电能功能论文

电能功能论文（共11篇）

电能功能论文 篇1

智能电能表是指除具有准确计量客户使用的电能外, 还具备数据处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能的电能表, 它一般由测量单元、数据处理单元、通信单元等组成。目前, 国内及国外, 特别是部分发达国家智能电能表已经基本替代了机械表, 我国的智能电能表在2008年以后也取得飞速发展, 目前国家电网和南方电网已经应用超过2亿只。

1 智能电能表具备的主要功能

1.1 分时计量功能

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。至少存储上12个月的总电能量和各费率电能量;数据存储分界时刻可以为每月1号至28号内的整点时刻。

1.2 费控功能

费控功能的实现分为本地和远程2种方式。本地方式通过CPU卡、射频卡等固态介质实现, 远程方式通过载波等虚拟介质和远程售电系统实现。本地费控在电能表内进行电费实时计算, 其主要功能包括:当剩余金额小于或等于设定的报警金额时, 电能表应能以声、光或其他方式提醒用户。远程费控其电费计算在远程售电系统中完成, 表内不存储、显示与电费、电价相关信息。电能表接收远程售电系统下发的拉闸、允许合闸、ESAM数据抄读指令时, 需通过严格的密码验证及安全认证。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。

1.3 测量及监测功能

能测量、记录、显示当前电能表的电压、电流 (包括零线电流) 、功率、功率因数等运行参数。

1.4 事件记录功能

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。能记录编程总次数, 编程时的时刻、操作者代码、编程项的数据标识。掉电的总次数, 掉电发生及结束的时刻。远程控制拉闸和远程控制合闸事件, 记录拉、合闸事件发生时刻和电能量等数据。

1.5 费率、时段方案

具有2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, 全年应至少可设置2个时区, 在24h内至少可以任意编程8个时段;时段的最小间隔为15min;时段可跨越零点设置。

1.6 报警功能

当出现故障或报警项时, 电能表停留在该代码上或报警提示, 背光灯持续点亮;当剩余电费小于报警电费时, 提示“请购电”, 当电能表出现故障时, 显示出错信息码。

1.7 冻结功能

包括定时、瞬时、约定、日、整点冻结等。定时冻结是指按照约定的时间及间隔冻结电能量数据;瞬时冻结是指在非正常情况下, 冻结当前的日历、时间、所有电能量和重要测量量的数据;约定冻结是指在新老2套费率/时段转换、阶梯电价转换或电力公司认为有特殊需要时, 冻结转换时刻的电能量以及其他重要数据;日冻结是指存储每天零点时刻的电能量;整点冻结是指存储整点时刻或半点时刻的有功总电能。

另外, 智能电能表还具有显示、计时、通信等功能。

2 智能电能表的特点

2.1 功能强大

通过对单片机程序的软件开发, 智能电能表可实现正、反向有功、四象限无功、复费率、预付费、远程集中抄表等功能。有时装用1块电子式电能表可相当于7块感应式电能表 (即2块正向有功表、2块正向无功表、2块最大需量表, 1块失压计时仪) , 并能实现这7块表所不能实现的分时计量, 数据自动抄读等功能。同时, 表计数量的减少, 有效地降低了二次回路的压降, 提高了整个计量装置的可靠性和准确性。

2.2 准确度等级高且稳定

感应式电能表的准确度等级一般为0.5级到3级, 并且由于机械磨损, 误差很容易发生变化。智能电能表采用精密电子元器件, 准确度高, 可靠性好, 可方便地利用各种补偿轻易地达到较高的准确度等级, 并且误差稳定性很好, 智能电能表的准确度等级一般为0.2级到2级。

2.3 起动电流小且误差曲线平整

感应式电能表要在0.3%Ib下才能起动并进行计量, 而智能电能表非常灵敏, 在0.l%Ib电流下就能开始起动进行计量, 且误差曲线很好, 在全负荷范围内误差几乎为一条直线, 而感应表的误差曲线变化很大, 尤其在低负荷时误差较大。以居民常用的220V、5A电能表为例, 感应式电能表在3.3W才起动, 而智能电能表在1.1W就会起动。智能电能表在轻负载、小电流的情况下 (如手机充电、电视机和空调使用遥控器关闭处于待机状态等) 也能正常计量, 该特点虽不会引起电量大幅增加, 但建议养成电器不用拔插头的良好用电习惯, 避免不必要的电费支出。

2.4 过载能力强

感应电能表是利用线圈进行工作的, 为保证其计量准确度, 一般只能过载4倍, 而智能电能表可过载6至10倍。

2.5 信息交互功能强大

智能电能表具有RS485和RS232接口, 可实现与其它设备的通信, 配套应用用电信息采集系统, 可实现表内用电信息的采集, 对用电情况进行实时智能分析, 智能电能表也能接受其它设备指令, 进行停送电操作等。

2.6 频率响应范围宽、受外磁场影响小

感应式电能表是依靠移进磁场的原理进行计量的, 因此外界磁场对表计的计量性能影响很大, 而智能电能表主要是通过乘法器进行运算的, 其计量性能受外磁场影响小。

2.7 表损小

智能电能表本身的功耗比感应式电能表小 (表计的功耗没有计入用电量, 由供电企业承担) , 智能电能表运行电能消耗比机械表每月减少0.5kWh左右。

2.8 便于安装使用

感应式电能表的安装有严格的要求, 若悬挂水平倾度偏差大, 甚至明显倾斜, 则造成电能计量不准。而电子式电能表采用的是静止式的计量方式, 无机械旋转部件, 因此不存在上述问题, 加上体积小, 重量轻, 便于安装使用。

3 结束语

智能电能表提高了抄表数据的准确性, 避免了人工错抄、漏抄、抄表不及时给消费者造成的不便。配合智能电能表应用的采集系统每天可自动定时抄表, 提高了抄表的实时性, 为准确查询、灵活缴费、余额提醒等服务措施提供技术支撑。消费者缴费后可通过系统快速远程复电, 缩短复电时间。通过智能电能表, 可以随时了解电压、电流等实时用电情况, 更科学合理地调节负荷, 提高供电质量和可靠性。同时, 智能电能表推广为智能家居提供技术支撑。■

电能功能论文 篇2

摘要：电能计量直接关系到电力系统各项经济技术指标的实现，然而随着电网用电波动的加剧，峰谷差愈来愈大，计量系统在大幅度的工况变化中工作，使其计量误差增大，己成为电能计量不可忽视的问题。本文对感应式电能表的计量误差进行了简要分析。

关键词：感应式电能误差电能计量表的工作原理

电能计量通常包括单相电路、三相三线电路和三相四线电路有功无功的计量。计量装置主要部件是电能表，为了扩大量程需要，计量装置需加配部件，通常由计量用电流互感器和电压互感器以及连接互感器及电能表之间的二次回路构成。如果对象是低压小电流的电能计量则可通过一只电能表及电压电流回路构成计量装置来实现计量，而对于计量对象为高压大电流时则可采用电压、电流互感器及二次回路构成计量装置来实现。

众所周知，电能是功率对时间的积分，公式为：，其中，电能和功率的意义是不同的，但其数学表达式仅仅表现在时间参数上，电力领域研究电能计量时主要是以电功率的测量为主，通过电表来完成电功率与电能之间的数量转换，在表达电能时可以以电功率来表示。两部制电价在我国广为推行，主要以有功电量作为电费的收缴依据，无功电能的计量主要作用在于对用户功率因数的考核上，一般电能计量分析均以有功计量为主。

电能计量装置通常包括五部分：PT、CT、二次回路、电能表以及电能计量柜，电能计量的准确与否，与前四个部分的关系最为密切。实践表明，只有电能计量装置综合误差是衡量电能计量装置准确与否的唯一指标，而对于任何一个部分的误差，如电能表的误差，都不能代表整套计量装置的计量误差。从理论上讲，电能计量装置的综合误差 由三个部分组成，即

电能表的相对误差、互感器的合成误差，PT二次压降引起的误差，它们之间有这样的表达式： = + +。感应式电能表的误差分析

2.1 基本误差

电能表的基本误差会随着负载电流和负载功率因数变化而产生变化，它们之间存在着一个关系曲线，这个曲线即误差的特性曲线。对于任何一个合格的电能表而言，它的基本误差经出厂检验或检定机构调校后均会满足规程规定的要求，从而保证电能表误差特性的合理与稳定。

假定在任何负载条件下，转盘只受到与负载功率成正比的驱动力矩和制动力矩作用，可以得出转盘读数和负载电能成正比，这是电能表的工作原理，但是，现实情况却复杂的多，除了这两个主要力矩外，还有抑制力矩、寄生力矩、摩擦力矩、电流铁芯磁化曲线的非线性及补偿力矩、另外还有转盘位移的影响，都会使电能表即使在电压、频率和温度等因素都达到规定值的情况下，转盘转速也不会和负载功率始终保持成线性的正比变化的关系，这种情况直接影响到了电能表的基本误差。

通常为了保证感应式电能表的基本误差达到要求，误差调整装置会被安装在感应式电能表内部，通过对这些装置的调整，电能表的基本误差可基本控制在规定的正常范围内。这些装置：其一为满载调整装置，改变制动力矩的方式是通过调整制动磁铁，使得电能表的负载特性曲线上下平移。其二为相角调整装置，通过调节电流工作磁通与电压工作磁通间相位角的方式，使得相位角满足相位变化关系式，从而使电能表转速与功率成正比。其三为轻载调整装置，它是为了改善轻负载范围的负载特性曲线而设置的调整装置。其四为平衡调整装置，它可使三线电能表中各计量单元误差特性曲线基本一致，可改善电能表在不对称负载时的误差特性。

2.2 附加误差

确定电能表基本误差时，改变的往往只是负荷电流和功率因数，而其他条件只允许在一个很小的范围内变化，并且这个范围在电能表技术条件中明确规定，即确定电能表基本误差的外部条件。事实上，电能表在实际使用中所处的外部条件通常会与技术条件规定不同。譬如，市电交流电频率经常会偏离额定频率，电能表安装场所的环境温度和电网电压都可能会发生变化，且变化的幅度和范围会非常大，这些外部条件的改变会产生电能表的误差改变，那么这个改变的量就叫做电能表的附加误差。

1、电压、频率、温度变化对基本误差的影响。

若电能表电压线圈所加载的电压与额定电压不同，那么电压工作磁通和有关力矩随电压变化的比例也会不同，会使电能的读数出现电压的附加误差。若市电交流电的频率与额定频率之间有偏差，各磁通及其相位角都会产生变化，使电能表示数显示与cos 有关的频率附加误差。若环境温度产生变化后，制动磁通和电流、电压工作磁通及其损耗角都要改变，引起与cos 有关的温度附加误差。

2、波形畸变对基本误差的影响。

当前，非线性负载广泛存在于电网中，当某电网中有非线性负载时，畸变现象就会出现在负载电流的波形中。非正弦的负载电流会在输配电线路上引起非正弦的阻抗压降，那么即使电源电压为正弦波，负载端的电压也会是非正弦的。如此，加在电能表上的电压和电流都是畸变的波形。另外，在调试和检定电能表的时候，调试装置输出的电压、电流波形为理想的正弦波的情形往往也是很难保证的。

3、三相电压不对称对基本误差的影响

三相电压的不对称也是三相电能表误差产生的主要原因之一。首先，由于各驱动元件不平衡，即在相同的电压、相同电流和功率的情况下，各元件产生的驱动力矩和电流、电压抑制力矩

不相等，当一相电压升高而另一相电压同样降低时，作用在转动元件上的总力矩发生了变化。其次，即使各驱动元件平衡，但由于磁通FU与电压U并非线性关系，处在电压升高和降低的元件，其驱动力矩变化的绝对值也各不相同。另外，当三相电压不对称时，补偿力矩和电压抑制力矩随电压的平方成正比变化的关系也会引起附加误差。

4、负载不平衡和负载波动对基本误差的影响

三相负载不平衡会引起三相电能表误差变化。这种变化的主要原因包括各元件驱动力矩的不平衡，补偿力矩的影响，电流和抑制力矩的影响以及各驱动元件的相互影响等。对剧烈和频繁波动的负载，诸如电气机车、轧钢机械和电焊机等的负载计量，若负载增加时，电能表加速，制动力矩和电流、电压抑制力矩阻碍转盘加速，电能表少记电能；负载降低时，电能表减速，制动力矩和电流、电压抑制力矩阻碍转盘减速，电能表多记电能。由于转速下降所需的时间较长，电能表在负载降低时多记的电能会比电能表在负载增加时少记的电能要多一些，引起了正的附加误差。由此可知，转动元件的惯性矩、稳定转速和电流抑制力矩越小，波动负载引起的附加误差就越小；负载波动周期越短或负载电流越小，那么这个附加误差就越大。

5、电表位置倾斜对基本误差的影响。

多功能电能表设计及生产工艺简述 篇3

【关键词】电能计量；模块化；生产工艺控制

1.产品设计与工艺控制原则

采用先进可靠的方案设计满足国家电网计量中心检测要求的产品，是参加投标、参与市场竞争的敲门砖，在合同要求的时间内批量生产出满足用户要求合格的产品，是企业生存的关键。

2.产品性能描述

用于电力系统低压台区的50KVA容量中小专变用户和部分特殊的公变用户，给电力系统的电量发行、线损考核、窃电報警、台区负载平衡等功能提供实时准确的基础数据。

采用GPRS无线网络的上行信道接口，实时在线通讯，红外模拟通讯接口1200BPS掌抄通讯、遥控器；GPRS通讯接口TCP/IP 9600BPS符合《DL/T645-1997多功能电能表通信规约》，实现用户电量计量，实现开箱报警、过压、欠压、断相、超负荷、失流、电流不平衡等信息异常报警、装置故障报警、计量异常报警、掉电报警等的主动上传功能。

3.产品原理

基本模块：计量单元、数据处理单元、数据输出单元工作时首先对电压、电流进行高精度取样、放大，再经过计量芯片精密处理转化为数字信号，将获得的数据根据预先设定参数进行电能累计和最大需量处理，对数据进行储存并响应外界有效的通讯要求进行数据输出；经过协处理器进行显示处理。

4.技术创新点

RS485抄表方式，实现了波特率自适应功能，解决抄表时对于波特率的限制；GPRS抄表方式，模块可以进行热插拔更换，实现远程抄表；装置采用可替换模块化结构设计。

采用62056通讯协议；应用范围广泛，可以用作多功能表、台区考核表、用户；可以通过两种规约进行抄表，DL/T645-1997协议为波特率自适应；提高系统得互操作性，不同设备与电表的数据交换协议统一到某种具有互操作性的通讯协议标准上，利于计量的升级和维护；主动上传；系统稳定性的保证。

5.工艺流程控制

5.1生产工艺流程图

5.2生产过程控制

线路板加工时，采用自动贴片装配（SMT）、自动插件装配（AI）等方式进行元件安装；采用回流焊、波峰焊等自动表面贴装工艺进行焊接；采用针床接触式计算机自动在线测试方式进行线路板检测。所有电路板组装均采用流水作业，保证了批量生产的电路板加工工艺一致性。

电气模块和表壳结构件等原材料进行严格的入厂检验和确认检验。电气模块经过高温+70℃、常温+23℃、低温-20℃，分别30分钟、三个周期的循环高低温冲击；电路主板、电源板模块在高温+50℃的老化间通电老化72小时；成品表动态老化走字120小时，剔除早期失效产品。

在生产过程中采用防静电工艺，穿戴防静电工作服、鞋、帽。佩戴防静电手环，使用防静电恒温烙铁，静电手环检测仪。整表采用防静电周转箱，防尘罩。生产场地保持合理温湿度，仪器、检测设备采取良好防静电接地。

配置符合产品生产、检测要求的仪器设备；潜动、起动测试工装；芯片烧写程序用编程器、抄控器等工具，严格按照功能校验规范、检验指导书等工艺文件生产。

产品调试和检测时使用程控校验台的检测软件，实现自动误差和功能检测及数据存储，避免了人工调校造成的偶然性误差。

5.3管理控制

对生产过程实行监控，负责自检、互检、巡检等过程检验。操作人员培训考核后持证上岗。使用质量跟踪单记录生产过程中装配或工艺质量问题。

车间成品出厂检验配置测量能力、精度等级、测量范围等符合产品检测要求的检测设备，依据相关国家标准和检定规程编制出厂检验规范，并执行60%的内部控制指标。

6.结束语

加强产品研发设计和生产过程工艺控制紧密结合，是企业在投标竞争取得优势的必要因素，也是企业在市场经济中不败的立足点。 [科]

【参考文献】

[1]陈杰.智能电表的设计和实现[D].浙江工业大学，2011.

电能功能论文 篇4

关键词：多功能电能表,功能设置,检查方法

1基本功能的技术要求

1.1最大需量测量

1.1.1在指定的时间区间内 (一般为一个月) , 测量单向或双向最大需量、分时段最大需量及其出现的日期和时间并储存其数据;1.1.2至少储存上一个月或上一个抄表周期的数据, 数据转存分界时间为每月月末24时或其他抄表日的任意时刻。转存的同时, 当月的最大需量值应自动复零;对非指定的抄表日, 抄表时数据不转存, 最大需量也不复零;1.1.3需量周期可在5, 10, 15, 30, 60min中选择, 滑差 (窗) 式需量周期的滑差时间可在1, 2, 3, 5min中选择。需量周期应为滑差 (窗) 时间的整数倍5倍及以上;1.1.4最大需量值除每月月末24小时或其他指定时刻能自动复零外, 应有手动复零, 但最大需复量周期复零装置必须有防止非授权人操作的措施;1.1.5应提供需量检测措施, 如需量周期结束指示等。

1.2费率和时段

1.2.1具有日历、计时和闰年自动切换等功能。日历和时间的改变应有防止非授权人操作的措施;1.2.2 24h内至少具有可以任意编程的4种费率和8个时段。

1.3事件记录

1.3.1至少记录上月一个月的最大需量次数的时间和日期;1.3.2至少记录上月一个月的编程总次数以及上次改编程序的日期和时间;1.3.3辅助电源失电后, 所有数据都不应丢失, 且保存时间不小于180d。

1.4显示

1.4.1测量值显示位数:不小于6位, 并可通过编程选定;1.4.2能显示各种费率、电能量、需量及其方向、电量脉冲输出、需量周期结束等识别符号;1.4.3有自检功能的报警信息码。报警码应在正常循环显示项目中第一项显示;1.4.4有自检功能的出错信息码。出错故障一旦出现, 显示器必须立即停滞在某一信息码上。

2基本功能的检查方法

a.基本功能检查。多功能电能表在进行准确度试验前, 应先检查其基本功能是否符合要求;b.电能计量功能。通过显示检查电能计量功能;c.需量复零功能。通过编程的预置需量复零前时间为月末23点58分, 2min后, 观察能否自动复零。手动复零可根据使用说明书方法进行操作确认;d.费率和时段功能。根据制造厂说明书进行编程, 编程时预置的时段尽量短, 一般以15min为宜, 以便检查和观察时段及费率是否正确变更;e.事件记录。 (1) 按需量复零功能试验后, 检查记录是否符合需量复零功能内容的要求; (2) 用编程器改变一次编程数据, 检查记录是否符合至少记录上月一个月的编程的总次数以及上次改编程序的日期和时间的要求;f.编程器预置功能。通过编程器及显示, 检查预置的所有内容是否满足外接或内置编程器预置内容的要求。

3扩展功能的检查方法

a.通信接口和通信规约的检查。使用该种通信接口的编程器和读表器, 对该表编程或读表, 看数据是否正确。使用带有该接口的专用电脑, 按照通信规约向该表发送或读取信息, 检查接口和通信规约是否正确;b.用编程器将被检表编程为接近月末24时前3小时, 并将其3小时分为两个时段, 将被检电能表在电能表检定装置上运行, 一个时段运行的功率因数为0.9一个时段运行功率因数为0.8, 运行至月末24时后, 检查其显示是否正确;c.将被检表挂在走字台上运行2小时, 停电2次以上记录停电的时间, 并与被检电能表记录的时间和次数相比较, 看是否正确;d.将被检电能表挂在电能表检定装置上运行, 给被检定电能表施加已知的视在电能、铁损和铜损, 运行后被检电能表记录的和电能表检定装置所加的已知的视在电能、铁损和铜损相比较, 看是否正确;e.将被检电能表挂在电能表检定装置上运行, 给被检电能表加超过设定值的功率, 看被检电能表指示是否正确;f.按不同季度预置不同时段及费率, 检查是否能够设置、设置是否正确;g.给被检电能表预置周修及节假日预置不同时段及费率, 检查是否能够设置、设置是否正确;h.给被检电能表预置适当负荷, 将被检电能表挂在电能表检定装置上运行, 给被检电能表加适当的功率, 看负荷监控功能是否正确;i.将辅助电源切断后, 再恢复电源, 检查被检电能表有无失电次数及其日期记录;g.检查表牌有无条码编号, 并用条码扫描仪检查条码是否正确;k.让被检电能表接至运行电路上, 分别断开和接通电压互感器一、二次回路, 被检电能表应能正确记录断电、复电相别、时间及断、复电时有、无功电能读数;l.让被检电能表认为设置错误, 看被检电能表是否检出措施;m.检查被检电能表是否有内附调制解调器或可配用或内附调制解调器的接口;n.将被检电能表挂在电能表检定装置上运行, 给被检电能表加最大功率, 检查被检电能表记录的最大功率或最大需量出现时间是否正确;o.将被检电能表挂在电能表检定装置上运行, 人为地设置运行中发生的故障, 工作电源断、复电等事件, 检查被检电能表的记录是否正确。

4多功能电能表电能示值误差

4.1感应式多功能电能表计度器总电能示值误差

在参比条件下, 数据处理单元的显示总电能示值E与测量单元的计度器总电能示值E0的相差值应不大于

4.2计度器总电能示值误差的测定

感应式多功能电能表在参比条件下, 通电走字至计度器示值100kw·h及以上, 读取测量单元电能示值E0和数据处理单元电能示值E, 两者的差值应负荷要求。

4.3计度器示值组合误差

在参比电压及电流变化范围从0.1Ib-Imax、cosφ=0.5-1条件下, 各费率计度器示值的组合误差应不大于±0.1%, 组合误差计算公式为:

参考文献

[1]李航, 刘彤军, 张文霞.多功能电能表检测方法初探[J].内蒙古电力技术, 2004, 6.

电能替代典型经验 篇5

专业名称：营销管理

报送单位：国网武汉供电公司 日期：2014年12月

摘 要：随着经济社会的不断发展，我国在能源安全、环境污染、气候变化等方面面临着诸多挑战，加快能源变革，大规模开发应用清洁能源，提高能源效率，改善生态环境、实际清洁发展的任务刻不容缓，其根本出路就是全面推进电能替代工作。武汉供电公司积极响应国网公司号召，贯彻落实“以电代煤、以电代油、电从远方来”的专业管理理念，打了电能替代工作的新局面。

关键词：能源变革 清洁能源 电能替代

一、专业管理的目标描述 1.1 专业管理的理念或策略

以电代媒：在终端能源消费环节中以电代煤，减少直燃煤和污染排放，减轻煤炭使用对环境的破坏。在城市集中供暖。商业、工农业生产领域大力推广热泵、电采暖、电锅炉、双蓄等电能替代技术。

以电代油：在铁路、城市轨道交通、汽车运输领域以电代油，提高交通电气化水平减少石油消费，调整能源消费结构，促进交通行业能源高效利用，减少环境污染。

电从远方来：建设特高压电网，把西部，北部的火电、风电、太阳能发电和西南水电远距离、大规模输送到东部，在终端实施电能替代，解决东中部能源消费瓶颈问题。

1.2 专业管理的范围和目标

管理范围：

1.2.1 计划管理：制定符合本地区实际的电能替代实施方案。1.2.2 市场开拓管理：寻找本地区意向性客户，推广电能替代技术。1.2.3 优质服务管理：树立品牌意识，为客户提供优质、高效的服务，缩短节电周期。

1.2.4 指标管理：填报、审核、上报、分析电能替代其他能源的案例和数据，并根据分析结果提出相应的改进措施。

管理目标：

面对日益严峻的能源和环境形势，深入贯彻国家电网公司“以电代煤，以电代油，电从远方来”的宗旨，发挥电能便捷、安全、清洁、高效等优势，积极创新能源消费模式，不断提升电能占终端能源消费比重，促进能源结构构优化，推动社会绿色发展，低碳发展是开展电能替代管理工作的目标。1.3 专业管理的指标体系及目标值

电能替代指标分为：电能替代容量、电能替代电量。

电能替代容量：热泵、电锅炉、电蓄冷（热）、电窑炉、岸电工程、电动汽车、轨道交通、居民电气化、农村电气化及电力排灌等技术实现的供电容量提升。

电能替代电量：热泵、电锅炉、电蓄冷（热）、电窑炉、岸电工程、电动汽车、轨道交通、居民电气化、农村电气化及电力排灌等技术实现的售电量增长，均可计入电能替代电量。

二、专业管理的主要做法 2.1 专业管理工作的流程图 电能替代流程图 省公司主管部门开始市公司主管部门县级班组1 建立电能替代组织机构工作体系5 建立电能替代组织机构实施方案2 开展全省电能替代市场调研6 细化各项管理规定和实施办法7与市级政府部门联系，掌握最新的相关政策信息3 制定各项管理规定和实施办法1 实施准备4 制定目标规划和实施方案8 开展重点潜力用户走访9 提供定期上门咨询服务2 确定方案12电能替代方案审核11 确定用户供电和电能替代方案10确定电能替代意向3 项目实施13 电能替代改造实施4 效果评价15.实施效益分析14.数据分析统计16.典型示范项目实施经验提炼5 改进提升17.典型项目宣传与典型经验推广结束 2.2 主要流程说明

2.2.1 进行市场调研，确定电能替代方向和目标。

1）积极开展电能替代宣传。研究分析各类用户用电特点，对客户进行细分，结合现有政策环境，采取有针对性的宣传推广策略。

2）积极与发改委、经信委、环保局、技术监督局等政府部门联系，搜集学校燃煤（油、气）锅炉以及重点煤、气、油改造计划，全面、准确掌握第一手信息和资料，为研究和制定电能替代措施提供可靠依据。

3）积极推政府出台扶持政策。利用节能减排的有利大环境，促使政府出台相关扶持政策，降低用户初期投入成本，调动用户的电能替代改造积极性。2.2.2 了解用户电能替代改造需求，达成合作意向。

1）根据搜集的信息，对学校、商场、工厂等重点行业和重点用户进行走访，了解用户电能替代改造需求。

2)对于有电能替代改造潜力的用户，及时联系省节能公司技术人员进行用户跟踪服务，随时为用户提供咨询。

2.2.3 编制用户电能替代改造方案。

1）对用户电能替代方案与其供电方案整合考虑，并对方案运行的经济性做详细分析，确保用户能按期收回改造成本。

2）在确保电网利益不受损失的前提下，为用户提供一定政策上的优惠，实现用户和供电企业的“双赢”。2.2.4 项目实施和总结推广。

1）对电能替代项目运行后的经济效益做分析。

2）提炼项目实施和运行过程中的优秀经验形成典型示范工程，进一步宣传推广。2.3 确保流程正常运行的人力资源保证

各级供电单位积极推动当地政府成立相应级别的电能替代领导组织，并成立由公司领导、相关部室负责人组成的电能替代工作领导小组，涉及到的部门和机构有营销部（科）、发策部、人资部、运检部、财务部、基建部、调度中心、新闻中心等。涉及到的岗位有电网建设岗位、电网规划岗位、市场开拓岗位、能效管理岗位、新闻宣传岗位等。

2.4 保证流程正常运行的专业管理的绩效考核与控制

2012年国网公司下发了《关于开展国家电网公司2012年市场开拓工作指导意见的通知》，2014年武汉供公司制定了《武汉供电公司2014年电能替代实施方案》，进一步明确了电能替代工作的原则、职责与分工、实施目标以及措施手段和统计分析的相关要求。按照《国网湖北省电力公司关于印发2014年开拓电力市场加快电能替代工作实施方案的通知》要求，建立了2014年市场开拓任务时间安排表，规范了电能替代日常报表格式。通过各项制度的建立和业务的规范，电能替代工作常态机制初步形成。

三、评估与改进

3.1 专业管理的评估方法

3.1.1 评估方法：社会调查、对比分析。

3.1.2 评估的内容：制度是否完备、流程是否清晰、衔接是否流畅、责任是否明确、效果是否显著。

3.1.3 评估步骤：制度流程与国网公司对比。进行统计分析。进行社会调查。3.1.4 衡量标准：售电量同比增幅、市场占有率增量、重点项目社会影响力。3.2 专业管理存在的问题 3.2.1 缺少政策的支持

工业用户在使用（或改建）电锅炉在没有富余电力容量的情况下就必须增容、增加了建设成本和每月的基本电费。在缺少相关的政策支撑的情况下，电能与煤、油、气相比成本是最高的，而且在未来一段时间内可能还有上调的可能，用户普遍缺少电能替代改造热情。3.2.2 缺少有效的激励机制

公司基层员工对电能替代工作的认识不足，而且业务水平也没有达到相应高度，无法有效推动工作。另外，供电企业内部严格的均价考核机制，导致基层单位在推动蓄能设备上缺乏工作热情。而且对推动电能替代的个人没有相应的奖励措施，也导致基层一线员工缺乏工作动力。3.2.3 缺少革命性的新技术

以电东汽车为例，电价与油价相比具有很大价格上的优势。但是，电能要全方位地替代燃油的使用还有待时日，主要是电池应用技术还不够成熟，续航问题，一直在制约着电动汽车的发展。3.2.4 市场开拓人员不足

市场开拓工作对专业技术要求较高，涉及领域较广。目前，各基层单位则基本没有设置市场开拓管理岗位，工作缺乏一定的系统性和连续性。3.3 今后的改进方向或策略

3.3.1 加大宣传力度，提高社会认识。有序用电工作是在电力负荷紧张时期，为确保电网稳定和正常用电秩序，采取的有效手段。电力主管部门、电力企业应联合相关媒体以样本工程为依托，大力开展电能替代的宣传，使电能替代工作的深入人心。

3.3.2 落实优惠政府，降低改造门槛。可考虑通过高可靠性供电费用缓缴，供电企业提前垫资等模式解决部分用户一次性资金投入不足的问题。

3.3.3 加强队伍建设，提高人员素质。作为落实电力需求侧管理措施方之一的电网公司，需要成立相应的组织机构，进一步扩充电力需求侧管理专业队伍。同时，加大培训力度，提高工作人员业务素质。

四、典型案例

2012年湖北日报传媒集团新闻交流中心

新能源热力站电能替代项目

一、项目实施背景

湖北日报传媒集团新闻交流中心位于武汉市武昌区黄鹂路与东湖路的交汇处黄鹂路段，是由湖北日报传媒集团投资按五星级标准建设的国际化新闻交流中心。

湖北日报传媒集团新闻交流中心新能源热力站项目，是武汉供电公司主导并推广的电能替代典型项目，是在原热水系统设计的基础上为降低新闻交流中心一次能源消耗，而建设的一个综合的热力系统。该系统集新能源技术、废水、废热回收与低品位热能循环再利用技术相结合，充分利用新闻交流中心自身周边的各种热源条件，建设新能源热力站，满足新闻交流中心四季需求卫生热水的条件。该项目通过能源的综合利用，合理规避了目前电价政策带来的影响，是国网公司电能替代和国家节能减排工作有机结合的典范。

二、新老方案对比

1、原设计供热概况

原设计新闻交流中心客房、职工澡堂、游泳池及其淋浴系统每天总用60℃生活热水量160吨，生活热水加热由地下室三台并联的CWNS1.75-90/70的燃气锅炉为大楼冬季采暖、游泳池加热和生活热水加热提供热源。热水系统设计有一台90吨的不锈钢保温热水箱，进水由浮球液位计控制，当水位下降浮球阀自动补水，挡水箱内温度低于一定设定值，锅炉停止加热。

2．新能源热力站建设概况

新能源热力站是在原热水系统设计的基础上为降低新闻交流中心一次能源消耗，而建设的一个综合的热力系统。该系统集太阳能、锅炉烟气、洗浴废水、冷却塔余热、空气源五种热源相集合，由太阳能与双源热泵共同实现酒店供应生活热水工况。

三、项目建设规模

本热力站项目主要建设规模和内容为：太阳能与建筑一体化设计安装工程、烟气余热回收工程、冷却余热回收工程、双源热泵热水系统安装工程。建设规模和内容如下：

1、太阳能与建筑一体化设计安装工程

在原裙楼屋顶结构梁上进行太阳能钢架制作，与屋顶结构层整体连接，太阳能与钢结采用高强螺栓挂钩连接，钢架上铺设470平米高效平板太阳能，每10块一个阵列。

2、烟气余热回收工程

在锅炉房烟囱沿建筑外墙烟道露出九层屋顶段，将原设计屋顶不锈钢烟道割断，制作与原烟道与烟气节能器同样大小的进出口法兰，烟气节能器余热回收量按6蒸吨的燃气热水炉烟气量进行配置，在设计满负荷的工况下，最大回收余热量为350KW/h，正常回收烟气余热量为200~250 KW/h，烟气节能器进出口管道与系统调温水箱进行连接，采用强制循环的方式将烟气的热量带入调温水箱中。

3、冷却余热回收工程

屋顶常规空调系统配置有7台并联的方形冷却塔，单台方形冷却塔冷却水量为1500m3/h，正常工作情况下开启4台冷却塔，冷却塔散热量每小时约4000KW。考虑到酒店生活热水的水量和系统的合理化配置，冷却余热回收部分配置一台回收量为650kw的高效板式换热器为双源热泵提供热源。热源侧装设有过滤器装置，防止冷却系统杂质堵塞换热器，热回收侧直接与储能调温水箱与双源热泵连接，将交换的热量供给双源热泵机组。

4、双源热泵热水系统安装工程

利用夜间0：00~早晨8：00之间低谷电作为双源热泵的驱动电源加热卫生热水。为了保障系统的连续工作，楼顶设计两台12吨的不锈钢保温热水箱轮流倒换进水与放水，双源逐个往复进行加热。加热后的水直接排往地下室90m³的生活热水箱中。系统管路为并联设计安装，分为热水循环管路、热回收循环管路、自来水进水管路和热水放水管路，均有电控阀自动控制。

四、经济效益对比分析

其实作为客户来说，当前最主要的无非就是每年能够节约多少钱？这也是最直接的衡量电能替代项目的可实施性、可行性、经济性的一种方式。本工程根据运行实际情况看来，每加热1吨水的能耗费用约为4.8元钱左右，而采用燃气锅炉加热1吨水的运行费用约在22元左右，直接降低每吨水成本17.2元/吨，按照酒店设计每天160吨热水的消耗情况，按热水年平均使用率0.7计算，年节省运行费用70万元，另外太阳能系统每年可免费提供9000至12000吨的热水，相当于节省19.8至26.4万元的运行管理费用。综合下来每年最少可节省90万元以上的运行管理费用，作为酒店来说，2.3年即可收回投资费用；对于供电企业来说，用户放弃了原本准备实施的燃气锅炉方案，专变为使用电能综合利用方案，每年增加售电量万千瓦时，供电企业和用户的双赢。

五、现场工程图片

图1 屋顶太阳能集热区照片

图2 双源热泵工作区照片

图3 烟气热回收工作区照片

电能功能论文 篇6

[关键词] 集成电路 电能计量 设计

[中图分类号] TN402 TN492 [文献标识码] A [文章编号] 1674-2583（2014）06-0028-05

接2014年2月刊《高性能国网三相多功能电能计量芯片BL6522B的设计（上）》

上海贝岭股份有限公司在电能计量领域耕耘多年，从1992年起就进入该领域，陆续开发出BL0932、BL6501、BL6503、BL6513、BL6523等多个系列的电能计量核心芯片，产品覆盖单相、三相、防窃电、电力线载波、电表SOC等应用方向，累计出货计量芯片超过2亿颗。目前推出的BL6522B是一颗高精度三相多功能电子电能计量芯片，可用于0.2级三相多功能表的设计，并具有较高的性价比。

本文为《高性能国网三相多功能电能计量芯片BL6522B的设计》的下篇，主要介绍BL6522B产品中数字电路的设计考虑及实际测试结果。

1 数字电路系统框架及特点

BL6522B集成七路高精度Sigma-Delta ADC、低噪声电压基准电路、温度传感器等模拟电路模块。集成了专用的处理功率、有效值、能量等电网电参数的数字信号处理电路。

该芯片能够测量三相各相及合相的总有功功率及能量、基波有功功率及能量、无功功率及能量、视在功率及能量；能够提供各相电流、电压有效值、功率因子等参数；具有电流失流监测、电流电压峰值检测、过零检测等电能质量管理等电网监控功能；功率测量的输入动态范围（DR）可以达到3000：1；集成的片上温度传感器精度可达到 ±0.5oC。

该芯片支持全数字域的输入增益调整、有功相位可校准（最大±0.625°可调）、各通道增益调整、有功/无功/视在功率校准、有效值校准等。可以直接以脉冲形式输出有功功率校验脉冲CF_WATT和无功功率校验脉冲CF_VAR（该信号也可以配置成视在功率校验脉冲CF_ VA），直接连接标准表进行有功及无功功率（或视在功率）误差校正。

芯片内部采用信号流计算方式处理各种信号，在外部干扰情况下，有很好的可靠性。内部电压监测电路可以保证加电和断电时正常工作。

三相信号处理以A相为例，其主要电网参数计算的信号流处理框图见图1

电流差分信号（IAP，IAN）和电压差分信号（VAP，VAN）先分别经高精度的Sigma-Delta模数转换（ADC）将模拟信号转换为1位的脉冲密度调制信号（PDM code），通过数字可调整的相位补偿器，然后再通过降采样滤波器（SINC3）后还原出多位的数字波形。通过高通滤波器（HPF）滤去高频噪声与前端模拟通道引入的直流偏差，得到需要的电流采样数据（AI_WAVE）和电压采样数据（AV_WAVE）。

电流采样数据（AI_WAVE）和电压采样数据（AV_WAVE）各自通过平方，滤波（LPF1），开根（root），及平均（AVRG）可以获得电流和电压的有效值（AI_RMS，AV_RMS）。

将电流采样数据（AI_WAVE）和电压采样数据（AV_WAVE）相乘，得到瞬时有功功率，接着经过低通滤波器（LPF1），通过功率增益校准（A_ WATTGN）和功率偏差校准（A_WATTOS），经过平均器（AVRG），获得全波平均有功功率（A_WATT）。处理过程中，对正功和负功分别积分可以获得全波正功能量（A_WAHR_P）和全波负功能量（A_WAHR_N）。

同样，在电流采样数据（AI_WAVE）和电压采样数据（AV_WAVE）分别通过基波低通滤波器（LPF50）后再相乘，经过低通滤波器（LPF1）等，可以获得基波平均功率（AF_WATT）和基波能量（AF_WAHR）。

同样，无功功率的计算类似有功功率的计算，电流电压信号通过希尔伯特滤波器（Hilbert）后相乘，接着经过低通滤波器（LPF1），通过无功功率增益校准（A_VARGN）和无功功率偏差校准（A_VAROS），经过平均器（AVRG），获得平均无功功率（A_VAR）和无功能量（A_ VARHR）。

视在功率的获得有两种方式，一种为电流有效值和电压有效值的乘积可以获得视在功率（A_ VA1）；另一种方式通过有功功率和无功功率的平方和再开根获得（A_VA2）。

功率因子（A_PF）的计算，是把全波有功功率（A_WATT）为分子，选择上述两种视在功率一种作为分母而获得。

整个数字信号处理以信号流的方式并行处理，任何的在输入端突发的干扰信号随着信号流的实时刷新，只会在短时内有限的影响输出数据，干扰信号过后芯片输出恢复正常。信号处理过程中不使用状态机，信号处理结果稳定可靠，在符合芯片极限工作环境的条件下，芯片不存在死机的可能。

2 电路设计考虑和实测结果2.1 输出信号高稳定性

BL6522B的设计目标是适用于0.2级三相多功能表，由于三相电表一般使用电流互感器把采样到的电流信号转换成差分信号，比起单相电表使用锰铜电阻来采样信号，三相应用中输入到ADC的实际信号的幅度比单相应用要大2～5倍。对于模拟前端的ADC设计，在设计中线性度的控制比单相计量芯片中ADC的设计难度略小。

但三相表多数是0.5级或0.2级表，特别是按照0.2级表的要求，整表检测量程内的非线性误差要小于0.2%（可参考对应的国标）。在实际电表厂生产过程中，表厂内控指标就会要求校芯片验信号输出的波动控制在比标准小一个量级（10倍）的水平，一般要求在测试标准点（Ib）输出信号波动控制在0.02%以内。

这要求输出信号的处理需要十分小心，一方面在模拟前端尽可能降低有效带宽内的热噪声、通道的窜扰噪声、基准电压的热噪声等（详细见本文上篇）；另一方面，在数字域，完全可以通过数字信号处理的先天抗干扰强的优势，进一步抑制噪声，使得输出的校验脉冲的波动达到理想范围。数字设计方面主要通过以下办法：（1）合理选择数字滤波器结构、阶数及系数，更好的抑制带外噪声；（2）选择合理的滤波器位数，避免数字截尾误差引入的数字噪声；（3）采用不同工作频率的滤波器，通过内插算法，提高波形的平滑；（4）在信号处理过程中的一些关键点，可以分段处理大信号和小信号，提高线性度；（5）整个算法的开销需要从全局角度来平衡，尽可能以最小硬件开销来实现满足设计规范的最大性能。

图2a是BL6522B的实际测试值。在整机测试时，输入电流Ib=5A， 电压是220V的情况为表厂校准电表的标准点。如果输出校验脉冲波动大，就会使得测量不准确，需要现场多次校验，影响效率。BL6522B的整机在连续50次的测试中，输出误差波动小于0.01%。完全符合0.2级表的要求，也完全达到表厂生产内控的指标。

图2b是BL6522B的在小信号输入情况下的实际测试值，取整机测试的输入电流为1% Ib=50mA， 电压是220V的情况。由于该点输入信号小，每出一个校验脉冲，基本要花费几分钟，是表厂校准流程中最花时间的点。同样，如果输出校验脉冲波动大，就必选测设更多数据，需要更多试讲，会严重影响产线上的校表效率。BL6522B的整机在连续20次的测试中，2%Ib小信号的输出误差波动小于0.06%。

2.2 3000：1输入动态范围

比起单相电表使用锰铜电阻来采样信号，三相应用中采样端一般使用电流互感器（CT），后接2ohm～20ohm的电阻（这里R1+R2取10ohm），对于Ib=5A（有效值）的标称用电电流，如果通过1000：1的CT，流过R1、R2的电流为5mA，输入到芯片的差分电压约50mV（有效值）。

按照设计要求，输入动态范围需要达到3000：1，可以对应到电流通道输入电压范围大致从100uV 到300mV左右。其难点在于，即使输入信号只有100uV，也要保证测量误差不大于0.1%。

如简单计算，这需要分辨精度达到3000*1000≈22bits的ADC。我们不可能在目前的成本条件下去设计一个22位精度的ADC。 但比较幸运的是最终检测的是平均有功功率或无功功率的误差，不是电流的误差。这样，由于平均功率是个直流量，那么其噪声带宽就有可能接近很窄的一个范围。

电流通道的ADC需要考虑的输入信号带宽至少应能包括21次谐波，通过仔细设计基准电压的噪声、通道的热噪声等，可以把模拟电路的噪底（noise floor）控制在一个比较低值，虽然噪声带宽还是较大，具体模拟电路的设计考虑参见本文上篇。后续的数字信号处理在计算平均有功功率时，可以限制噪声带宽，这样通过收紧带宽，降低了噪声功率，在输入信号功率不变的情况下，大大提高的系统的信噪比（SNR）。

BL6522B的前端ADC可输入最大差分信号约340mV有效值。实际测量在3000：1输入动态范围（最大6倍Ib，最小0.4%Ib）内与标准表的非线性误差<0.1%，见表1。

无功功率的计算方式同有功功率，同样能在3000：1输入动态范围内达到非线性误差<0.1%的精度。

2.3 精确的基波及谐波检测

在BL6522B中，基波计算与全波功率计算同步进行。基波计算中，除了电流电压波形必须经过一个低通滤波器外（主要滤除2次谐波及以上谐波），后续功率计算的算法同全波功率计算。基波功率和全波功率采用两路同步进行，基波功率计算的动态范围、内部运算位数、线性度控制和输出信号的波动控制同全波有功功率的结果。

实际测试结果，加5次谐波，谐波电压为10%基波幅度（U5=10%Un），谐波电流为40%基波电流幅度情况下（I5=40%Ib），与标准表相比，测得基波功率相对误差<0.04%。

BL6522B可以提供精确的基波功率和谐波功率，谐波功率计算可以通过全波功率减去基波功率获得。同样基波的精度也达到了3000：1输入动态范围内达到非线性误差<0.1%。

2.4 高精度温度传感器的测试结果

电流和电压检测的ADC由于使用片上基准，随着基准电压的温度变化，会有一定的温度漂移。电能计量产品片上基准的温度漂移一般在15ppm每度以内，这样折算到-40度至80度的温度范围内，可能带来的基准电压的变化达到0.18%。

电能计量芯片中，一般有功功率的输出值与基准电压的平方成反比。这样0.18%的基准温漂最终会带来近似于0.36%的有功功率输出误差（-40度至80度的温度范围内）。但比较幸运的是，BL6522B中所采用的基准电压产生电路的结构所带来的温度曲线在批量测试中基本是一致的。

这样，理论上可以通过增加片上温度传感器来测量温度，然后根据已获得整表温度特性，通过调整片上数字增益寄存器来由于基准电压温漂所造成的增益温度漂移误差。对于0.2级表的精度要求，可以很方便通过查表等方式，把有功功率0.36%的增益温度漂移误差控制到0.1%以下（这里的标准比国标严格）。在实际应用中，如能要控制PCB线路板上外围器件的温度曲线一致性，再加上BL6522B的温度曲线批量基本保持一致，可以使用这种补偿方式来实现大批整表的温度补偿。

片上温度传感器实际测量结果，在温控精度0.2度的温箱里，测试BL6522B的片上内置温度传感器，获得温度曲线如下，从测试结果看，在-40度至80度的温度范围内，温度传感器有着很好的线性度，测量误差小于0.5度。

2.5 其它有用的新功能

BL6522B从应用工程师角度出发，也充分考虑了应用工程师使用过程中的一些细节，比贝岭原有的BL6522产品新增不少新的功能：

（1）由于模拟输入端的互感器在不同幅度输入信号情况下，可能存在角差不一致。BL6522B提供了有功功率角差校准分段补偿功能。并可根据电流有效值的大小，自主设置P1、P2两个分割点用于三段的角差分段补偿。

（2）有功、无功、基波功率的检测不仅具有阈值防潜动功能，还增加了定时防潜动功能。定时防潜功能打开后，根据定时防潜动寄存器的设置值，可以分别给有功能量累计或无功能量累计设定复位时间，如果在给定的时间里，有功能量累计值或无功能量累计值不足以在有功功率校验脉冲CF_WATT或无功功率校验脉冲CF_CAR的输出脚上触发1个校验脉冲，内部有功能量累计值或无功能量累计值将被清零，阻止剩余的累计能量继续累计最终导致的不需要的校验脉冲输出输出。这样可彻底避免在没有电流输入的情况下，由于输入端的噪声输出所带来的电表走字问题。该功能同时也对于更好的通过整机的工频电磁场干扰测试提供了一种解决方案。

定时防潜的设置需要按照根据整机防潜动考核的时间设置。应用设计中，应避免无法通过整机启动实验的状况发生。

（3）BL6522B提供快速潜动判断手段，为表厂提供了一种快速测试潜动的功能。可以设置四种时间段来快速判断整机是否存在潜动问题。可以设置4个测试时间分别为2.3秒、9.2秒、36.8秒、73.6秒。判断的方法，是计算在同一时间间隔里，瞬时功率的积分是否大于同样时间段中防潜动阈值WA_CREEP2/2或VAR_CREEP2/2的积分，如果没有，快速潜动标志位输出0，如果有潜动标志位输出1。对应有功和无功各自有快速潜动标志位指示输出。

（4）提供符合2013年新的国网标准的电压（流）逆相序测试：三相四线模式下电压相序检测按照A/B/C三相电压的过零点顺序进行判断，电压相序正确的依据：当A相电压过零之后，B相电压过零，然后才是C相电压过零，否则电压错序。另外，只要当A/B/C三相电压中任何一相没有电压输入时，可以认为是相序正常。有任意一相断相，无视逆相序比较结果。

（5）提供电流逆相序的判别：三相电压均大于电能表的临界电压，三相电流均大于5%额定（基本）电流，三相电流逆相序，且持续时间大于设定时间（60S），此种工况称为电流逆相序。该功能实现在实际应用中需要MCU配合实现。

（6）零线电流检测，可选合相电流的有效值或零线电流有效值输出，同时具有零线电流溢出指示功能。

（7）提供片上电压基准跌落检测，可以用于防止由于基准电压外接电容漏电造成的电表快走。

3 总结

多功能电能表的无功计量 篇7

1 多功能电能表无功计量

1.1 四象限无功定义

不同国家对四象限无功的定义不一样。根据电力行业标准DL/T645—1997[1], 电能测量四象限的定义如图1所示。

Ⅰ象限:输入有功功率P (阻感性负荷) , 输入无功功率Q;Ⅱ象限:输出有功功率P (负荷相当于1台欠励磁发电机) , 输入无功功率Q;Ⅲ象限:输出有功功率P (负荷相当于1台过励磁发电机) ;Ⅳ象限:输入有功功率 (阻容性负荷) , 输出无功功率。

2 多功能电能表无功计量原理

2.1 电压移相无功原理

一般多功能电能表无功计量是将计量芯片采用移相器电压移相90°后与电流相乘得到无功瞬时值, 将无功瞬时值进行累加并除以累加点数即得到无功平均值[2] (如图2所示) 。

令u'uv=u'wv, iu=iw, φu=φw=φ, 则:

2.2 进口多功能电能表无功计量原理

目前国内进口主要是兰吉尔LG和ALPha A16002种型号多功能电能表, 兰吉尔LG和国产多功能电能表无功计量原理相同。ALPha A1600型号的多功能电能表采用电流逆时针移相90°, 所对应电压余弦计算无功如图3所示。

令i'u=i'v, uuv=uwv, φu=φw=φ, 则:

可见, 实际上无功计量不论是移相电压滞后90°, 还是电流超前90°, 无功计量原理都一样。

3 电能表运行在可能的功率因数区域故障分析

3.1 国产电能表故障

φ在0°~30°区间为25°时, 断U相电压时校验台试验数据:国产多功能电能表和智能电能表误差为-88.4%运行在四象限限;国外进口 (兰吉尔LG) 多功能电能表误差-50%运行在第一相限;断W相电压时校验台试验数据:国产多功能电能表和智能电能表误差12%运行在第一相限;国外进口 (兰吉尔LG) 多功能电能表误差-50%运行在第一相限。

分析如下。国产电能表供电方式全部采用2个互感器给主板供电 (如图4所示) , 当电能表断U相电压时, 无功向量如图5所示, 有:

误差为-88%, 无功电量记录在第四象限。

电能表断W相电压时, 无功向量如图6所示, 有:

误差12%, 无功电量记录在第一象限, 断电压和断电流误差记录象限一致。

3.2 进口 (兰吉尔LG) 多功能电能表故障分析

进口电能表供电方式采用3个互感器给主板供电 (如图7所示) , 当电能表断U相电压时 (如图8所示) , U相端子对V相有50 V。有:

误差-50%, 无功电量记录在第一象限, 国产电能表计量无功在第四象限。

当电能表断U相电流时 (如图9所示) , 有:

误差-88%, 无功电量记录在第四象限。

当电能表断W相电压时 (无功向量如图10所示) , W相端子对V相有50 V。有:

误差-50%, 无功电量记录在第一象限。

当电能表断W相电流时 (如图11所示) , 有:

误差12%, 无功电量记录在第一象限。

综上所述, 国产三相三线多功能表和智能电能表, 断电流和断电压故障误差一致, 无功电量记录象限一致。进口电能表 (兰吉尔LG) 断电流和断电压故障误差不同, 无功电量记录象限也不同, 断电流完全与国产多功能电能表断电压故障是一致的。

电能表在现场运行可能遇到的功率因数区域, 实验室校验台试验数据如表1所示。

4 结束语

目前江苏电网全部采用了智能电能表和进口多功能电能表进行计量, 在发生缺相故障情况下, 不能采用以往的退补方法进行退补电量, 要根据电能表的供电电源内部接线进行分析, 合理进行退补。文中介绍无功缺相故障的退补方法, 同样适合有功缺相故障的退补。

摘要：介绍了国产和进口多功能电能表无功计量原理, 提出了多功能电能表缺相故障情况下无功退补的方法, 指出了根据电能表内部电源结构计算能正确退补电量。并给出了多功能电能表运行在各种功率因数下缺相故障时无功计量运行的象限, 可供现场处理电能计量故障人员参考。

关键词：有功,无功计量,缺相计量

参考文献

[1]DL/T645—1997, 多功能电能表通信规约[S].

电能计量自动化系统的功能设计 篇8

1.1 系统概述

电能计量自动化系统指实现自动化电能计量的电能自动化系统控制软硬件设施。主要是为了及时监控电力使用情况, 收集各地区的电能消耗信息, 实现精细化电能计量管理的系统。

在实际的电力营销过程中, 这种自动化电能计量控制平台使电力企业告别了传统的大规模人工电能计量的工作模式, 不仅节省了人力资源成本, 还提高了电能计量的精确程度, 方便电力企业对各种级别客户的管理, 节省了电力企业的经营成本, 提高了工作效率。

1.2 系统的架构设计

在当前的电能计量自动化系统结构设计中, 主要包含了计量自动化主站系统、通信通道和计量自动化终端这三个主要的组成部分, 具体见图1。

2 软件系统软件功能设计方案

2.1 实现“营配一体化”

电能计量自动化系统需要实现当前电力营销中的电力资源“营配一体化”。比如, 帮助电力企业在实际营销中对大客户的用电能力进行准确的评估和计算, 从而实现准确结算的功能。同时通过已经收集的信息, 对大客户以及低压客户的下阶段用电计划进行合理的配置, 为电力企业“营配一体化”的实现提供准确的数据支持。

2.2 精细化的控制与管理

通过对管理者的权限进行系统的划分和管理。从而实现电能计量自动化系统帮助管理者对电力营销全局的控制。包括每一个次节点、终端等, 在不同的角色都有与其相对应的权限, 每个管理权限都包含一个控制对象、一个操作或操作员、一个操作人员角色三个层次。通过授权人的分级与审批, 完成地电力营销中的数据管理, 不仅方便电力企业的日常业务开展, 同时也加强了营销中的安全管控, 促进精细化的电力企业管理。

2.3 数据收集与分析功能

在电力企业的具体工作中, 需要电能计量自动化系统帮助基层工作人员完成电力资源的数据收集与分析。因此在这种功能的设计中, 重点在于建立架构合理、数据集中、功能强大的计量自动化体系。

3 自动化系统的功能设计

3.1 自动抄表功能

电能计量自动化系统功能设计中的远程自动远程抄表功能, 是电力营销中核心功能。系统的主站平台每月最后一天0 时, 将计量点电量通过接口自动导入营销系统, 自动将用户上月的用电数总量进行远程统计, 转入下月月初的系统资料中, 经系统校核后用于电费计算。使用系统进行统计的电能数据, 有效的减少了费用核算错误的经营行为。

3.2 电能自动化计量与分配

电能自动化计量与分配功能是采用智能数据分析技术, 信息技术, 自动控制等技术, 通过技术检客户端的用电信息, 并将结果汇入客户资源数据库, 将客户用电资源与传统的人工管理系统融合, 实现对电力客户用电的负荷监控、资源分配、智能规划。该功能主要是主站端的控制平台、客户端终端设备、电表、数据通信网实现。使用前文提到的自动抄表功能负责客户的用电数据汇总, 为营销部门制定下阶段的工作计划提供数据支撑。使系统在解除保电状态下, 可以通过直接遥控终端用户用电行为, 提供功率控制、用电控制以及电费收取。

3.3 自动化配变监测与计量

配变监测与计量功能的实现需要主站平台与用户终端设备的电能计量设施、网络通道、采集设备等共同作用。自动化的电能计量系统利用当前电网配套的无线网络建立主站与终端之间的通道信道, 再通过城乡配电网络的低压配电变压器来收集数据, 完成各种电力营销的监测。营销部门通过对终端的数据检测, 可以随时对一个终端或多个终端进行用电信息管理, 根据之前采集的信息, 制定分析和监控的计划, 一旦发现问题及时将信息传递方便处理, 促进电力营销的安全性。

4 结束语

本文作者着重分析了当前电力营销中的电能计量自动化系统的组成、系统功能设计的思路, 并结合当前实际工作的需要提出了在电力营销中应用与功能设计措施。当然, 笔者由于能力所限, 对电能计量自动化系统的使用尚在摸索阶段, 对它的其他功能的设计与安全稳定运行的融合还需要一定的时间的总结。

摘要：电能计量自动化系统是我国电力系统技术改造升级的必要措施, 随着经济的发展, 传统的人工计量方式已经难以满足当前日益增长的电力营销工作总量。因此, 如何在未来的电力营销工作中, 将电能计量自动化系统的各种功能设计的更加贴近实际成为电力企业的研究重点。本文结合当前电力营销的实际工作, 分析电力计量自动化系统的结构与组成, 并对它主要的功能设计方向进行了研究。

关键词：电力营销,电能计量,自动化系统,功能设计

参考文献

[1]肖勇.大规模大客户负荷管理系统数据采集方案的研究[J].电测与仪表, 2009 (S2) .

[2]李静, 杨以涵.电能计量系统发展综述[J].电力系统保护与控制, 2009 (11) .

新型单相多功能电能表的设计 篇9

1 LonWorks控制网络技术

LonWorks是由美国Echelon公司开发的一种完整的、全开放的、互操作性强、可靠性高、成熟的分布式控制网络技术,它支持多种通信介质包括双绞线、电力线、无线(RF)、红外(IR)、同轴电缆和光纤;常用的双绞线传输速率达78 Kbps/S,传输距离达2 700 m;电力线传输速率5.4 Kbps/S,传输距离300～30 km;支持多种网络拓扑(包括总线型、星型、环型、自由拓朴),在同一个网域内,还可以通过中继器、网桥、路由器将多个网段或子网联接成一个大的网域,一个网域内可支持3万多个节点;LonWorks技术的核心是LonTalk通讯协[1],该协议提供一整套完善的通信服务,使装置中的应用程序能在网上对其他装置发送和接收报文而无须知道网络拓扑、名称、地址或其他装置的功能,所有采用LonWorks技术的产品都遵循LonTalk通信协议,因此不同厂家生产的带LonWorks接口的产品都可以很方便地接入同一个LonWorks网络系统中去。

2 新型单相电能表设计原理

单相电子式多功能电能表的原理如图1所示,其硬件包括ATT7025单片机、LonWorks通信接口模块、RS485通信接口、红外通信单元、电源、电压和电流采样电路、实时时钟单元、LCD显示单元、脉冲输出单元、输出控制单元、掉电检测单元、系统容错处理单元。

2.1 单片机ATT7025

在该单相电能表的设计中,选择了ATT7025单片机作为产品的核心。ATT7025是带MCU的多功能单相电表芯片,该IC片内集成了单相计量MEU、MCU(兼容8052)、LCD驱动器、一路SPI接口、一路I2C接口、两路UART通信口、多路IO口;片内含有32 K字节FLASH程序存储器,256字节内部数据寄存器,1 K字节外部数据寄存器;可充分利用其各个功能,最大限度地降低成本。

2.2 EMU

ATT7025片内集成的单相电能计量单元(EMU)具有测量有功电能、无功电能、电压、电流、有功功率、无功功率等电参数功能,能满足作为多功能电力监控终端的要求,同时具备有功、无功电量脉冲输出口。电流采用锰铜电阻片,直接串在电流回路中的采样方式;电压采用电阻分压的采样方式。

2.3 UART0和UART1

该电能表既能接入LonWorks双绞线或LonWorks电力线网络,又能接入RS485总线网络,采用同一外壳结构设计。尤其在LonWorks通信模块设计中将LonWorks双绞线与电力线通信模块设计成接口完全兼容的结构,接口之间的切换非常方便灵活,可适应不同场合的应用。

LonWorks通信模块与ATT7025通过串行口进行通信和数据传输,LonWorks通信模块定时从ATT7025读取各种参数和数据,包括电参数、电参数超限报警、时间、日期、输出状态、定时时间等,协议转换后数据以LonWorks输出网络变量或输入网络变量的形式输出;通过输入网络变量可远程控制电能表的断送电、或定时控制断送电等。

2.4 断送电控制

该电能表具有断送电控制功能,采用大容量的磁保持继电器,最大支持60 A的电流容量,从而可实现预付费控制功能、过流或过载保护功能、定时控制功能、远程控制功能。

3 软件设计

单相电能表软件系统包括程序初始化及主程序、定时器处理模块、显示控制处理模块、通信命令处理模块、电参数运算及储存模块、电量结算处理模块以及系统自检与软件抗干扰处理模块。整个程序是通过查询方式执行的,通过查询电表事件发生的条件情况,判断电能表事件是否发生,来执行相应的操作,这种执行方式只要保证MCU的执行速度足够快,是能够保证事件响应的时效性的。

电能表的工作过程:每次上电要进行系统初始化,初始化包括对ATT7025单片机定时器、串行口、中断等工作方式的设定,写入时钟及铁电存储芯片FM3104的控制字。新电能表的初次工作要对X25045初始值设定,包括电能表表号的设置、时段的设置、时钟的设置、存储地址的分配等。该系统设置了3个时段,单片机每秒从时钟芯片FM3104中读取时钟值,然后根据存储芯片中预先设置好的时段,分析该时刻属于哪个时段,根据相应的时段把电能存储在ATT7025的RAM存储器中,然后电能每累计够1 kW·h便写入到FM3104相应的地址中。16位液晶显示器轮流显示时段与电能信息。若有通信请求将采用中断方式与上位机进行数据通信。若停电,将执行掉电保护程序。

4 新型单相电子式多功能电能表特点

新型电能表可以测量电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数;能设置电压、电流、功率、电量预设门限值与超上、下限报警功能;能远程输出控制、有过流过载保护、能够定时控制。这些功能普通电能表均不具有。通信方面,新型电能表有LonWorks双绞线接口或电力线接口或RS485接口而普通电能表只有RS485接口。总之,该新型电能表是真正实现了集测量、遥控、定时控制及过流或过载保护于一体的多功能电能表。

5 结束语

新型单相电子式多功能电能表集测量、遥控、定时控制及过流或过载保护于一体,适应了建筑能源管理系统建设的要求和国家电网配电网建设战略的信息化、数字化、自动化、互动化的要求,及时、准确、全面反映用户用电的相关信息;提出了电能表的自保护功能的新技术,解决了电能表的多种形式的自动停送电的功能,提高了电能表计的通信网络化功能,为电力用户管理在高级应用方面打下了基础。目前已在全国多个建筑能源管理系统中获得了实际的应用。

参考文献

预付费单相多功能电能表设计 篇10

针对以上问题, 作者设计了单相多功能电表。本电表管理系统满足了电力部门对用电管理改革的需求, 解决了偷电、漏电、管理混乱、人工抄表、防止窃电等诸多问题, 集管理和自动控制为一体。用电预付费, 计量准确, 切断可靠, 能有效提高用电管理效率, 满足小区、公寓、集体宿舍用电管理需求。

1 产品功能设计

本文设计的单相多功能电表采用了美国德州仪器公司 (TI) 新推出的单相防窃电多功能电能表专用芯片, 它是德州仪器MSP430系列产品的成员, 是一款超低功耗的16位单片机MSP430FE42x芯片, 内部包含了单相防窃电多功能电能表计量模块ESP430CE1, 提供有功功率、无功功率、电压、电流、频率、瞬时电流采样值, 功率因数等电参数, 该芯片功能强大, 在电能计量行业居于世界领先水平。该单相多功能电表功能设计如下。

1.1 预付费

采用射频IC卡, 先购买电量充值到IC卡中, 然后再刷卡把卡中电量下载到表中, 达到先买电后用电, 无费停电的目的, 为用电管理部门提供高效的管理手段。

1.2 集中抄表

采用电力载波集中抄表, 电力载波集中抄表是集电表数据采集、载波传输、数据存储、数据通信、数据处理及断电控制等功能于一体的自动化设计;该系统可以使供电部门及时掌握用户用电情况, 监测有无窃电行为;根据需要进行供电控制 (如用户长时间欠费后断电) ;通过远程抄表, 节省抄表的人力物力。

系统由三部分组成:抄表管理单元 (由抄表管理软件和抄表管理计算机组成) 、数据集中器、电表端载波。

系统以数据集中器为中心, 上行通过公用电话网等通道与抄表管理单元通讯, 下行通过载波方式与电表端载波RU通讯, 从而完成自动集中抄表控制的功能。

1.3 分时复费率 (不同时段, 不同电价)

该电表可设置尖、峰、平、谷四种费率, 同时可分为十个时段, 每个时段最小间隔为一分钟;可以按照四个季节进行划分, 每个季节独立对应4组分时价格。采用6位LED数码管显示信息 (5位整数, 1位小数) 。

可查询每个电表的累计总电量及分时电量, 反向电量及过零电量。可以按照预定费率对购电量进行减法处理, 最多可设定3个费率10时段。电表可通过IC卡接口或串行通讯接口修改费率时段等电表参数;对于不同费率可设定不同功率上限值, 超负荷自动断闸, 在设定时间后自动合闸或插卡合闸。可设定超负荷次数限定, 超负荷超过设定次数将不允许用电, 提请用电增容。

同时可记录最大负荷及其发生时刻, 可设定两级告警门限, 告警间隔可设置;允许用户设定或取消预装电量和最大赊欠电量;可以设定用户的最大购电量, 防止用户囤积电量;有超负荷记录、继电器异常记录、异常插卡记录以及反向用电等事件的发生次数和发生时间。

1.4 恶性负载识别功能

通过单片机+A/D转换器, 对220V输出端的电压电流的波形实时采样, 然后编制相应的程序, 通过算法, 判断这两种负载的功率各占多大的比例, 仅仅限制纯电阻性负载的接入。恶性负载识别模块限制的不是用电总功率, 而是瞬间的阶跃功率, 如果阶跃功率大于事先的设定, 系统将自动切断负载电路, 在间隔一段时间后, 系统自动尝试性恢复供电, 经过识别判断没有大功率阻性电热负载接入电路, 从而继续正常供电。

此功能可通过软件设定是否启用, 可设置断电后送电的时间间隔等。

1.5 防窃电计量

只要火线或零线有一个有工作电流就能可靠计量;防止用户偷电、私自接电等。

1.6 一体化设计和分体设计满足不同的需求

一体化设计符合国家电力规范的产品标准, 实现强弱电分离, 避免互相干扰, 使计量精度更准确、散热效果更好;分体设计把计量和显示操作设计成两个单元, 以解决现有完全一体化设计所带来的集中安装和用户操作的矛盾。

1.7 软件校表

软件自动校表是以PC机为基础, 采用电力载波下发参数到校验装置和电能表, 通过计算机控制电能表检验装置对被测电能表进行相关测量, 并收集其测试数据, 然后再利用电力载波通讯对被测电能表进行修正, 以修正其误差, 将电能表的误差控制在一定的范围内。

由于采用了超低功耗芯片, 电表的自身功耗大为降低;采用软件校表, 将大大提高生产效率, 降低人力资源成本;由于采用电力载波通讯, 对老用户改造和新用户安装将带来极大的便利。一体化设计和分体设计满足不同的需求, 分体设计把计量和显示操作设计成两个单元, 以解决现有完全一体化设计所带来的集中安装和用户操作的矛盾。

电力企业可实时掌握用户用电情况根据统计报表, 合理调度电力分配, 降低运营成本;如有窃电发生能及时发现, 降低电力企业损失。根据功率因数进行有效补偿提高用电效率, 达到节约能源的目的。

综上所述单相多功能电表的研发将极大的推动我国电能计量系统的智能化、高效率、绿色节能的进程。

2 产品应用前景

本产品可应用于电力行业, 面向居民用户的用电计量收费, 解决居民用户的用电计量收费, 提高电力系统的信息管理水平, 促进用户合理用电和节约用电, 方便居民操作。由于面向居民用户, 产品具有广泛的市场潜力, 用电管理部门提供灵活有效的管理手段, 同时响应国家对电力及电网建设的相关政策和标准, 为国家节电节能节约资源, 具有极大的市场推广空间。

3 社会效益分析

多功能单相电能表产品的应用提高企业的信息化管理水平, 有利于提高工作效率、降低运营成本, 增加收入;为用电管理部门统计消费数据进行分析, 为售电部门的运营决策提供准确的数字依据, 改善运营效率;可实现预收费、远程抄表、分时复费率、恶性负债识别、用电信息统计等多种功能, 节省人力物力, 为社会创造极大的经济效益。

摘要：本文介绍了一款预付费单相多功能电能表, 该电能表主要采用MSP430计量芯片来设计。文中详细阐述了该电能表各种功能的设计及其特点, 并分析了产品的社会价值及市场前景。

关键词：多功能电能表,电力载波,软件校表

参考文献

[1]朱兆优, 饶运涛.低压电力载波自动抄表系统应用设计[J].电工技术杂志, 2003 (3) .

[2]楼勇, 金珍珍.基于PL3000的学生公寓控电系统设计[J].低压电器, 2008 (14) .

[3]赵钢, 周启龙, 孙长清.基于低压电力线载波远程抄表系统的研究与设计[J].东北电力技术, 2005 (11) .

电能功能论文 篇11

随着微电子技术、传感器技术、计算机技术及现代通信技术的发展,研制电能表自动抄表系统日益受到关注。自动抄表系统(Automatic Meter Reading System-AMRS )是将数据自动采集、传输和处理应用于电能供用与管理系统,用通信和计算机网络等新技术自动读取和处理表计数据。因此,该系统的应用从根本上克服了传统人工抄表模式带来的缺点,也给电能管理现代化创造了良好的条件。

1多功能电能表结构及原理

采样电压Ua、Ub、Uc和采样电流Ia、Ib、Ic经电压互感器、电流互感器处理后,送到计量芯片SA9604A进行处理,得到反映三相有功电能、无功电能、交流电压和频率的1组原始数据,以数字形式分别存放在SA9604A的12个寄存器中。微控器(MCU)可以通过SPI串行通信口读取每个寄存器中的数据。

微控器根据读到的原始数据可以计算出几十项电力参数,并将这些参数存储到EEPROM中,送到液晶屏(LCD)显示,以便进行数据处理和几种通信方式传送。多功能电能表原理如图1所示。

从图1可以看出,时钟芯片向微控器提供实时日历和时钟,液晶显示器循环显示200多条参数,RS485口、红外通信接口、标准IC卡和6路功率脉冲输出能提供多条与上位机信息交换的通道。

电力控制中心计算机管理系统可随时读取电能表的数据,修改多功能电能表参数设置或发出其它运行指令。

2RS-485总线通信原理

RS-485总线用普通半双工通信,为了避免与总线冲突,采用主从通信。主从式多机通信指主机发送的信息可以传到各个从机或指定的从机,各个从机的信息只能发送给主机。主机用查询方式接收/发送数据,从机采用中断方式接收/发送数据。在主机向从机发送命令前,主机首先发送某个从机的地址识别码,从机接收到地址识别码后,与自己的本机地址代码对照。与本机地址识别码相符的从机,将自己的程控位置SM2设定为0,并向主机发送应答信号,建立该从机与主机之间的点对点数据传送,其它从机继续处于监听状态。等到主机接到某个从机的应答信号后,主机向从机发送下传的数据信息,然后等待从机的应答信息。如果应答信息表示发送失败,主机就重新向从机发送信息。同理,当主机从从机获得数据时,通过累加和校验,决定从机是否向主机重新发送数据,从而保证主机和从机之间数据通信的正确性。RS-485传输距离比RS-232更长,最多可以达到3 000 m,很适合工业环境下的使用[1]。

3串行通信方案的硬件设计

如果某个地区内三相电能表分布相对集中,电能表间距小于1 200 m,就可以考虑采用RS-485总线通信模式。用RS485总线将这些电能表连接起来,通过集中器和Modem与供电部门数据中心上位机进行数据交换。通过RS485串行通信接口直接通信距离可以达到1 200 m,其标准以差分平衡方式传榆信号。在发送端,RS485驱动器将电平转换成差分信号输出;在接收端,接收器将差分信号还原为TTL信号,具有很强的抗共模干扰能力。因此,在远程自动抄表系统中,可以用RS485总线进行远程自动抄表[2]。

RS485总线远程自动抄表主要由供电部门数据管理中心上位机、集中器、Modem和现场多台三相电能表组成,如图2所示。上位机为普通PC机,其人机界面良好,硬件、软件资源丰富,能够实现自动抄表系统的控制、管理和抄表数据的后期处理。集中器由RS232/RS485转换装置等器件构成,将总线RS485信号转换为RS232信号,然后送给Modem。主机通过RS232端口与Modem连接,调制解调器与公用电活网连接。使用Modem对信号进行调制和解调。监控中心计算机(PC机)作为主机,通过Modem向现场的电表发送抄表命令和设置命令。电表(单片机)作为从机处于被叫方,响应主机命令和向主机发送数据[3]。

三相电能表采用前面提到的多功能电能表。微控制器将采集的数据通过RS485接口传到集中器中。

电能表RS485通信收发芯片采用MAX公司的MAX485E,其特点是单+5V供电、只需外接1个电阻、差分驱动、RS485差分信号与单端CMOS信号转换、有允许接收和发送的控制引脚。为了节省通信电缆,在通信方式上采用半双工方式(指令和数据的传送都采用应答方式)。传输线采用屏蔽双绞线,以增加通信的抗干扰能力。设计的串行通信接口电路如图3所示。设计时,为了防止工业现场噪声干扰,采取措施如下:使用光电隔离器件TLp521对输入的每路信号进行光电隔离;在单片机侧加装长线滤波电路,用R C组成的滤波电路滤除来自通信线路的干扰信号;在MAX485EA、B端口加装PTC(自恢复保险丝),提高通信线路的抗干扰性能[4]。

4串行通信方案的软件设计

电能表自动抄表系统RS485通信是半双工通信方式,发送和接收共用同一个物理信道,在任意时刻只允许1台电表处于接收状态,应答的电表在侦听到总线上呼叫信号发送完毕(没有其它电表发出应答信号的情况下)才能应答;程序对发送和接收时序有严格的要求,否则就可能发生总线冲突,使整个系统的通信无法正常工作。主机和电能表之间通过RS485总线进行通信,每个电表都有1个地址码,被寻址电表响应主机命令,向主机发回信息响应帧。

4.1 电表通信程序设计

在自动抄表系统中,电表作为数据采集和处理单元,只有采用中断工作方式才能满足实时性要求。在没有数据通信时,电表完全投入到监控和计量电网数据;当有串行口中断时,电表才利用中断处理进行通信。由于每块电表均挂接在RS485总线上,当上位机抄写电表数据时,每个电表均可以收到发送的命令帧,因此,只有地址符合的电表才响应主机的命令帧。通信软件流程图如图4所示。

4.2 主机通信程序设计

主机通信程序设计用计算机设计语言VisualBasi6.0提供的MSComm控件进行编写,该控件能完成串口初始化、发送信号和接收数据功能。上位机提供串行通信功能,用上位机串行通信RS-232接口实现通信。每个使用MSComm控件对应1个串行端口。串行通信涉及到波特率、数据位、停止位、奇偶校验参数,可以通过MSComm控件属性Settings和CommPort设置。 用通信控件编写通信程序,关键是准确理解并设置其属性。在实际编程中,可以根据需要灵活设置这些通信控件属性。

主机通信程序采用事件触发方式,通过MSCOMMee OnCo～事件捕获通信发生的事件或错误,将事件和错误程序代码放在 MSCOMM控件CommEven属性中。整个程序包括:

a.窗体加载程序。

b.通信开始事件处理程序,捕获通信发生的事件或错误。如果出现错误,就进入故障处理子程序。

c.通信关闭事件处理程序,能关闭通信端口。

d.定时器事件处理程序,防止主机因接收不到电表的应答而无限制的等待下去。

5结论

实践表明,基于RS485总线研发的自动抄表系统、结构简单、价格低廉、输数据速度较快、通信质量较高、通信距离和数据传输速率适当、运行稳定。所以,将该系统投放市场,将被广泛应用于仪器仪表、智能化传感器集散控制、楼宇控制、监控报警等领域,提升社会效益和企业效益。

参考文献

[1]蔡晓云,万静.无线远程抄表控制系统的设计与实现[J].自动化与仪表,2009(8):21-24.

[2]刘鑫荣,吴向前.由Lon和RS-485总线组成的自动抄表测控网络[J].自动化与仪表,2007,28(8):19-22.

[3]陈佳立.自动抄表系统集中器的设计[J].工业控制计算机,2007,20(4):71-72.