智能卡遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表原理與設(shè)計(jì)

摘要

依據(jù)遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表的功能需求與參數(shù)要求，對(duì)遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究?；?a href="http://www.wenjunhu.com/v/" target="_blank">智能卡的遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表實(shí)現(xiàn)了電能數(shù)據(jù)的主動(dòng)上傳，有助于主站系統(tǒng)依靠遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表對(duì)電能數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

關(guān)鍵詞:智能卡;智能電能表;遠(yuǎn)程費(fèi)控;用電信息采集;費(fèi)控策略;窄帶物聯(lián)網(wǎng)

0引言

電力行業(yè)作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可或缺的行業(yè)，其地位是十分重要的。電力企業(yè)的供電質(zhì)量、服務(wù)水平以及服務(wù)方式的升級(jí)已成為電力行業(yè)發(fā)展的主要方向。隨著信息化的普及，電力全覆蓋、費(fèi)用全控制已逐漸成為我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo)。電力企業(yè)的計(jì)費(fèi)、收費(fèi)系統(tǒng)開(kāi)始向智能化轉(zhuǎn)變。中國(guó)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域也在積極地開(kāi)展與部署相關(guān)項(xiàng)目。中國(guó)電網(wǎng)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)，各級(jí)電網(wǎng)進(jìn)行協(xié)同，開(kāi)展了“三集五大”的工作部署。我國(guó)電網(wǎng)行業(yè)正在加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)電能表遠(yuǎn)程費(fèi)控的全覆蓋。

1遠(yuǎn)程費(fèi)控表的硬件原理與設(shè)計(jì)

對(duì)遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表的硬件系統(tǒng)展開(kāi)設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)其功能進(jìn)行劃分。電能表的硬件架構(gòu)包含信號(hào)處理模塊、電能計(jì)量模塊、NB－IoT通信模塊和外圍電路模塊，遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表基本硬件架構(gòu)如圖2所示。這些模塊由硬件電路組成，由對(duì)應(yīng)的軟件程序進(jìn)行功能的實(shí)現(xiàn)。電源模塊為各個(gè)子模塊供電，而輔助電源則用于防止因主電源的損壞影響電能表的正常監(jiān)控功能。

設(shè)計(jì)關(guān)鍵電路模塊時(shí)，應(yīng)基于遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表的基本架構(gòu)。其中遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表信號(hào)處理模塊主要是依賴數(shù)據(jù)采集ADC模塊來(lái)進(jìn)行采樣。采樣功能以電流采樣電路為例進(jìn)行說(shuō)明，該電路是將各相電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其基本原理是依靠電流互感器，將電路的一側(cè)接地，另一側(cè)與系統(tǒng)相連接來(lái)完成采樣。其具體原理圖如圖3所示。由于對(duì)計(jì)量芯片的要求是保證2．5mA的電流幅值，因此通過(guò)該采樣電路可將5A電流轉(zhuǎn)換成2．5mA的電流，完成電流－電壓的轉(zhuǎn)換目的。

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2遠(yuǎn)程費(fèi)控表的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

電能表的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)完全是依據(jù)硬件電路系統(tǒng)而形成的，先設(shè)計(jì)核心主程序，再依照核心主程序一次性地設(shè)計(jì)各模塊的子程序，其軟件架構(gòu)如圖3所示。

遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表的計(jì)量子程序，主要用來(lái)完成對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù)的讀取以及用戶端使用電量的分階段計(jì)量。在電能計(jì)量方面，子程序要分別針對(duì)有功電能、無(wú)功電能進(jìn)行計(jì)量，具有正向有功、反向有功電能計(jì)量功能，可設(shè)置、組合有功電能;而無(wú)功電能可設(shè)置成任意4個(gè)象限量之和，并可設(shè)置、組合無(wú)功電能。信號(hào)處理程序首先要求電能表使用者進(jìn)行安全認(rèn)證;其次依照初始化命令對(duì)電能表進(jìn)行初始化工作，對(duì)電能表進(jìn)行模式選擇;然后啟動(dòng)無(wú)線通信功能，遠(yuǎn)程接收命令，并在讀取芯片數(shù)據(jù)后，通過(guò)LCD將結(jié)果顯示出來(lái)。遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表的計(jì)量子程序流程如圖7所示。在計(jì)量費(fèi)控方面，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程費(fèi)控和本地費(fèi)控的功能。當(dāng)電能表的金額小于設(shè)定的報(bào)警金額，電能表的LCD屏?xí)@示或者報(bào)警燈亮起，提醒用戶續(xù)繳電費(fèi)。

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4安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

用戶端消耗著整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對(duì)用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務(wù)體系，推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設(shè)備用電管理解決方案，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動(dòng)。用戶端急需解決的研究?jī)?nèi)容主要包括：先進(jìn)的表計(jì)，智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側(cè)管理等課題。

安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過(guò)對(duì)用戶端用電情況進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項(xiàng)用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約電能，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

1.系統(tǒng)架構(gòu)

2.系統(tǒng)功能

1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)人機(jī)界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

2）電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表

系統(tǒng)以豐富的報(bào)表支撐計(jì)量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時(shí)可分析追溯，維護(hù)計(jì)量體系的正確性。

3）詳細(xì)電參量查詢

在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中?，鼠?biāo)單擊可查看該回路詳細(xì)電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢(shì)曲線及24小時(shí)電壓趨勢(shì)曲線。

4）APP支持

電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)”、“設(shè)備檔案”、“待辦事項(xiàng)”、“巡檢記錄”和“缺陷記錄”五大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報(bào)警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表實(shí)現(xiàn)了電能數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、計(jì)量和上傳功能，為實(shí)現(xiàn)基于智能卡的電能表設(shè)計(jì)提供了一種新的解決方案。后續(xù)還需要進(jìn)一步提高電能表數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性，以滿足遠(yuǎn)程費(fèi)控業(yè)務(wù)智能化的發(fā)展要求;在符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的條件下，滿足運(yùn)行需求。

編輯：黃飛