多用戶電能采集終端的研制

李　洋黑龍江省電力科學(xué)研究院

多用戶電能采集終端的研制

李洋
黑龍江省電力科學(xué)研究院

通過使用遠(yuǎn)方自動(dòng)抄表系統(tǒng)，在一定程度上可以進(jìn)一步減輕用戶的負(fù)擔(dān)，不僅如此，同時(shí)也會(huì)減輕供電部門的負(fù)擔(dān)，除此之外，可以進(jìn)一步提高工作的效率。遠(yuǎn)方自動(dòng)抄表系統(tǒng)是電量管理自動(dòng)化的基礎(chǔ)，不僅如此，它也是實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分?，F(xiàn)在來看，基本上采取的是一種將抄表器和電度表分離的結(jié)構(gòu)，對(duì)于多用戶來說，主要把兩者集為一體。文章進(jìn)一步介紹了電能的采集終端的原理、采樣回路、硬件結(jié)構(gòu)以及軟件的相關(guān)的功能等。

終端；采樣；多用戶

對(duì)于現(xiàn)在的“一戶一表”的用電計(jì)量方式和遠(yuǎn)方自動(dòng)抄表來說，這兩種是現(xiàn)在的供電部門加強(qiáng)低壓用戶用電管理自動(dòng)化工作的有效途徑。不過，在現(xiàn)在的遠(yuǎn)方自動(dòng)抄表系統(tǒng)里，基本上采取的是借助現(xiàn)場(chǎng)安裝的抄表終端進(jìn)行取樣，然后把各戶的電表指數(shù)傳送給主機(jī)。通過一定的形式實(shí)現(xiàn)主機(jī)和銀行的聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)好抄表、收費(fèi)的管理的一體化，在這樣的方式下，“一戶一表”工程實(shí)施里會(huì)有一定的安裝的困難，同時(shí)會(huì)帶來一定的“能換”問題，除此之外，還有一定的“校驗(yàn)”問題。在電子式電度表的層次來看，它在長期的運(yùn)行里有較高的穩(wěn)定性，在實(shí)用的方面來看，進(jìn)一步研制好多用戶電能采集終端。

1　多用戶電能采集終端的原理

在交流電路里，電能W指的是在一定的時(shí)間間隔里對(duì)電功率P的積分：

在進(jìn)行功率的計(jì)算時(shí)，它可以被看做是電流乘以電壓的結(jié)果，如果在計(jì)算時(shí)可以進(jìn)一步滿足采集的原理，在實(shí)時(shí)采樣到電流和電壓信號(hào)量以后，通過把電流和電壓信號(hào)量相乘，進(jìn)一步計(jì)算出功率值，然后把多個(gè)積分相加，計(jì)算得出功率值。如果交流信號(hào)變化的周期是T的話，那么對(duì)P（t）按T/N等時(shí)間間隔取樣（N為大于2的正整數(shù)），就可以通過下式表達(dá)一段時(shí)間的用電量。

結(jié)合電壓和電流同時(shí)取樣值的積等效于功率P（t）的直接取樣值，即P（t）=u（t）·i（t），那么某段時(shí)間電量可以如下表示：

對(duì)于電量的計(jì)算來說，它實(shí)際上是轉(zhuǎn)化成等時(shí)采樣的電流i（t）和電壓u（t）乘積的積分之和。通過上述的功率采樣積累處理裝置，綜合處理多用戶電能采集終端，對(duì)于多用戶來說，通過不同時(shí)段進(jìn)行循環(huán)采集，進(jìn)一步計(jì)算出用戶的電量。進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)好信息的存儲(chǔ)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電量的遠(yuǎn)傳功能。

圖1　采集終端原理圖

正如圖1顯示的，在輸入級(jí)里，把用戶的負(fù)載電流和供電的電壓進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成適合的電壓，以此來方便電子電路的處理。在單片機(jī)的控制下，多路多路轉(zhuǎn)換開關(guān)在一定時(shí)期里實(shí)現(xiàn)循環(huán)的切換，對(duì)于該脈沖頻率來說，它和直流電壓的關(guān)系是正相關(guān)，也就是所，和用戶的負(fù)載功率成正比，然后通過單片機(jī)20 ms定時(shí)中斷控制。在系統(tǒng)里，每路占用60 ms，那其中就有40 ms是用來硬件采樣并轉(zhuǎn)換成脈沖累積，另外的20ms是用于其他的處理。在接下來的步驟里，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)發(fā)揮作用，使其切換到下一用戶的輸入級(jí)，進(jìn)一步對(duì)另一路開展處理。對(duì)于整個(gè)的循環(huán)周期來說，它和采集的戶數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)。要想進(jìn)一步保障好裝置的實(shí)用性，就要集中力量解決下面的問題：a.不僅要有遠(yuǎn)程的自動(dòng)抄表模式，還要兼具人工抄表的模式。b.要實(shí)時(shí)完善斷電信息保護(hù)功能，同時(shí)要保存好數(shù)據(jù)。c.在多用戶的電能采集終端里，要可以通過密碼修改來實(shí)現(xiàn)保護(hù)，進(jìn)一步設(shè)置相關(guān)的參數(shù)。d.滿足測(cè)量精度的情況以后，要最大化的減小體積，同時(shí)降低成本；e.要采用適合“鼓勵(lì)用電”政策的容量；

2　采樣回路

對(duì)于采集終端來說，除了輸出回路要有一定的隔離特性以外，還要有保障和精確傳輸特性，與此同時(shí)，要進(jìn)一步解決好在實(shí)用過程里的問題，舉例來看，有多用戶外接端子布線結(jié)構(gòu)問題，還有用戶容量及體積和造價(jià)的問題。

所以，在輸入回路里，會(huì)進(jìn)一步減少多用戶布線，除此之外，其占用的面積也比較大，在市電線路里，當(dāng)同一相負(fù)載的用戶母線電壓一樣時(shí)，那么終端在給用戶提供了兩個(gè)外接端子以后，用戶可以完成直接并接，以此來進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝。要通過電阻分壓來進(jìn)行電壓回路的采樣。標(biāo)準(zhǔn)電阻值0.01 Ψ，額定電流15（30）A。

3　電能采集終端硬件設(shè)計(jì)

對(duì)于整機(jī)的電路板來看，它主要分為兩個(gè)模塊。在底層是用戶輸入切換電路、乘法器、壓/頻轉(zhuǎn)換器還有相應(yīng)輔助電路，在下層的是單片機(jī)回路。對(duì)于底層的板電路來說，其主要負(fù)責(zé)和市電輸入/輸出接口，前文里講述了其采樣的問題和控制的問題。

4　軟件設(shè)計(jì)

對(duì)于多用戶電量采集終端來說，只有街足浴模塊化設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行才可以實(shí)現(xiàn)電能采集的發(fā)展，具體依照功能分，可以分為以下幾個(gè)模塊。

4.1主控程序模塊。要進(jìn)一步按照密碼設(shè)置硬件市電用戶端子和窗口值對(duì)應(yīng)關(guān)系或電表常數(shù)等。

4.2通信模塊。要進(jìn)一步完善好傳送相應(yīng)用戶的用電窗口值的工作，要把相關(guān)的故障信息進(jìn)行有效傳輸。在設(shè)計(jì)的層次上來看，要保留好接受主站控制命令功能，通過類似RS-232和問答等方式來實(shí)現(xiàn)通信工作。

4.3電量采集處理模塊。在軟件里，進(jìn)一步計(jì)數(shù)處理單片機(jī)脈沖輸入口，與此同時(shí)，要按照電表常數(shù)處理成窗口值存貯在EE?ROM芯片中。

5　結(jié)語

綜合來看，在長期的發(fā)展里，成本的因素導(dǎo)致電子式電度表難以在居民戶里廣泛使用。通過分析其精度，得出結(jié)論，如果集中戶數(shù)較少，那么整體上的循環(huán)周期會(huì)加快，同時(shí)精度會(huì)上升。與此同時(shí)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)可以為電能管理提供基礎(chǔ)。

［1］陳寧，丁軍.遠(yuǎn)方讀表終端的設(shè)計(jì)［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，1998，18（1）:30-32.

［2］陳建鐸，黃秀成，耿德根.單片單板機(jī)實(shí)驗(yàn)與開發(fā)應(yīng)用指導(dǎo)［M］.西安:陜西科技出版社，1990.

［3］孫秀娟.電力線載波通信及自動(dòng)抄表系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)［D］.濟(jì)南，山東科技大學(xué).