電能計(jì)量技術(shù)第八章

1、電能計(jì)量技術(shù)第八章第1頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第一節(jié)智能式電能表1.智能電能表作用 為了實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量自動(dòng)化，出現(xiàn)智能式電能表，目的是為了電能表數(shù)據(jù)采集。2.分類（1）脈沖電能表：它是能輸出與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)成正比的脈沖串的電能表。按其輸出脈沖的實(shí)現(xiàn)方式可分為電壓型脈沖電能表和電流環(huán)型脈沖電能表兩類。（2）智能電能表：它是通過串行口，以編碼方式進(jìn)行遠(yuǎn)方通信的。因?yàn)樗鼈鬏數(shù)牟皇敲}沖信號(hào)，所以準(zhǔn)確、可靠。按智能電能表的輸出接口通信方式的不同，可分為低壓配電線載波接口型和RS485接口型兩種類型。第2頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第一節(jié)智能式電能表 1

2、.智能電能表的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理 （1）結(jié)構(gòu) 適應(yīng)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表功能的智能電能表主要包括:電功率表計(jì)量模塊、數(shù)據(jù)通信模塊和中心控制單元CPU，外圍模塊包括穩(wěn)壓電路模塊、存儲(chǔ)器模塊、數(shù)碼顯示模塊和故障保護(hù)模塊。系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示。圖8-1 載波智能電能表系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖第3頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第一節(jié)智能式電能表（2）原理 電網(wǎng)進(jìn)戶線通過穩(wěn)壓電源（7895,7810）產(chǎn)生+5V和+10V的兩種直流工作電源，以滿足系統(tǒng)中不同集成電路的需要。同時(shí)AD7751開始電功率計(jì)量，產(chǎn)生一個(gè)與實(shí)功率信息成正比的頻率，輸入到AT89C52進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，再通過專用modem芯片ST

3、7537 將功率信息以電力載波方式送回電網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表，并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示功率讀數(shù)。其功率信息存放于外部存儲(chǔ)器M93C46中以防掉電后數(shù)據(jù)丟失。系統(tǒng)故障保護(hù)部分由光耦MOC3063和電磁繼電器組成，當(dāng)AT89C52因故停止工作時(shí)，電磁繼電器自動(dòng)切斷電源，保證電能表不會(huì)出現(xiàn)漏計(jì)電量現(xiàn)象。第4頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五2.智能電能表的硬件設(shè)計(jì)第5頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第一節(jié)智能式電能表 智能電能表硬件設(shè)計(jì)電氣原理圖如圖8-2所示主要的結(jié)構(gòu)包括： （1）中心控制單元CPU; （2）外圍電路，如存儲(chǔ)單元和系統(tǒng)故障保護(hù)部 分等； （3）功率

4、計(jì)量（AD7751）； （4）數(shù)據(jù)通信（ST7537）。第6頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第一節(jié)智能式電能表3.智能電能表軟件設(shè)計(jì) 控制軟件的設(shè)計(jì)由主程序和中斷程序組成，軟件流程圖如圖8-3和圖8-4所示。圖8-3 主程序流程圖圖8-4 中斷服務(wù)程序流程圖第7頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第二節(jié) 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)一、電能計(jì)量抄表的幾種形式 1.手工抄表方式：抄表員攜帶紙和筆到現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)用戶電能表的讀數(shù) 計(jì)算電費(fèi)。 2.本地自動(dòng)抄表方式：采用攜帶方便、操作簡(jiǎn)單可靠的抄表設(shè)備到 現(xiàn)場(chǎng)完成自動(dòng)抄表功能。 3.移動(dòng)式自動(dòng)抄表方式：利用汽車裝載收發(fā)裝置和

5、900MHz無線電技 術(shù)以及電表上的模件，不必到達(dá)用戶現(xiàn)場(chǎng)，在附近一定的距離內(nèi) 能自動(dòng)抄回電能數(shù)據(jù)。 4.預(yù)付費(fèi)電能計(jì)量方式：通過磁卡或IC卡和預(yù)付費(fèi)電能表相結(jié)合,實(shí) 現(xiàn)用戶先交錢,購(gòu)回一定電量,當(dāng)用完這部分電量后自動(dòng)斷電的管 理方法。 5.遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表方式：采用低壓配電線、電話網(wǎng)、無線電、RS485或 現(xiàn)場(chǎng)總線等多種通信媒體,結(jié)合電能表上的軟件和局內(nèi)計(jì)算機(jī)系統(tǒng). 不必外出就可抄回用戶電能數(shù)據(jù)。第8頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第二節(jié) 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng) 二、遠(yuǎn)程自動(dòng)化抄表系統(tǒng)及結(jié)構(gòu) 1.遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)組成 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)主要包括中央信息處理機(jī)、抄表集中器、抄表中繼

6、器和采集器四部分功能。 2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖8-5 遠(yuǎn)程自動(dòng)化抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第9頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第二節(jié) 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)三、電量遠(yuǎn)程傳輸通信信道 自動(dòng)化抄表的關(guān)鍵技術(shù)是電量遠(yuǎn)程傳輸通信信道。按照通信方式的不同，遠(yuǎn)程自動(dòng)化抄表系統(tǒng)可以分成多種型。 遠(yuǎn)程抄表技術(shù) 按通信介質(zhì)分：有線的遠(yuǎn)程抄表和無線的遠(yuǎn)程抄表。 按通信手段分：載波式遠(yuǎn)程抄表和總線式遠(yuǎn)程抄表。 目前有線的遠(yuǎn)程抄表廣泛使用的是公用電話自動(dòng)化抄表和無線抄表通過各種通信形式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化抄表。 第10頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第二節(jié) 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng) 1.有線遠(yuǎn)程自動(dòng)化抄表 該系

7、統(tǒng)由兩部分組成，一部分是位于電力企業(yè)的數(shù)據(jù)讀取終端和電能數(shù)據(jù)管理微機(jī)。它們之間通過RS232接口相連；另一部分是位于用戶端以遠(yuǎn)程終端為主機(jī),以各電能表數(shù)據(jù)處理模塊為分機(jī)的主從總線型單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)。圖8-6 電話網(wǎng)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第11頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第二節(jié) 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)2.無線遠(yuǎn)程自動(dòng)化抄表 常用的無線遠(yuǎn)程自動(dòng)化抄表系統(tǒng)是通過無線電臺(tái)遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)的，其結(jié)構(gòu)如8-7圖所示。圖8-7 無線遠(yuǎn)程自動(dòng)化抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第12頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第二節(jié) 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)四、電能采集與傳輸方式 1.電能采集與傳輸方式：集中式脈沖系

8、統(tǒng)方式和分布式直接傳輸系統(tǒng)方式。 2.電能的采集與傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)方案：根據(jù)我國(guó)目前的用電特點(diǎn)，設(shè)計(jì)方案主要針對(duì)大電力用戶、中小電力用戶、分散低壓用戶、集中低壓用戶和變電站關(guān)口表。 這里只介紹大電力用戶和中小電力用戶的設(shè)計(jì)方案，其余參見課本。第13頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第二節(jié) 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)（1）大電力用戶： 對(duì)大電力用戶，供電企業(yè)普遍建立了負(fù)荷管理系統(tǒng)?；旧隙季哂羞h(yuǎn)程抄表功能。實(shí)現(xiàn)方式為多功能電能表記錄有關(guān)數(shù)據(jù)，通過RS485總線將信息傳遞到負(fù)荷管理中心,再通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)處理中心。 圖8-8 大電力用戶自動(dòng)化抄表系統(tǒng)第14頁(yè)，共30頁(yè)，2022年

9、，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第二節(jié) 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)（2）中小電力用戶： 對(duì)中小電力用戶，具有獨(dú)立變壓器而又不具備安裝負(fù)荷管理終端的用戶，可以裝設(shè)專用的帶有內(nèi)置MODEM的集中器。安裝全電子式電能表,在每只表加裝具有通信接口的數(shù)據(jù)采集記錄模塊,電能表與集中器之間可以通過接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,集中器通過內(nèi)置的MODEM再將數(shù)據(jù)通過市話網(wǎng)以有線的方式傳至數(shù)據(jù)處理中心。圖8-9 中小電力用戶自動(dòng)化抄表系統(tǒng)第15頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第二節(jié) 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)五、遠(yuǎn)程自動(dòng)化抄表系統(tǒng)的典型方案1.低壓配電線載波實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表 以低壓配電網(wǎng)為通信信道的電力載波集中抄表系統(tǒng)在結(jié)

10、構(gòu)上是以配電變壓器為單元，在一個(gè)配電變壓器范圍內(nèi)，連接每個(gè)用戶的配電線實(shí)際上也組成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)不但可以傳輸電能，同樣也可以傳輸信息，這就是低壓電力載波數(shù)據(jù)傳輸方式。用在轉(zhuǎn)換過程中的設(shè)備稱之為配電線調(diào)制解調(diào)器，它一般直接與集中抄表設(shè)備制成一體，采用移頻鍵控方式。第16頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第二節(jié) 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)2.低壓遠(yuǎn)程抄表的原理和功能 （1）結(jié)構(gòu)：低壓遠(yuǎn)程抄表的原理框圖如圖8-12所示，主要由三大部分組成，即用戶端、主站端和用電處計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。圖8-11 低壓遠(yuǎn)程抄表的原理框圖第17頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第二節(jié) 遠(yuǎn)程自

11、動(dòng)抄表系統(tǒng)（2）原理 工作原理是遠(yuǎn)程電能表通過接口適配器將電能表的數(shù)據(jù)傳向主站雙向終端機(jī)。 主站與用電處連接可采用Novell網(wǎng)絡(luò),裝載通信軟件，各自設(shè)置一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)工作站。 主站后置機(jī)將電能數(shù)據(jù)與用電處的前置機(jī)通過市話程控網(wǎng)絡(luò)定點(diǎn)發(fā)送，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器間的通信。前置計(jì)算機(jī)記錄數(shù)據(jù)并備份存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行決策分析。第18頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第二節(jié) 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)（1） 遠(yuǎn)程電能表的主要功能 1）記錄有功電量和無功電量，數(shù)值與機(jī)械記錄完全一致； 2）有接收遙測(cè)指令進(jìn)行“凍結(jié)” 功能，“凍結(jié)” 后存貯當(dāng)前電 能表指示數(shù)； 3）可在顯示器上顯示總、峰、平、谷電量

12、； 4）記錄本月的最大需量，月底自動(dòng)保留三個(gè)月的最大需 量； 5）能顯示年、月、日、星期、時(shí)，也能人工設(shè)置； 6）能在當(dāng)?shù)鼐帉懕碛?jì)的各種參數(shù)，能設(shè)置總峰、谷、平時(shí) 段，能設(shè)置電能表盤轉(zhuǎn)數(shù)，脈沖輸出個(gè)數(shù) ； 7）失電存貯數(shù)據(jù)累計(jì)時(shí)間5年。第19頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第二節(jié) 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)（2）主站端采集軟件功能 1）正點(diǎn)和隨機(jī)抄表； 2）所有電能表可同時(shí)在月末零點(diǎn)凍結(jié)數(shù)據(jù)，即做到月 末零點(diǎn)抄表； 3）抄收總電量、分時(shí)電量、最大需量、無功電量； 4）定點(diǎn)和隨機(jī)查詢； 5）遙測(cè)的電量數(shù)據(jù)以文件方式存放在負(fù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò) 服務(wù)器上。第20頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月

13、20日，7點(diǎn)14分，星期五第二節(jié) 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)（3）終端程序的主要功能 1）接受數(shù)據(jù)； 2）查詢：隨機(jī)查詢當(dāng)月遠(yuǎn)方抄表的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及用戶用 電資料； 3）分析：以用戶為單位，將本年度遠(yuǎn)方抄表的有功電 量（總、峰、平、谷）按月份以圖形方式直觀顯 示?？娠@示為直方圖、折線圖、餅圓圖等； 4）核算：利用系統(tǒng)抄回的數(shù)據(jù)，進(jìn)行自動(dòng)核算。第21頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第二節(jié) 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)（4）通信程序設(shè)計(jì) 通信程序框圖如圖8-13所示。按照通信規(guī)約，每個(gè)通信項(xiàng)目都有各自的命令字，各通信子程序盡管處理各異，但基本流程相似。圖8-13 通信軟件設(shè)計(jì)流程圖第22頁(yè)，共30頁(yè)

14、，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第三節(jié) 電能計(jì)量網(wǎng)關(guān)及計(jì)量系統(tǒng)一、確定電量關(guān)口的原則電量關(guān)口劃分原則是： （1）以產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)為界限，建立網(wǎng)級(jí)電力市場(chǎng)界面，以 達(dá)到統(tǒng)計(jì)電量，結(jié)算電費(fèi)的目的，為商業(yè)化運(yùn)營(yíng)奠 定基礎(chǔ)。 （2）以電量關(guān)口為基礎(chǔ)，規(guī)范管理線損，公平分配網(wǎng)級(jí) 電力市場(chǎng)公司的利益。 （3）以適合于商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的、規(guī)范化的經(jīng)濟(jì)方式核算。第23頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第三節(jié) 電能計(jì)量網(wǎng)關(guān)及計(jì)量系統(tǒng)網(wǎng)級(jí)電力市場(chǎng)電量關(guān)口示意如圖8-14所示：圖8-14 網(wǎng)級(jí)電力市場(chǎng)的電量關(guān)口第24頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第三節(jié) 電能計(jì)量網(wǎng)關(guān)

15、及計(jì)量系統(tǒng)二、電量關(guān)口對(duì)電能計(jì)量裝置的要求電能計(jì)量設(shè)備應(yīng)滿足下列要求： （1）對(duì)電能表的要求 1）有功功率表準(zhǔn)確度不低于0.5級(jí)（含0.5級(jí)）無功 功率表準(zhǔn)確度不低于2.0級(jí)（含2.0級(jí)）。 2）復(fù)費(fèi)率、復(fù)時(shí)段、多功能。 3）為隨時(shí)反映系統(tǒng)的邊際供電成本，應(yīng)具有實(shí)時(shí)計(jì) 價(jià)功能。 4）寬量程。 5）有送受雙面潮流的關(guān)口，應(yīng)具備雙向計(jì)量功能。 6）具備數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。?5頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第三節(jié) 電能計(jì)量網(wǎng)關(guān)及計(jì)量系統(tǒng)（2）電壓互感器和電流互感器的二次繞組必須專用，不得 與保護(hù)、測(cè)量和遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備共用。（3）電壓互感器二次回路的電壓降應(yīng)不大于額定二次電壓 的0.

16、25%。（4）電量關(guān)口的電能計(jì)量系統(tǒng)應(yīng)由全網(wǎng)統(tǒng)一配置電能計(jì)量 柜；在以雙母線方式運(yùn)行的發(fā)電廠和變電站，為確保 二次回路切換，應(yīng)配置統(tǒng)一的繼電器屏。其中需含有 電壓互感器二次回路失壓報(bào)警功能。第26頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第三節(jié) 電能計(jì)量網(wǎng)關(guān)及計(jì)量系統(tǒng)三、關(guān)口遠(yuǎn)程電能計(jì)量及計(jì)費(fèi)系統(tǒng) 1.遠(yuǎn)程電能計(jì)量及計(jì)費(fèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第27頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五第三節(jié) 電能計(jì)量網(wǎng)關(guān)及計(jì)量系統(tǒng)2.遠(yuǎn)程電能計(jì)量及計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的特點(diǎn) （1）該系統(tǒng)必須是一種開放式的、網(wǎng)絡(luò)分布型結(jié)構(gòu)，系統(tǒng) 的中心站可高效率地、并行地采集處理數(shù)據(jù)； （2）系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性和兼容

17、性； （3）系統(tǒng)中心站設(shè)在網(wǎng)級(jí)電力市場(chǎng)的交易中心，以適應(yīng)電 力市場(chǎng)運(yùn)作。 （4）遠(yuǎn)程電量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)具備的基本功能：采集電能量數(shù) 據(jù)、遠(yuǎn)程傳送數(shù)據(jù)、參數(shù)定義、數(shù)據(jù)合理性校驗(yàn)、數(shù) 據(jù)編輯與運(yùn)算、電量統(tǒng)計(jì)功能。第28頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)14分，星期五本章小結(jié)本章闡述了三個(gè)問題：智能式電能表、遠(yuǎn)程自動(dòng)化抄表技術(shù)和電能計(jì)量網(wǎng)關(guān)及計(jì)量系統(tǒng)。智能式電能表：智能式電能表是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化抄表的基礎(chǔ)，在建立智能表基本概念的基礎(chǔ)上，了解分類，重點(diǎn)掌握智能表的結(jié)構(gòu)和原理。遠(yuǎn)程自動(dòng)化抄表：其主要通過智能電能表將用戶電能傳輸?shù)接?jì)量計(jì)費(fèi)中心，采用有線的遠(yuǎn)程抄表和無線的遠(yuǎn)程抄表或載波式遠(yuǎn)程抄表和總線式遠(yuǎn)程抄表通信方式是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖侄?。網(wǎng)關(guān)：建立網(wǎng)關(guān)的基本概念，它對(duì)電能計(jì)量技術(shù)起著重要的影響。本章闡述了三個(gè)問題：智能式電能表、遠(yuǎn)程自動(dòng)化抄表技術(shù)和電能計(jì)量網(wǎng)關(guān)及計(jì)量系統(tǒng)。智能式電能表：智能式電能表是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化抄表的基礎(chǔ)，在建立智能表基本概念的基礎(chǔ)上，了解分類，重點(diǎn)掌握智能表的結(jié)構(gòu)和原理。遠(yuǎn)程自動(dòng)化抄表：其主要通過智能電能表將用戶電能傳輸?shù)接?jì)量計(jì)費(fèi)中心，采用有線的遠(yuǎn)程抄表和無線的遠(yuǎn)程抄表或載波式遠(yuǎn)程抄表和總線式遠(yuǎn)程抄表通信方式