智能电能表设计

2024-08-09

智能电能表设计（精选11篇）

智能电能表设计篇1

随着电子技术的发展, 电子式电能表以其高精确度、高可靠性和容易调校等优点逐渐取代了传统的机械式电能表。目前, 电子式电能表正朝着复费率、多功能的方向发展, 如:智能电表、费控电表等多功能电表。为了满足电力部门对电力网络信息系统的要求, 现时段研究电能管理与自动抄表系统, 可为智能电网的建设奠定良好的基础。

1 系统硬件设计

系统硬件主要由微控制器、电源、电量测量以及外围设备组成, 具体如图1。

微控制器:系统主控制器选用超低功耗微处理器MSP430F149单片机, 采用精简指令集结构, 内部具有ESD保护, 抗干扰能力强。同时, MSP430F149采用16位总线, 寻址范围可达64K, 片内集成有1个硬件乘法器、2个16位定时器、2路USART、48个I/O口等丰富资源。

电源模块:本设计采用BQ24202型锂离子充电管理芯片对锂电池进行管理。BQ24202是单片式锂电池充电管理芯片, 内部集成最大电流可达500mA的powerFET, 具有充电状态指示功能。为实现RS485接口与电能表内部电路的电气隔离, 本设计使用了B0505LM型隔离式DC-DC电源模块及光耦PC817。B0505LM输出的5V电源单独为485通信电路供电。

电能计量:ATT7022X可以提供详细的电能参数, 如各分相参数、功率因数、相角及合相电能等。该芯片适用于三相三线和三相四线制应用, 集成了7路二阶-ADC、参考电压电路以及功率、能量、有效值、功率因数和频率测量等数字信号处理电路, 充分满足了三相多功能电能表的设计需求。

通信单元:与其它通信方式一样, 红外通信容易受到环境条件的干扰, 其干扰源主要是白炽灯光与太阳光。而采用高发射功率的红外发射管及使用带有滤光器的接收器可以大大提高通信的抗干扰能力。

时钟单元:系统选用低功耗的CMOS时钟芯片PCF8563。PCF8563是PHILIPS公司推出的一款工业级内含I2C总线的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片。PCF8563的多种报警功能、定时器功能、时钟输出功能以及中断输出功能能完成各种复杂的定时服务, 是一款性价比极高的时钟芯片。

显示模块:系统采用国网电表段码液晶。该液晶可对四象限有功、无功电能、各分相电压、电流、需量以及尖峰平谷等参数进行显示, 满足多功能电表的显示要求。

广播校时:为保证时钟芯片计时准确, 系统引入广播校时功能以完成自动校时。广播校时电路由收音机芯片和解码电路组成。收音机芯片采用的是飞利浦公司生产的TEA5767, 其收音频率范围为87.6MHz~108MHz, 内置调频中频选择, I2C总线控制。

显示:系统采用深圳普瑞翔电子的国网电表段码液晶。该液晶可对四象限有功、无功电能、各分相电压、电流、需量以及尖峰平谷等参数进行显示, 满足多功能电表的显示要求。

2 系统软件设计

程序上电后, 首先对系统资源进行初始化, 包括对PCF8563的时间设置, 初始化液晶显示器LCD, 对电能芯片ATT7022B的各寄存器设置, 红外及485通讯使能, 广播校时端口初始化等。

主程序中是对各种功能标识的判断, 符合则进行该项功能的设置, 例如:切换波特率、切屏显示、红外抄表、485通讯、广播校时等。目前存储电能的间隔时间为1分钟, LCD循环显示间隔约5s, 液晶主要显示当前的日期时间、电压电流, 电能及红外通讯或485通讯状态等。

接收上位机或者红外通信的抄表命令都是通过串口中断实现的, 设计中, 发送数据采用查询方式, 接收数据采用中断方式。

简易上位机抄表软件:简易抄表软件采用C++语言编写, 抄表软件目前具有密码验证功能, 能抄收三相电压、电流、三相有功功率、无功功率、总有功功率、总无功功率、功率因数、电网频率、有功电能、无功电能等信息, 能修改波特率等通信参数。

3 结语

系统设计采用MSP430F149, 显示采用段码式液晶, 大大降低了系统的功耗, 编制了简易的上位机抄表软件, 通过RS485总线即可完成抄表, 系统向工业化贴近, 增加了日历时钟功能, 实现了复费率电能计量;同时增加了广播校时功能, 使得系统时钟更加精确。在线路断电后, 系统能够自动存储系统电能运行参数, 并能通过红外抄表器抄取电能数据。

摘要：以超低功耗单片机MSP430F149为控制器, 在高精度电能计量芯片ATT7022B基础上, 设计了一款三相多功能电能表。实际使用验证该电能表功耗低, 操作方便, 具有极大的推广价值。

关键词：超低功耗,控制器,高精度,多功能

智能电能表设计篇2

给企业的监控工作提供安全的数据。若想真正解决抄表难以及收费难的问题，那么最直接最有效的方式就是采用先付费后用电的智能电表。智能电表可以帮助供电企业更加便捷的获取采集实现数据实，大力推广发展智能电表，建立健全用电信息收集系统，做到及时、全面、准确的收集用户的用电信息，同时可以将智能电表所收集到的数据到计费系统自动对接，实现用电数据的高自动化，大大降低误抄、估计以及错抄的情况发生的可能性。

3.2对供电企业与用户之间实现和谐共处极为有利

可以促进用户形成全民节能的良好品质。大力推广智能电表使用能够帮助用户更加清晰的了解电网的运营模式、电力市场的变化情况以及电力产品的相关质量问题，促使用户采取合理的用电方式，降低用电费用，实现科学有效的用电管理，让用户享受更多的用电方式以及用电服务。另外，用户还能够利用智能电表以及用电信息的采集系统来掌握更多电力信息，更加科学高效的对社会资源进行分配。不仅如此，智能电表在太阳能发电、风力发电等其他新能源的接入与计量统计中，也都起到了较为重要的作用，有效的促进新能源设备的建设。2月27日，我国电网公司颁布了《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》，文中规定单位人员不仅仅可以利用分布式电源分散供电，同时还可以将用不完的电量外卖给电网，这也是智能电表的重要应用之一。

4大力推进智能电表在营销中应用的措施与途径

4.1提高智能电表的推广以及安装速度

随着我国科技的不断进步，我国各省级电能计量中心系统也在不断的完善，这些都为智能电表的检定以及监控工作提供了重要的发展契机。智能电表在安装前，首先必须在国家电能计量自动化监测中心对待装智能表进行统一的监测，监测结果合格之后才允许统一发放到各省市级电力企业，这样做能够大大提高智能电表的工作效率。加快智能电表的安装以及推广速度，能够更加快捷高效的享受智能电表所带来的的快捷。

4.2各地市级供电公司应对用电信息采集系统进行定期维护，及时更新清理

对变压器与用户之间的关系梳理清楚，使智能电表的安装位置与采集终端一一对应，大大提高智能电表所采集到的用户用电信息的精准性，为电力营销工作提供坚实基础。

4.3科学选取通信方式来提高通信信号强度，保证智能电表所采集数据的有效率当前我国国内用电信息采集系统多采取230MHz无线专网以及GPRS两种方式。专变用户以及专用变压器考核计量点的本地通信一般采取RS-485总线方式。科学合理的进行电能表通信模块搭配能够有效的提高数据采集的成功率。

5结语

费控智能电能表的维护篇3

【关键词】费控；电能表；维护

为进一步提高公司电费回收效率，改变传统的电费回收控制体系，健全电费管理体系、提高客户服务管理水平，基于用电采集系统的推广完善的基础上，开展营销费控系统建设。通过实施费控系统建设，降低催费、欠费停电、复电等岗位业务人员的工作负荷和工作成本，减少业务环节的人工干预以及由人工干预带来的风险。

远程费控系统包括营销业务应用系统费控相关模块及费控与用电信息采集系统的接口、用电信息采集系统以及可实现远程费控功能的客户侧计量装置。

费控系统是以营销业务应用系统和用电信息采集系统为依托，对执行费控的用户进行欠费催费，催费未果后进行远程停电操作，当用户缴清电费后，系统自动完成远程复电操作，当远程复电未成功，用户采用手工远程停电操作对智能表进行远程复电操作。

为适应智能远程费控系统建设、运行和管理的需要，切实有效地发挥系统功能，做好远程费控用户的管理工作，加强对费控电能表的维护能够促进系统正常运行。具有费控功能。当电表剩余金额小于报警金额“限值1”时，电能表能以光或其他方式提醒用电客户；当剩余金额小于报警金额“限值2”时，会进行预跳闸，预跳闸情况下，即使未输入购电金额也能手动合闸；当剩余金额为0或达到赊欠金额限值时，电能表会自动实施跳闸操作。在用电客户交纳费用后，剩余金额大于设定值（默认为零）时，可通过远程或本地方式使电能表处于允许合闸状态，用户人工恢复供电。

复电策略采用执行复电方式，即用户交费后达到复电标准的，自动下发复电用户信息数据到主站，由主机通过网络下发指令到电能表执行合闸。复电通知方式采用短信或电话通知。

通过以上了解我们对费控智能电能正常运行将对整个系统的运行起到根本性的作用。同时使多次拖欠电费、窃电等信誉不良客户给予提醒。因此必须对其进行良好的维护。现对维护进行以下论述：

一、直通远程费控智能电能表均带有开关，能够控制客户的用电负荷，保障电网运行的安全经济运行，同时在客户报警、赊欠电费时能够在电能表内部断开开关，使客户不能正常用电，起到警示作用。待客户缴清电费后恢复正常供电，在现场有注意以下问题：

1、电能表容量设置应正确。如电能表在客户未达到最大额定电流1/5时就断开回路，主要为电能表出厂设置参数故障。

2、电能表通讯模块应与集中器相配备，不要相互串用，造成主站发出信号，电能表不能接收。

二、对于三相互感器式远程费控智能电能表用户时，在费控柜内安装有负载开关。

他主要针对大负荷用户，设备多，容量大，保证客户的正常生产和生活，因此对现场维护和设备安全运行提出更高的要求：

对三相互感器式用户的电能表及其附属设备的故障类型分析：

1）、电能表内部继电器、继电器驱动电路及其触点故障。其容量小，易烧坏触点。对与之相连的跳闸回路线圈的容量应有要求。

2）、跳闸回路造成电能表触点损坏有以下几种情况

a）市电突然来电启动 b）欠费停送电启动

c）过负荷停送电启动。 d）系统由于震荡频繁启动。

3）、由于跳闸回路中线圈内部短路造成电能表内部触点过流烧损。

针对以上故障现象，提出以下解决办法：

1）、缩短对电能计量装置和费控柜巡视时间周期保证设备安全运行。

2）、电能计量装置能够满足客户的最大负荷要求，且能通过冲击性和不平衡负荷。必须保证电能表的内部设置参数准确。

3）、电能表内部继电器不受冲击。

4）、加强对电能计量装置进出线开关的维护。

5）、对通讯模块的维护。同时电能计量装置安装在宽敞且有移动信号的地方。

基于ARM多用户智能电能表设计篇4

随着城市居民住房的发展, 楼房用表需求量不断增大, 传统的把多个电能表挂在一起的计量方式越来越显出它的弊端;即体积大, 成本高, 工程造价高, 不利于新型住房的集中用电管理。多用户、多功能智能电表不仅能很好地解决上述问题, 还能实现很多智能化的功能。

多用户多功能智能电能表可同时计量48户居民的用电量。该电能表采用2块LPC2294控制, 以完成数据的通信和采集;采用2块ARM, 以减轻CUP的负担, 提高系统的多功能化和智能化。相对于单用户电表, 多用户电表有多达32路以上通道, 采用同一系统进行分时处理, 该系统采用12位A/D转换芯片AD8364, 能保证数据采集的精度和速度。上位机还能实现与银联系统联网, 可远程控制用户的用电。多用户、多功能电能表在灵活性、多功能化、智能化、精度等方面都有优势。

1测量原理

该电能表采用交流采样方法进行数据采集, 然后通过算法获得电压、电流、有功功率、功率因素等。

$U = \sqrt{\frac{1}{Τ} \int_{0}^{Τ} u^{2} (t) d t} (1)$

将上式离散化后得:

$U ⧋ \sqrt{\frac{1}{Τ} \sum_{m = 1}^{Ν} u_{m}^{2} Δ Τ_{m}} (2)$

式中用1个周期内有限个采样电压数字量来代替1个周期内连续变化的电压函数值;ΔTm为相邻两次采样的时间间隔;u $_{m}^{}$ 为第m-1个时间间隔的电压采样瞬时值;N为1个周期的采样点数。

当采用等间隔采样时, ΔTm为常数ΔT, 同时N= (T/ΔT) +1, 则式 (2) 变为:

$U = \sqrt{\frac{1}{Ν - 1} \sum_{m = 1}^{Ν} u_{m}^{2}} (3)$

式 (3) 是根据一个周期采样瞬时值及每周期点数计算电压有效值的公式。

电流计算公式:

$Ι = \sqrt{\frac{1}{Ν - 1} \sum_{m = 1}^{Ν} i_{m}^{2}}$

计算有功功率的公式:

$Ρ = \frac{1}{Τ} \int_{0}^{Τ} i u d t$

离散化后为:

$Ρ = \frac{1}{Ν - 1} \sum_{m = 1}^{Ν} i_{m} u_{m} ‚ W = Ρ Τ$

式中:im, um为同一时刻的电流、电压采样值。

2系统总体方案

系统的硬件和软件采用模块化、标准化设计并充分考虑系统的扩展能力。电能表由主控板、通信板、显示板、继电器控制板和电源板5部分组成。通信模块负责远程通信;主控板完成电能表的所有基本功能;显示板作为系统的显示终端;继电器控制板完成断电和供电控制;电源板为整个系统提供稳定安全的电流。图1是电能表的结构框图。该电能表的工作原理是:首先由32路电流互感器采样, 再由模拟开关选通后放大滤波送入AD8364转化为数字量, 同时电压互感器采样的电压经滤波送入A/D转换器。得到电压和电流的数字量转给采集CPU。采集CPU根据瞬时电压和瞬时电流计算瞬时功率, 并把结果送到显示模块予以存储。采集CPU与通信CUP传递数据, 通信CPU通过CAN总线传输到上位机。

3系统单元电路

3.1 主控板

主控板对电流电压信号进行32路分时采集。对采集到的数据进行数据处理, 得到有功功率、无功功率, 并使精度达到0.1级标准。主控板还完成与通信板和继电器板的数据交换。能够安全监控, 提供错误信息, 出错保护和恢复。主控板由电源电路, A/D前置电路, 数据采集电路, 主CPU电路, E2PROM电路等子电路组成。

3.1.1 电源电路

电源电路采用常规的变压器降压供电。在变压器输入端, 在对输入的电网电源进行预处理, 如过压保护, 过流保护, 滤波。其原理框图见图2。

电源电路为整个系统供电, 它从根本上决定了系统工作的稳定性和安全性, 是系统EMC设计的重要部分。电源电路能滤除外部电网的干扰, 同时还能防止内部干扰窜入电网。提供各种保护功能, 包括过流保护, 输出短路保护, 输出过载保护等。为通信板、主控板、继电器控制板和显示板提供稳定、充足的电源供应。当电网电压在一定范围内变化时, 保证内部电压的基本稳定。

3.1.2 A/D前置电路

A/D前置电路负责分时选通各路电流电压传感器通道, 并对信号进行放大和滤波处理, 再送入后面的A/D电路进行数据采集。用运算放大器实现信号放大并完成有源滤波。多路选择器相当于多路电子开关, 用8通道A/D芯片CD4051, 其电阻小, 带宽大, 损耗小, 接通电阻小于100 Ω。其原理框图见图3。

电流和电压传感器均由互感器组成, 经电阻取样后全部转换为电压信号输出。为防止因传感器损坏造成后级电路故障, 对传感器信号进行了保护处理。32路电流取样信号分为3组, 分别对应三相电的A相, B相, 和C相, 而三相电压取样信号则与三级电流取样信号对应, 由数据选择器进行分时选通, 以保证任一采样时刻可以同时选通三相电流取样信号和对应的电压取样信号。从传感器输出的信号一般都比较微弱, 不适合进行数据采集, 采用运算放大器进行放大, 同时, 为了防止其他干扰, 还要进行滤波处理。从这一级输出的信号达到了信号处理的要求, 就进行A/D转换。

3.1.3 数据采集电路

数据采集由AD8364完成, ADS8364 是美国TI 公司生产的高速、低能耗、6 通道同步采样转换、单+5 V供电、16 位高速并行接口的高性能模/数转换器 (ADC) 芯片, 芯片带2.5 V基准电压源, 可用作ADS8364 的参考电压。每片ADS8364 由3 个转换速率为250 kb/s (当外部时钟为5 MHz) 的ADC构成, 每个ADC 有2 个模拟输入通道, 每个通道都有采样保持器, 3 个ADC 组成2对模拟输入端, 可同时对其中的1～2 对输入信号同时采样保持, 然后逐个转换。由于6 个通道可同时采样, 系统中由电流和电压采样得到的6组模拟量同时进行采集。3个用于采集电流量, 另3个用于采集电压量。

3.1.4 485接口电路

在要求通信距离为几十米到上千米时, 广泛采用RS 485串行总线标准。RS 485采用平衡发送和差分接收, 因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度, 能检测低至200 mV的电压, 故传输信号能在千米以外得到恢复。 RS 485采用半双工工作方式, 任何时候只能有一点处于发送状态, 因此发送电路须由使能信号加以控制。RS 485用于多点互连时非常方便, 可以省掉许多信号线。应用RS 485可以联网构成分布式系统, 其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。

3.2 显示板

显示板OLED显示友好界面, 全面显示用户信息, 采用485与主控板交换数据。该系统的液晶显示器为10.4英寸, 分辨率为640×480, 26万色。驱动采用FPGA内设计液晶控制电路。该系统采用Avalon LCD Controller的显示控制IP模块, 可以非常方便地将其移植到Altera公司的CYCLONE系列FPGA中, 占用6 000个左右的LE, 能实现非常丰富的功能。

3.3 通信板

通信板完成CAN到232的协议转换, 能正确解释指令和数据, 并具有差错和纠错功能。通信板应包括如下通信功能模块, 即CAN到232的转换模块、以太网接口模块、串行接口模块、并行接口模块。

3.4 继电器控制板

继电器完成断电和供电控制。

3.5 电源板

由于整个屏幕显示器的工作功耗为50 W左右, 故需要采用效率较高的开关电源。该电源设计方案的效率达到87%。

电源板原理框图见图4, 它由38～180 V直流输入、输入滤波器、AC/DC变换、过流过压保护、输出滤波器、后级稳压电路组成。

输入滤波器电路见图5。输入电路中串入一个继电器, 可以实现与监控装置同步开关机。V19为防雷击二极管;V2为一个整流桥, 当输入的电源线正负接反时, 该电源能正常工作。

4软件设计

软件系统由操作系统、底层驱动以及应用软件组成。

操作系统采用Microc/OS-Ⅱ嵌入式实时多任务操作系统。Microc/OS-Ⅱ嵌入式实时多任务操作系统是一个基于抢占式的实时多任务内核, 可固化、可剪裁, 具有高稳定性和可靠性。除此以外, Microc/OS-Ⅱ的鲜明特点就是源码公开, 便于移植和维护。底层驱动程序主要包括FPGA硬件部分, 如显示驱动、A/D转换驱动、数字I/O驱动、串口通信驱动、485总线驱动、422总线驱动、CAN总线驱动、USB电路驱动、以太网接口驱动、IC卡接口驱动、语音输出驱动、SDRAM接口驱动、FLASH接口驱动等。

应用软件是指为实现系统的特定功能所编制的信息采集、处理、输出、显示程序。这部分软件的开发是软件工作的主要内容。应用软件按照结构化、模块化、通用化的设计原则进行程序结构设计, 整个程序从结构上分为几大模块:数据输入处理模块、事件捕获模块、事件处理模块、数据存储模块, 它们主要由主程序在初始化时生成, 在系统退出时结束。在4个模块之下可按照功能分为更细小的模块, 以至于实现单一功能的子程序和函数, 具体结构见图6所示。输入处理模块主要负责将外部的数据和信号处理与外部设备的数据连接;事件捕获模块主要监视、识别并报告各外部事件的发生, 之后以消息的格式通知主控程序, 激活事件处理模块中的相应过程, 响应外部事件。该模块要求高可靠性、高实时性, 以及保证不丢失任何外部事件;事件处理模块是软件功能实现的主体, 它由许多松散耦合在一起的功能模块组成, 在外部事件的触发下执行特定的流程, 实现一定的功能;数据存储模块主要用于存储一些重要的运行数据, 一方面作为事后分析, 更重要的是存储一些有用的数据, 这样在系统重新启动之后, 可以保证有效的数据不至于丢失。对于这个复杂的系统, 需要协调完成各方面的工作, 采用2块ARM, 以实现这个系统的控制, 分别协调完成通信和采集方面的工作。

4.1 采集部分

采集程序流程图如图7所示。采集程序完成系统的初始化和对电流电压采样、通信、显示等子程序的调用。开始进行开机循检, 采集后需要判断系统是否过流, 当发生断电时, 要进行断电显示。

4.2 通信部分

通信程序流程图如图8所示, 通信部分要处理采集的数据和处理中断。通信部分软件流程如下:

(1) 通信部分CPU进行开机循检判断是否有系统错误, 如果有错误则报警显示;

(2) 没有错误则等待中断, 电能表收到中断后判断中断类型是采样中断, 还是通信中断, 如果是采集数据中断, 发出接收采集数据应答信号;

(3) 电能表收到采集数据后将该数据与用户用电比较, 判断是否欠费, 如果欠费, 发出断电信号, 并送显示, 否则发送读数据命令, 存储数据;

(4) 通信中断时, 可能是要查询用户的预付费, 当要查询用户, 开始读外部存储器, 之后将结果发送到上位机, 当要预付费, 发出送外部存储器命令;

(5) 完成中断后转到等待下一中断, 循环上述过程。

5结语

该系统分析了多用户只能电表的软件和硬件设计。该表以LPC2294为核心, 实现了对电网电压、电流、电能等参数的计量和数据传输。该电表能同时测量多达48户的用电量, 并能与银联联网管理用户的用电量。

摘要：介绍一个基于LPC2294的多用户多功能智能电能表的硬件和软件实现。主要的硬件结构包括ARM核控制器LPC2294, AD8364等。利用2294的SPI三线串口控制电流和电压传感器读取所测得的电流、电压及电能值。该系统能同时计量几十户居民的用电量, 并能与上位机通信和银联系统联网, 共同完成对用户的用电管理。该系统具有结构简单、精度高、可靠性高、抗干扰能力强的特点。

关键词：ARM,智能电能表,LPC2294,多用户

参考文献

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智能电能表设计篇5

随着科学技术的发展，电力的广泛应用为我们的生活带来了众多便利。电力用户不断地增加，带来的是我国的电力系统规模得到了迅速发展。在我国，电力用户使用电力，成为了信息采集系统的一个庞大的重要组成部分，对实现电力用户覆盖面更加广泛，采集的信息更加系统化这一目标的重要关键。然而，智能电能表在使用过程中，是电力环节最基本、最重要的环节。智能电能表在用户使用中得到广泛推广，这对电力工作的电能计量、计费水平都有很大的提升，并且，还有效的避免了用户的电费拖欠问题，大大提高了电力整体的工作效率和工作质量。当前，由于智能电能表的诸多优点，得到了广泛的推广，已经成为了电力系统不可或缺的关键部分，可以说智能电能表是否可靠决定了采集的电力信息是否准确，还关系到电力用户在用电过程中是否安全和稳定，保证智能电能表在长时间的正常运行。因此，对智能电能表所出现的常见的故障进行分析并采取相对应的措施至关重要。在使用中又可能受到人为、环境、电能表本身等因素的影响，智能电能表有可能出现各种故障，根据笔者的归纳和总结把智能电能表容易出现的故障分为以下几类。

一、烧表故障分析及采取的相应措施。

经过长期的市场调查和分析可以得出，烧表故障占到了智能电能表容易产生的故障中的近30﹪，这种故障容易造成智能电能表直接报废，无法正常使用。因此，要对此格外关注。智能电能表的烧表故障问题所产生的原因比较多，主要有以下几种方面：智能电能表内部RC供电电源直接烧毁是由于用户超负荷使用；智能电能表接线端口接触不良造成的内置继电器或者电流取样线路直接烧坏；烧坏光耦现象是由于用户将强电接在脉冲输出端口上了；在安装智能电能表时有可能将继电器输出端口的零线端接线这就会造成智能电能表出现短路现象。对于这类烧表故障采取相应的措施首先应当加强用户对电能表的基本认识，在使用过程中不要超负荷使用，在安装过程中要及时检查，检查智能电能表的生产质量、计量装置等，以免避免造成不必要的麻烦，做好防护工作，有效的规避故障的产生。

二、超差故障分析及采取的相应措施。

在智能电能表的使用过程中，超差故障出现的频率比较多，超差故障主要分为计量精度超差和多功能口故障两类。第一，计量精度超差问题。计量精度超差可以具体分为四个方面：1. 加电压和电流的时候，智能电能表不能显示误差值，但脉冲灯闪烁。这个现象所出现的故障部分就是在电能表计量部分的脉冲线夹连接不稳定，或者脉冲输出部分比较脆弱，导致出现问题，其措施就是对其逐个进行检查。2.加电压和电流时，脉冲灯不闪，所计量的误差不显示。在这时候首先检查计量部分是否连接不稳定，或者查看智能电能表的元器件是否有损坏，如若没有，就是由于电压和电流采样部分出现故障所导致的。3.误差和超差问题。智能电能表的超差故障的主要是由于计量部分的电路产生，在智能电表的运行过程中，运行环境也会对其产生影响，会造成采样电阻老化，电阻的阻值发生便宜现象，或者出现误差和超差的产生，这些故障的主要原因就是智能电能表中计量部分质量下降引起的。4.加电压和电流时，如果其他功能在正常的情况下，但是不计电量，这种情况一般就是有功功率信号未发出造成的。第二、多功能口故障。这种故障就是多方面的，有时，电路的不明显接连、表计出现问题，时钟运行发生问题都可以在观察或者测试时找到故障点，这就属于无日记时脉冲发生时。但是在日记时脉冲发生问题时，就有可能是智能电能表的是时钟的部分电路存在虚焊现象。如果是外部时钟芯片出现故障，这就可以进行直接测量输出频率是否有超差现象。或者还有可能出现智能电能表的时段投切的不合格现象，有可能属于智能电能表内部元器件虚焊，焊脚掉落所引起的故障，对于这种故障，进行重新焊接就可以解决问题。

三、电池故障分析及采取的相应措施。

在智能电能表进行工作时，当锂电池的电量耗尽的时候，这样会造成电能表的程序和数据丢失现象，因此，在智能电能表的使用过程中，锂电池的质量和寿命决定了整个智能电能表的安全运行。智能电能表中的锂电池经常出现的问题是电池没电，这种现象产生的原因有可能是锂电池本身的质量问题，但是也有可能是电路板漏电所产生的原因，电池正常时的两端电压应该是大于3.64V的。当然，经过长时间的使用，锂电池的寿命减小有可能是外部环境对其产生的影响，外部环境的温度发生的变化，造成锂电池的质量损坏从而使得数据消失。因此，对于这种故障，应当采取的措施应是要做定期检查工作，并且选用高质量的锂电池。

四、显示故障分析及采取的相应措施。

智能电能表在使用的过程中，随着时间的推移，电能表的显示屏会出现故障，影响着用户对数据的读取。通常出现的问题就是电能表的显示屏损坏或者出现乱码现象，或者背光不亮等问题都需要及时的采取相对应的措施。当显示屏发生故障时，首先需要测量电池是否由于欠压问题造成显示屏不显示，当发现不是这产生的原因时，就有可能是电能表的液晶显示屏本身的质量问题。当电能表背光发生问题时，就是由于背光的电路发生损坏现象，这就要求用户在使用的过程中减少电路发热，并及时的采取散热处理。

总之，随着时代的发展，电力的应用在各方面都得以体现。智能电能表的使用也在逐步增加，经过长时间的使用，在应用的过程中，常常会出现一些不可避免的故障。这就需要电能表制造人员或安装维修人员根据工作经验，在制造过程中，检查好每一步过程，力求质量达标。在安装维修中，首先要经过现场测试来确保质量合格，来准确发现故障和避免故障的发生，从而使得工作人员采取针对性的采取有效地解决方案。在使用过程中，要求用户要对电能表采取保护措施，规避因不正确的使用方法所带来的问题，以确保智能电能表正常运行。

参考文献

[1]李保玮.智能电表简介[J].装备机械.2010（03）.

[2]刘畅，周渝慧，许蔚，胡文杰，朱洁琳，程露.基于智能电网高级计量体系的居室智能节电系统设计[J].电力需求侧管理.2010（01）.

[3]张宏艳，汪祥兵.智能电网在我国发展之展望[J]. 武汉电力职业技术学院学报. 2009（04）.

智能电能表设计篇6

目前,智能电网建设已经全面开展。所谓智能电网,就是将各种能源资源的开发利用,发电、蓄电、输电、配电、用电以及终端用户的各种电气设备和用能设施,通过数字化、信息化网络有机地连接在一起,为电力终端客户提供全面服务,为社会充分、合理利用各种能源资源、节能减排,促进低碳经济发展,提供强有力的基础设施和技术支撑[1]。它包括高级计量体系(AMI)、高级配电资产运行(ADO)、高级输电运行(ATO)和高级资产管理(AAM)四大模块[2]。其中AMI是智能电网的关键体系,而智能电能表又是AMI的核心。本文通过分析智能电能表在AMI中的作用,对智能电能表进行模块化设计,满足其在智能电网中的功能要求。

1 智能电能表在AMI中的作用

1.1 AMI概述

AMI作为智能用电最核心、最关键、最基础组成部分,分为四层实现电力用户与电网公司之间能量流、信息流、业务流双向互动的新型供用电关系。

高级计量体系分四层实现[3],如图1所示。

顶层为主站层,是AMI系统的测量/计量数据管理中心、AMI通信管理中心和电力用户预付费管理中心。

第二层为上行通信层,满足主站与电表、主站与手持终端等远程通信的需求,为电网公司和电力用户提供双向交互的通信信道。

第三层为智能计量与分布式电源接入层,包含智能电能表、智能手持终端、分布式发电系统等设备或装置。

其中,智能电能表作为核心设备主要实现电能计量、需量测量、阶梯电价、费率和时段、冻结、预付费功能、参数设置、事件记录及上报、远程通信、本地通信、数据采集存储、编程、电价计费等功能;智能手持终端辅助主站系统完成现场数据采集、现场售电、现场客户服务等功能;分布式发电系统含电源和并网设备,实现分布式能源接入。

最底层为户内智能终端层,显示终端与智能电能表构成电力用户与电网交互的门户。

1.2 智能电能表在AMI中的作用

在AMI四层结构中,智能电能表发挥着重要作用。智能电能表将有助于在消费者和电力公司之间实现实时通信,使人们能够基于环境和价格的考虑,最大程度地优化能源用量。智能电能表使智能电网具有多层智能,能够实时分析、决策、计划并作出积极的行为。

目前,采用智能电能表不仅可以实现对电能质量进行监测,而且可以通过仪表的网络通信接口实现双向数据远程传输,组成分布式测控网络系统。

智能电能表不但能显示用电量,而且能显示电能价格,能实现连续的带有时标的多种间隔用电计量,而且具有电量冻结功能,可以存储特定时刻的电量数据,比如设定存储月末零点时刻的电量数据,为实行居民用电阶梯电价收费奠定基础[4]。

1.3 智能电能表的工作原理

智能电能表是由测量单元、数据处理单元、通信单元等组成,具有电能量计量、信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能的电能表[5]。单、三相智能电能表都是多功能意义上的电能表,是在电能计量基础上重点扩展了信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能。

它的工作原理如下:采用计量芯片或A/D转换器对用户供电电压和电流实时采样,通过MCU进行处理计算,完成峰谷、正反向或四象限电能的计量,并将电量信息等通过显示或通信的方式输出。智能电能表工作原理图如图2所示。

2 智能电能表的硬件设计

2.1 计量芯片设计

对于电能计量芯片,在功能方面除实现基本的电能计量外,还要求能够测量电压、电流(火线及零线)、分相功率、功率因数等电参量。而在性能方面要求具有更高的测量精度、更宽的测量范围及更好的产品一致性。性能的提高要求在设计中计量芯片均采用单独的芯片。计量芯片将来自电压/电流互感器的模拟信号转换为数字信号,并对其进行积分运算,从而精确地获得有功、无功电能,实现防窃电功能、谐波分析等[6]。

2.2 MCU设计

智能电能表含有功能较强的微控制器(MCU),将计算机的CPU,RAM,ROM,定时器/计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上,形成芯片级的微计算机。

微控制器依据相应费率和需量等要求对数据进行处理,计算后的结果保存在数据存储器单元中,并可随时向外部接口提供信息和进行数据交换。有MCU的支持,可以方便地实现智能电网供电系统内精确、可靠地管理,不仅可以实现用户清洁能源输送到电网的双向计量、双向通信,而且还可以通过强大的I/O接口,实现智能家电的控制功能[7]。

2.3 通信芯片设计

智能电能表的通信芯片采用可热拔插的通信模块,可采用宽带无线(McWill)、电力线载波(PLC)、无线公网(GPRS)和短距离无线、RS 485、电力红外等方式与智能显示终端、智能手持终端双向通信。支持其他通信技术的无缝接入,模块更换后具备自动识别功能。

2.4 时钟芯片设计

智能电能表复费率、预付费、阶梯电价等多种功能的实现,都需要准确的独立时钟的支撑,应采用具有温度补偿功能的内置硬件时钟电路。常用的如DS3231具有集成的温补晶振(TCXO)和晶体。包含电池输入端,断开主电源时仍可保持精确的计时。集成晶振提高了器件的长期精确度,并减少了生产线的元件数量。其主要特性为0～40 ℃范围内精度为±2 ppm,-40～+85 ℃范围内精度为±3.5 ppm,始终满足约±5 ppm(0.5 s/d)的行业要求[8]。该芯片提供电池备份输入,有效地降低了功耗。

3 嵌入式安全模块ESAM模块设计

智能电能表通过固态介质或虚拟介质对电能表进行参数设置、预存电费、信息返写和下发远程控制命令,操作时需通过严格的密码验证或ESAM模块等安全认证,以确保数据传输安全可靠。

嵌入式安全模块(Embedded Secure Access Module,ESAM模块)是一种智能CPU卡,ESAM模块是将智能卡芯片封装成标准DIP8集成电路模块的形状。

电能表中采用的ESAM模块,是集成了SM1算法的安全认证芯片,它内部集成有E2PROM,可以存储经过安全认证的数据。可以对数据进行加解密处理以确保数据传输的安全性和完整性。

ESAM模块安装在表计内部,其ESAM模块管脚分配及封装图如图3所示。

其内部的硬件主要包括:

CPU及加密逻辑:保证E2PROM中数据安全,使外界不能用任何非法手段获取E2PROM中的数据。

RAM:工作时存放命令参数、返回结果、安全状态及临时工作密钥的区域。

ROM:存放程序的区域。

E2PROM:存放应用数据区域,ESAM将数据以文件形式保存在E2PROM中,在满足规定的安全条件时,可进行读或写。

I/O接口:数据交换接口,用于数据的传输。

文件系统:ESAM内嵌片上操作系统(Chip Operation System,COS),对模块内的基本操作方式为:从数据接口接收一条命令,然后经过处理返回应答信息给数据接口。其处理过程如图4,图5所示。

数据在传输方式上有3种类型:明文方式、明文校验方式和密文校验方式。当数据以明文方式进行传输时由数据管理器将数据直接送给命令处理模块,当数据以明文校验或密文校验方式传输时需要加密运算器对数据进行处理。

ESAM的基本文件系统是由主控文件MF(Master File),目录文件DF(Directory File)和基本文件EF(Element File)组成。主文件MF在CPU卡中惟一存在,在MF文件下可以有多个目录文件DF和基本文件EF,每一个MF目录下的DF可以存放多个基本文件EF和多个下级目录文件DF,包括下级目录的目录文件为DDF,不含下级目录的目录文件为ADF。EF文件主要包括KEY文件、钱包文件、记录文件。

CPU卡的内部文件采用目录管理的方式,即主文件管理多个目录文件,一个目录文件管理多个基本文件。而在主文件和目录文件下都有密钥文件,同时每个文件都有访问权限,即必须达到某一权限才能进行读取操作或修改操作。

KEY文件以及文件中的密钥:每个DF文件和MF文件下有且只有一个KEY文件,在任何情况下密钥均无法读出,一旦离开该目录,该目录下的所有权限将全部丢失。在KEY文件中可存放多个密钥,每个密钥为一个定长记录,每条记录长度为25个字节,记录中规定了其标识、版本、算法、属性以及密钥本身等相关内容。在满足KEY文件的增加权限时可以用writeKey命令增加一条记录,只有在满足某个密钥使用权限时才可以使用该密钥,在满足某个密钥修改权限时才可能修改密钥。

4 智能电能表的软件设计

智能电能表系统软件设计采用模块化设计思想,其主要性能是满足电能计量、电能量采集和自动控制的可靠性和精度。软件主要由监控程序,键盘扫描程序,显示程序,设定程序,MAXQ3180数据读取程序,量程自动校正与功率补偿程序,数字滤波程序,算法程序,实时时钟程序,分时电价程序,网络通信程序等组成,采用C++语言编程,并进行模块化设计[9]。

5 结语

智能电能表采用了功能模块化设计,使电表的升级换代更加方便,而且具有统一规范的规格要求、显示要求、外形尺寸、端子接线、材料及工艺等型式要求,实现了生产、检测、校验的自动化生产线,大大减轻了劳动强度。目前,智能电能表已经开始初步安装使用,但离真正意义的智能电能表还有很长的路要走。智能电能表还需在稳步发展中进一步提高,在智能电网的建设中发挥重要的推动作用。

摘要：智能电能表在智能电网高级计量体系(AMI)中起着重要的作用,是客户与电力公司双向交互的重要终端设备,将推动新的用电方式和生活方式。为了更好地实现智能电能表的功能,采用模块化的设计方法,对智能电能表的主要硬件及软件进行了设计,重点对嵌入式安全模块ESAM进行了设计说明。

关键词：智能电网,高级计量体系,智能电能表,计量芯片,ESAM模块

参考文献

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[7]李宝树,陈万昆.智能电表在智能电网中的作用及应用前景[J].电气时代,2010(9):28-30.

[8]李帆,沈怡,陈俊.电能表和采集设备时钟芯片的检测[J].仪表技术,2010(5):11-13.

[9]静恩波.基于嵌入式系统的智能电表设计与研究[J].低压电器,2011(3):26-30.

智能电能表设计篇7

1 系统概述

1.1 初始概念

DBCS900智能电能表自动化测试系统旨在提高测试效率、解放人力资源、保障测试准确性。为了达到这一目的,通过采用精益研发理论和方法,进行研究计划、客户访谈、需求KJ,QFD表,最终确定系统的初始概念。表1为系统初始概念内容。

1.2 系统组成

DBCS900智能电能表自动化测试系统的系统设计依据需求分析完成,整个系统由规约库、辅助设备、业务功能3大部分组成。辅助设备包括表计脉冲计量工装、三相电源装置、串口服务器、机械手和计算机,这些辅助设备主要用于协助测试工作的顺利进行。业务功能主要涵盖档案管理、组帧测试、手动测试、自动测试、数据统计、实用工具6大功能模块,基本满足实际测试过程中的功能需要。系统采用SQLServer 2000数据库[1]作为数据库服务器,与DBCS900系统进行数据交互。系统从数据库中读取静态数据应用于自动化测试,并对电能表返回的数据进行处理后存入数据库中。系统以串口服务器为通信通道,以三相电源装置为主要输入源,并配合表计脉冲计量工装、机械手共同完成整个测试工作。在全自动测试过程中,通过机械手对电能表进行编程键触发,保证电能表编程状态下的测试数据正常。表计脉冲计量工装主要应用于电能表脉冲采集及电能累计工作,主要功能是独立采集并计量脉冲[2],DBCS900系统通过实时召测表计脉冲计量工装的计量电能,与被测电能表的电能计量数据进行数据比对,从而进行电能计量准确度判断。整个系统的系统架构图如图1所示。

下面针对业务功能模块的各个功能进行简要说明:

(1)档案管理:对系统内的各种静态信息(项目档案、测试用例管理、电能表档案、辅助设备档案等档案信息)进行管理和维护。

(2)自动测试:自动测试部分又分为新建用例、方案配置、项目调度配置、执行测试4个功能子项。新建用例即新建测试用例,测试用例是最小的功能模块单元,若干的测试用例集合在一起形成测试方案。方案配置的过程即对测试用例任意选配的过程。项目调度配置是把已配置好的测试方案和被测电能表及辅助设备集合在一起的过程(如图2所示)。自动测试即进入自动化项目测试界面,点击“自动测试”按钮,系统即可按照配置好的测试方案进行全自动测试。

(3)手动测试:手动测试包含手动组帧测试,手动单功能测试2个测试子项。手动组帧测试可测试报文手动一次性发送,也可循环不间断发送。手动测试满足用户在实际测试过程中的慢测试需求,有利于针对测试问题的问题追踪及分析,操作灵活性较大。

(4)异常处理:系统异常情况及报警,主要对系统运行过程中出现的异常信息进行统计管理,方便用户进行问题追溯、分析和问题解决。

(5)数据统计:对测试数据(通信报文、测试数据、测试结果、测试报告等)进行存储和管理,使系统具有很高的历史数据追溯性和数据处理能力,并为报表导出提供源数据。

(6)实用工具:主要集成了Word,Excel,txt,计算器、串口调试助手、串口监视、DL/T645通信软件、报文制作软件、报文校验软件等实用测试工具,方便在实际测试工作中使用。

1.3 测试功能简介

DBCS900系统目前已经实现了电能表6大测试功能,分别为参数设置与查询、时区时段与费率切换、校时功能、电量冻结、电量结算、电能计量。下面简要介绍一下这些功能:

(1)参数设置与查询:主要指对电能表的基本参数的设置与查询。

(2)时区时段与费率切换[3]:为配合分时电价政策调整,在某一时刻同时启用新费率进行计量,电能表内置两套时区表、两套日时段表,与之对应的还有两套时区表切换时间和两套日时段表切换时间。两套时区表、两套日时段表可以任意编程,并可设定两套时区表、两套日时段表切换时间,定时在两套时区表、两套日时段表之间切换;全年最大可划分为14个时区,每套时段表内最多有8个日时段表,日时段数最大为14个,每个日时段可对应相应费率电价,电价费率可在尖、峰、平、谷四费率间任意切换(目前方案暂定4个费率),时段间隔应不小于15 min,且应不小于电能表内设定的需量周期。

(3)校时功能:校时功能主要分为普通校时和广播校时2种,普通校时是指对单表进行校时的功能,广播校时是指发送广播命令,对多块电表同时校时的功能。测试流程为根据测试用例设置校时时间后,立刻读取电能表时间,核对设置的校时时间与读取到的电能表时间是否一致。

(4)电量冻结:电量冻结主要指在设定或指定的某一个时间点对电能表电量底度进行记录,并将该指定时间点的时间及相关参数进行记录存储。电量冻结包括:瞬时冻结、定时冻结、两套时区表切换冻结、两套时段表切换冻结、整点冻结和日冻结。

(5)电量结算:电量结算指在设定的时间周期内,对表计相关电能量进行电能结算的功能。

(6)电能计量:指计量电能表正向、反向有功电能量和四象限无功电能量,并可以依据相关组合模式字设置组合有功和组合无功电能量的功能。

2 系统关键技术

2.1 通信可靠性

DBCS900系统在实际运行过程中需要不断的处理多种不同类型的设备数据,如何保证这些设备安全、稳定的在程序控制下有序工作,是系统设计的关键。经过认真的分析研究,决定采用以下方式:

(1)串口服务器通信:为了保证通信实时性和可靠性,系统没有采用直接使用串口和设备进行通信,而是采用工业级的16口串口服务器作为通信通道,提高了通信的效率和抗干扰能力。

(2)数据重发机制:DBCS900系统在与设备通信过程中,为了保证数据传输的准确性,增加重发机制来提高抗干扰能力。如果存在在规定的时间内数据交互失败的情况,程序就会自动进入数据重发流程进行数据重发,如果3次数据重发仍然失败,则视为本次通信失败,系统将把失败记录存入数据库中,并继续进行下一个测试项目进行测试。

(3)增加通信校验:通信报文组帧过程中,在规约基本校验基础上又增加了CRC校验模式,进一步增加通信过程中的传输可靠性。

(4)硬件抗干扰措施:系统运行所处的环境及设备对整个系统可靠性都会产生不同程度的影响,为了尽可能达到通信可靠,同时对通信线路(网线、9针串口线)、通信设备(串口服务器、电脑、辅助设备)等进行了各种抗干扰措施。

2.2 测试数据准确性判断

系统对每一个功能子项的测试数据与基准装置或者基准数据进行实时比对,并结合实际情况进行误差校正,以求达到测试结果的准确性。为了尽可能地保证数据的准确性,首先通过第2.1节通信可靠性手段保证召测数据的可靠性和准确性,然后通过准确的解析算法保证解析数据的正确性,然后将解析后的数据与基准设备(如标准表、脉冲计量工装等)进行比对,进而对测试数据进行判断并得出结论。针对由多个小项组成功能测试项目,首先对各个子项进行数据比对,各个子项比对结论全部合格后才视为整个大项合格,否则该大项目为不合格。总之由于结论的判断受多方面影响,系统在做好数据可靠性的同时,通过多种比对算法保证测试结果的准确性。

2.3 测试效率

由于系统测试的通信速率受到限制,目前电能表通信速率一般为1 200 b/s,2 400 b/s,9 600 b/s,通信速度比较低,对整个测试效率影响很大。为了提高测试效率,提高通信速度的方案显然行不通,只能通过其他方式来提高测试效率。

经过最终的分析研究确定下来2种方式进行测试效率优化,一种方式通过多线程通信方式对多个设备进行并行测试来解决,另一种方式通过增加多个被测试设备,将测试方案分解为多个测试方案并行测试的方式来提高测试效率。目前这2种方式均应用到测试系统中,用户可结合实际测试情况自由选择。

3 结语

DBCS900电能表自动化测试系统经过一年的试运行和持续改进,已成功代替了人工测试,它有效地提高了测试效率和测试准确性,解放了更多的人力资源和时间。随着公司规模的不断扩大,产品种类和测试项目的不断增加,DBCS900电能表自动化系统在测试工作中将扮演越来越重要的角色,同时也面临着越来越多的不足和问题,等待去继续研究和完善。

摘要：为了解决智能电能表功能测试时间长,测试强度大,人工测试准确度低,测试项目不全面等诸多问题,提出了智能电能表功能自动化测试系统的设计。系统采用C#和SQL Server作为开发平台,利用面向对象的设计思想,将测试设备、测试方案、测试流程、通信规约等实体对象进行高度抽象,形成可灵活配置的测试方案,并以此来驱动系统自动完成各种测试任务。实验证明,该系统通过对测试方案及测试设备的灵活配置,达到了提高测试效率和测试准确性的目的。

关键词：DBCS900,智能电能表,自动化测试系统,仪器仪表

参考文献

[1]李晓喆,张晓辉,李祥胜.SQL Server 2000管理及应用系统开发[M].北京:人民邮电出版社,2002.

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智能电能表设计篇8

关键词：电能表控制,智能IC卡,集中式

随着市场经济体制的确立,电力作为一种商品走向市场已是大势所趋,但在电力商业化管理过程中,各种集抄装置与自动计费系统的开发、试验已将计算机通信的最新技术应用到了电量管理自动化上,而对电量采集的“源头”——电能表却一直没有突破,始终缺乏“独立式”和真正意义上的“网络化”,无法实现“多功能”。因而,笔者提出设计集中式智能IC卡网络电能表控制系统,此系统的先进性集中体现在“集中式”“网络化”和“多功能”上。

1 现有电能表问题

1.1 感应式电能表

1)精度难以提高。无论是纯“机械式”或“机电一体化”电能表,其原理主要是通过电磁感应作用产生电磁力矩,推动电能表圆盘旋转,获得电能数据。电流的线性度受电压和频率的影响,会直接影响电能表精度,而电子式电能表受其影响较小。同时,感应式电能表精度还受机械制造工艺的影响。根据技术分析,提高感应式电能表精度必然会使电能表体积增大,制造困难,成本提高,从而丧失结构简单、价格相对低廉的优势。

2)机械磨损。机械磨损是感应式电能表无法克服的缺陷。磨损的后果是使电能表计数器走慢,而每年供电部门因此流失的电量势必引起线损上升,造成供电成本增大。目前,解决方法是加强轮换,但不能从根本上解决问题。另外,空转和卡字等机械故障引起的电量丢失也十分严重。

1.2 电子式电能表

目前,电子式电能表主要有多费率电能表、分时电能表、载波电能表、峰谷电能表、IC卡电能表。这些电能表在技术先进性方面与感应式电能表比较有了明显的提高,但仍存在许多问题。

1)智能化程度低。有的电子式电能表虽然提供了相应的数据接口,但数据输入需通过现场集抄器中转,更重要的是,这种电能表智能化程度不高,对因电价政策变化(如实行峰谷电价)引起的电能量采集、处理和存储方式的变更处理较困难。

2)一户一表。电子式电能表没有摆脱“独立式”的传统方式,实行的是一户一表,每个表都有计量、运算、显示、电源、数据接口等系统,但各个单元重复利用率不高,而且安装、校验、轮换工作量大。

3)单向通信。有的电子式电能表有数据接口,并有很先进的通信方式。如载波电能表,它巧妙地利用了电力载波进行通信,但它们的通信均为单向通信,目的是采集电能值。如果电价政策有变动,要对电表进行重新设置,它们就无能为力了。

4)无法实现“多功能”。电子式电能表虽有优势,但没有完全实现“软件化”,难以实现“多功能”。如IC卡电能表在收费管理上有明显优势,但它忽略了网络化的重要性,无法灵活地实现分时计量和多费率计量等功能。

2 集中式智能IC卡网络电能表控制系统设计

电力部门对电能表的要求是低功耗、高质量和高可靠性,同时还要求其具有计费、掉电保护等功能[1]。通过对目前多种电能表进行分析研究,笔者提出设计集中式智能IC卡网络电能表控制系统(见第83页图1)。该系统最显著的特点体现在“集中式”“网络化”和“多功能”,同时兼具IC卡电能表的优点。

由于显示单元、控制单元、电源单元、IC卡读写器和通信单元等均为共享,所以,大大节省了硬件资源,使电表的体积变小。同时,电表采用总线式模块化设计,即类似工控机的设计模式,含有底板和功能模板。底板上有自定义的总线和功能模板插槽;功能模板含有主控板、采集板、计量板、电源板和通信板。

3 集中式智能IC卡网络电能表控制系统原理

集中式智能IC卡网络电能表控制系统将传统的一户一表改为多户一表,但系统中的计量单元是每户一个。计量单元采用高性能专用计量芯片分别对每户的用电量进行准确地统计并发出计量脉冲,同时,该单元上含有控制每户用电的通断继电器。计量脉冲采集单元用来完成计量脉冲的数据采集和对每户用电的通断控制。由于电能表中的显示单元、控制单元、电源单元、IC卡读写器和通信单元等都是共享的,所以,对于每个用户而言,控制单元都可以根据IC卡读写器读回的数据与该用户统计的总电量对用户电源进行控制。而且,该系统“网络化”的设计不是用RS485或用电力载波进行通信来实现简单的数据上传,而是采用先进的嵌入式网络模块,将单片机符合RS-232通信协议的串行通信转换成符合Internet协议(TCP/IP协议)标准的网络接口。每台电能表有其独立的网关和IP地址,系统一旦上了Internet,通过权限便可以在Internet上对其进行操作,不仅能够上传电能表中的有关数据,而且能将系统的有关数据下载到电能表中,用来改变电能表的功能,同时,可以实现远程对电表的通、断控制。

4 集中式智能IC卡网络电能表控制系统特点

1)精度高和免校验。电子式电能表的精度高于感应式电能表,若从瞬时电流、电压中采样转换成功率和电量,其精度难以提高。因为交流量呈正弦变化,以某点瞬时循环采样存在误差。减少误差的办法是提高采样频率,选用较高的晶振频率,使循环采样周期缩短;也可对电流、电压采用标准电阻直接取样,最后再将采样的交流电流、电压信号经功率乘法器和压频转换等硬件回路送单片机处理,而非使用“软件”积分法提高响应速度。由于集中式智能IC卡网络电能表采用集成化和单片机技术,所以,其出厂时处于免维护和免校验状态。

2)负荷控制较为方便。由于系统具有强大的“网络化”功能,对各用户按“容许容量”进行负荷控制就变得轻而易举,而且“容许容量”的参数也可以随时修改。

3)有效杜绝偷电、漏电现象。集中式智能IC卡网络电能表采用先进的专用计量芯片,大大提高了抗干扰性,能精确计量正负两个方向的电能,且以同一方向累计,有效地杜绝了偷电、漏电现象。

4)软件设置功能灵活。集中式智能IC卡网络电能表在电价政策有所变动时,可以通过网络方便地对电能表进行重新设置。

5)具有电量追补功能。集中式智能IC卡网络电能表尽管取消了机械计度器,但采用时钟存储技术,把系统时钟和各用户的用电指数存储在E2ROM中,掉电不丢失信息[2]。单个回路故障时,显示器可显示该户用电发生故障时的用电指数和故障时间,使电量追补计算更加科学。即使整个装置发生故障,E2ROM的掉电不丢性也可使各用户的用电指数和故障时间经读取后进行电量追补计算。

6)电表自身功耗低。集中式智能IC卡网络电能表系统的CPU采用超低功耗芯片,其他电路均采用CMOS电路,使整个电能表自身功耗极低。

5 结束语

集中式智能IC卡网络电能表控制系统采用集成化和单片机技术,提高了电能表的精度,有效杜绝了偷电和漏电现象,实现了方便的容量管理,并且具有灵活的软件设置功能和电量追补功能,同时,降低了电表自身功耗。系统的主要电路采用模块化设计,并且采样与计量、强电与弱电分离,使安装和维护更为方便。

参考文献

[1]吴磊.AT89C52控制的智能电能计量表设计[J].长江大学学报:自然科学版,2008,5(4):179-181.

高精度智能电能计量系统的设计篇9

1 高精度智能化电能计量系统

该项目的关键是实现对高精度电能计量系统的设计, 并应用在变电站中。在系统中使用模块设计法。设计采集计量装置和综合通信装置。模块化设计比较简便, 同时满足了智能电网智能仪表的要求。如果其中的某个装置发生了故障, 则不需要对其系统进行更换, 降低系统使用和升级的成本。采集装置要安装在变电站内的计量回路中, 其中控制室的通信装置可以实现串行口进而将其扩充成更多的采集装置, 接受上传的数据。

综合装置能够保证提供和用户相交互的界面, 接受用户操作指令。主要的作用是对实时数据进行显示, 保存和管理历史数据、记录故障和时间、传输变电站的网络层数据。

2 设计和装置相应的采集计量系统

在对采集计量装置进行设计中需要对下列问题进行考虑, 采集计量装置的对象是电网信号, 因此要实行信号输入和信号调理。设计要求电网内电压、电流信号每周进行256点周期采样, 这一需要可以满足模数转换器的采样速率。并且还能够采集三相电压和电流信号灯, 通过模数转换器可以实现多通道的同步采样。实行多路数的采集、处理以及综合通信装置、传输数据等。

2.1 计量装置的硬件设计

该项目内的高精度只能电能计量系统内所采集的剂量装置功能框图如下图2所示, 为了对上述要求进行满足, 采用德州仪器 (TI) 公司的16位高速6通道模数转换器-ADS8365和54x系列芯片, 借助DSP的优秀数据处理能力, 实现对其中的三相电压和电流信号进行采集和处理, 并且通过VC5409多通道缓冲串口以及电光转换模块HFBR1414完成综合通信装置数据传输。DSP内集成RAM容量有限, 因此对SRAM实行扩展中, 可以很好的扩展DSP数据空间。为了启动DSP, 要外扩FLASH下实现对程序代码存储, 方便DSP在通电后能够实现内部程序的自主运行。最大程度的减小非同步采样的误差, 同时提供硬件锁相对采样脉冲信号。

模数转换器ADC为采集计量核心, 其性能对整个系统性能和精度具有决定性的影响。本文的设计系统采样指标为:

系统计量精度要在0.5级之上, 并且其理论分辨率至少要比精度要求高出一个数量级, 同时对其他因素实行综合考虑, 要选取16模数转换器。

在奈奎斯特采样的定理可知, 采样频率大于被采样频率2倍, 采样结果可以体现原信号特征。实际应用中, 采样频率为原始信号5~10倍。对滤波的计量要求进行考虑, 要被测量2~21次, 这样采样频率至少是50×21×5=5.25KHz, 并且要对模数转换器的转换留出一定的时间, 频率不能过高, 因此设定的采样频率是12.8KHz。采样触发是在模数转换器针对输入时钟信号实行分频后得到采样触发信号, 这种信号被确定后, 采样频率也被确定, 工作时间比较容易更改, 并且还存在同步误差。

2.2 采集计量的装置软件

采集计量装置内使用的主要是采集量化后三相电压、三相电流处理, 得出参数值, 经过MCBSPSS的接口电光实行转换, 将原始数据和计算的结果输送至综合装置内, 总体流程从下图1。

主程序先要针对DSP中引脚功能和中断实行初始化, 设置DSP运行频率、复用初始地址和相应引脚是GPIO。中断采样后选取有效信号通道, PLL输入, 完成采集周期, 实施数据计算, 最后在DSP的MCBSPSS光电变换后, 传送其到综合通信装置内。

采集计量装置并测量, 先要通过HCF4051选取同步信号, 将其作为锁相环输入信号。判断通道内信号的有效性方法是:若通道采集值长期比较小或该值为0, 代表了同步信号出现了故障, 无法被当做锁相环输入, 选择下一通道, 直至找出更合适通道, VC5409通用I0数量少, 切换于VC5409内Mc BSP引脚复用I0口, 在CPLD中的6进制计数器下对HCF4051实行控制HCF4051的ABC端, 进而对相应的通道进行选择。

数据完成了对子程序数据的采集会。ADS8365片选信号ADCS在VC5409地址引脚和IO空间选通信号IS产生于CPLD。CPLD内的SPSIG引脚和HOLD[A、B、C]相互连接, 对6路的信号同步采样进行控制。

3 电能计量和电力参数测量方法

电能计量系统使用的是硬件同步采集数据, 有效提升了测量速度, 并极大的减少了软件的运算量。在同步采样原理的基础上, 实现对电能计量和电力参数的有效测量。

电压和俩妞的有效值计算, 在时间连续电流有效值I的基础上定义为:

T是周期, i是t时刻的电流瞬时值, 假设每一个工频筑起中的初步采样数是N次, 在离散数值算法电流有效值的基础上的Id计算公式是:

上式中的k是采样的序列号, i (k) 表示的是瞬时电流, TS是采样的间隔, 下面的定义是相同的。为了方便对数据进行读取和观察, 通常要下1~3要显示出数据的刷新周期, 因此, 为了实现对数据的测量, 对数据刷新周期时间的实际电流值进行显示, 要在m各供电周期采样上进行平滑滤波, 实行滤波后的电流有效值是Id, av离散数值计算公式为:

电工理论内要对周期电压U有效值的定义类似于电流I定义:

T表示的是周期, u (t) 表示t时刻的电压值。离散数值计算方法下, 电压有效值Ud值的计算公式是:

T代表周期, u (t) 为t时刻电压瞬时值。离散数值算法的电压有效值Ud, av计算公式为:

4 结语

文章对高精度智能电能计量系统的系统设计和构造进行了详细的阐述, 并且对相应的用电量计算方法进行了提出, 在实际的应用中只需要将相应的数字输送进去就能够获得相应用电量的精确化计量。

参考文献

[1]李灏.高精度智能电能计量系统设计[D].华北电力大学, 2011.10~26.

智能电能表发展方向的几点思考篇10

居委会或物业管理部门还需去抄取各家电表的读数，按比例收取电费。这种用电管理模式，给居民带来诸多不便，而且增加了管理人员的工作。据统计，仅电力部门的抄表队伍人数就数以万计，且人为方式弊端多，工作效率低，给管理部门造成了人力、物力、时间上的极大浪费。作为用电管理最重要也是最基础的用电数据仍采用原始落后的人工抄收的方法，不但劳动强度大、效率低，而且还会存在抄表不到位、估抄、漏抄、错抄、错算及抄表周期长等问题，对窃电的防治更无从谈起。在社会走向信息化，网络化，电力系统大踏步现代化的今天，手工抄表更是与无人值班等高度的自动化形成了鲜明对比，成为制约供电系统现代化管理的一大障碍。为了适应社会的需要，保证用户安全、合理、方便地用电，对传统的电能表和用电的管理模式进行改造，使之符合社会发展的需要就显得很有必要。

“特高压”和“智能化”成为“十二五”电网发展主题，为加快建设统一坚强智能电网，国家电网公司组织编制了智能电能表系列标准，并提出未来将大规模推广使用智能电能表，智能电能表的使用是国家实现节能减排的需要，是国家智能电网建设的重要环节，是智能用电的基础，是智能电网与客户实现互动的关键环节和具体体现，也是建设坚强智能电网的着力点和落脚点。使用智能电能表是国家智能电网客户终端建设的重要内容，是未来实现供电服务网络化、互动化的基础。未来智能电网运营中，市民家庭不仅是用电客户，还将成为小型发电电源，在整体上实现“分布式、网络化”电网。居民家中安装上智能电能表后，客户不仅能查询自家近期的用电情况，还可以查询到家中智能电能表中的实时电价。

一、什么是全电子式电能表

全电子式电能表则是当今国内最先进的一类电度表，其采用先进的单片机技术和专门设计的电能测量集成电路，具有计量精度高、可防止窃电、自身损耗低和可靠性高等特点。其中的一些型号还具有复式计费功能。由于此类电能表的用电量数据已经数字化，可以很方便地与各种数据收集传送电路配合组成自动计量计费的系统，是现行家用电能表的换代产品，该类产品的大量使用节省了供电部门大量的抄表计算工作，并能及时回收电费（先付费后用电），具有巨大的经济效益和社会效益。

随着电力的深入改革和发展，人们的用电需求增长了，需求量快速增加，要求也越来越高，单一“计费”电表已不能满足电力发展的需要，其安全稳定性、准确可靠性及功能、技术要求逐渐显现出来。电能表也就由“量少”到“量多”，由单一的计量抄表功能向模块化、智能化、多功能、系统化和多元化发展。21世纪是信息网络化、高新科技成果被广泛应用的时代，数字化、智能化、标准化、系统化和网络化是现代电能计量装置发展的必然趋势，电能表的更新和发展势必适应电力的改革和发展，智能电能表应运而生。

所谓智能电能表，就是应用计算机技术，通讯技术等，形成以智能芯片（如cPu）为核心，具有电功率计量计时、记费、与上位机通讯、用电管理等功能的电能表。智能电能表与传统的电表相比，具备了网络功能和费控管理功能。智能电能表具有电能计量、信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能，是实现电能信息采集自动化和智能化最重要的测量仪表。

二、智能电能表的功能

与以往的电能表相比，智能电能表新增了计量信息管理、用电信息管理、电费记账、用电量监控等新功能，能更好的为用电客户提供准确、及时的电费计算和预付费功能。智能电能表的普及，将改变用电客户传统的缴费模式，转变为更加科学合理的预付费模式。用电客户可以通过多种渠道进行缴费操作，如营业厅缴费、售电机缴费、网上缴费等，使用户的缴费更加快速、便捷。

1、计量功能

具有正向有功电能、反向有功电能计量功能，能存储其数据，并可以据此设置组合有功。具有分时计量功能，有功电能量按相应的时段分别累计，存储总、尖、峰、平、谷电能量。至少存储12个月的总电能和各费率电能量。

它支持分布式能源的利用，除了可以记录进入用户的电量外，还可以记录用户向电网提供的电量。如果用户自建有风能、太阳能等分布式清洁能源发电设施，当所发电力自己用不了时，可以实现多余电量向电网输送，从而达到节能环保降低二氧化碳排放使用户生活低碳化，还能提高用户的经济效益。

2、费率、时段及电价方案

具有两套费率时段表，可在约定的时刻自动转换：每套费率应至少支持4个费率。具有日历、时钟，全年至少可设置2个时区，在24h内至少可以任意编程8个时段，具有两套电价方案，可在约定的时刻或达到约定的用电量水平时自动转换。

3、计时功能采用具有温度补偿功能的内置硬件时钟电路，具有日历、计时、闰年自动转换功能。

4、事件记录

永久记录电能表清零事件的发生时刻及清零时的电能量数据。记录掉电的总次数，最近10次掉电发生及结束的时刻。记录最近10次远程控制拉闸和最近10次远程控制合闸事件，记录拉、合闸事件发生时刻和电能量等数据。记录开表盖总次数，最近10次开表盖事件的发生、结束时刻。

5、费控功能

与目前使用的磁卡电表（磁卡电表采用量控方式）不同的是，智能电能表采用的是费控方式，是将您的购电电费置入表中，当您的购电电费即将用完或者用完时，智能电能表会发出预警直至停电。通过按下电表上的查询按钮可查询您的当前总用电量、剩余金额、电压、功率等用电信息。同时还有显示功能、冻结功能、报警功能等等。

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智能电能表让用户达到明白消费、计划用电，有效节能的目的。更换电能表后，用户家的电能表将与“低压电力用户集中抄表系统”联网，将可享受到快捷查询用电情况、灵活缴费、停电提醒等一系列新服务。用户可以随时拨打24小时服务热线95598，精确查询每天用电状况，当电费余额不足时，系统会采用电话、短信、电子邮件等方式提示用户续费。

三、发挥智能电能表优势实现个性化服务

经历了机械电能表、机电一体电能表、电子式电能表、到智能电表的演变。目前阳泉市大部分用电客户使用的电能表均为机械电能表或功能单一的电子式电能表。在2010年底，开始大量的更换智能电能表，让市民把家中用的每一笔电费看得明明白白，达到节约用电的目的。居民还可根据余额报警提示，提前知道电费剩余，避免因欠费造成停电的现象。还可通过信息远程的传送功能，让电力部门人员及时发现电能表是否存在故障，以便及时处理故障，避免损失。

新型的智能电能表与原来普通的电子式电能表相比，智能电能表精度优于普通电子式电能表，用上智能电能表的居民在家就可以清清楚楚地看到自家的用电情况，可根据实时查看峰谷用电情况，及时调整用电计划，目前，这种智能电能表还处在试运行阶段，居民们体验到的只是远程充值功能。其实，智能表还具有很多“超前”功能，比如随电价调整“自动”调整收费。电价调整后，供电员工可以通过计算机远程采集系统，监控已接人电能表的用电信息和工作状态，在改变传统电费抄核收方式的同时，还能有效防范窃电等行为。

智能型电能表较机械表要小约五分之一，薄了约四分之一。它是一种新型全电子式电能表，具有电能计量、信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能，支持双向计量、阶梯电价、分时电价等需要，也是实现分布式电源计量、双向互动服务、智能家居、智能小区的技术基础，还可以提供个性化的用电服务。智能电能表上有一个按钮，用户通过来回按它，就可以依次看到自己家一天、一月甚至一年的用电情况，还能显示当前的用电价格。未来，居民还可以在家登录网上营业厅，上网查询到电力部门的电子账单，从而详细了解家庭在不同时间段的用电情况。

显示电费，存话费般预存电费：对老百姓来说，智能电能表最直观的变化是只存费不存量一也就是说，不再像现在一样显示电表里还剩多少电量，而是显示电表里还剩多少预存的电费。客户可以提前预存一定数额的电费，在一段时间内都不用再往银行或营业厅跑。此外，客户还可以定期从银行账户直接往电能表内转账充值。智能电能表还会提醒客户及时付费，当电费用光时，会自动断电。

智能电能表记录了家中实时用电情况，居民可以通过网络查询前一天或近期日用电量明细。通过电量的实时查询，还可以帮助居民测算出家中相关用电设备的耗电量，“揪”出家里的费电“大户”，使居民更合理地使用电器，达到节能的目的。例如当某栋居民楼异常停电，智能电能表就能够通过采集系统反馈至供电公司，及时发现电表异常，准确定位故障点，进一步缩短供电公司停电抢修时间，避免因计量故障引起的电费损失和纠纷。

四、智能电能表发展方向的几点思考

随着智能电能表的使用越来越广泛，对我们的生活也产生了越来越多的有利影响，同时也在潜移默化的改变着我们的生活。运用集中式智能电能表构建智能电能表管理系统，并结合通讯网络技术，建立电能远程抄表。智能抄表系统是利用当代微机技术、数字通讯技术与计量技术的完美结合，集能耗计量、数据采集、数据处理于一体，将城市居民能耗信息与综合处理相结合，使公用事业部门及物业管理部门从根本上减轻人工上门抄表的繁杂劳动。准确而便捷的收费系统，既可节省人力，又可减少相关事业部门与客户之间的纠纷，不但能提高管理部门的工作效率，也适应了现代用户对缴费的新需求。将来国家推行分时电价、阶梯电价，在不同时段用电或者家庭月用电量不同，电价则不同。而智能电能表通过费控方式，可以帮助您实时掌握家庭电费余额，就像移动通信可以实时掌握话费余额一样。届时，您可通过调整用电习惯，养成在不用电器时切断电源的习惯，或在低谷（低电价）时启动洗衣机、热水器等非必需长期开通的电器，从而使您充值的电费使用更多的电量；对于节约用电（用电量少）的用户，执行阶梯电价后，充值同样的电费，就可以使用更多的电量，从而实现家庭网络功能。智能电能表能够实现电力线与无线公网、互联网的连接。您可以通过供电营业厅、95598、自助查询终端、网上营业厅等方式查询您的购电记录、月用电量、电费等信息；可以通过互联网（95598客户服务网）、电话、短信等方式了解家庭生活用电的详细情况，包括日用电量、月用电量、购电金额、停电信息等；通过银行、充值卡、自助服务终端等方式，轻松完成购电、缴费业务，进一步提高和改善您的生活质量。供电部门则可以通过它实现对用电设施的信息采集，更快捷的排除故障，提高供电可靠率。同时，还可随时查询任一户、任一单元全部住户及整个小区内所有住户的信息。

未来，智能电能表给我们带来的好处还不止这些，随着用户用电信息采集系统和智能电能表主站的建成安装，我们将迎来更加节能低碳、便捷、智能的新生活。智能电网、智能电能表、智能用电服务，涵盖了我们的未来生活。智能生活的脚步已越来越近了，在不远的将来，用户在办公室里轻点下鼠标，家里洗衣机就开始洗衣，电热水器就能运转准备洗澡的热水，电饭煲开始做饭，空调提前开启让你进屋就凉快……这些都不是科幻片场景，都将变为现实。

智能电能表设计篇11

电能在现代社会中起着非常重要的作用 , 国家的电气化程度直接反应其生产力水平 , 也一定程度上代表了现代化程度的高低。电能计量关系到电能供方和所有使用电能这种商品的用户 , 面向范围十分广泛 , 能否准确计量至关重要。随着企业用户和家庭用户用电量的逐步上升 , 供电部门压力与日俱增 , 在此情况下 , 各地普遍推行双费率 , 用电峰时、谷时费用的不同引导用户错峰用电 , 减轻供电压力。这对电能计量系统提出了明确的要求 , 即精确计量、双计费[1]。目前 , 科技的日新月异让电能计量正朝着网络化、智能化、微型化的方向发展。

2系统主要功能

通过硬件、软件设计 , 本电能计量系统可以实现电能计量、数据处理、异常情况监测、实时显示等主要功能。其中电能计量功能可计量并记忆多种参数 , 如有功电能、无功电能、实时有功功率、实时无功功率、功率因数[2]等 , 并可以将峰时、谷时电能分别计量 , 提高计量精度 , 实现双计费。另外本系统还可以实现自动抄表、上位机通信等功能[3], 实现电能计量智能化。其主要功能如下 :

(1) 能够进行峰时、谷时分别计量电能参数 , 并存储其数据 ;

(2) 能够计量总的有功电能、无功电能 ;

(3) 可以进行实时电能计量 , 包括峰时的有功功率、无功功率、功率因数和谷时的有功功率、无功功率、功率因数 ;

(4) 具有自检显示功能 , 可以进行故障和异常情况纪录 , 能够提供多项保护功能 , 能够实现断电、谐波功率异常、反向功率、断相、相序错检测等功能 ;

(5) 可以将电能参数与故障、异常情况进行存储 , 并可清除 ;

(6) 上位机通信。

3系统硬件模块

电能计量系统主要由主控芯片、计量、存储、显示、键盘、通信和电源等模块组成。综合性能和成本等因素 , 主控芯片采用高性能低功耗的Freescale单片机MC68HC908LJ12; 计量模块则采用主流芯片ATT7022B, 它精度高、功能全 , 其内部的电压检测电路可以保证电压异常时及时处理 , 保证计量正常进行 , 并且它自带一个SPI接口 , 方便连接和数据传输。与上位机通信的方式为RS-485通信 , 采用MAX487芯片 , 可以进行数据传送、命令传输 , 实现远程控制。硬件各模块框图如图1所示。

主控芯片MC68HC908LJ12与计量芯片ATT7022B都具有SPI接口 , 因此MC68HC908LJ12与ATT7022B的通信通过SPI接口进行。SPI接口即串行外围设备接口是一种时钟和数据同步的串行接口 , 共使用了四个引脚 :CS、SCLK、DIN、DOUT, 它可以与任何具有SP接口的其它芯片直接相连接。具体的连接图如图2所示。

4系统程序设计

程序设计中主要有查询和中断两种方式。本设计软件采用中断的设计方法 , 设置了多个键盘中断 , 通过键盘中断实现系统所要实现的各个主要功能。系统复位启动以后 , 经过自检和一系列的初始化以后 , 系统开始循环等待中断的产生。

4.1主程序设计

电能计量系统的所有程序中主程序是最重要的部分 , 它包括整个程序实现的功能、步骤等 , 因此 , 主程序决定了整个程序的质量。

在本设计中 , 主程序主要实现了系统上电复位后开始运行的各部分初始化 , 使系统进入正常工作状态 , 这些初始化完成后 , 系统进行总电能计量 , 它包括峰时总的有功电能计量、峰时总的无功电能计量、谷时总的有功电能计量、谷时总的无功电能计量 , 系统显示计量到的峰时总的有功和无功电能数据、谷时总的有功和无功电能数据[4], 系统不断计量总的电能数据并显示 , 直到有键盘中断出现。主程序流程图如图3所示。

4.2总电能计量程序设计

总电能计量包括峰时总的有功电能计量、峰时总的无功电能计量、谷时总的有功电能计量、谷时总的无功电能计量 , 以20秒为周期循坏显示计量到的峰时总的有功和无功电能数据、谷时总的有功和无功电能数据。程序开始时 , 首先判断当前时刻是峰时还是谷时 , 即判断负荷是否大于或等于额定负荷的20%。如果是峰时 , 则读取存储器中保存的峰时总的有功电能数据 , 然后读取ATT7022B中总合相有功电能寄存器 ( 地址为0x21中的数据 , 将两组数据相加得到和数据 , 并用同样的方法得到总的无功电能数据 , 即读取存储器中保存的峰时总的无功电能数据 , 然后读取ATT7022B中总合相无功电能寄存器 ( 地址为0x25) 中的数据 , 将两组数据相加得到和数据 , 通过调用LCD显示程序显示出来 , 并将此和数据保存到存储器中 ; 相反 , 如果是谷时 , 则读取存储器中保存的谷时总的有功电能数据 , 然后读取ATT7022B中总合相有功电能寄存器中的数据 , 将两组数据相加得到和数据 , 并用同样的方法得到总的无功电能数据 , 通过调用LCD显示程序显示出来 , 并将此和数据保存到存储器中。

当LCD显示总电能数据时 , 第一行显示当前时刻是峰时还是谷时 , 如果是峰时则显示“峰时”, 如果是谷时则显示“谷时”; 第二行显示有功电能 ; 第三行显示无功电能 ; 第四行显示时间 , 先显示年、月、日 , 再显示小时、分钟和秒。显示界面示意图如图4所示。

总电能计量部分程序如下 :

5结束语

近十年来 , 电能计量设备从单一功能的电表向多功能、系统化的方向发展 , 本文介绍的电能计量系统主要由高品质单片机、专业计量芯片和外围电路构成 , 加入上位机后即可实现远程发布命令、传输数据等操作 , 具有计量、存储、显示、异常处理等多重功能 , 实现智能化。在向智能化发展的同时 , 高计量精度仍然是用户对电能计量系统最本质的衡量要求[5], 本系统可测量多种参数 , 如有功电能、无功电能、实时有功功率、实时无功功率、功率因数等 , 并将峰时、谷时电能分别计量 , 提高计量精度[6], 可按要求实现双计费 , 适用于各类家庭和企业用户的电能计量和监测 , 具有良好的可移植性 , 可靠性高 , 前景广阔。

参考文献

[1]岳丽娟,曾成.双向计量型智能电表系统的设计[J].自动化仪表,2014,35(4):75-78.

[2]于海波,刘佳,王春雨,李立,张垠.功率因数对电能计量的影响[J].电测与仪表,2014,51(11):9-12.

[3]张平川,王新娜.无线智能电表电磁兼容设计[J].仪表技术与传感器,2014,(6):52-55.

[4]卢婧婧,宋若晨,胡龙生,许震欢,孙俊.基于智能电网的电力用户管理对电能损耗的改善[J].华东电力,2014,42(4):734-737.

[5]董安有,李袖,刘洋,步东伟.电能质量监测装置数字滤波器设计应用研究[J].自动化技术与应用,2013,32(10):29-32.

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