第八章+智能电表及其应用41

第八章智能式电能表第一节智能式电能表第二节单相智能式电能表第三节三相智能式电能表第四节智能电能表的应用传统机械表智能电表背景资料•统一坚强智能电网建设的战略目标•国网公司“集团化运作、集约化发展、精益化管理、标准化建设”的管理要求•智能电网“信息化、数字化、自动化、互动化”的建设要求•“计量、抄收和收费标准化建设研究”项目•电能表互联、互通，满足电能信息采集需要智能表的特点•统一规格尺寸，方便自动检表•减少电流的规格等级，去掉了3A、15A，30A这样的规格•单相表全为费控表，费控分负荷开关内置与外置•脉冲常数参考Imax，而不是参考Ib•所有表都有电压、电流、功率、功率因数等监测参数•通讯模块采用可插拔方式，不影响计量，方便升级更换，为技术改进提供了方便之路•统一的通讯协议、通讯接口，各厂家的掌机程序或通讯软件可通用•增加了阶梯电价功能预付费电能表工作流程用户申请开户电力公司交卡给用户正常用电装表，开户卡插表启用电表填写资料并缴费余额不足告警显示余额不足断电告警插购电卡恢复用电余额不足断电购电卡插表，充值持卡购电补卡购电智能电表的表型•单相费控智能电表–2级单相本地费控电能表DDZY411C、DDZY411S–2级单相本地费控电能表(载波)DDZY411C-Z、DDZY411S-Z–2级单相远程费控电能表DDZY411–2级单相远程费控电能表(载波)DDZY411-Z单相费控表一般采用内置继电器作为负荷控制开关DDZY****C-Z电能表接线方式智能电表费控4位注册号费控介质通讯方式单相远程费控智能电能表(载波)无此IC卡口，其它与此一致智能电表的表型•三相智能电表(无费控功能)–0.2S级三相智能电能表–0.5S级三相智能电能表–1级三相智能电能表三相三线型号：DSZ149三相四线型号：DTZ149智能电表的表型•三相费控智能表–0.5S级三相费控智能电能表(无线)–1级三相费控智能电能表(无线)•DSZY411-G、DTZY411-G•DSZY411C-G、DTZY411C-G•DSZY411S-G、DTZY411S-G–1级三相费控智能电能表(载波)•DSZY411-Z、DTZY411-Z•DSZY411C-Z、DTZY411C-Z•DSZY411S-Z、DTZY411S-Z60A以下可采用内置负荷开关，60A以上必须采用外置负荷开关无线模块载波模块电压电流的接入•单相表：–电压：220V–电流：1.5A、5A、10A、20A•0.2S、0.5S级三相表：–电压：3*100V、3*57.7/100V–电流：0.3A、1.5A，1A(0.2S)•1级三相表–电压：3*220/380V、3*57.7/100V、3*100V–电流：1.5A、5A、10A、20A标准•Q/GDW205－2008《电能计量器具条码》•Q／GDW354-2009《智能电能表功能规范》•Q／GDW355-2009《单相智能电能表型式规范》•Q／GDW356-2009《三相智能电能表型式规范》•Q／GDW357-2009《0.2S级三相智能电能表技术规范》•Q／GDW358-2009《0.5S级三相智能电能表技术规范》•Q／GDW359-2009《0.5S级三相费控智能电能表(无线)技术规范》•Q／GDW360-2009《1级三相费控智能电能表(无线)技术规范》•Q／GDW361-2009《1级三相费控智能电能表(载波)技术规范》•Q／GDW362-2009《1级三相费控智能电能表技术规范》•Q／GDW363-2009《1级三相智能电能表技术规范》•Q／GDW364-2009《单相智能电能表技术规范》•Q／GDW365-2009《智能电能表信息交换安全认证技术规范》什么叫智能电表？•智能电表就是通过RS485数据传输、终端计算机软件管理能进行远程控制的计量电量的计量设备。能无费自动断电、定时断送电、学生公寓恶性负载识别等功能。•智能电表外观虽与普通电表相差无几，却具有强大的数据记录和储存功能，能实现客户信息全时段全方位采集。与以往电能表相比，智能电表新增了计量信息管理、用电信息管理、电费记账、用电量监控等新功能。其中，强大的负荷曲线功能，对普通的居民用户来说，能提供两个月以上、间隔不超过15分钟的负荷记录，以指导用户自行规划和控制电费支出，最大程度节省电费。第一节智能式电能表的功能一、智能式电能表1.智能电能表作用为了实现电能计量自动化，出现智能式电能表，目的是为了电能表数据采集。2.分类（1）脉冲电能表：它是能输出与转盘转数成正比的脉冲串的电能表。按其输出脉冲的实现方式可分为电压型脉冲电能表和电流环型脉冲电能表两类。（2）智能电能表：它是通过串行口，以编码方式进行远方通信的。因为它传输的不是脉冲信号，所以准确、可靠。按智能电能表的输出接口通信方式的不同，可分为低压配电线载波接口型和RS485接口型两种类型。第一节智能式电能表的功能二、智能式电能表的功能（1）计量功能：具有正向、反向有功电能量和四象限无功电能量计量功能，同时包括累计计量和实时计量两类功能。（2）费率和时段功能：利用经济杠杆，使用电的峰值和谷值的电价有所差别，至少可设置尖、峰、平、谷四个费率，改善用电质量和经济效益。（3）最大需量计量：（4）测量功能：可测量各分相的有功功率、无功功率、功率因数、分相电压、分相（含零线）电流、频率等运行参数。第一节智能式电能表的功能•此外，智能电能表还具有事件记录功能、停电抄表功能、安全保护功能、时钟功能、冻结功能、清零功能、报警功能辅助电源功能等多种功能。（5）数据显示功能：智能式电能表对于电量数据的显示有两种方式：循环显示和固定显示。显示内容可通过编程进行设置，且具有停电后唤醒显示的功能。（6）通信功能：通信信道物理层必须独立，任意一条通信信道的损坏都不得影响其他信道正常工作；当有重要事件发生时，宜支持主动上报。DDS208-A型单相简单电子式电能表－计度器型功能概述：DDS208-A型单相电子式电能表能精确地计量单相有功总电能，反向电能计入总电能。电能表采用防磁止逆计度器显示当前电能。可用于计量频率为50Hz单相交流有功电能。电能表采用专用大规模集成电路作为核心器件，具有外围元件少、结构简单、可靠性高并具有真正防窃电、高倍过载、高精度、高稳定性、低功耗、长寿命等优点。该产品性能指标符合国标GB/T17215-2002《1级和2级静止式交流有功电能表》要求产品特点：1、计量单相有功总电能；2、反向电能计入总电能；3、计度器显示总有功电能示数；4、计度器具备防强磁，止逆功能，有效防止窃电行为。5、可选配RS485通讯接口。6、可选通断电功能DDS208-A型单相电子式电能表－液晶型产品概述：DDS208-A型单相电子式电能表能精确地计量单相有功总电能，反向电能计入总电能。电能表采用LCD显示当前电能。可用于计量频率为50Hz单相交流有功电能。电能表采用专用大规模集成电路作为核心器件，具有外围元件少、结构简单、可靠性高并具有真正防窃电、高倍过载、高精度、高稳定性、低功耗、长寿命等优点。功能描述：1、计量单相有功总累计电能；2、反向电能计入总累计电能；3、高质量液晶显示，可选择背光功能4、软时钟功能和结算功能可选择，可实现最近12个月结算电量记录和最近10天零点的冻结数据。5、具备RS485通讯接口和远红外通讯接口6、可选通断电功能工作原理框图计量芯片IUMCU液晶显示红外通讯存储器电源RS485通讯内部芯片介绍•MCU：瑞萨公司的超低功耗高性能16位单片机R5R0C002（ROM:16K,RAM:1K,2个8位定时器，1个16位定时器，2个串口）•计量芯片：ADI公司的高可靠性专用计量芯片ADE7755•液晶：农网新液晶•液晶驱动：ROHM（9792）•RS485：MAXIM公司的（MAX3085EESA）•存储器：EEPROM存储器AT24C04DDZY208型单相费控智能电能表功能说明：DDZY208型单相费控智能电能表能够精确地计量正向有功电能、反向有功电能，且可以实现分时计费的功能。电能表采用液晶显示，具有红外和RS485通讯接口，并可根据用户的用电情况，进行通断电控制。同时它采用高安全性的接触式CPU卡，并内置ESAM安全模块，可以实现本地费控功能。本仪表为采用先进的超低功耗大规模集成电路技术及SMT工艺制造的高新技术产品，关键元器件选用国际知名品牌的长寿命器件，提高了产品的可靠性和使用寿命。产品特点：§具有正向、反向有功电能量计量功能，并可以据此设置组合有功电能量。§具有分时计量功能。§支持日冻结、月冻结、整点冻结、定时冻结、瞬时冻结、约定冻结多种冻结方式。§能够精确测量电压、电流、有功功率、功率因数、频率。§费率和时段：支持尖、峰、平、谷四费率；全年最多可设6个时区；24小时内最多可设12个时段；支持公休日的设置；节假日最多可设14个；具有两套可以任意编程的费率和时段，并可在设定的时间点启用另一套费率和时段。§阶梯：最多可划分四级阶梯；具有两套阶梯值和阶梯电价，并可在设置时间点启用另一套阶梯值和阶梯电价；支持分时和阶梯相互结合。§具备2路独立的红外和RS485通讯接口，通讯规约符合DL/T645-2007及其备案文件。§支持本地费控功能：当用户欠费时电能表自动跳闸，给用户断电；当用户通过CPU卡充值后，电能表允许用户合闸，由用户人工恢复供电。§支持远程控制功能：由远程发送跳合闸命令，对用户进行通断电控制，远程控制优先级高于本地。§事件记录：分别记录最近10次编程、校时、开表盖、跳闸、合闸、事件清零、电表清零、充值的相关数据结构功能框图校表台光电采集器手持红外终端•红外手持抄表器。通过红外进行电表出厂前的预设，抄表，设置电表参数。第二节单相智能式电能表（1）结构适应远程自动抄表功能的智能电能表主要包括:电功率表计量模块、数据通信模块和中心控制单元CPU，外围模块包括稳压电路模块、存储器模块、数码显示模块和故障保护模块。系统总结构简图如图所示1.单相智能式电能表的系统结构及原理第二节单相智能式电能表（2）原理电网进户线通过稳压电源（7895,7810）产生+5V和+10V的两种直流工作电源，以满足系统中不同集成电路的需要。同时AD7751开始电功率计量，产生一个与实功率信息成正比的频率，输入到AT89C52进行脉冲计数，再通过专用modem芯片ST7537将功率信息以电力载波方式送回电网来实现远程抄表，并驱动数码管显示功率读数。其功率信息存放于外部存储器M93C46中以防掉电后数据丢失。系统故障保护部分由光耦MOC3063和电磁继电器组成，当AT89C52因故停止工作时，电磁继电器自动切断电源，保证电能表不会出现漏计电量现象。外存功率计量数据通信第二节单相智能式电能表智能电能表硬件设计电气原理图如图8-3所示主要的结构包括：（1）中心控制单元CPU;（2）外围电路，如存储单元和系统故障保护部分等；（3）功率计量（AD7751）；（4）数据通信（ST7537）。第二节单相智能式电能表3.单相智能电能表软件设计控制软件的设计由主程序和中断程序组成，软件流程图如图8-4和图8-5所示第三节三相智能式电能表1.三相智能式电能表的系统结构及原理第三节三相智能式电能表三相智能式电能表以AT89S51单片机为核心控制芯片，通过电能计量芯片CS5460A对电网A、B、C三相的电压、电流和功率有效值进行测量。电网电压经过电压互感器转换，输入到CS5460A的电压通道输入脚，电网电流经过电流互感器转换，输入到芯片的电流通道输入脚。CS5460A将转换后得到的信号进行数字处理并计算得到电网电压、电流、功率等数据，再通过一个SPI口与单片机进行通信，将得到的数据传输到单片机进行处理，如计算视在功率、有功功率、功率因数等。第三节三相智能式电能表2.单相智能电能表的硬件设计主要的结构包括：（1）中心控制单元CPU;（2）功率计量（CS5460A）；（3）系统保护电路，如电压、电流信号通道的浪涌保护。第三节三相智能式电能表3.三相智能电能表软件设计本系统的