電能計量裝置中智能電能表的實踐思路構架探討

1、智能電能表的基本原理以及應用優勢

1.1基本原理

智能電表是隨著科技的不斷發展而產生的一種高科技智能產品，其中是以電子式電能表為原理開發出來的，其主要工作原理以及構成相對以往的感應式電表還存在著一定的差距，其中智能電表在構成上主要是電子元件，其中包括了對電網中電流、電壓等內容的采樣，而后再利用電表集成電路將電流和電壓信號轉化為脈沖信號進行傳輸，這樣就可以對單片的控制、處理形成自動化的管理，進而形成脈沖的顯示輸出。

1.2智能電表的應用優勢

智能電表由于其自身的獨特優勢，在電網系統中有著非常廣泛的應用，其中不僅可以實現遠程的通信，相比以往的電表還有著智能化的特點，其中主要可以表現為以下幾方面內容：

1.2.1功耗低。智能電表設備在電子元件的應用上是集合而成的，其中每塊電能表的功耗都相對較低，這樣整個智能電表設備的功耗也會相對較低。

1.2.2精度高。智能電表的精度相對傳統的電表有著精度高的特點，并且不會出現因長期使用而出現精度下降的情況，這也是智能電表應用的一大特點。

1.2.3過載大、工頻范圍廣。智能電表過載的倍數以及工作的頻率范圍都相對較大，在使用過程中可以進行多種頻率的狀態下運行。

1.2.4功能多。智能電能使用了電子表技術，因此能夠通過聯網進行網絡通信，從而實現遠程控制、遠程抄表等功能，這對傳統感應電表來說是無法實現的。

2、智能電能表的總體實踐思路框架

2.1硬件設計

智能電表的硬件設計包括了幾個不同的部分，其中主機和計量芯片的選擇是關鍵的部分，計量芯片是智能電表品質的重要組成部分，因此在進行硬件設計的過程中首先要對計量芯片進行專門的功能管理，這樣就可以有效的保證硬件設計的合理性。

2.1.1CPU核心模塊。在整個智能電表模塊中CPU核心模塊是一項重要的構建，對于電力參數的讀取以及對電能使用的計算上也有著非常重要的作用，通過CPU核心模塊能夠更好的讀取到電表的信息數據并且通過相應的設備來顯示到一起上。而電源檢測過程中對于電壓的檢測也是為了更好的保證電壓能夠在正常的情況下運行，這樣也能夠有效的保證CPU工作的合理性。電存儲器還有著很多優勢和特點，在CPU運行過程中能夠保存儀表的既定參數，同時按照具體的要求來現實和讀取參數的設定值。

2.1.2輸入模塊。該模塊分為三相三線與三相四線兩類接線方式，主要包括電流轉換電路、電壓轉換電路和采樣電路三部分。電流和電壓調理電路是使用電

流、電壓互感器，其輸出信號通過調理后轉換成電壓信號，再被傳送到電壓、電流輸入設備中進行信號變換。

2.1.3輸出模塊。輸出模塊使用TCP/IP協議進行輸出，輸出模塊使用STM32F107微控制器通過串行接口和CPU通信，并把CPU讀取的相關數據傳送到微控制器上。這樣，智能電能表就構建了一個以太網的通信接口，方便通信網絡的構建。

2.2軟件設計

智能電表的軟件設計也包括了幾個不同的部分，其中有顯示程序、鍵盤程序、監控程序以及設定程序等等，在進行軟件設計時首先要選擇合適的編程語言，大多數的軟件都會采用C語言來作為編程，軟件的結構以及模塊的設計方式也要按照要求來進行。特別是智能電表在進行使用時，需要對用電進行測量的前提下還要對測量的電壓、電流以及功率等相關內容進行測量，其中單相兩線、三相兩線以及三相四線系統都需要對一次電流以及電壓信號等轉化為標準的電流信號，這樣在經過信號的轉換后通過相應的方式來獲取電壓信號傳輸到計量芯片上，而后由控制器通過線路來發送到相應的顯示屏上。在此過程中，由于二次電流以及電壓互感器輸入、輸出信號之間會存在著相移的情況，這樣就會產生角差，如果沒有進行及時的處理，那么還會對功率和電度造成一定程度的影響。從實際情況來看，市場上所用的產品中大多都是二次電流以及電壓互感器的副邊使得硬件電路增加來補償相移的，這樣的方式也是目前應用較多的一種。而實際應用過程中還存在著一定的復雜性，具體操作也需要進行合理的判斷。另外，還有使用放大器放大二次電流和電壓互感器處理的信號，然后再傳送到微控制器進行采樣，同時使用電位器進行調節，這會在溫度變化和振動時降低測量的精度。而計量芯片對濾波和限幅直接處理后會對電流和電壓信號采樣，然后通過補償相角，除掉硬件補償電路和信號放大電路，同時也不需要電位器進行滿量程和零點調節，從而顯著提高了測量精度。MAXQ3180能夠提供大部分的品質參數，且只需要進行做簡單處理就能夠進行顯示、存儲、顯示和傳輸。另外，它還能提供基波電能、諧波電能、分相電流和電壓的諧波均方根，這對電力質量的監控是很重要。

3、實驗分析數據

這里我們應用精密的二相測試電源對智能電能表的精度進行論證，測試輸入的電壓為205～265V，電流范圍為1～5A。表1電流值和相對誤差值

精度驗證的結果說明，智能電能表的測量精度較高，電流的誤差范圍在0.2%以內，電壓的誤差范圍也在0.2%以內，總體上精度均達到了設計的要求。所以說，智能電能表在測量的精度上滿足了設計的基本要求，并在電網的運行過程中實現了數據的互動，不僅能夠對采集的數據、故障記錄進行統計分析，還能滿足數據采集的實時性要求，在電能計量裝置中具有非常重要的作用。

4、測量三相電壓法

用萬用表或電壓表測量電能表電壓端鈕的三相電壓，在正常情況下，三相電壓是接近相等的，約為"100V，即"Uab="Ubc="Uca="100"V。如測得的各項電壓相差較大，說明電壓回路存在斷線或極性接反的情況。通常采用三相三線電能表的計量裝置都是采用高計高供的計量方式，高電壓就會容易遭受雷擊或接觸不良，從而導致過電壓或失壓。如果條件允許，還可以將校驗儀直接串入計量二次回路中，通過校驗儀顯示的數據及向量圖來對接線是否正確做出直接的判斷。

5、結束語

綜上所述，隨著國外對智能電能表的大力推廣，電能計量行業重新充滿了活力，為國內的用電采集設備、電能計量裝置市場帶來了巨大的機遇。在智能電能表的推廣和研究領域，國內廠商不斷掀起新的高潮，各種新技術、新材料和新工藝的使用也極大提高了國內電能計量裝置的水平，為我國的智能電網發展提供了有利的技術后盾。

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