淺析電力系統(tǒng)中智能型電能計(jì)量表問題

【摘 要】隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展和用戶對用電管理水平要求的不斷提高，大規(guī)模集成電路在電能計(jì)量表中得到廣泛的應(yīng)用，電能計(jì)量表的功能逐漸增多并日趨智能化。筆者結(jié)合多年工作實(shí)踐，對智能電表相關(guān)問題進(jìn)行分析探討，總結(jié)出一些粗淺經(jīng)驗(yàn)，以供參考。

【關(guān)鍵詞】智能電表；工作原理；重要意義

0 引言

人類自從進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)，就大量消耗著有限的自然資源。能源供應(yīng)已經(jīng)成為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，能源安全關(guān)系到國家利益。為了保持經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定、長期、快速發(fā)展，延長能源使用時(shí)間，既要積極探索減少能源消耗的方法，又要努力開發(fā)多種形式的新型能源并將之與傳統(tǒng)能源進(jìn)行整合，統(tǒng)一配置使用，摒棄高消耗低利用的能源使用模式，保證國家能源安全，電力系統(tǒng)的智能化就成為必然的選擇。

1 智能電表的概念與工作原理

智能電表是一種新型全電子式電表，具有電能量計(jì)量、實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動控制、信息交互及數(shù)據(jù)處理等功能。智能電表是智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的重要基礎(chǔ)設(shè)備，承擔(dān)著原始電能數(shù)據(jù)采集、計(jì)量和傳輸?shù)娜蝿?wù)，是實(shí)現(xiàn)信息集成、分析優(yōu)化和信息展現(xiàn)的基礎(chǔ)。智能電表不同于傳統(tǒng)電表之處在于可以雙向?qū)崟r(shí)通信，能夠提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為實(shí)施階梯電價(jià)提供了可能。

工作原理：用戶持IC卡交款購電，售電管理機(jī)將購電量寫入IC卡中.用戶持IC卡在感應(yīng)區(qū)刷非接觸式IC卡。即可合閘供電。當(dāng)表內(nèi)剩余電量等于報(bào)警電量時(shí)斷電報(bào)警，此時(shí)用戶在感應(yīng)區(qū)刷卡即可恢復(fù)供電：當(dāng)剩余電量為零時(shí)，自動拉閘斷電，用戶須再次持卡交費(fèi)購電才可以恢復(fù)用電。

2 智能型電能計(jì)量表功能

智能型電能計(jì)量表能夠?qū)崿F(xiàn)多種基本功能，由于采用了微處理器，它也可根據(jù)需要進(jìn)行功能擴(kuò)展或功能變更。以下對其常見功能進(jìn)行簡單說明。

2.1 用電計(jì)量功能

包括累計(jì)計(jì)量和實(shí)時(shí)計(jì)量兩類功能，實(shí)現(xiàn)累計(jì)功能時(shí)準(zhǔn)確度要達(dá)到0.1度。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)量功能時(shí)當(dāng)用戶使用的電功率越大的時(shí)候所計(jì)量到的功率值也越準(zhǔn)確。

2.2 時(shí)段控制功能

電表操作人員可以通過專用的介質(zhì)對表內(nèi)部設(shè)計(jì)的一個(gè)日計(jì)時(shí)誤差相當(dāng)準(zhǔn)確的百年日歷實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)節(jié)。作為主控制模塊的單片機(jī)可以以設(shè)定的周期對此時(shí)鐘進(jìn)行讀取。實(shí)現(xiàn)時(shí)段控制功能的手段可以是設(shè)定一個(gè)電量凍結(jié)時(shí)間把電量存起來，或是記錄代表日的整點(diǎn)功率。

2.3 復(fù)費(fèi)率功能（分時(shí)計(jì)費(fèi)功能）

復(fù)費(fèi)率的基本思想就是利用經(jīng)濟(jì)杠桿，使用電的峰值和谷值的電價(jià)有所差別，電價(jià)采取峰值高，谷值低，這樣對于用電質(zhì)量的改善經(jīng)濟(jì)效益的提高都有顯著作用。

2.4 最大需量計(jì)量

在設(shè)計(jì)電表時(shí)可以預(yù)先對用戶用電的最大需量進(jìn)行限定，再測量個(gè)時(shí)段的用電需量.選出其中的最大值與預(yù)先設(shè)定的這個(gè)最大需量值進(jìn)行比較，若發(fā)現(xiàn)超過了限定值，電能表將發(fā)出報(bào)警信號。

2.5 預(yù)置參數(shù)功能

電能表根據(jù)其實(shí)現(xiàn)的功能不同需要預(yù)置的參數(shù)也有所不同，一般可以預(yù)置的參數(shù)有：時(shí)區(qū)、時(shí)段、凍結(jié)日、代表日、波特率、最大需量值，滑差步進(jìn)時(shí)間、時(shí)段限額、時(shí)段費(fèi)率、用戶級別、表號等。設(shè)定方法可以分為本地或遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)，本地可以利用掌上電腦，手持抄表器等實(shí)現(xiàn)；遠(yuǎn)程可利用數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，以太網(wǎng)與上位機(jī)通信實(shí)現(xiàn)。本課題中本地實(shí)現(xiàn)是利用鍵盤輸入來進(jìn)行表號，波特率等設(shè)置，遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)是利用數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)與上位機(jī)通信進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程預(yù)置參數(shù)。

2.6 監(jiān)控功能

電能計(jì)量表對系統(tǒng)線路監(jiān)控功能可以表現(xiàn)為兩個(gè)方面：當(dāng)線路中的功率超過限定額度時(shí)，會發(fā)出報(bào)警信號，當(dāng)超過功率限額的時(shí)間大于預(yù)先設(shè)定的時(shí)間值時(shí)發(fā)出跳閘信號；當(dāng)電表應(yīng)用于預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)時(shí)。當(dāng)電量小于額定的最小值但大于零的時(shí)候電表發(fā)出報(bào)警信號，當(dāng)剩余電量小于等于零的時(shí)候電能表發(fā)出跳閘信號。電能計(jì)量表對自身運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控功能表現(xiàn)為當(dāng)表內(nèi)電池欠電壓，時(shí)鐘或存儲器等出現(xiàn)故障時(shí)，電能計(jì)量表可以通過亮燈或蜂鳴器的方式作為信號提示。

2.7 數(shù)據(jù)顯示功能

電能計(jì)量表要求能夠顯示出所測的電量信息，其對于這些電量數(shù)據(jù)的顯示有兩種方式：循環(huán)顯示是在顯示屏上依次循環(huán)顯示出用戶所關(guān)心的電量信息內(nèi)容，；固定顯示為用戶可以自由的選擇所需要在顯示屏上固定顯示的項(xiàng)目，其他未設(shè)定的項(xiàng)目可以通過按鍵切換顯示。 2.8 預(yù)付費(fèi)功能

電能表的MCU模塊采用了單片機(jī)，利用其單片機(jī)的接口擴(kuò)展功能與用于預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)中的專用介質(zhì)配合實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能。

2.9 脈沖輸出功能

通過輔助端子輸出24路經(jīng)光電隔離的電能脈沖信號，可供校表用。

2.10 存儲功能

智能型電能計(jì)量表需要存儲一定時(shí)間內(nèi)的電量信息數(shù)據(jù)以方便抄表和對電費(fèi)的結(jié)算。

2.11 事件記錄功能

電能計(jì)量表可以記錄下異常情況發(fā)生時(shí)的時(shí)問和此時(shí)電表的狀態(tài)等。查看電表的事件記錄有利于分析其異常出現(xiàn)的原因，使電表的運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠。

2.12 數(shù)據(jù)通信功能

本設(shè)計(jì)中的智能型電能計(jì)量表通過RS485通信接口與智能型數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，再通過以太網(wǎng)與上位機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速、實(shí)時(shí)傳輸，系統(tǒng)參數(shù)的遠(yuǎn)程設(shè)置，和對系統(tǒng)時(shí)鐘的校對。

3 智能型電能計(jì)量對電力系統(tǒng)發(fā)展的重要意義

（1）提高電力系統(tǒng)的安全性和供電可靠性。利用智能電網(wǎng)“自愈”功能，可以準(zhǔn)確、迅速地隔離故障元件，并在較少人為干預(yù)的情況下使系統(tǒng)迅速恢復(fù)到正常狀態(tài)。

（2）實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展。促進(jìn)了電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)技術(shù)、設(shè)備、運(yùn)行和管理等方面的提升。

（3）減少有效裝機(jī)容量。我國不同地區(qū)電力負(fù)荷特性差異大，通過智能化的統(tǒng)一調(diào)度，獲得錯(cuò)峰和調(diào)峰等聯(lián)網(wǎng)效益；通過分時(shí)電價(jià)機(jī)制，引導(dǎo)用戶低谷用電，減小高峰負(fù)荷。

（4）降低系統(tǒng)發(fā)電燃料費(fèi)用。滿足煤電基地的集約化開發(fā)，優(yōu)化我國電源布局，降低燃料運(yùn)輸成本；通過降低負(fù)荷峰谷差，可提高火電機(jī)組使用效率，降低煤耗，減少發(fā)電成本。

4 智能型電能計(jì)量表發(fā)展趨勢

近年來，隨著用電管理的要求的不斷提高，各種新型智能型電能計(jì)量表不斷推出，型號各異，功能眾多，但其基本原理相同，主要完成的功能可歸結(jié)為三個(gè)方面：計(jì)量、計(jì)費(fèi)功能，包括分時(shí)）計(jì)量、最大需量計(jì)量和預(yù)付費(fèi)等；保護(hù)功能，包括過電流、過電壓保護(hù)與防竊電等；通信功能，可以是通過RS485、RS232接口與數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信、紅外通信、無線電通信或IC卡模式等。在電能計(jì)量表功能發(fā)展的帶領(lǐng)下，抄表也經(jīng)歷了不同的時(shí)期，實(shí)現(xiàn)了從手動抄表到自動抄表的過渡，其中出現(xiàn)了以PDA（掌上電腦）為代表的手持式抄表器、IC卡表自動抄表系統(tǒng)、電力載波自動抄表系統(tǒng)、區(qū)域遠(yuǎn)紅外抄表、車載抄表系統(tǒng)等。本設(shè)計(jì)中采用RS485接口與電能管理系統(tǒng)中的智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，并且通過以太網(wǎng)與上位機(jī)連接從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電能管理。

5 結(jié)束語

隨著信息化進(jìn)程得以不斷深化，已經(jīng)進(jìn)入各種領(lǐng)域及行業(yè)，其中電力行業(yè)就是一個(gè)方面，現(xiàn)在人們提到最多的概念就是智能電網(wǎng)。世界各國的電網(wǎng)都朝著智能化的方向而發(fā)展，是面對未來挑戰(zhàn)所走的一條正確的道路，同時(shí)也是21世紀(jì)世界電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢和內(nèi)在要求。智能電網(wǎng)的建立，必不可少的就是智能電表，智能電表的快速發(fā)展能夠反映出智能電網(wǎng)的自動化以及信息化的發(fā)展程度。

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