芻議智能電表的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及其開(kāi)發(fā)

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式產(chǎn)生了直接的影響。智能電網(wǎng)、電力系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化創(chuàng)建正在逐步推進(jìn)，在創(chuàng)建國(guó)家電網(wǎng)智能化的過(guò)程中，智能電表獲得了廣闊的市場(chǎng)空間和發(fā)展空間。文章介紹了智能電表的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和前景開(kāi)發(fā)，僅供參考。

關(guān)鍵詞：智能電表；應(yīng)用優(yōu)勢(shì)；電表開(kāi)發(fā)；智能電網(wǎng)；電力系統(tǒng)；智能化

中圖分類號(hào)：TM933 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）36-0090-02

1 智能電表概述

1.1 智能電表的概念

作為新技術(shù)開(kāi)發(fā)的智能產(chǎn)品，智能電表能夠完成用戶和智能電網(wǎng)的聯(lián)系功能，不僅具有人機(jī)交互功能，還具備電能量計(jì)量基本功能、信息傳遞功能和遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控功能，還能夠裝配多類型用電購(gòu)電卡，特別適合用戶網(wǎng)上交電費(fèi)以及充值等很多活動(dòng)。其所擁有的各種功能，方便了電力公司的運(yùn)營(yíng)和用戶的日常生活，很大程度上減少了人力資源的使用，完成了智能化應(yīng)用，方便了電網(wǎng)管理，完全可以走可持續(xù)發(fā)展道路。對(duì)于智能電網(wǎng)的特點(diǎn)以及概念，一般智能電網(wǎng)是利用“三遙”技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)信息，然后在電網(wǎng)主線上結(jié)合集成信號(hào)收集、轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)牟考?，修?fù)自我漏洞，精準(zhǔn)確定漏洞位置的，有經(jīng)濟(jì)安全等優(yōu)勢(shì)的一種先進(jìn)供電系統(tǒng)。

1.2 電能表的種類

根據(jù)我國(guó)目前的智能電網(wǎng)現(xiàn)狀，一般可把智能電表分成兩種：一種是全電子電表，另一種是機(jī)電一體化電表。

2 應(yīng)用智能電表的優(yōu)勢(shì)

作為一種環(huán)保節(jié)能電表，智能電表是從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)這種前沿的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，且其擁有了很多方面的

優(yōu)點(diǎn)：

2.1 安全系數(shù)高

設(shè)計(jì)師在制造以及設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)智能電表使用了安全系數(shù)高以及過(guò)載范圍較寬的材料和量程，確保了在反常高壓以及反常低壓條件下智能電表可正常操作。目前廣泛使用量程是10倍率以上的全電子電表，在40～100Hz范圍內(nèi)的工作頻率都能正常運(yùn)行，很大程度上補(bǔ)償了傳統(tǒng)電表量程窄且工頻小的毛病。相比于這兩個(gè)功能優(yōu)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)智能電表相對(duì)于傳統(tǒng)感應(yīng)式電表其安全系數(shù)

更高。

2.2 計(jì)量精度高

相比于普通的機(jī)械計(jì)量，智能電表有更準(zhǔn)確的計(jì)量級(jí)數(shù)方式，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨損以及金屬疲勞造成電表讀數(shù)不對(duì)的問(wèn)題。大部分實(shí)踐表明，如果運(yùn)行超過(guò)5年，一般傳統(tǒng)感應(yīng)式電表的準(zhǔn)確度會(huì)超過(guò)誤差允許范圍；然而對(duì)于智能電表，比如2.0級(jí)全電子智能電表誤差允許值是±2%，且不可很久維持其計(jì)量準(zhǔn)確度，但是全電子電表的誤差允許值更小，而且其穩(wěn)定性能更好，可持久確保計(jì)量的精確度。

2.3 能耗低

能耗低是新型智能電表最大的特點(diǎn)，它是把電流和電壓轉(zhuǎn)換成電子脈沖來(lái)計(jì)量的一種方式，使得能耗能大大降低，經(jīng)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，每塊智能電表平均能耗大約處于0.6～0.7W之間，況且我國(guó)目前房地產(chǎn)處于快速發(fā)展時(shí)期，同一樓層也可共用集成式的智能電能表，所以同一樓層的用戶可分別計(jì)量自家電能，這樣便捷了管理，且多用戶智能集成電表的耗能一般平均為1.7W左右，大大節(jié)省了能源。

2.4 功能齊全

智能采集器能夠不斷計(jì)量用戶的用電規(guī)律以及用電大小，而智能遠(yuǎn)傳表會(huì)把用戶的用電量以及用電情況的信息完成傳送功能，智能轉(zhuǎn)換器卻是把電壓和電流轉(zhuǎn)換成電子脈沖信號(hào)再進(jìn)行計(jì)量，然后傳達(dá)信號(hào)。綜合利用這幾個(gè)系統(tǒng)，能夠完成防竊電、遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)距離斷送電、設(shè)定不同電價(jià)等相關(guān)功能。

2.5 節(jié)約資源

對(duì)于智能式電子電能表來(lái)說(shuō)，對(duì)金屬材料的要求較小且采用的電子材料的集成化程度較高，能在很大程度上節(jié)省能源。

3 智能電表的開(kāi)發(fā)

作為一種高級(jí)測(cè)量?jī)x表，智能電表集合了現(xiàn)代通信、電能計(jì)量以及計(jì)算機(jī)三大技術(shù)，其計(jì)量設(shè)計(jì)必須符合分布式能源的互動(dòng)通信、承受能力和接入等各種條件。同時(shí)智能電表具有很多功能：雙向通信；電能計(jì)量；時(shí)段和費(fèi)率；控制以及預(yù)付費(fèi)等。

3.1 總體設(shè)計(jì)及工作原理

變比是2000/1的電流互感器用在電流采樣模塊里，而電壓采樣模塊一般采用變比是1/1的電壓互感器，通過(guò)取樣電阻來(lái)進(jìn)行信號(hào)的采樣，改變后的信號(hào)是通過(guò)差模電壓的方式來(lái)接入到計(jì)量芯片里，利用芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)化后將電能信號(hào)、電流、電壓、功率傳達(dá)單片機(jī)，于是累計(jì)瞬間電能，這樣就可獲得累計(jì)電能，結(jié)果顯示在LCD顯示器上，且可利用上位機(jī)進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)模式。某段時(shí)間內(nèi)用電儀器從電源得到的能量流即物理學(xué)上所表示的電能；瞬時(shí)間元件所吸收的功率就是瞬時(shí)功率。對(duì)用電儀器一段時(shí)間的瞬時(shí)功率作積分得到的數(shù)據(jù)就是此段時(shí)間所使用的有功功率。

3.2 硬件設(shè)計(jì)

對(duì)于總的硬件結(jié)構(gòu)而言，大電壓和電流信號(hào)一直到小電壓電流信號(hào)的轉(zhuǎn)化是由電流電壓互感器來(lái)完成。RS232接口屬于通信模塊，它的作用是幫助完成上位機(jī)來(lái)手持抄表、控制抄表等相關(guān)功能；PCF8583模塊給硬件系統(tǒng)一個(gè)確切的數(shù)據(jù)，來(lái)輔助實(shí)現(xiàn)智能表的分時(shí)計(jì)量；FM24C2是存儲(chǔ)器模塊，它用來(lái)存儲(chǔ)用戶的用電量，可在斷電條件儲(chǔ)存相關(guān)數(shù)據(jù)；MSP430F149控制模塊屬于中央控制元件。

3.2.1 MSP430F149模塊。用MSP430F149單片機(jī)模塊來(lái)作為系統(tǒng)主控制器，此單片機(jī)模塊具有超低功耗的特點(diǎn)。其包含活動(dòng)、待機(jī)和掉電這三種低功耗模式，還包括五種省電模式，此模塊具有開(kāi)機(jī)反應(yīng)時(shí)間短，且模塊內(nèi)部還有抗干擾能力強(qiáng)和ESD保護(hù)等相關(guān)特征。依賴其功耗低以及可靠高的特性的MSP430模塊單片機(jī)，其通常被應(yīng)用在電子產(chǎn)品方面的開(kāi)發(fā)。

3.2.2 前端調(diào)理電路。系統(tǒng)一般在電壓電流的電路里采用互感器接入法，利用電流型互感器把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)，然后通過(guò)電阻轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，且通過(guò)電流互感器得到電流信號(hào)，通過(guò)電阻轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)。通常電壓模塊使用的電壓互感器變比是1/1，然而電流模塊卻使用變比是2000/1的電流互感器。

3.3 軟件設(shè)計(jì)

通常由數(shù)據(jù)保存、中斷服務(wù)、LCD顯示驅(qū)動(dòng)和初始化這些程序構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)軟件。一般主程序通過(guò)中斷方式或者直接調(diào)用方式來(lái)進(jìn)行子程序調(diào)用，最后實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。

脈沖收集程序?qū)儆陔娔鼙碜钪匾墓δ?。其收集到的值通常存?chǔ)在脈沖計(jì)量模塊里，一般在中斷程序中，CS5460模塊收集電能的程序是：確定是否存在中斷現(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)有中斷現(xiàn)象，那么可以讀取電流、無(wú)功功率、電壓、有功功率等相關(guān)數(shù)值。通常CS5460模塊的讀寫(xiě)步驟是：先讀出能量寄存器的數(shù)據(jù)，然后讀取電流有效值寄存器的數(shù)據(jù)，接著讀取電壓有效值寄存器，結(jié)果讀取狀態(tài)寄存器的數(shù)據(jù)，再回頭寫(xiě)狀態(tài)寄存器。對(duì)于CS5460模塊而言其初始化步驟是：先復(fù)位CS5460，給其復(fù)位腳傳達(dá)復(fù)位脈沖，且保持脈沖值超過(guò)10ms，然后寫(xiě)同步控制命令字，接著讀出校準(zhǔn)值，同時(shí)將讀出的數(shù)值值入對(duì)準(zhǔn)的校準(zhǔn)寄存器，接著寫(xiě)控制寄存器，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，接著清凈狀態(tài)寄存器，然后啟動(dòng)CS5460模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最后讀出CS5460模塊的AD轉(zhuǎn)換值。

4 結(jié)語(yǔ)

如今人們對(duì)智能電表的使用越來(lái)越廣泛，它在應(yīng)用方面的優(yōu)勢(shì)不僅得到了肯定和認(rèn)可，生產(chǎn)也逐漸得到完善。如今智能電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展必能掀起一個(gè)新的智能電表的研究和推廣熱潮。然而新材料、新工藝、新技術(shù)的使用必將大大提高國(guó)內(nèi)表計(jì)設(shè)施的綜合水平，這為我國(guó)智能電網(wǎng)的快速發(fā)展提供了更強(qiáng)大的技術(shù)保障。

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作者簡(jiǎn)介：馮文霞（1980-），女，國(guó)網(wǎng)江西省電力公司景德鎮(zhèn)供電分公司高級(jí)技師，工程師，二級(jí)注冊(cè)計(jì)量師，研究方向：電能計(jì)量。