智能電力計量系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)分析

徐鵬飛

摘 要：為了進(jìn)一步滿足電力計量管理需求，本文結(jié)合煙臺東方威思頓電氣有限公司的實踐，提出了一種引入GSM通信技術(shù)的智能電力計量系統(tǒng)設(shè)計方案，并從硬件與軟件兩方面闡述了該系統(tǒng)的設(shè)計。同時，對該系統(tǒng)的檢測準(zhǔn)確性與竊電檢測率進(jìn)行檢驗，結(jié)果證明該系統(tǒng)的性能良好。

關(guān)鍵詞：智能電力計量系統(tǒng) GSM通信技術(shù) 竊電檢測

中圖分類號：F426文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-9082（2020）06-00-01

引言

為了實現(xiàn)對負(fù)載電壓、電流等數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確計量，應(yīng)用智能電力計量系統(tǒng)是必然選擇，相比于傳統(tǒng)的電力計量系統(tǒng)來說，應(yīng)用數(shù)字化與信息化技術(shù)的智能電力計量系統(tǒng)有著更高的準(zhǔn)確性與安全性。因此，開發(fā)設(shè)計一種智能電力計量系統(tǒng)極為必要。

一、智能電力計量系統(tǒng)的設(shè)計

1.硬件設(shè)計

智能電力計量系統(tǒng)的運行過程，加入的設(shè)備包括通信設(shè)施、信息顯示屏、系統(tǒng)運行過程的控制板，三者設(shè)計方案如下：

1.1控制板設(shè)計

智能電力計量系統(tǒng)的核心控制板要完成多項任務(wù)，包括通信資源調(diào)整、電力數(shù)據(jù)獲得、電力數(shù)據(jù)分析等，目前開發(fā)的符合多任務(wù)通路的控制板中，考慮到穩(wěn)定度、效率性、環(huán)境抵抗能力等因素，選擇Arduino Mega 2560型號，控制板硬件可以直接購買，則主要設(shè)計因素是控制板的供電系統(tǒng)設(shè)計。可以使用三端穩(wěn)壓集成電路穩(wěn)定供電，核心設(shè)施是LM7805，該設(shè)備采用TO-220封裝設(shè)備，其中含有過載保護(hù)電路，為讓其穩(wěn)定輸出1A電流，要在供電核心外設(shè)置散熱片。

1.2顯示器設(shè)計

顯示器要可以直接顯示數(shù)據(jù)，為節(jié)約成本，可選用LCD液晶顯示器，該硬件的主要設(shè)計項目是顯示器和其他設(shè)備的連接方法，由于顯示器上展現(xiàn)的數(shù)據(jù)是控制板的輸出數(shù)據(jù)，同時顯示器上存在多個數(shù)據(jù)接口，要能夠正確連接，由于控制板通過輸出電流的方法輸出信息，可以滿足對LCD顯示器的供電要求，可采用控制板和液晶顯示直連方法，讓顯示器可以直接展現(xiàn)數(shù)據(jù)信息，其中控制板的數(shù)據(jù)輸出出口要和液晶顯示器的D0端口連接，以顯示智能電力計量系統(tǒng)獲得的各類測量結(jié)果。

1.3通信系統(tǒng)設(shè)計

智能電力計量系統(tǒng)的設(shè)計目的是，把測量參數(shù)回傳給數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，通信系統(tǒng)采用GSN無線通信技術(shù)，直接傳遞給電力參數(shù)控制站點。設(shè)備加入中，配置設(shè)備包括信號的發(fā)射裝置、中繼放大裝置、信息的接收裝置三項，其中信息的接收裝置也要直接使用通信線纜和數(shù)據(jù)處理中樞連接，理論上該系統(tǒng)每5s更新一次信息，則要求硬件設(shè)備可以滿足信息的高頻發(fā)送、接收和錄入要求。

2.軟件設(shè)計

智能電力計量系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要是為了對電力偷竊行為進(jìn)行檢測，其中低壓用戶的電力偷竊行為的主要表現(xiàn)形式是阻止負(fù)載電流進(jìn)入到電表之中，這種行為會導(dǎo)致電表無法正確計量用電過程中所消耗的電能。為了有效減少阻止負(fù)載電流進(jìn)入到電表之中的偷竊電力行為，在進(jìn)行軟件設(shè)計時充分使用兩個相同的霍爾電流互感器來分別對進(jìn)入儀表的電流及離開儀表的電流進(jìn)行檢測和測量，即對中性線上的電流和相線上的電流進(jìn)行檢測和測量，并將測量出的數(shù)值輸送到微控制器當(dāng)中。使用微控制器來對中線性上的電流數(shù)值和相線電流數(shù)值進(jìn)行比較。如果中性線電流數(shù)值與相線電流數(shù)值差值超過規(guī)定的閾值，微控制器就會將檢測結(jié)果判定為存在電力偷竊行為，繼而輸出的控制信號就會將電源進(jìn)行斷開處理，同時輸出的控制信號會通過SMS將偷竊行為相關(guān)信息發(fā)送到供電公司的遠(yuǎn)程站點顯示器之中。此部分監(jiān)測及測量的工作流程為：（1）獲取電力消耗過程中的相應(yīng)線性電流相關(guān)數(shù)值;（2）獲取電力消耗過程中領(lǐng)先電流相關(guān)數(shù)值;（3）運用電力消耗過程中相線電流量是否等于零線電流量來對是否出現(xiàn)偷竊電力行為來進(jìn)行評估;（4）若電力消耗過程中的零線電流量等于相線電流量，則說明不存在電力偷竊行為，儀表不發(fā)出相應(yīng)，繼續(xù)進(jìn)行正常供電，若電力消耗過程中的零線電流量不等于相線電流，則儀器會發(fā)出存在電力偷竊行為的警報信號，切斷后續(xù)的供電，并將電力偷竊相關(guān)信息發(fā)送到供電站中;（5）供電站在獲取電力偷竊行為的相關(guān)信息后進(jìn)行具體的調(diào)查工作，調(diào)查結(jié)束后對電力偷竊行為進(jìn)行嚴(yán)懲，并恢復(fù)后續(xù)正常供電。

二、智能電力計量系統(tǒng)的測試

為了保證本次智能電力計量系統(tǒng)設(shè)計方案的科學(xué)性與可行性，筆者對其展開了系統(tǒng)測試，測試的主要內(nèi)容為：在不同負(fù)載條件下，測定智能電力計量系統(tǒng)實際測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。測試中，選定的負(fù)載為60W和120W，將以上文所述方式完成制作的智能電力計量系統(tǒng)連入其中，并對系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取與記錄。將相應(yīng)數(shù)據(jù)（系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)）與數(shù)字儀表中讀取的數(shù)據(jù)結(jié)果相對比，完成準(zhǔn)確性判斷。

此時，本智能電力計量系統(tǒng)所顯示的數(shù)據(jù)具體如下：在負(fù)載為60W時，本系統(tǒng)測得的電流數(shù)據(jù)為0.2A、電壓數(shù)據(jù)為220V;數(shù)字萬用表與電流表測得的電流數(shù)據(jù)為0.2A、電壓數(shù)據(jù)為221V。在負(fù)載為120W時，本系統(tǒng)測得的電流數(shù)據(jù)為0.4A、電壓數(shù)據(jù)為220V;數(shù)字萬用表與電流表測得的電流數(shù)據(jù)為0.4A、電壓數(shù)據(jù)為220V?？傮w來說，該智能電力計量系統(tǒng)得到的實測數(shù)據(jù)與數(shù)字萬用表中獲取的數(shù)據(jù)具有極高的一致性。

為了檢驗該系統(tǒng)在分流竊電檢測方面的效果，筆者進(jìn)一步展開了如下測試：在負(fù)載為60W和120W的條件下，對不同相、零線的電流差值展開檢測，重復(fù)十次。得到的數(shù)據(jù)結(jié)果為：負(fù)載為60W時，實際竊電次數(shù)為40、系統(tǒng)檢出次數(shù)為37、檢測準(zhǔn)確率為92.5%;負(fù)載為120W時，實際竊電次數(shù)為40、系統(tǒng)檢出次數(shù)為41、檢測準(zhǔn)確率為97.5%。結(jié)果證明系統(tǒng)具有極高的竊電檢測效果。

總結(jié)

綜上所述，本文提出一種引入GSM通信技術(shù)的智能電力計量系統(tǒng)設(shè)計方案，對系統(tǒng)進(jìn)行檢測，結(jié)果表明：該智能電力計量系統(tǒng)得到的實測數(shù)據(jù)與數(shù)字萬用表中獲取的數(shù)據(jù)具有極高的一致性;該系統(tǒng)具有極高的竊電檢測效果，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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