配电自动化_7_远方抄表与电能计费（PPT61页)

2018年3月配电自动化输配电系统研究所曾博•第7讲远方抄表与电能计费系统•7.1电能表的发展和现状•7.2电子式电能表•7.3多功能电子式电能表•7.4抄表技术综述•7.5采用IC卡电能表的预付费系统•7.6自动抄表技术2•7.1电能表的发展和现状•电能表的作用电能表是测量电能累积值的仪表•电能表的分类按照所测电流种类：直流式和交流式；按照用途：单相电能表、三相电能表和特种用途电能表按照准确度：普通电能表和标准电能表3•7.1电能表的发展和现状•电能表的发展机械式电能表机械电子式（过渡性产品）电子式电能表外观的区别机械式电能表有转盘，电子式电能表没有4•机械式电能表（感应式电能表）采用电磁感应原理把电压、电流、相位转变为磁力矩，推动铝制圆盘转动，圆盘轴带动齿轮驱动计度器转动。用转盘所转的圈数表示每千瓦时电能。5•由测量机构及辅助部件两部分构成•测量机构：驱动元件、转动元件、制动元件、轴承等•辅助部分：基架、底座、表盖、铭牌等•特点：价格低，经久耐用，技术成熟，但测量精度不高，功能单一，难以适应现代电能管理的要求。6•机械电子式多功能电能表•由电子元件和机械元件组成。在机械式电表基础上发展起来的，沿用了机械式电表的测量机构，但数据处理机构则用电子电路和微机控制系统实现。•从结构上可分为整体式和分体式两种类型。7•电子式电能表：通过专门的计量芯片，对所采集的电压和电流经过一系列的处理，来计量电能。又称为静止式电能表或固态电能表。•功能：有、无功电能记录、事件记录、负荷曲线记录、功率因数测量等。8•7.1电能表的发展和现状•电子式电能表和机械式电能表的比较9•7.1电能表的发展和现状10•7.1电能表的发展和现状11•7.1电能表的发展和现状12•7.1电能表的发展和现状•7.1电能表的发展和现状•7.1电能表的发展和现状7.1电能表的发展和现状•7.1电能表的发展和现状17•7.1电能表的发展和现状•电子式电能表和机械式电能表的比较如下表所示：18•7.2电子式电能表（1）工作原理：电能是电功率对时间的积分，因此电子式电能表是通过采用乘法器和加法器来完成对电功率和电能的测量。乘法器使电压、电流信号相乘产生功率信号；加法器使功率信号进行累加以获得电能数值。根据转换原理，电子式电能表可分为热电转换型、模拟乘法器型和数字乘法器型三类。20热电转换型电子式电能表通过热电转换电路，使热电偶的输出与平均功率成正比，从而达到计量目的。该种表计能在功率因数和波形畸变严重的情况下获得较准确的测量结果。•7.2电子式电能表（2）•模拟乘法器型电子式电能表模拟乘法器：主要有，时分割乘法器、跨导型乘法器和霍尔效应乘法器三种。21•时分割乘法器又称PWM乘法器。电流和电压路输入信号中的一路对脉宽进行调制，另一路对幅值进行调制。时分割乘法器的输出正比于两路输入信号的乘积，反映了输入平均功率。•时分割乘法器的技术成熟且工艺性好，原理先进，具有很好的线性度和测量准确度，但与数字乘法器相比，较难实现功能拓展。22采用时分割乘法器构成的典型电子式电能表的组成如下图所示：23•7.2电子式电能表（3）•数字乘法器型电子式电能表数字乘法器型电子式电能表：以微处理器为核心，采用A/D转换对来自电流、电压互感器的电流和电压进行交流采样和数字化处理。其自身的特点决定其特别适合于实现远方抄表。2425•7.2电子式电能表（4）•几种电子式电能表的比较•7.3多功能电子式电能表（1）•多功能电子式电能表的功能26•用电计量功能•累计计量：累计双向供电的有、无功功率和视在功率的消耗量，还可以累计掉电时间、掉电次数等。•实时计量：实测各相电流、相电压及线电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、供电频率等。27•监视功能：主要由最大需量监视和防窃电监视，还有缺相指示、断电、恢复供电时间记录和电压异常报警等。•控制功能：主要指复费率分时计费的时段控制，以及负荷控制功能。•管理功能：包括按时段/费率进行计费、抄表等，费率可以根据需要进行人工设定。•存贮功能：将一段时间采集到的各项参数及事件打上时标并存贮在存储器内，保证掉电不丢失。•自恢复和自检测：监视并确保程序异常死机后及时复位，并通过程序对硬件自检测2829•7.3多功能电子式电能表（2）•多功能电能表的电源电源是电子式电能表工作的基础，所以要求电能表有稳定的电压和备用电源。•A.电源电路电能表中供电电路应该满足如下要求：1)将50Hz的交流电源变换成为表内电子电路所需的直流低电压，一般为5V。2)将电能表的电子电路与交流电网在电气上隔离开来，以避免电网噪声影响电能表的正常工作。3)当电网停电时，提供后备电池供电，确保数据不致丢失。4)对于三相电能表，在缺相运行时，表内的电子电路仍应能够保证可靠的供电。30•7.3多功能电子式电能表（2）•B.交流电源多功能电能表中交流供电线路通常有四种情况，分别是:1)变压器降压直接整流供电方式；2)电阻或电容降压方式；3)开关电源方式；4)变压器降压加线性稳压电源。•C.电池常用的电池是镍镉电池和锂电池。31•7.3多功能电子式电能表（2）•D.掉电检测与电源切换当电能表失去供电电源后，电路的电源电压并不是立即降为零的；当供电电源恢复时，掉电检测与电源切换模块的任务是使表内电路再恢复到正常运行状态。327.3多功能电子式电能表（3）•多功能电能表的选用选用多功能电能表时，一定要选用已取得《进网许可证》的产品。初次选表一定要经过试用，批量宜从小到大，最后选定不多于3~4家企业供表。这是为了保证编程、抄表等技术和管理上尽可能统一。33•7.4抄表技术综述（1）•抄表计费的几种方式抄表电能计费一般有以下几种方式：手工抄表方式本地自动抄表方式移动式自动抄表方式预付费电能计费方式远程自动抄表方式•手工抄表方式抄表员带纸和笔到现场记录用户电能表的读数•本地自动抄表方式采用便携、使用方便的抄表设备到现场完成抄表•移动式自动抄表方式利用汽车装载收发装置和无线通信，不必到用户现场，而在附近一定的距离内自动抄到电能数据34•预付费电能计费方式通过磁卡或IC卡与预付费电能表结合，实现用电先交钱购买电量，用完之后自动断电的方式。•远程抄表方式采用低压配电线、电话网、无线电、RS485或现场总线等多种通信方式，结合表上的软件和供电局内的计算机系统，不必外出就可以抄到用户的电能数据。3536•7.4抄表技术综述（2）•预付费电能计量方式预付费电能表按其执行机构的不同，可以分为投币式、磁卡式和IC卡式三种。•A.投币式预付费电能表这是一种在国外使用最早的预付费电能表，由于这种装置容易被窃，并且在管理与维护上也存在一系列问题，目前已被淘汰。•B.磁卡式预付费电能表磁卡是由磁卡读写器将数据记录在卡片状的磁性材料上而构成的。•7.4抄表技术综述（2）•C.IC卡式预付费电能表IC卡是一种具有微处理器和大容量存贮器的集成电路芯片嵌装于塑料芯片而成的卡，IC卡是一种高安全性的系统。3738•7.5采用IC卡电能表的预付费系统（1）•IC卡电能表的组成下图为IC卡预付费复费率电能表的原理框图：•电能测量部分采集电流电压，输出与被测功率成正比的脉冲。微处理器完成脉冲计数。如果预付电费用完，发出跳闸信号，使漏电保安器跳闸断电。3940•7.5采用IC卡电能表的预付费系统（1）IC卡由5个功能模块组成，如下图所示：•7.5采用IC卡电能表的预付费系统（1）IC卡复费率电能表一般应具有如下功能：1)IC卡预付电费；2)分时（峰时段、谷时段、平时段)计量有功电度和无功电度并计费；3)分时计量有功最大需量和无功最大需量；4)功率因数测量；5)提醒与跳闸；6)防窃电。4142•7.5采用IC卡电能表的预付费系统（2）•预付费电能计费管理系统采用IC卡预付费电能表后，必须有与之相配套的管理系统。这里主要介绍售电终端及售电管理计算机网络2方面内容。•售电终端•一整套电能计费管理系统的关键部分是售电终端。在每一个供电地区设置一套售电终端，一般由计算机和工作读写器组成，可以通过通信网络和售电管理系统计算机连接。其基本功能如下：43•售电管理计算机网络售电管理系统计算机网络由售电终端、售电管理计算机及通信网络组成，其典型结构如下图所示：44•7.6自动抄表技术（1）•本地自动抄表技术本地自动抄表主要采用携带方便、操作简单可靠的抄表微机来自动完成抄表编程工作。电能表与抄表微机一般选用红外线作为通信媒介，能够完成非接触式数据传输，实现起来方便可靠。本地抄表的主要形式：采用手持式数据终端，即“掌上电脑”（HandHeldTerminal或Unit，简称HHT或HHU）。45本地抄表的主要功能：实现现场记录仪表数据、对智能仪表的特定参数或原始数据进行现场设置、并能够和中心站计算机系统进行通信，以送回所采集的数据。46•7.6自动抄表技术（2）•远程自动抄表技术远程自动抄表技术是一种不需人员到达现场就能完成自动抄表的新型抄表方式。远程自动抄表技术原理利用公共电话网络、负荷控制信道或低压配电线载波等通讯联系，将电能表的数据自动传输到计算机电能计费管理中心进行处理。47•7.6自动抄表技术（2）远程自动抄表技术意义不但大大降低了劳动强度,而且还大大地提高了抄表的准确性和及时性，杜绝了抄表不到位、估抄、误抄、漏抄电表等问题。远程自动抄表技术适用对象1）对远程停送电实时性要求高，电表集中的居民小区；2）不需要远程停送电功能、月用电量少、电表特别分散、工程施工难度很大的乡镇、农村地区48•7.6自动抄表技术（2）远程自动抄表电能计费系统的发展计费系统：由集中式处理方式逐渐转为分布式、网络式、开放型处理方式。电表数据采集：由集中式脉冲处理方式(CentralizedPulseProcessing,简称CPP)发展成为分布式直接传送方式(DistributedDirectTransmission,简称DDT)。集中式脉冲处理系统方式和分布式直接传送系统的性能比较如下表所示：4950•7.6自动抄表技术（2）远程自动抄表电能计费系统的组成远程自动抄表系统主要包括，具有自动抄表功能的电能表、抄表集中器、抄表交换机和中央信息处理机四个部分。抄表集中器：将远程抄表系统中的电能表的数据进行一次集中后，再通过电力载波或其他方式将数据继续向上传送。抄表交换机：它可以收集各抄表集中器的数据，再通过公用电话网或其他方式将数据上传至电能计费中心的计算机网络。51•7.6自动抄表技术（2）电能表52•7.6自动抄表技术（2）中央信息处理机电能计费中心的计算机网络是整个远程自动抄表系统的管理层设备，通常由单台计算机或计算机局域网再配合相应的抄表软件构成。53自动抄表系统的远程传输通道1)利用电话网络实现远方抄表。2)利用低压配电线载波实现远方抄表。3)利用负荷监控信道实现远方抄表。54远方自动抄表的典型方案（三个实例）下图为采用四级网络的远程自动抄表系统：55下图为采用三级网络的远程自动抄表系统：56下图所示为一个采用无线电台远传数据的远方自动抄表系统的组成：5758•7.6自动抄表技术（3）•利用远程自动抄表实现防窃电•7.6自动抄表技术（3）下图为实现防窃电功能的远程抄表系统的构成：59•7.4抄表技术综述（3）•预付费计费方式和远程自动抄表计费方式的比较预付费计费被认为是一种过渡方式，原因如下：此方式不能使供电管理部门及时了解用户的实际用电情况和对电能的需求，因此难于掌握用电规律、确定最佳供电方案;采用预付费方式，需要改革供电部门的售电机构，还要广设售电网点，这会带来大量的新问题;拖欠电费的现象主要是法律不健全、法律观念差造成的，应通过法律途径来解决，而不是拉闸限电。60自动抄表电能计费方式显然是一种自动化程度更高、更先进的计费方式。远程自动抄表系统需要建立通信网络，增加了系统的复杂性，而且建设费也较大，而预付费电能计费方式则无须建设通道。61