DE69700135T2 - Stromzähler - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Stromverbrauchszähler zur genauen Kalkulation des Stromverbrauchs einer gegebenen elektrischen Anlage.
• Es gibt zwei Arten von bekannten Stromverbrauchszählern, d. h. elektromechanische oder elektronische. Die elektromechanischen Zähler verwenden einen kleinen Motor, der mit einer der verbrauchten Leistung entsprechenden Geschwindigkeit dreht. Der kleine Motor treibt einen mechanischen Zähler an, der die verbrauchte Gesamtleistung speichert. Die mechanischen Verluste aufgrund von Reibungen verhindern die Erfassung von schwachen Strömen unterhalb von 70 mA, was einer Nichtberechnung von Leistungen unterhalb von 15,4 W entspricht. Die Eichung dieser Zähler ist relativ langwierig und ermöglicht es nicht, den Zähler nach einer gewissen Abnutzung neu zu eichen. Außerdem sind die mechanischen Elemente ziemlich teuer.
• Die elektronischen Zähler sollen bestimmte Fehler der elektromechanischen Zähler vermeiden. So haben die elektronischen Zähler eine geringere Empfindlichkeitsgrenze. Die Druckschrift EP-A-0 446 962 beschreibt einen elektronischen Zähler, der einen Mikroprozessor, einen Meßkreis für die verbrauchte Leistung, einen Speicher und ein Anzeigegerät verwendet. Sie sind billiger in der Herstellung. Es ist möglich, den Zähler nach einer Abweichung der Bauteile neu zu eichen. Jedoch benötigen die Eichoperationen eine beträchtliche Zeit (Einstellung der Potentiometer) und die Nacheichung eines Geräts kann nicht am Ort seiner Verwendung durchgeführt werden.
• Außerdem ist es bei den Prozessoren mit unscharfer Logik und bei unscharfem Konzept bekannt, daß sie Entscheidungen in Abhängigkeit von kaum oder gar nicht linearen Eingangsparametern treffen, die für einen Kurvenabschnitt bei einem gegebenen Betrieb mehrere Werte annehmen können.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Zähler herzustellen, der die zur Eichung notwendige Zeit verkürzt und der mit Hilfe einer Lernphase eine Nacheichung des Zählers vor Ort erlaubt. Die Lernphase besteht darin, das Verhalten des Systems in Abhängigkeit von der Veränderung und/oder der Abweichung der Eingangsvariablen anzupassen. Der erfindungsgemäße Zähler verwendet die unscharfe Logik, um die Messung durchzuführen und die möglichen Meßfehler zu korrigieren. Außerdem kann der Zähler vor Ort nachgeeicht werden.
• Somit hat die Erfindung einen Stromverbrauchszähler zum Gegenstand, der eine Strommeßsonde, eine Spannungsmeßsonde und ein Anzeigegerät aufweist, das seinen Inhalt speichert, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler einen Prozessor mit unscharfer Logik enthält, der einen Rechner zur Entscheidungsfindung gemäß unscharfer Logik aufweist, welcher über einen nicht-flüchtigen Speicher verfügt, um Zugehörigkeitsfunktionen zu speichern, die den ersten Spannungs- und Strommeßsonden entsprechen, und um Entscheidungsregeln zu speichern, und daß der Rechner eine Entscheidung gemäß diesen Regeln trifft, die durch die Zugehörigkeitsfunktionen gewichtet wird und die zum Ziel hat, den Inhalt des Anzeigers zu inkrementieren.
• Die Verwendung der unscharfen Logik ermöglicht es, die Eichung des Geräts durch ein Lernverfahren zu beschleunigen. Außerdem ermöglicht der Prozessor mit unscharfer Logik die Verarbeitung von komplexeren Operationen bei der Rechnungsstellung, als es mit den üblichen Zählern möglich war. Der Zähler mit unscharfer Logik kann außerdem Nachrichten dekodieren, die aus einer Trägerstrom-Modulation stammen.
• Der einphasige Zähler kann sehr einfach in einen dreiphasigen Zähler umgewandelt werden.
• Außerdem kann ein solcher Zähler vor Ort nachgeeicht werden, indem ein Eichgerät angeschlossen wird, das die gleiche Leistung mißt wie der Zähler und dem Zähler eine · Information über eine Leistungsabweichung zukommen läßt, die der Zähler anschließend zu jeder Leistungsmessung hinzuaddiert.
• Die Erfindung wird besser verstanden werden und weitere Besonderheiten und Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung hervor, die als Beispiel und keineswegs einschränkend zu verstehen und im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen zu lesen ist, in denen:
• Fig. 1 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Zählers ist und
• die Fig. 2a und 2b Zugehörigkeitsfunktionen darstellen, die in diesem Zähler verwendet werden können.
• Durch den in Fig. 1 dargestellten Zähler 1 verlaufen zwei elektrische Drähte 2 und 3, die den Netzstrom transportieren, wobei der Draht 2 der Phasenleiter und der Draht 3 der Nulleiter ist. Der Zähler 1 enthält:
• - eine Spannungsmeßsonde 4, die aus einer aus zwei Widerständen 5 und 6 gebildeten Spannungsteilerbrücke besteht, wobei eine der Klemmen des Widerstand 5 mit dem Phasenleiter 2 und seine andere Klemme mit einer Ausgangsklemme 7 der Spannungsmeßsonde 4 verbunden ist, und eine der Klemmen des Widerstands 6 mit dem Nulleiter 3 und seine andere Klemme mit der Ausgangsklemme 7 der Spannungsklemme 4 verbunden ist,
• - eine Strommeßsonde 8, die aus einem in den Phasenleiterdraht 2 eingefügten Meßwiderstand 9 und einem Differentialverstärker 10 besteht, der zwei Eingänge und einen Ausgang besitzt, wobei jeder der beiden Eingänge des Verstärkers 10 mit einer der Klemmen des Meßwiderstands 9 und der Ausgang des Verstärkers 10 mit der Ausgangsklemme 11 der Strommeßsonde 8 verbunden ist,
• - eine Schaltung 12 zur Signalrückgewinnung aus dem Trägerstrom mit zwei Eingangsklemmen 13 und 14 und zwei Ausgangsklemmen 15 und 16, wobei die Eingangsklemme 13 mit dem Phasenleiter 2 und die Eingangsklemme 14 mit dem Nullleiter 3 verbunden ist,
• - einen Prozessor 17 mit unscharfer Logik, der vier Eingänge für analoge Signale, einen Informationsausgang und einen Kommunikations-Eingang/Ausgang aufweist, wobei der erste Signaleingang mit der Klemme 11 der Strommeßsonde 8, der zweite Signaleingang mit der Klemme 7 der Spannungsmeßsonde 4, der dritte und der vierte Signaleingang mit den Klemmen 15 bzw. 16 der Schaltung 12 verbunden ist,
• - ein System 18 zur Anzeige und Speicherung, von dem ein Eingang mit dem Informationsausgang des Prozessors 17 verbunden ist, und
• - einen Verbinder 19, der mit dem Kommunikations- Eingang/Ausgang des Prozessors über eine Busleitung 20 verbunden ist.
• Der Zugang zum Verbinder 19 sollte für ein bevollmächtigtes Personal reserviert werden, zum Beispiel durch Verwendung einer Abdeckung mit Plombierung.
• Der Meßwiderstand 9 muß nicht sehr genau sein; man kann zum Beispiel einen auf 10% genauen Widerstand verwenden und diesen direkt auf einem Metallteil herstellen.
• Die Ausführungsformen der Spannungsmeßsonden 4 und der Strommeßsonden 8 wurden aufgrund ihrer Einfachheit gewählt. Ein Katalog von mehr oder weniger präzisen Meßsonden kann die von uns ausgewählten Meßsonden ersetzen. Bestimmte Veränderungen, die diese anderen Meßsonden an die Schaltung anpassen, müssen vorgesehen werden, haben aber in Bezug auf die Erfindung keine besondere Bedeutung.
• Die Schaltung 12 besteht hier aus zwei Transformatoren 21 und 22, die je eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweisen. Die Primärwicklungen der beiden Transformatoren 21 und 22 sind parallel zwischen die Klemmen 13 und 14 geschaltet. Die Sekundärwicklung jedes Transfor mators 21 bzw. 22 ist mit den Eingängen von Differentialverstärkers 23 bzw. 24 verbunden. Der Ausgang jedes Verstärkers 23 bzw. 24 ist mit dem Eingang eines Bandpaßfilters 25 bzw. 26 verbunden. Die Grenzfrequenzen des Bandpaßfilters 25 sind zum Beispiel 175 Hz und 188 Hz. Das Bandpaßfilter 26 hat eine zentrale Frequenz von beispielsweise 60 kHz. Die Frequenzen von 175 Hz und 188 Hz entsprechen der Bandbreite der Nachricht über den Wechsel der Tarif-Festsetzung Tag/ Nacht in Frankreich, und die Frequenz von 60 kHz ist eine Frequenz, die zur Übertragung von Nachrichten über Trägerstrom dient. Der Transformator 21, der dazu dient, das Signal von 175 und von 188 Hz wiederzugewinnen, kann der gleiche Transformator sein wie der, der zur Speisung des Zählers 1 dient. Der andere Transformator 22 ist vom Resonanz-Typ (ggf. mit Kondensatoren) mit der Frequenz von 60 kHz; in diesem Fall kann das Bandpaßfilter 26 durch ein Tiefpaßfilter ersetzt werden, dessen Ausgang dann das demodulierte Signal liefert.
• Der Prozessor mit unscharfer Logik 17 enthält:
• - ein analoges Schaltglied 27 mit vier Eingängen und einem Ausgang, das Auswahleingänge hat,
• - einen Analog/Digital-Wandler 28, der eine analoge Angabe in einen vorzugsweise auf 16 Bits (12 Bits mit Vorzeichen ist das geforderte Minimum) kodierten digitalen Datenwert umwandelt, wobei der Wandler einen analogen Eingang, einen digitalen 16-Bit-Ausgang und einen Synchronisierungseingang aufweist,
• - einen Rechner 29 zur Entscheidungsfindung gemäß unscharfer Logik, wobei dieses Bauteil zum Beispiel ein Bauteil sein kann, das von der Firma SGS THOMSON MICROELEC- TRONICS S.A. unter der Gattungsbezeichnung W.A.R.P. vertrieben wird. Ein solches Bauteil verfügt über einen nichtflüchtigen Speicher und über innere Register, die mit 16 Bits ausgestattet sind, und es besitzt einen digitalen Ausgang, einen Serien-Eingang/Ausgang, einen digitalen Eingang und Synchronisierungseingänge.
• Die analogen Eingänge des Schaltglieds 27 sind die analogen Eingänge des Prozessors 17 mit unscharfer Logik, und sein analoger Ausgang ist mit dem analogen Eingang des Wandlers 28 verbunden. Der Ausgang des Wandlers 28 ist mit dem digitalen Eingang des Rechners 29 verbunden. Der Serien- Eingang/Ausgang des Rechners 29 ist der Kommunikations- Eingang/Ausgang des Prozessors 17 mit unscharfer Logik. Eine Synchronisierungsschaltung 30 sendet an den Auswahleingang des Schaltglieds 27 und an die Synchronisierungseingänge des Wandlers 28 und des Rechners 29 Signale, die zur Abtastung und zur digitalen Umwandlung der verschiedenen Eingangssignale dienen.
• Das Anzeigesystem 18 besteht hier aus zwei Anzeigegeräten (Tarif Niederlastzeit/Volltarifstunden). Außerdem ist das Anzeigesystem mit zwei elektronischen Zählern versehen, deren Speisung von einer Hilfsbatterie (nicht dargestellt) gesichert wird. In Abhängigkeit von dem an den Eingang gesendeten Signal zählt entweder keiner der Zähler oder einer der beiden wird um eine Einheit inkrementiert. Das Anzeigesystem 18 dient außerdem als Speicherelement.
• Bestimmte Elemente wurden absichtlich weggelassen oder vereinfacht, um den funktionellen Aspekt des Schaltbilds klarer darzustellen. So ist die Speisung der verschiedenen Elemente des Zählers nicht dargestellt, wie auch bestimmte Verbindungen, die für den Transport von Synchronisierungssignalen notwendig sind. Der Kommunikations-Eingang/ Ausgang besteht tatsächlich aus mehreren Drähten und entspricht einer üblichen Serien-Verbindung. Die Strommeßsonde 2 befindet sich auf dem Phasenleiterdraht 2, was die Hinzufügung von Schutzmitteln gegenüber dem Verstärker 10 erfordern würde, die aber nicht dargestellt sind.
• Der Fachmann kann bestimmte Elemente durch andere bekannte und funktionell gleichwertige Schaltungen ersetzen. Die nachfolgenden Erklärungen müssen dann an diese möglichen Änderungen angepaßt werden.
• Die Messung der verbrauchten Leistung entspricht dem Integral der momentanen Leistung. Um dieses Integral herzustellen, verwendet man das Riemans-Verfahren, das darin besteht, die Summe der momentanen Leistungen über sehr kurze Zeiträume von z. B. 1 ms zu bilden. Die Summierung hat also ein Ergebnis beispielsweise in W.ms, das in Registern des Prozessors 17 mit unscharfer Logik gespeichert wird (zum Beispiel zwei Wörter von je 16 Bits). Jedesmal, wenn das summierte Ergebnis 1 kWh überschreitet, d. h. 3 600 000 W.ms, wird einer der Zähler des Anzeigegeräts in Abhängigkeit von der gerade gültigen Tarif-Festsetzung um eine Einheit inkrementiert. Daß die gleiche Variable für die Tarif-Festsetzung Niederlastzeiten/Volltarifstunden verwendet wird, kann unrichtig scheinen; daher steht es dem Fachmann frei, eine oder zwei Variablen zu verwenden (zwei oder vier Wörter von je 16 Bits). Für das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wurde nur eine Variable im Prozessor verwendet, und tatsächlich beträgt der Fehler weniger als 1 kW.H und zwar grundsätzlich ebenso oft zugunsten der beiden Parteien (Kunde und Lieferant).
• Der durch den Prozessor 17 mit unscharfer Logik erhaltene Fortschritt ergibt sich hauptsächlich aus dem Betrieb des Rechners 29. Der Rechner 29 verarbeitet nämlich die Eingangsvariablen mit Hilfe von Zugehörigkeitsfunktionen und Regeln, die Entscheidungen herbeiführen, welche von den Zugehörigkeitsfunktionen gewichtet werden.
• Die Zugehörigkeitsfunktionen können im Beispiel sehr vereinfacht sein, da die Strommeßsonde 8 und die Spannungsmeßsonde 4 vom linearen Typ sind. Wenn diese Meßsonden nicht linear sind, gibt es selbstverständlich mehr Zugehörigkeitsfunktionen. Die Zugehörigkeitsfunktionen bezüglich der Strommeßsonde 8 und der Spannungsmeßsonde 4 sind schematisch in den Fig. 2a und 2b dargestellt.
• Die Zugehörigkeitsfunktion 31 hat den Wert 1 für die Spannungen oberhalb einer Spannungsschwelle V1, den Wert 0 für die Spannungen unterhalb einer Spannungsschwelle V2 und sie steigt linear von 0 auf 1 an für Spannungen, die von V2 nach V1 ansteigen. Die Zugehörigkeitsfunktion 32 hat den Wert 1 für die Spannungen unterhalb einer Spannungsschwelle V2, den Wert 0 für die Spannungen oberhalb einer Spannungsschwelle V1 und sinkt linear von 1 auf 0 für Spannungen, die von V2 nach V1 ansteigen. Die Zugehörigkeitsfunktion 33 hat den Wert 1 für die Spannungen oberhalb einer Spannungsschwelle V3, den Wert 0 für die Spannungen unterhalb einer Spannungsschwelle V4 und steigt linear von 0 auf 1 an für Spannungen, die von V4 nach V3 gehen. Die Zugehörigkeitsfunktion 34 hat den Wert 1 für die Spannungen unterhalb einer Spannungsschwelle V4, den Wert 0 für die Spannungen oberhalb einer Spannungsschwelle V3, und sinkt linear von 1 auf 0 ab bei Spannungen, die von V4 nach V3 gehen.
• Die Spannungsschwellen V1, V2, V3 und V4 sind für einen gegebenen Strom oder eine gegebene Spannung repräsentativ. Diese Schwellen V1 bis V4 werden im nicht-flüchtigen Speicher des Rechners 29 während einer Lernphase gespeichert. Das heißt, daß man während der Lernphase die Meßsonden 4 und 8 des Zählers 1 an eine Meßbank anschließt und dann der Spannungsmeßsonde 4 eine maximale Spannung verleiht, die den Wert der Schwelle V3 darstellt, und dann beginnt man die Operation von neuem mit einer minimalen Spannung, um die Schwelle V4 zu erhalten. So müssen die Widerstände 5 und 6 keine sehr große Genauigkeit aufweisen, da der Prozessor mit unscharfer Logik während dieser Lernoperation die möglichen Streuungen bei den Werten dieser Widerstände 5 und 6 korrigiert. Eine ähnliche Operation wird bei der Strommeßsonde 8 durchgeführt, um die Schwellen V1 und V2 zu erhalten. Es ist anzumerken, daß auch hier die Präzision des Widerstands keine große Bedeutung hat (daher kann man einen einfachen Leiter verwenden) und daß es nicht notwendig ist, einen komplizierten und teuren Differential verstätker zu verwenden, um eine mögliche Offset-Verschiebung (ein wohlbekanntes Phänomen, das am Ausgang des Verstärkers einige Millivolt hinzufügt) zu kompensieren. Der Fachmann wird bemerkt haben, daß aufgrund der Tatsache, daß die Meßsonden 4 und 8 keine sehr große Präzision in Bezug auf die Wertabweichungen erfordern, die Kosten dieser Meßsonden 4 und 8 stark verringert sind.
• In der Praxis ist die vom Zähler meßbare minimale Spannung im Absolutwert gleich der maximalen vom Zähler meßbaren Spannung, nur das Vorzeichen dieser Spannungen ist entgegengesetzt. Gleiches gilt für den minimalen meßbaren Strom und den maximalen meßbaren Strom. Wenn man die momentane maximale meßbare Leistung Pmax nennt, die gleich dem Produkt aus dem maximalen meßbaren Strom und der maximalen meßbaren Spannung ist, kann man die folgenden Regeln verwenden:
• - wenn der Strom zur Funktion 31 und die Spannung zur Funktion 33 gehört, ist die gemessene Leistung Pmax,
• - wenn der Strom zur Funktion 32 und die Spannung zur Funktion 33 gehört, ist die gemessene Leistung -Pmax,
• - wenn der Strom zur Funktion 31 und die Spannung zur Funktion 34 gehört, ist die gemessene Leistung -Pmax,
• - wenn der Strom zur Funktion 32 und die Spannung zur Funktion 34 gehört, ist die gemessene Leistung Pmax.
• Diese Regeln werden dann in gewichteter Weise in Abhängigkeit von der Zugehörigkeit der Messungen zu den verschiedenen Zugehörigkeitsfunktionen 31 bis 34 ausgewertet, wobei die gewichtete Summe dieser Regeln die Leistungsmessungs-Entscheidung liefert. Anders gesagt, bestimmen die Zugehörigkeitsfunktionen 31 bis 34 Wichtungskoeffizienten, die von den realen gemessenen Werten abhängen.
• Als numerisches Beispiel werden nun einige Werte angegeben, die sich auf einen Wohnungs-Zähler beziehen, der unter 220Veff und 30Aeff funktioniert:
• - maximale momentane Spannung = 350 V,
• - minimale momentane Spannung = -350 V,
• - maximaler momentaner Strom = 45 A,
• - minimaler momentaner Strom = -45 A,
• - momentane Pmax = 15750 W,
• - reale Schwelle V1 = 4,8 V,
• - reale Schwelle V2 = -4,7 V,
• - reale Schwelle V3 = 4,5 V,
• - reale Schwelle V4 = -4,5 V.
• Wenn man die Messung der verbrauchten Leistung in einer Last durchführt, die eine Phasenverschiebung von π/6 bewirkt und 1A bei 220 V verbraucht, indem der Strom und die Spannung alle Millisekunden abgetastet werden:
• - wird die erste Messung durchgeführt für eine reelle Spannung von 0 V, d. h. einen Strom von 0,707A,
• - beträgt die Spannungsmessung 0 V und die Strommessung 0,125 V,
• - leitet der Prozessor mit unscharfer Logik von den Zugehörigkeitsfunktionen 31 bis 34 ab, daß die Strommessung zu 50,8% zur Funktion 31 und zu 49,2% zur Funktion 32 und die Spannungsmessung zu 50% zur Funktion 33 und zu 50% zur Funktion 34 gehört,
• - ist die Entscheidung gleich (Pmax · 0,508 · 0,5) - (Pmax · 0,492 · 0,5) - (Pmax · 0,508 · 0,5) + (Pmax · 0,492 · 0,5) = 0.
• Die so gemessene momentane Leistung wird zum akkumulierten Ergebnis hinzuaddiert. Man kann überprüfen, daß während einer Periode der Fehler vor allem von den während der Rechnung durchgeführten Abrundungen kommt.
• Im Prozessor 17 mit unscharfer Logik hängt der Fehler tatsächlich von drei Parametern ab:
• - die Abtastung des Stroms und der Spannung geschieht nicht gleichzeitig, da man nur über einen einzigen Analog/ Digital-Wandler, verfügt; tatsächlich gibt es eine Verschiebung um einige ns, was einem Fehler von weniger als 3/10000 je Abweichungs-ns entspricht,
• - den Abrundungsfehlern des Prozessors 17; für eine 16-Bit-Recheneinheit entspricht dies weniger als 1/10000,
• - dem durch die Auflösung des Analog/Digital-Wandlers verursachten Fehler; da dieser Fehler fest ist, bestimmt er die Präzision des Zählers.
• Im Ausführungsbeispiel des vorliegenden Dokuments gibt es somit eine Spannungsskala, die sich über 700 V erstreckt, und eine Stromskala, die sich über 90A erstreckt. Es wurden wenig präzise Meßsonden mit 10% Toleranz verwendet, was es erfordert, eine Abfrage der Eingänge zwischen -4,5 V und +4,5 V anstelle von -5 V bis +5 V an den Eingängen vorzusehen. Da jedoch der Fehler an den Meßsonden bilateral sein kann, kann die Abfrage sehr wohl nur zwischen -4 V und +4 V stattfinden; dies bewirkt also einen Auflösungsverlust von 20%. Indem die Eingänge mit 16 Bits abgetastet werden, ergibt dies eine Auflösung im beschriebenen Beispiel von 700 /(2¹&sup6;/0,8) = 8,5 mV und 90/(2¹&sup6;/0,8) = 1,1 mA, d. h. einen Fehler von weniger als 10 mW pro Messung, der sich zu den erwähnten Fehlern hinzuaddiert, die von der Messung abhängen. Im Beispiel beträgt die verbrauchte Leistung 190 W, der feste Fehler stellt weniger als 1/10000 dar. Wenn alle Fehler kumuliert werden, ist die vom Zähler durchgeführte Messung also bis auf weniger als 0,1% genau, was sehr annehmbar ist. Außerdem gibt es 16-Bit-Wandler, die eine Präzision von ½ LSB (aus dem Englischen "Least Significant Bit") liefern, was die Auflösung hinsichtlich der Leistung durch vier dividiert.
• Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Prozessors 17 mit unscharfer Logik ist die Eichung vor Ort. Der Zähler ist nämlich mit einem Verbinder 19 versehen. Wenn man eine Eichung vor Ort durchführen möchte, kann eine Bedienungsperson eine Präzisions-Strommeßzange an den Speisedraht 2 am Ausgang des Zählers anschließen, um eine sehr genaue Messung des Stroms zu erhalten, und eine Spannungsmeßsonde an den Eingang des Zählers anschließen, um eine sehr genaue Spannungsmessung zu erhalten. Diese Zange und diese Meßsonde sind mit einem Meßgehäuse verbunden, das selbst über den Verbinder 19 mit dem Zähler 1 verbunden ist. Eine vom Meßgehäuse ausgesandte Nachricht gibt an, daß der Zähler 1 im Eichmodus arbeiten soll. Der Prozessor 17 mit unscharfer Logik sendet also Synchronisierungssignale, die seiner Strom- und Spannungs-Abtastung entsprechen. Das Meßgehäuse verwendet diese Synchronisierungssignale, um selbst den von ihm gemessenen Stromwert abzutasten. Um eine Darstellung der Abweichung zu erhalten, subtrahiert man dann von der vom Zähler gemessenen momentanen Leistung die vom Gehäuse gemessene momentane Leistung. Die Leistungsabweichung ist tatsächlich proportional zur Stromabweichung, da die Abweichung der Spannungsmeßsonde 4 praktisch nicht existiert. Diese Leistungsabweichung wird in einem inneren Register des Prozessors 17 mit unscharfer Logik gespeichert. Der Prozessor 17 mit unscharfer Logik addiert dann bei jeder Messung diese Information über die Leistungsabweichung zur vom Rechner getroffenen Entscheidung hinzu. Es ist auch möglich, eine Zugehörigkeitsfunktion immer gleich "1" zu verwenden, um die Speicherung und die Addition dieser Leistungsabweichung durchzuführen. Tatsächlich entspricht diese Abweichung einer Verschiebung der Transferfunktion der Meßsonde 8 in Bezug auf Null (aufgrund der Alterung des Verstärkers). Zur größeren Sicherheit führt man die Messung ein zweites Mal durch, um zu überprüfen, daß die Abweichung nicht größer ist als die Auflösung des Zählers 1.
• Was die anderen analogen Eingänge des Prozessors 17 mit unscharfer Logik betrifft, so empfängt ein Eingang des Prozessors 17 mit unscharfer Logik ein Trägerstrom-moduliertes Tarif-Festsetzungs-Signal in einem Frequenzband, das auf 175 oder 118 Hz zentriert ist. Dieses Signal entspricht dem Träger einer Folge von 41 Bits einer Dauer von 103 Sekunden, in der die "1" durch das Vorhandensein der Trägerfrequenz kodiert werden. Der Prozessor 17 mit unscharfer Logik hat die Aufgabe, die Folge zu identifizieren und bezüglich der Tarif-Festsetzung zu reagieren. Hierzu assoziiert man Zugehörigkeitsfunktionen, um das Binärsignal zu erkennen. Um die Information über die Tarif-Festsetzung zu speichern, verwendet man intern ein Bit, das angibt, welcher Zähler des Anzeigesystems 18 verwendet werden soll, um die folgende Kilowattstunde zu speichern. Dieses für die Nachricht über die Tarif-Festsetzung repräsentative Bit wird im Speicher des Rechners 29 gespeichert. Die Tastung erfolgt vorzugsweise mit 1 kHz (und nicht mit einem Vielfachen des Trägers), um zu vermeiden, daß es Tastfrequenzen gibt, die möglicherweise nicht synchronisiert sind und somit überlappen können.
• Ein anderer Eingang empfängt ein Signal, das für eine im Trägerstrom mit einer Frequenz von 60 kHz übermittelte Nachricht repräsentativ ist. Eine solche Nachricht wird zur Zeit noch nicht genutzt, kann aber dazu dienen, Fernablesebefehle oder Befehle einer Änderung der Tarif-Festsetzung zu senden, die komplexer ist als die Aufteilung in Niederlastzeiten und Volltarifstunden. Die Verwendung einer Nachricht im Trägerstrom auf einer hohen Frequenz ermöglicht es, den Datendurchsatz zu erhöhen und die Nachrichten im Trägerstrom einfacher filtern zu können.
• Die Verwendung von Trägerstrom zur Übertragung von Informationen erlaubt viele Möglichkeiten. Der Fachmann kann sich zum Beispiel auf die Patentanmeldung EP-A-0 678 995 oder auch auf die in Frankreich unter der Nummer FR 94 15538 angemeldete Patentanmeldung oder auf die Patentanmeldung EP- A-0 718 954 beziehen, um ergänzende Informationen über die von Kommunikationsmitteln gebotene Möglichkeiten zu erhalten, die die Trägerströme zusammen mit einem elektrischen Zähler verwenden.
• Außerdem können bestimmte Varianten eines solchen Zählers in Betracht gezogen werden. Zunächst einmal ist es möglich, ein Anzeigesystem zu verwenden, das nur einen Zähler verwendet. Die Inkrementierung erfolgt in Abhängigkeit von der Tarif-Festsetzung mehr oder weniger schnell, d. h., daß die im Prozessor getroffenen Entscheidungen direkt von der aktuellen Tarif-Festsetzung gewichtet werden, was in der Tat den Verbrauch zurückführt auf die Volltarifstunden oder noch einfacher auf den reellen Preis.
• Mit der obigen Variante der Anzeige des Preises kann man einen durch Trägerstrom gesendeten Preis kombinieren, d. h. daß eine Nachricht im Trägerstrom direkt einen Wichtungsfaktor in Bezug auf den Preis enthalten würde.
• Um einen Mißbrauch zu vermeiden, bleibt es immer noch möglich, ausgehend vom Verbinder 19 bestimmte Informationen zu prüfen, insbesondere über die Tarif-Festsetzung, die im Prozessor 17 mit unscharfer Logik enthalten sind.
• Um die Anzahl von Bauteilen im Zähler 1 zu verringern, ist es möglich, die Schaltung 12 wegzulassen. Da die Schaltung 12 die Funktion hat, Signale aus dem Trägerstrom herauszufiltern und zu demodulieren, muß dann der Prozessor 17 mit unscharfer Logik die von der Spannungsmeßsonde 4 kommenden Signale digital demodulieren.
• Das beschriebene Beispiel betrifft einen Wohnungs- Zähler der einphasigen Art. Die Ausweitung auf einen dreiphasigen Zähler ist sehr einfach, und es werden zwei Möglichkeiten angeboten: Messung der Leistung in zwei Phasen oder Messung der Leistung in drei Phasen. Die Messung in zwei Phasen hat den Vorteil, nur zwei Strommeßsonden und zwei Spannungsmeßsonden zu verwenden; jedoch gibt es den Nachteil einer Ungenauigkeit der Messung aufgrund verschiedener Parameter wie z. B. der Abtastung der Phasen, die simultan erfolgen muß, des angenommenen Abgleichs der Phasen oder auch der Spannungs-Auflösung, deren Messung zwischen zwei Phasen und nicht zwischen einer Phase und dem Nulleiter erfolgt. Die Messung in drei Phasen hat den Vorteil, daß es möglich ist, den Fall jeder Phase getrennt (nacheinander) zu behandeln, wobei die Präzision gleich der des oben beschriebenen Beispiels ist der Nachteil ist es, daß drei Spannungsmeßsonden und drei Strommeßsonden verwendet werden, da die Anzahl der Bauteile des Zählers erhöht wird. Unabhängig vom gewählten Ausführungsmodus reicht es aus, die Meßsonden hinzuzufügen und sie mit dem Prozessor mit unscharfer Logik zu verbinden, indem ein analoges Schaltglied verwendet wird, das zusätzliche Eingänge aufweist.
• Die Ausweitung der Erfindung auf dreiphasige Stromzähler hat die gleichen Vorteile wie die einphasige Version, die genauer beschrieben wurde. Die Dauer der Eichung auf einer Meßbank wird erhöht und die Eichung besteht darin, die gleichen Operationen wie für einen einphasigen Zähler zweimal oder dreimal durchzuführen. Die Nacheichung führt eine Kontrolle der zwei oder drei Strommeßsonden in gleicher Weise wie bei einem einphasigen Zähler durch.
• Die Verwendung eines dreiphasigen Zählers, der eine Messung in allen drei Phasen verwendet, ist vorzuziehen, da ein solcher Zähler es ermöglicht, den Phasenabgleich sofort zu kontrollieren. Hierzu verwendet man drei Variable, die in internen Registern des Prozessors mit unscharfer Logik gespeichert sind; diese Variablen entsprechen für jede Phase Summierungen über eine vollständige Periode, zum Beispiel über 20 aufeinanderfolgende Messungen der momentanen Leistung, und dann ermöglicht ein Vergleich der Variablen, die Leistungsabweichungen zwischen den verschiedenen Phasen zu erkennen.
• Man kann sich eine Tarif-Festsetzung vorstellen, die in Abhängigkeit vom Phasenabgleich variabel ist, um die Kunden dazu zu bringen, ihre elektrische Anlage optimal zu nutzen. Eine oder mehrere Wichtungen können verwendet und zum Beispiel mit Hilfe einer Nachricht im Trägerstrom verändert werden.

Claims (9)

1. Stromverbrauchszähler (1), der eine erste Strommeßsonde (8), eine erste Spannungsmeßsonde (4) und ein Anzeigegerät (18) aufweist, das seinen Inhalt speichert, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (1) einen Prozessor (17) mit unscharfer Logik enthält, der einen Rechner (29) zur Entscheidungsfindung gemäß unscharfer Logik aufweist, welcher über einen nicht-flüchtigen Speicher verfügt, um Zugehörigkeitsfunktionen zu speichern, die den ersten Spannungs- und Strommeßsonden (4 und 8) entsprechen, und um Entscheidungsregeln zu speichern, und daß der Rechner (29) eine Entscheidung gemäß diesen Regeln trifft, die durch die Zugehörigkeitsfunktionen gewichtet wird und die zum Ziel hat, den Inhalt des Anzeigegeräts (18) zu inkrementieren.

2. Zähler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (17) mit unscharfer Logik ein analoges Schaltglied (27) und einen Analog/Digital-Wandler (28) aufweist.

3. Zähler (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (1) einen Eicheingang (19) aufweist, um eine Information zu empfangen, die für eine vom Zähler (1) gemessene Leistung repräsentativ ist, und daß dieser Eicheingang (19) mit dem Prozessor (17) mit unscharfer Logik verbunden ist.

4. Zähler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (17) mit unscharfer Logik mindestens einen Informationseingang enthält, der ein demoduliertes Signal empfängt, das von einer Trägerstrom- Modulation stammt, und daß diese Information vom Rechner (29) zur Entscheidungsfindung identifiziert und im Speicher des Rechners (29) gespeichert wird.

5. Zähler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (17) mit unscharfer Logik ausgehend von den Signalen, die von den ersten Spannungs- und Strommeßsonden (4 und 8) kommen, eine Trägerstrommodulierte Information wiederherstellt.

6. Zähler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er eine zweite Strommeßsonde und eine zweite Spannungsmeßsonde aufweist, die einen anderen Strom und eine andere Spannung messen als die erste Spannungsmeßsonde und die erste Strommeßsonde (4 und 8), und daß diese Meßsonden es dem Prozessor (17) mit unscharfer Logik ermöglichen, den Verbrauch einer dreiphasigen Anlage zu messen.

7. Zähler (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er eine dritte Strommeßsonde und eine dritte Spannungsmeßsonde aufweist, und daß:

- die erste Spannungsmeßsonde (4) eine Spannung zwischen einer ersten Phase und einem Nulleiter mißt,

- die zweite Spannungsmeßsonde eine Spannung zwischen einer zweiten Phase und dem Nulleiter mißt,

- die dritte Spannungsmeßsonde eine Spannung zwischen einer dritten Phase und dem Nulleiter mißt,

- eine erste Strommeßsonde (8) den Strom im ersten Phasenleiter mißt,

- eine zweite Strommeßsonde den Strom im zweiten Phasenleiter mißt,

- eine dritte Strommeßsonde den Strom im dritten Phasenleiter mißt,

und daß der Prozessor (17) mit unscharfer Logik Entscheidungen in Bezug auf die im ersten, zweiten und dritten Phasenleiter verbrauchte Leistung trifft.

8. System zur Nacheichung eines Stromverbrauchszählers vor Ort, der einen wie in einem der Ansprüche 3 bis 7 definierten Zähler (1) aufweist und ein Gehäuse besitzt, das eine sehr präzise Eichungs-Strommeßsonde und eine sehr präzise Eichungs-Spannungsmeßsonde und Mittel enthält, die an den Eicheingang (19) des Zählers (1) angeschlossen werden können.

9. Verfahren zur Anwendung des Systems zur Nacheichung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte aufweist:

- paralleler Anschluß der Eichungs-Spannungsmeßsonde an die erste Spannungsmeßsonde (4) des Zählers (1),

- Anschluß der Eichungs-Strommeßsonde an den gleichen Draht wie die erste Strommeßsonde (8) des Zählers (1),

- Austausch einer Synchronisierungsinformation zwischen dem Gehäuse und dem Zähler (1) über den Eicheingang (19).

- Messung der momentanen Leistung durch den Zähler (1) und durch das Gehäuse zu einem gleichen Zeitpunkt,

- Vergleich der vom Zähler und vom Gehäuse gemessenen momentanen Leistungen, um eine Information über eine Abweichung der Leistungsmessung zu erhalten,

- Speicherung der Information über die Abweichung der Leistungsmessung im Prozessor (17) mit unscharfer Logik des Rechners (1).