基于物聯(lián)網(wǎng)的安全用電智能計(jì)量設(shè)備研發(fā)與應(yīng)用①

李禹

摘 ? 要：基于物聯(lián)網(wǎng)的安全用電智能計(jì)量設(shè)備的研發(fā)，是針對(duì)現(xiàn)在過多的電力需求而特意研發(fā)出來的。智能計(jì)量設(shè)備的研發(fā)，需要從智能電表設(shè)計(jì)的理念和需求、智能電表設(shè)計(jì)的思路和創(chuàng)新點(diǎn)、智能電表設(shè)計(jì)的技術(shù)和功能等多方面考慮，使安全用電智能計(jì)量設(shè)備能夠在物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)上和系統(tǒng)上都能夠得到廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在電氣設(shè)備的參數(shù)上，能夠智能化的收集、記錄和存儲(chǔ)。本文就淺談基于物聯(lián)網(wǎng)的安全用電智能計(jì)量設(shè)備研發(fā)與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) ?安全用電智能計(jì)量設(shè)備 ?研發(fā)與應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM933.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）09（b）-0140-02

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于用電的需求越來越多，而電力系統(tǒng)作為人們用電重要的能源單位，是人們安全穩(wěn)定用電的保證，所以，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是非常重要的一個(gè)課題。隨著物聯(lián)網(wǎng)的概念提出和不斷的發(fā)展，在物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)上，對(duì)電力系統(tǒng)的變電、輸電、配電等多方面系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和安保的措施，是電力系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)安全系統(tǒng)的核心。這其中，由于用電設(shè)備不斷的增多，安全隱患也越來越大，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用電力智能計(jì)量設(shè)備，是安全用電的有效途徑。

1 ?安全用電智能計(jì)量設(shè)備研發(fā)的環(huán)境及原理

隨著5G網(wǎng)絡(luò)即將商業(yè)化的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，物聯(lián)網(wǎng)的概念和應(yīng)用也越來越完善，在這樣的一個(gè)基礎(chǔ)上，依托于物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)的安全用電智能計(jì)量設(shè)備的終端，智能電表將會(huì)成為我國智能電網(wǎng)構(gòu)建的關(guān)鍵一環(huán)。事實(shí)上，傳統(tǒng)的電表，不管是機(jī)械式的電表還是電子式的電表，都有著很大的不足，不能夠滿足現(xiàn)在化智能用電的需求，也不符合用戶的利益。在這種情況下，不管是電力企業(yè)還是用電的客戶都需要一款全新的能夠滿足雙方在電能上和電量上數(shù)據(jù)共享，智能電表就是在這種情況下誕生的。智能電表在物聯(lián)網(wǎng)的加持下?lián)碛辛撕芏鄠鹘y(tǒng)電表沒有的功能，除了能夠完成數(shù)據(jù)的采集和顯示，也能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視和存儲(chǔ)，一旦出現(xiàn)異常還會(huì)啟動(dòng)報(bào)警的功能，可以說在用電的安全上有著很大的作用。安全用電智能計(jì)量設(shè)備的原理是通過OFDM 技術(shù)，將電力載波的通訊傳輸給物聯(lián)網(wǎng)的集中器上，集中器再將各電表的數(shù)據(jù)參數(shù)分類整理和匯總，反饋給電力企業(yè)的管理中心，這樣，智能電表就能夠?qū)崿F(xiàn)電力企業(yè)和用戶的雙向通信。

2 ?智能計(jì)量系統(tǒng)的功能和應(yīng)用

隨著大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等信息技術(shù)的高速發(fā)展，以高新技術(shù)為依托的智能計(jì)量系統(tǒng)對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，并由此引發(fā)了量值傳遞和溯源方式上新的變革。智能計(jì)量其應(yīng)用的意義主要是：進(jìn)行測(cè)量資源的準(zhǔn)確配置和有效管理，實(shí)現(xiàn)測(cè)量設(shè)備和檢測(cè)終端數(shù)字化、智能化和互聯(lián)互通，完整、必要、準(zhǔn)確和高效地采集各種重要數(shù)據(jù)，專業(yè)、智能、集成和協(xié)同地利用數(shù)據(jù)、采取行動(dòng)，完成測(cè)量和質(zhì)量控制的策劃、配置和規(guī)范，融合制造企業(yè)的設(shè)計(jì)、計(jì)劃、制造、質(zhì)量四大過程及其系統(tǒng)，建立高度準(zhǔn)確和國際互認(rèn)的國家測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量技術(shù)。

3 ?智能計(jì)量設(shè)備設(shè)計(jì)與研發(fā)

3.1 主控單元

主控單元是智能計(jì)量設(shè)備設(shè)計(jì)的核心，也是所有硬件設(shè)施的集中體現(xiàn)。主控單元涉及的內(nèi)容是比較多的，包括計(jì)量模塊和電源模塊、LCD顯示和存儲(chǔ)芯片、串口模塊和RTC時(shí)鐘。主控單元的設(shè)計(jì)上采用了集成計(jì)量和MCU控制的ADE7169F16計(jì)量芯片，ADE7169是SOC單芯片，集成了51核單片機(jī)，電源管理（ADC電池電壓測(cè)量），硬件RTC（溫補(bǔ)）。所以主控單元在這樣的設(shè)計(jì)模式下，使得計(jì)量設(shè)備，不管是在電壓、電流、功率衫，還是在電能和頻率上，計(jì)量的效果都非常的精準(zhǔn)。

3.2 受控單元

受控單元的設(shè)計(jì)，要根據(jù)智能計(jì)量使用的環(huán)境的需要，選擇性的使用固態(tài)的開關(guān)或者是普通的開關(guān)。普通開關(guān)的通斷原理是依靠活動(dòng)的金屬觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)電能的階段和斷開，這種開關(guān)在本質(zhì)上，是一種機(jī)械裝置，雖然這種裝置在電能斷開時(shí)會(huì)出現(xiàn)電弧的情況，連接時(shí)有所需要大量的時(shí)間，但是在背后中能夠開關(guān)成本非常低，所以是現(xiàn)在主流選擇的開關(guān)。固態(tài)開關(guān)主要是根據(jù)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性實(shí)現(xiàn)電能間歇性的連斷，由于它本質(zhì)上是通過內(nèi)部電離子的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)斷開和連接的，因此再連接不會(huì)生產(chǎn)電弧，斷開的時(shí)間也非?？欤€可以在發(fā)生短路的情況下，迅速切斷電路，減少了損失的能源。除此之外，受控單元的主控程序設(shè)計(jì)也是重要的一環(huán)，在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)增加過電流保護(hù)和超壓以及欠壓的功能，保證電流流動(dòng)的過程中出現(xiàn)意外能夠有高速有效的防范措施。智能計(jì)量設(shè)備和電力設(shè)備的運(yùn)行是息息相關(guān)的，但是由于電氣設(shè)備的額定電流電壓在實(shí)際的應(yīng)用中不能夠在理想的環(huán)境下工作，因此，就需要設(shè)計(jì)欠壓和超壓以及增加電流保護(hù)的功能，來保證電路的安全。

3.3 串口通訊

智能電表的另一大設(shè)計(jì)理念就是能夠?qū)崿F(xiàn)雙重通訊，在電力企業(yè)和用戶之間增加用電量的透明度，這其中的技術(shù)串口通訊是重要的一個(gè)模塊。串口通訊主要是通過智能計(jì)量設(shè)備內(nèi)部的系統(tǒng)和電力企業(yè)終端的系統(tǒng)間通過算法和指令對(duì)電能流通的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，進(jìn)而雙向通訊的設(shè)計(jì)。一般來說現(xiàn)階段串口通訊的模塊有WIFI模塊和NB-IOT模塊、GPRS模塊和LoRa模塊以及4G模塊等，這些模塊都可以根據(jù)具體的工作環(huán)境進(jìn)行采用。

4 ?基于物聯(lián)網(wǎng)的安全用電智能計(jì)量設(shè)備應(yīng)用

4.1 物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用架構(gòu)

在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上開發(fā)的智能計(jì)量設(shè)備，本質(zhì)上也是物聯(lián)網(wǎng)的一部分，構(gòu)建一個(gè)大型綜合性的網(wǎng)絡(luò)體系。智能計(jì)量系統(tǒng)具有物聯(lián)網(wǎng)的很多特性，比如說技術(shù)性、包容性、安全性、廣泛性等優(yōu)點(diǎn)。它的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用架構(gòu)中，主要是通過計(jì)量的感知層和網(wǎng)絡(luò)傳輸層以及智能應(yīng)用層單個(gè)方面組成，計(jì)量的感知層主要是用過智能計(jì)量設(shè)備內(nèi)部的傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)量的節(jié)點(diǎn)檢測(cè)。同時(shí)和超高頻射頻識(shí)別的協(xié)同工作，從而形成一個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)鞲衅鞯墓ぷ鬟M(jìn)行管理并且獲得海量計(jì)量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)傳輸主要是對(duì)于計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，在現(xiàn)階段有了更多的傳輸方式，電話、光纖、無線通訊等多種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的傳遞。應(yīng)用智能層主要是物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。

4.2 用電信息采集

傳統(tǒng)的用電信息采集系統(tǒng)主要是針對(duì)居民用戶和商業(yè)用戶，還有一些大小型變壓器的使用用戶，進(jìn)行電能數(shù)據(jù)的采集，電能數(shù)據(jù)的管理。而基于物聯(lián)網(wǎng)的安全用電計(jì)量設(shè)備在自動(dòng)抄錄電表的數(shù)據(jù)和有序用電的管理、異常用電的分析和安全防護(hù)方面也有著非常優(yōu)良的作用，還能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通訊。

5 ?基于物聯(lián)網(wǎng)的安全用電智能計(jì)量的優(yōu)點(diǎn)

5.1 科技性

和傳統(tǒng)的智能電表相比，基于物聯(lián)網(wǎng)的安全用電智能電表不僅僅擁有常規(guī)的電表功能，而且在電能質(zhì)量評(píng)估上表現(xiàn)的非常優(yōu)異，除此之外還能進(jìn)行故障分析、排查和報(bào)警的功能，滿足了用戶對(duì)于電能的使用情況的查詢，也方便了電力企業(yè)的管理，有著很大的先進(jìn)性。

5.2 安全性

基于物聯(lián)網(wǎng)的安全用電智能電表能夠在線路上，尤其是三相線路上的平衡和電能電力的檢測(cè)上，有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)現(xiàn)有任何危險(xiǎn)的情況下，發(fā)出預(yù)警或者還是自行切斷電源，極大增加了設(shè)備使用的安全，也從側(cè)面維護(hù)了電力網(wǎng)的安全運(yùn)行。

6 ?結(jié)語

隨著電力物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的不斷發(fā)展和采集數(shù)據(jù)規(guī)模的累積和增加，后續(xù)工作將進(jìn)一步開發(fā)和研究基于電力物聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)的跨專業(yè)融合、深度共享與精準(zhǔn)用戶服務(wù)技術(shù)，能夠?yàn)殡娋W(wǎng)的生產(chǎn)、經(jīng)營、管理提供更科學(xué)、高效、智能的輔助決策支撐。

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