表常数(k)数值,从而保证电能表在“异常状态下”仍然计量正确。
[0067]
三相三线电能表在失压状态下,电表常数k计算式:
[0068][0069][0070]
简化后,新的电表常数:
[0071][0072]
三相电能表在电压逆相序的特点和追补电量的难点:
[0073]
第一、电压逆相序以电压排序方式可分为:uacb、ubac、ucba三种,无论那种电压排序方式,计量模块输出功率w=0。在3
×
3系统(三相三线接线系统),以uacb排序为例:
[0074]
w=w1+w3=ui
×
cos(φ-30
°
)+ui
×
cos(φ+150
°
)=0;
[0075]
第二、电压逆相序实际上是二相电压位置调换(一相不变),要使电能表计量正确,首先判断出当前电压矢量的排序方式,然后根据3
×
3系统电压对称、电流平衡原理,把“逆相序”还原成“正相序”:
[0076][0077]
算出“正相序下的“虚拟功率”(计量模块输出总功率w=0,不能提供准确数据)”,推导出在“逆相序状态下”新的电表常数(k)的计算式。
[0078]
第三、三相三线电能表在电压逆相序状态下电表常数(k)计算式:
[0079][0080]
式中:s1表示a相互感器回路的视在功率,视在功率(标准定义,单位为kvar)是表示交流电器设备容量的量,等于电压有效值和电流有效值的乘积,它乘以功率因数等于有功功率,单位为伏安(var)、千伏安(kvar);
[0081]
k表示电能表铭牌参数值(即电能表常数的初始值、标定数值),k表示在逆相序状态下设置新的电表常数值(即修正数值);
[0082]
φ表示虚拟功率因数角(在电压逆相序状态下,根据当前“计量模块”输出的视在功率值、各元件的有功功率、电压、电流等参数的特点,可以判断出当前电压排序方式。从而推算出实际“功率因数角”,因为此时“计量模块”已经不能正确反映(因电压逆相序所致)功
率因数角,计算出的φ角以及a相互感器回路的功率等,本方法中统统冠以“虚拟”定语,与计量模块直接输出的信息加以区别);
[0083]
w表示电表常数规定下的功率值(1kw);
[0084]
w'表示电压逆相序期间虚拟功率。
[0085]
计量模块的原理是,在恒定功率、固定的时间间隔下,由电表常数(k)的大小决定其输出脉冲的多少。电量是脉冲的积分值,所以抓住电表常数(k)的计算数值,就能决定计量模块输出电量的数值。
[0086]
参见图3,经“测量及逻辑判断单元”的逻辑判断后,根据不同异常状态选用不同的追补电量计算式,输入到计量模块,进行丢失电量在线追补。
[0087]
具体的,先确定计量模块失压、电压逆相序提示,读取各元件电压、电流、相角、功率、三相电压矢量和等,基于表2所示的进行逻辑判断以及逻辑判断结果。
[0088]
如果结果是“1101”,则确认电压回路无异常,正常计量;
[0089]
如果结果是“1100”,则判断逆相序的电压排序,进行逆相序丢失电量追补;
[0090]
如果结果是“011er”,则确定为a相失压,进行丢失电量追补;
[0091]
如果结果是“001er”,则判断u1和u3是否大于20v(或u1-u3=0
±
0.1v),如果是,则确定为b相失压,进行丢失电量追补;如果不是,则进行全失压电量追补。
[0092]
需要说明的是,若b相失压,ac相电压分配原则根u1、u3所带阻抗有关。如果阻抗平衡,则将ac相电压一分为二,各占50%。当时往往某一相负载重一些,其“残压”相对较低,但不会大于阀值的5%,原理见图4。
[0093]
如果结果是“101er”则确定为c相失压,进行丢失电量追补。
[0094]
其中,1101:电压回路正常接线,正常计量即可;
[0095]
1100:逆相序接线,进行逆相序丢失电量方式追补,完成逆相序状态下新电表常数k值的计算(前文有描述“三相三线电能表在电压逆相序的特点、追补电量的难点以及电表常数k计算式”),即可完成逆相序状态下丢失电量的追补;
[0096]
011er:a相失压(可为0111或0110),进行失压丢失电量方式追补,完成a相失压状态下新电表常数k值的计算(前文有描述“三相三线电能表在失压状态下,电表常数k计算式”),即可完成逆相序状态下丢失电量的追补;
[0097]
001er:ac相电压是否大于20v(或u1-u3=0
±
0.1v),如果是,则为b相失压(0011或0010),丢失电量追方式同“a相失压”;若果不是,则为全失压。
[0098]
101er:c相失压(1011或1010),丢失电量追方式同“a相失压”。
[0099]
其中,上述具体额电量追补的方法可以参见前述图2的实施例中的描述,此处不再赘述。
[0100]
s230,根据电能表常数的修正数值,将目标电能表的脉冲输出频率的频率值从当前周期的频率数值调整为修正频率值,并利用脉冲输出频率的修正频率值确定下一周期的用电量。
[0101]
基于电子式电能表原理,输出电量脉冲数量多少取决于“电表常数k”的大小。k愈小(在电能表输入功率不变的前提下),输出电量脉冲愈多,即改变电表常数k可以改变电能表所计量电量多少。无论是失压(电压缺失),还是电压逆相序,输入到电能表的功率都会下降(电压回路异常引起),就要计算出正确的电表常数,写入计量芯片功率阀值寄存器,调整
电能表脉冲输出速度,就能完成“追回电压回路异常”丢失的电量。
[0102]
基于正常相电量以及丢失电量确定总电量(电压异常丢失电量+正常相记录的电量)。
[0103]
比如a相失压,bc相就是正常相,a相为异常相;
[0104]
b相失压,ac相就是正常相,b相为异常相;
[0105]
c相失压,ab相就是正常相,c相为异常相;
[0106]
对于正常相来说,计量芯片始终是按照准确值输出电量脉冲的,软件只需根据输出脉冲的多少和表计标称脉冲常数(铭牌上标定的脉冲常数)计算正常相电量值,软件无需对正常相做特殊处理。
[0107]
实际三相三线电能表在修正后的总电量的获得原理是(与计量芯片有关):
[0108]
根据异常类型计算得到不同的脉冲常数k值(小于正常接线时k值),自动切换修改记录芯片的功率阀值寄存器值(即将k值写入该寄存器,一般寄存器值会变小),计量芯片单位时间内输出的脉冲数会随功率阀值寄存器值的变小而增多,按照计量原理,根据脉冲数的多少和铭牌标定的电表脉冲常数,就可得到最终电量值(已经是正常相电量+异常相电量),举例:铭牌标定的脉冲常数为10000imp/kwh,实际输出脉冲数为25000个,则最终计量的电量为2.5kwh。
[0109]
计量模块的原理是,在恒定功率、固定的时间间隔下,由电表常数(k)的大小决定其输出脉冲的多少。电量是脉冲的积分值,所以抓住电表常数(k)的计算数值,就能决定计量模块输出电量的数值。
[0110]
基于计量模块的原理,在得到新的电表常数k值并写入计量芯片功率阀值寄存器后,电能表输出脉冲速度就随之改变,单位时间内所计量的电量也就随之改变,从而达到了在线追补的目的。
[0111]
图5为本发明实施例提供的一种三相三线电能表的电量计量装置结构示意图。如图5所示,该装置包括:
[0112]
采样模块510,用于从目标电能表的计量单元周期性地采样电压回路数据,其中,目标电能表为三相三线电子式电能表,目标电能表的电能表常数的初始值为标定数值,标定数值用于在目标电能表的电压回路正常的情况下计量用电量;
[0113]
修正模块520,用于在根据电压回路数据确定电压回路的相电压发生异常的情况下,将电能表常数的数值调整为修正数值,其中,修正数值用于降低电压回路发生的相电压异常对电能表的用电量计量过程造成的影响;
[0114]
补偿模块530,用于根据电能表常数的修正数值,将目标电能表的脉冲输出频率的频率值从当前周期的频率数值调整为修正频率值,并利用脉冲输出频率的修正频率值确定下一周期的用电量。
[0115]
可选地,计量单元包括a相互感器回路和c相互感器回路,其中,采样模块510还用于:周期性地采样a相互感器回路的线电压u1和c相互感器回路的线电压u3;周期性地采样a相互感器回路的相角φ1和c相互感器回路的相角φ3;周期性地采样计量单元的三相电压矢量和
[0116]
可选地,采样模块510还用于:按照每秒3次的频率从目标电能表的计量单元采样电压回路数据。
[0117]
可选地,修正模块520还用于:根据a相互感器回路的线电压u1与参考电压之间的比较结果、c相互感器回路的线电压u3与参考电压之间的比较结果、计量单元的三相电压矢量和与参考电压矢量之间的比较结果、a相互感器回路和c相互感器回路的相角夹角φu与参考夹角之间的比较结果,确定电压回路的相电压是否发生异常。
[0118]
可选地,电压回路的相电压异常包括逆相序、a相失压、b相失压、c相失压以及二相失压。
[0119]
可选地,修正模块520还用于:
[0120]
在a相互感器回路的线电压u1大于等于参考电压、c相互感器回路的线电压u3大于等于参考电压、计量单元的三相电压矢量和大于等于参考电压矢量、相角夹角φu等于第一参考夹角的情况下,确定电压回路正常;
[0121]
在a相互感器回路的线电压u1大于等于参考电压、c相互感器回路的线电压u3大于等于参考电压、计量单元的三相电压矢量和大于等于参考电压矢量、相角夹角φu等于第二参考夹角的情况下,确定电压回路为逆相序,其中,第二参考夹角和第一参考夹角之和为0;
[0122]
在a相互感器回路的线电压u1小于参考电压、c相互感器回路的线电压u3大于等于参考电压、计量单元的三相电压矢量和大于等于参考电压矢量、相角夹角φu不等于第一参考夹角或第二参考夹角的情况下,确定电压回路为a相失压;
[0123]
在a相互感器回路的线电压u1小于参考电压、c相互感器回路的线电压u3小于参考电压、计量单元的三相电压矢量和大于等于参考电压矢量、相角夹角φu不等于第一参考夹角或第二参考夹角的情况下,确定电压回路为b相失压;
[0124]
在a相互感器回路的线电压u1大于等于参考电压、c相互感器回路的线电压u3小于参考电压、计量单元的三相电压矢量和大于等于参考电压矢量、相角夹角φu不等于第一参考夹角或第二参考夹角的情况下,确定电压回路为c相失压;
[0125]
在a相互感器回路的线电压u1小于参考电压、c相互感器回路的线电压u3小于参考电压、计量单元的三相电压矢量和小于参考电压矢量、相角夹角φu不等于第一参考夹角或第二参考夹角的情况下,确定电压回路为二相失压。
[0126]
可选地,补偿模块530还用于:
[0127]
在根据电压回路数据确定电压回路出现相失压的情况下,按照如下公式确定电能表常数的修正数值k并进行调整:
[0128]
其中,k为标定数值,φ为相角;
[0129]
在根据电压回路数据确定电压回路出现逆相序的情况下,按照如下公式确定电能表常数的修正数值并进行调整:
[0130]
其中,w
′
为逆相序期间的虚拟功率,w为调整前的功率。
[0131]
本发明实施例所提供的装置,其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同,为简要描述,装置实施例部分未提及之处,可参考前述方法实施例中相应内容。
[0132]
作为一个可选的实施方式,下文结合具体内容详述本技术的技术方案:
[0133]
电压逆相序(uacb)矢量图如图6所示,电压逆相序(ubac)矢量图如图7所示,电压逆相序(ucba)矢量图如图8所示,从图6-图8可以看出:在电压逆相序时,无论电压矢量如何排序(uacb、ubac、ucba),最后电能表输出总有功功率都为零;为了使图6-图8看起来更清晰,其中的φ角按0
°
绘制。
[0134]
根据相关规定,高压电网供电电压合格标准为:u
±
10%un(un即额定电压)。当电网供电电压u>1.1un或者u<0.9un时,为异常状态。电网在正常运行状态下电压波动不会超越该界限(即电压阀值)。
[0135]
关于“电压阀值”的不确定性:
[0136]
①
电压异常信息用“逻辑判断”。判定标准4项:分别为第一元件电压(线电压u1)、第三元件电压(线电压u3)、三相电压矢量和(σu)、线电压之间夹角(φu)和芯片输出的逆相序提示信号;
[0137]
②
线电压门槛值(二项)为(u1或u3),u1或u3≥40v为逻辑“1”、三相电压矢量和门槛值(σu)为20v,σu≥20v为;逻辑“1”;
[0138]
线电压之间夹角
→
φu(φu
→
u1u3之间夹角=-60
°
)和逆相序提示(uphsqerr=0)同时存在(合并为一项)
→
判断逻辑“1”;
[0139]
线电压之间夹角
→
φu(φu
→
u1u3之间夹角=+60
°
)和逆相序提示(uphsqerr=1)同时存在
→
判断逻辑“0”;φu和逆相序提示,二项指标,只要有一项不满足要求判断
→
逻辑“0”;
[0140]
③
当b相失压,第一元件和第三元件电压变为直接接在uac之间(形成“人工中心点”),如果第一元件和第三元件电压回路等值阻抗相等。则各元件按50%的电压分配(在29v左右)。矢量状态详见图9;
[0141]
④
从图9可以看出:当a、c相电压(ua或uc失压)失压后,三相电压矢量和(σu)的幅值等于该相电压(ua或uc的电压幅值),相位与原来电压相差180
°
(-u)。用“复数”计算法也可以证明上述结论的正确性。“复数”计算见下式:
[0142]
1)计算三相电压齐全时,三相电压矢量和(usum)为零。
[0143]
根据复数计算法则,三相电压齐全,计算电压矢量和(σu):
[0144][0145]
其中,
[0146][0147][0148]
运算结果:在三相电压齐全状态下,三相电压矢量和为零。
[0149]
2)当a相失压,求a相电压共轭复数:
[0150][0151][0152][0153]
幅值等于该相电压,相位相差180
°
,结论与矢量图一致。
[0154]
3)c相失压,求c相电压的共轭复数
[0155][0156][0157]
幅值等于该相电压,相位相差180
°
,结论与矢量图一致。
[0158]
⑤
当b相电压时,电能表运行在一种“特殊”的接线方式之下(相当于跨接在线电压uac二端)。线电压uac被一分为二,分别加在电能表的第一元件和第三元件的分压电阻上,原理接线图见下图10。
[0159]
⑥
由图10可见:在一般情况下,b相失压后,电能表第一元件与第三元件串联(行成“人工中心点”),电压分布按其内阻大小分配。在没有外部设备(电压表、电压监视仪)的情况下(大多数如此),第一元件与第三元件上的压降相等。但在有外部设备时(有可能),该相分配到的电压下降,另一相没分配到的电压上升,不能忽视。
[0160]“异常状态”确认难点与处理原则:
[0161]
失压确认的难点:
[0162]
①
三相三线电能表是35kv、10kv高压电网计费的专用表计。35kv、10kv高压电网是中性点不接地系统(没有零线),电网只三根“相线”(俗称“火线”ua、ub、uc
→
参考图10)引入。按常规,不能直接发现“相线异常”(因为没零线,没法直接测量火线对零线电压);
[0163]
②
正常与异常的区别:
[0164]
电网正常供电:三相电压齐全且幅值相等(ua=ub=uc=un)、电压按正相序排列(uabc)、有功功率(w),w=uicosφ、视在功率(s),s=ui;式中,u:相电压(ua、ub、uc);i:电流(ia、ic);
[0165]
φ:电压与电流之间的夹角;cosφ:φ角的余弦函数、s:视在功率。
[0166]
正常状态下,三相总有功功率三相视在功率异常状态:分为二种情况:
[0167]
一是电压逆相序
→
三相电压齐全、电压排序异常(uacb、ubac、ucba)、电能表输出三相总有功功率为零;
[0168]
二是失压(电压缺失),分为单相失压、二相失压(全失压)。电能表输出三相总有功功率下降
↓
。
[0169]
③
判断异常状态的难点:
[0170]
由于35kv、10kv高压电网是中性点不接地系统(没有零线),而“异常状态”是出现在“相电压”上(逆相序或失压),无法直接获取相关信息(不能直接测量“火线对零线的电压”),但它们在“线电压、相角、输出总有功功率”上有反映。
[0171]
④
解决“难点”的技巧:
[0172]
采取“间接”的测量方法
→
测量“三相电压矢量和(σu)”、“功率因数角(φ)”、输出总有功功率。因为它们在上述参量上都会有所反映。最有效的方法按是“电工原理”,做“矢量图”(参考上图6至9)、做多参量状态的逻辑分析;
[0173]
⑤
多参量状态的逻辑分析:
[0174]
将“多参量状态的逻辑的分析”分为二部分。
[0175]
一是,判断“电压逆相序”。要素指标4项:线电压(uab、ucb为二项)、三相电压矢量
和(σu)、相角及逆相序提示(合并为一项);
[0176]
在“电压逆相序”状态下。三相电压矢量和(σu),σu=0,“逻辑分析”应该为“0”。
[0177]
二是,判断“失压”。要素指标3项:线电压(uab、ucb为二项)、三相电压矢量和(σu),相角及逆相序提示应该退出,不参与判断。但是由于“逻辑分析”把“逆相序”和“失压”设计在一个表格中,所以在判断“失压”中,用“err”或用逻辑“0”/逻辑“1”替代,保持“逻辑分析”仍然有4个参与量。
[0178]
⑥
异常相的确认:
[0179]
当“逻辑分析”编码出现1100
→
判断电压逆相序;
[0180]
当表1编码出现011er(或0111、0110)
→
a相失压;
[0181]
当表1编码出现001er(或0011、0010)
→
b相失压;
[0182]
当表1编码出现101er(或1011、1010)
→
c相失压;
[0183]
当表1编码出现000er(或0001、0000)
→
二相失压(全失压)。
[0184]
单相失压可从“rn2026芯片”提供的“正常相”当前相角(φ1或φ3)中进行换算(方法见后分析);
[0185]
全失压“rn2026芯片”会提供“全失压”信息和当前各相电流值σi、(1次/分钟,电流测量时间:88ms积分值)。
[0186]
替代功率选择的难点:
[0187]
①
替代功率必须是“正值”。在整个运行场景下(-90
°
<φ<+90
°
)的范围内,“窃电事件”随时都会发生(不可预计)。而在“运行场景内”往往可能出现“负功率”,无法完成“替代功率”的任务。本技术只能引进“正常相有功功率”、视在功率等完成“丢失功率”的替代。此时必须进行“相别换算”、“视在功率换算”等工作;
[0188]
②
总有功功率(w)运算式:
[0189]
总有功功率(w):w=第一元件功率(w1)+第三元件功率(w3)。
[0190][0191]
从上式中可以看出:φ1与φ3相差60
°
关系,从而可以从正常相的φ角(φ1、φ3)求出异常相φ角或当前功率因数角(φ);
[0192]
③
有功功率(w),w=uicosφ,视在功率(s),s=ui。它们之间相差一个cosφ,从视在功率(s)转换为有功功率(w)只要乘以功率因数(cosφ)即可。这样可以有效的解决“负功率”的难题。
[0193]
④
根据35kv、10kv高压电网为“中性点绝缘系统,三相电压对称(uab=ucb)、电流平衡(ia=ic)的特点,正常相幅值可以直接替代异常相幅值;
[0194]
⑤
根据“逻辑判断编码”、相角转换关系式,可以方便的完成“替代功率”所需的参量。
[0195]
关于电表常数与输出电量脉冲关系:
[0196]
电表常数(k)的物理意义:电表常数(k)
×
标准功率(w)=常数(c),即:k
×
w=c。
[0197]
电表常数(k)由rn2026电能表芯片内部的w/f变换器(功率积分器)是由“电能表芯片内部参数”所决定的。外部无法改变“电表常数(k)”的大小,只有遵循:电表常数(k)
×
标
准功率(w)=常数(c),即:k
×
w=c才能保证计量正确;
[0198]
如:3
×
100v 1.5/6a,其中k=20000imp/kwh
[0199]
根据电表常数的物理意义以及芯片制造“用户手册”说明书介绍,可以这样应用:
[0200]
电表常数k为:20000imp/kwh。
[0201]
即,如果保持在单位时间内(如,t=18秒),当输入功率为1kw不变,电能表在18秒输出100个电量脉冲(根据电表常数原理推导如下计算式:
[0202]
式中,t:时间,单位:秒(下同),计算后,确认该表的“电表常数为20000imp/kwh”无误(该方法通常用于实验室校核该电能表常数是否正确
→
制造厂是否将铭牌上错)。
[0203]
在现场通常也可以用这个方法来核查当前输入到电能表的功率大小(电能表计量专用回路通常不装配功率表)。
[0204]
如果在t=18秒,检测到电能表输出是100个脉冲,测得当前输入到电能表功率为1kw,计算式:如果在t=18秒钟检测到电能表输出是200个脉冲,则当前输入到电能表的功率一定为2kw,同理,在18秒钟检测到电能表输出是50个脉冲,则当前输入到电能表的功率一定为0.5kw。
[0205]
在k不变的前提下,在固定时间内(t),电能表输出总电量脉冲愈多,表明当前输入功率愈大。
[0206]
电表常数(k)的应用:
[0207]
①
保证计量正确条件:
[0208]
电表常数(k)
×
输入功率(w)=常数(c),即:k
×
w=c。
[0209]
如:3
×
100v 1.5/6ak=20000imp/kwh,在运行条件下,电表常数是不准设置(改变)的。无论将k变大或变小(k变动后,c≠c),都将影响电量脉冲输出的数量,使计量失准。
[0210]
②
设置电表常数结果为我所用:
[0211]
如在失压状态下,输入到电能表的功率一定下降(w
↓
)。如果维持电表常数k不变,电量脉冲输出数量必然减少(w
↓→
pimp
↓
)。
[0212]
要想弥补由于失压引起的功率下降,人为增加输入功率是不可取的(也不现实)。最简单的方法是增加电能表输出电量脉冲的数量(芯片内部参数无法改变),采用的办法是重新设置电能表常数k的数值,使电能表在单位时间内输出电量脉冲数量增加
↑
[0213]
维持电表常数与输入功率的乘积:k
×
w=常数(c)的关系不变,(k
×
w=k
×w′→
式中,k:电能表铭牌常数;k:重新设置的“新的电表常数”;w:铭牌规定的规律
→
1kw;w
′
:当前电能表实际功率),这样就简单的完成弥补因w
↓→
pimp
↓
带来的损失。
[0214]
③k→
k转换关系式:
[0215]
根据k
×
w=k
×w′
计算式,求取新的电表常数(k):
[0216]
进一步的,本实施例还提供了一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器运行时执行前述方法实施例所提供的方法的步骤。
[0217]
本发明实施例所提供的计算机程序产品,包括存储了程序代码的计算机可读存储介质,程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法,具体实现可参见方法实施例,在此不再赘述。
[0218]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
[0219]
在本技术所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统、装置和方法,可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,又例如,多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
[0220]
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0221]
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0222]
功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:u盘、移动硬盘、只读存储器(rom,read-only memory)、随机存取存储器(ram,random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0223]
最后应说明的是:以上实施例,仅为本发明的具体实施方式,用以说明本发明的技术方案,而非对其限制,本发明的保护范围并不局限于此,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
技术特征:
1.一种三相三线电能表的电量计量方法,其特征在于,包括:从目标电能表的计量单元周期性地采样电压回路数据,其中,所述目标电能表为三相三线电子式电能表,所述目标电能表的电能表常数的初始值为标定数值,所述标定数值用于在所述目标电能表的电压回路正常的情况下计量用电量;在根据所述电压回路数据确定所述电压回路的相电压发生异常的情况下,将所述电能表常数的数值调整为修正数值,其中,所述修正数值用于降低所述电压回路发生的相电压异常对所述电能表的用电量计量过程造成的影响;根据所述电能表常数的修正数值,将所述目标电能表的脉冲输出频率的频率值从当前周期的频率数值调整为修正频率值,并利用所述脉冲输出频率的修正频率值确定下一周期的用电量。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述计量单元包括a相互感器回路和c相互感器回路,其中,从目标电能表的计量单元周期性地采样电压回路数据,包括:周期性地采样所述a相互感器回路的线电压u1和所述c相互感器回路的线电压u3;周期性地采样所述a相互感器回路的相角φ1和所述c相互感器回路的相角φ3;周期性地采样所述计量单元的三相电压矢量和3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,从目标电能表的计量单元周期性地采样电压回路数据包括:按照每秒3次的频率从所述目标电能表的计量单元采样所述电压回路数据。4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,根据所述电压回路数据确定所述电压回路的相电压是否发生异常,包括:根据所述a相互感器回路的线电压u1与参考电压之间的比较结果、所述c相互感器回路的线电压u3与所述参考电压之间的比较结果、所述计量单元的三相电压矢量和与参考电压矢量之间的比较结果、所述a相互感器回路和所述c相互感器回路的相角夹角φu与参考夹角之间的比较结果,确定所述电压回路的相电压是否发生异常。5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述电压回路的相电压异常包括逆相序、a相失压、b相失压、c相失压以及二相失压。6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,根据所述a相互感器回路的线电压u1与参考电压之间的比较结果、所述c相互感器回路的线电压u3与所述参考电压之间的比较结果、所述计量单元的三相电压矢量和与参考电压矢量之间的比较结果、所述a相互感器回路和所述c相互感器回路的相角夹角φu与参考夹角之间的比较结果,确定所述电压回路的相电压是否发生异常,包括:在所述a相互感器回路的线电压u1大于等于所述参考电压、所述c相互感器回路的线电压u3大于等于所述参考电压、所述计量单元的三相电压矢量和大于等于所述参考电压矢量、所述相角夹角φu等于第一参考夹角的情况下,确定所述电压回路正常;在所述a相互感器回路的线电压u1大于等于所述参考电压、所述c相互感器回路的线电压u3大于等于所述参考电压、所述计量单元的三相电压矢量和大于等于所述参考电压矢量、所述相角夹角φu等于第二参考夹角的情况下,确定所述电压回路为逆相序,其中,所
述第二参考夹角和所述第一参考夹角之和为0;在所述a相互感器回路的线电压u1小于所述参考电压、所述c相互感器回路的线电压u3大于等于所述参考电压、所述计量单元的三相电压矢量和大于等于所述参考电压矢量、所述相角夹角φu不等于所述第一参考夹角或所述第二参考夹角的情况下,确定所述电压回路为a相失压;在所述a相互感器回路的线电压u1小于所述参考电压、所述c相互感器回路的线电压u3小于所述参考电压、所述计量单元的三相电压矢量和大于等于所述参考电压矢量、所述相角夹角φu不等于所述第一参考夹角或所述第二参考夹角的情况下,确定所述电压回路为b相失压;在所述a相互感器回路的线电压u1大于等于所述参考电压、所述c相互感器回路的线电压u3小于所述参考电压、所述计量单元的三相电压矢量和大于等于所述参考电压矢量、所述相角夹角φu不等于所述第一参考夹角或所述第二参考夹角的情况下,确定所述电压回路为c相失压;在所述a相互感器回路的线电压u1小于所述参考电压、所述c相互感器回路的线电压u3小于所述参考电压、所述计量单元的三相电压矢量和小于所述参考电压矢量、所述相角夹角φu不等于所述第一参考夹角或所述第二参考夹角的情况下,确定所述电压回路为二相失压。7.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,在根据所述电压回路数据确定所述电压回路的相电压发生异常的情况下,将所述电能表常数的数值调整为修正数值,包括:在根据所述电压回路数据确定所述电压回路出现相失压的情况下,按照如下公式确定所述电能表常数的修正数值k并进行调整:其中,k为标定数值,φ为相角;在根据所述电压回路数据确定所述电压回路出现逆相序的情况下,按照如下公式确定所述电能表常数的修正数值并进行调整:其中,w
′
为逆相序期间的虚拟功率,w为调整前的功率。8.一种三相三线电能表的电量计量装置,其特征在于,包括:采样模块,用于从目标电能表的计量单元周期性地采样电压回路数据,其中,所述目标电能表为三相三线电子式电能表,所述目标电能表的电能表常数的初始值为标定数值,所述标定数值用于在所述目标电能表的电压回路正常的情况下计量用电量;修正模块,用于在根据所述电压回路数据确定所述电压回路的相电压发生异常的情况下,将所述电能表常数的数值调整为修正数值,其中,所述修正数值用于降低所述电压回路发生的相电压异常对所述电能表的用电量计量过程造成的影响;补偿模块,用于根据所述电能表常数的修正数值,将所述目标电能表的脉冲输出频率的频率值从当前周期的频率数值调整为修正频率值,并利用所述脉冲输出频率的修正频率值确定下一周期的用电量。
9.一种电子设备,其特征在于,包括:存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器通过所述计算机程序执行上述权利要求1至7任一项中所述的方法。10.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器运行时执行上述权利要求1至7任一项所述的方法的步骤。
技术总结
本申请提供一种三相三线电能表的电量计量方法和装置,涉及电气计量技术领域。该方法包括:从目标电能表的计量单元周期性地采样电压回路数据,目标电能表为三相三线电子式电能表;在根据电压回路数据确定电压回路的相电压发生异常的情况下,将电能表常数的数值调整为修正数值,以降低电压回路发生的相电压异常对电能表的用电量计量过程造成的影响;根据电能表常数的修正数值,将目标电能表的脉冲输出频率的频率值从当前周期的频率数值调整为修正频率值,并利用脉冲输出频率的修正频率值确定下一周期的用电量,以此可以实现在检测到异常出现后进行电量计量的在线补偿,简单方便,效率高,可以解决现有技术中防窃电的处理效率较低的技术问题。低的技术问题。低的技术问题。
技术研发人员:王伟亮 胡元轲 马小辉 刘春华 杨军 叶思奇 肖治涛 张金朋 洪慧玲 倪一鸣
受保护的技术使用者:杭州炬华科技股份有限公司
技术研发日:2023.06.09
技术公布日:2023/8/13
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