基本信息
- 项目名称：
- 基于阻抗鉴别技术的单相（三相）智能电表
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 作品设计、发明的目的 智能电网的发展已成为世界各国电力工业应对未来挑战的共同选择，是21世纪电力系统的发展方向。智能电表作为智能电网建设的重要基础装备，加快其发展对于电网实现信息化、自动化、互动化具有重要支撑作用。
- 详细介绍：
- 创新点 1、自主提出并实现了基于阻抗鉴别技术的用电负载辨别方法，可以对指定电器进行分别监控； 2、根据此算法，可以对一类用电电器进行监控，可实现对违禁电器的自动判别； 技术关键 1、阻抗鉴别算法 阻抗鉴别算法是在电流增量辨别算法和功率因数辨别算法基础上发展而来的，这两种算法简单易行的，但是不能完全保证可以对每一种用电负载进行分类测定，因为用电器的电流或功率因数可能会存在相等的情况。 将两种算法进行结合处理，就是对特定电器的电流增量和功率因数进行综合判断，这样基本解决了电器参数相同的情况。但是，经实验检测，由于电网的波动，会造成增量电流和功率因数的变化，这是因为在现有的算法上，忽略了电压的变化。而电压的微小变化，就可能会影响测得的功率因数及电流的精确性，从而不能实现对特定用电设备耗电信息的精确稳定测量。 再将电压考虑进去，就形成了阻抗鉴别算法，具体原理已在上面详细描述。 2、应用MSP430实现快速运算 由于实现阻抗鉴别算法，需要大量的数学运算，这就需要对主控制器进行衡量和选择。在现有的市场上，能够实现快速运算，尤其是乘法运算的控制器有DSP和MSP430等。 DSP可以实现高速运算，但成本和功耗较高，不适合智能电表的使用。本设计使用MSP430来完成阻抗鉴别算法。在实现上MSP430虽显不足，但经过算法和程序的优化，最终得以实现，效果较好。 图2 系统框架图 3、高精度电能采集芯片 为了实现精准的计算，必须对电流、电压和功率因数等参数进行精准的采集，本设计了采用了芯品CS5463用以实现，经计量检测，本设计的智能电表，其精度在1.0级，部分参数达到0.5级。整体设计框图如图2所示。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 主要技术指标 1、工作电压：220V 2、扩展工作范围：0.8Un～1.15Un 3、工作电流：40A(80A) 4、工作频率：50Hz，-4%～+2% 5、准确度等级：有功1.0级；无功2.0级 6、工作温度：-15℃～+45℃ 7、相对湿度： 10%～95% 8、功耗： 1.0W
科学性、先进性
- 作品的科学性和先进性 智能电表是进行智能电网改造的重要环节，智能电表应具有的功能：必须具有双向数据传输功能，远程遥控开关功能，远程编程功能，自带信息存储功能，监控电压并反馈信息功能，断电定位功能；电表必须以小时为单位读表，当天传送数据，数据信息提取间隔精确到15分钟或者更短；电表支持自动符合控制，支持实时定价、分时定价。 按照以上功能描述，智能电表应由以下硬件配置组成：电压互感器（也可采用电阻分压的方式采集）、电流互感器、电能信息采集芯片、微控制器和通讯单元等电路组成。 按照以上的描述，我们设计了相应的电路，如框图2所示，它具备智能电表硬件所需的所有部件，在此基础上为了实现基于阻抗的辨别算法，增强了数学运算功能。 对智能电表下某一单独电器，进行单独监控是智能电表研究的一个方向，现在通常采用电流增量辨别算法和功率因数辨别算法，其中功率因数辨别算法需要智能提取并分析出功率因数的增量，需要进行大量的数学运算。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 无
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明 本设计与智能电表的安装和使用方式相同，采用485总线传送至集中器，集中器通过TCP/IP网络，与主服务器相连接。 每个集中器可连接64个智能电表，数学计算等功能均在智能电表上完成，所数据传输量很小，按照设计容量，一台主服务器可完成1万个智能电表的管理工作。
同类课题研究水平概述
- 智能电网的发展已成为世界各国电力工业应对未来挑战的共同选择，是21世纪电力系统的发展方向。智能电表作为智能电网建设的重要基础装备，加快其发展对于电网实现信息化、自动化、互动化具有重要支撑作用。 智能电表的发展过程及现状 智能电表是在电子式电表的基础上发展而来。20世纪70年代，研究人员成功研制出利用模拟或数字电路实现电能计量功能的电子式电表，克服了传统的感应式机械电表人工抄表效率低、数据偏差大、防窃电功能差等弊病。在此基础上，通过不断扩展数字技术的应用，电子式电表具备了分时机费、预付费等功能。智能电表实现了对电子式电表的全面突破，以智能芯片为核心，集成包括具有双向信息交流功能的读表器，一套操作管理系统和数据库，构建应用计算机技术、通信技术等多系统的交流平台，实现电功率计时计量、自动计量、即时双向通信、优化用电等功能。 经过30年的发展，欧美发达国家智能电表技术实现多轮升级，功能不断扩展。 1、功能要求更加明确 在综合考虑本国产业体系支撑能力以及本国电网结构和用电特点基础上，欧美的智能电表信息化、兼容性功能日益丰富，并得到积极推广。2008年11月，美国宾夕法尼亚通过法案，明确国定所有新建建筑必须安装智能电表，并对智能电表的功能界定如下：必须具有双向数据传输功能，远程遥控开关功能，远程编程功能，自带信息存储功能，监控电压并反馈信息功能，断电定位功能；电表必须以小时为单位读表，当天传送数据，数据信息提取间隔精确到15分钟或者更短；电表支持自动符合控制，支持实时定价、分时定价，并可以计算用户自发电量。 2、试点应用成果明显 以智能电网建设为契机，英国对安装智能电表的试点用户及电网进行优化运行效果测试。根据智能电表监视器统计数据，通过双向即时的数据反馈功能，初步测算出：由于优化用电方式，一个普通家庭用户年电费支出削减潜力为13%-15%。英国政府预计，若全国2600万家庭安装智能电表，可以为用电客户和能源公司在随后的20多年中节省支出25亿-36亿英镑，减少3%-15%的能源消耗，社会效益和环境效益明显。这些数据为政府出台更多政策提供了依据。
