智能电能表知识简介.ppt
智能电能表知识简介,王利宁 2011-8-3,主要内容,电能表发展历史电能表的分类及命名规则智能电网智能电能表,1.电能表发展历史,最早的电能表是爱迪生在1880年利用电解原理研制而成的直流电能表-安时计，该表重达几十千克，没有精度保证。1888年，交流电的发现和应用，对电能计量提出了新的要求，交流电表应运而生。意大利科学家弗拉里提出了用旋转磁场的原理测量交流电能，这种基于旋转磁场理论的交流电能表成为弗拉里电能表。,1.电能表发展历史,1889年德国人布勒泰发明了世界上第一块没有独立电流铁心的单磁通式感应式交流电能表。这块表重达36.5千克，其中电压铁心中6千克。1890年，带电流铁心的多磁通式感应式电能表诞生了，不过其转动元件是一个铜环，反作用力矩靠交流电磁铁产生。1899年，瑞士兰吉尔公司研发了单相两线电能表，并于次年投放市场。,1.电能表发展历史,为了减少电能表的尺寸和重量，科技人员研究把电压和电流磁路分开，采用独立电流铁心的结构。20世纪初，电能表的铜制转动圆盘被铝盘代替，且采用了性能较好的导磁材料，进一步减轻了电能表的重量，同事降低了功耗，提高了电能表的性能。20世纪20年代，铁心的总质量已降到只有1.5-2千克的水平，当时的生产规模已达到年产量10万台。,1.电能表发展历史,20世纪30年代，出现了镍钢和铝镍合金磁铁，电能表的体积进一步缩小，磁钢性能的提高降低了转速，改善了电能表的过载特性。20世纪40年代，在温度、电压、频率等外界因素变化对电能表性能的影响方面进一步改善了感应式电能表的性能。另外，相继出现的单宝石轴承、双宝石轴承、磁推轴承等使得感应式电能表的寿命达到了10-30年以上。,1.电能表发展历史,在过去的100多年中，由于感应式电能表结构简单、安全、廉价、耐用，同时又便于批量生产和维修，感应式电能表得到了快速发展，并在交流电能计量领域占据了极其重要的位置。但随着用电量的急剧增长以及由此引发的能源供需矛盾的加剧，对电能表提出了多功能化的要求，要求不仅能计量电能，同时也能应用于管理，感应式电能表难以适应现代电能管理的要求。,1.电能表发展历史,感应式脉冲电能表是静止式电能表发展过程中的过渡性产物，采用了感应式电能表的测量机构作为工作元件，由光电传感器完成电能-脉冲的转换，然后经电子电路对脉冲进行适当处理，这种电能表也被称为脉冲式电能表。20世纪70年代初，一些发达国家大量使用了这类脉冲式电能表。,1.电能表发展历史,20世纪80年代初，国际上出现了全部采用电子元器件组成的交流电能表。这类电能表由于没有转动元件，故IEC（International Electro technical Commission 国际电工委员会）标准将其定义为静止式电能表，国内也称为电子式电能表。1976年，日本研制出了静止式电能表，但在现场使用环境下，暴露出了抗干扰能力差等一系列问题，一度影响了其应用进程。,1.电能表发展历史,20世纪80年代中后期，随着电子设计和制造新技术的出现和采用，静止式电能表在各种现场环境下的工作可靠性问题被逐一破解，使其在发达国家迅速得到发展。其中一些表已可在很宽的电压、电流范围内进行自动量程转换，安装式电能表的准确度等级覆盖了2级、1级、0.5级和0.2级，标准表的准确度等级也迅速覆盖了0.1级-0.005级的各个级别。,1.电能表发展历史,静止式电能表可以方便的实现预付费、复费率（分时）、通信等特殊功能，这些功能有力的推动了自动抄表计技术的发展。20世纪80年代中期开始，日本九州电力公司、美国费城电力公司、美国弗吉尼亚电力公司等相继使用电力输配电线载波、地线载波、光纤、邮电线路等通信技术进行远程读表试验。进入到20世纪90年代，用于大用户的商业化的点能量管理系统，符合管理系统已在世界范围广泛采用。,1.电能表发展历史,我们国家在解放前没有自己的电能表制造业，使用的表计全部依靠进口。国内只有电能表的维修和校验业务的小作坊。1952年，上海合成电器厂（即上海电度表厂）开业，生产制造2级和1级安装式单、三相电能表。随后哈尔滨电表厂、上海第五电表厂先后成立。经过五十余年的努力，我国的电能表产业已具备了相当的水平和规模，自行设计和大批量生产的各种类型电能表，不仅供给国内，还远销国外。,1.电能表发展历史,我们国家对静止式电能表的研发工作开始于20世纪80年代初，其发展经历了机械时钟、电子时钟、微处理器分时开关以及自主研发专用计量芯片等发展阶段。20世纪90年代初，以珠海恒通公司为代表，国内静止单相表走的是放斯伦贝谢公司的产品的道路；以湖南威盛、宁夏宁光公司为代表，国内三相多费率和三相多功能电能表走的是自主研发的道路。在芯片研发方面，上海贝岭微电子在1995年推出了第一款国产单相电能表计量芯片。,1.电能表发展历史,1995年4月，国家经贸委和电力部对分时电价的推行做了具体安排部署。电价政策的调整，将国内静止式电能表的应用推向了新的发展阶段。在其后的十多年间，我国静止式电能表产业迅速发展，产品覆盖了安装式电能表的各个种类和准确度等级。然而，我国微电子技术至今仍落后于发达国家，电能表中使用的微处理器、专用计量芯片以及一些关键元器件都被国外知名厂商垄断。另外，自动化生产水平，工艺工装技术水平也落后于发达国家，所以国产静止式电能表产品的可靠性、产品性能指标一致性、重复性等方面有待于进一步提高。,2.电能表的分类及命名规则,电能表的品种、规格繁多，其类别划分一般有以下几种：1)按照所测电流类型分为直流电能表和交流 电能表。2)按照用途可以划分为单相电能表、三相电能表、特殊用途电能表（如标准电能表、最大需量表、脉冲电能表、预付费电能表、多费率（分时）电能表等）、多功能电能表、智能电能表。,2.电能表的分类及命名规则,3)按照计量单元驱动方式可划分为：感应式电能表和静止式电能表。4)按照准确度等级可划分为：0.01级、0.02级、0.05级、0.1级、0.2S级、0.5S级、1级、2级、3级电能表。其中级为标准电能表，0.2S-3级为安装式电能表。,2.电能表的分类及命名规则,静止式电能表的型号由产品类别号、第一组别号、第二组别号、功能代码号、注册号、连接符、通信通道代码组成。其中485通信信道代码，在型号中可以省略。举例如下：DDZY9599 DDZY9599C DDZY9599-Z DDZY9599C-Z,2.电能表的分类及命名规则,DTZY9599 DTZY9599C DSZ9599 DTZ9599 DTZY9599C-Z DTZY9599C-G DTZY9599-G DTZY9599-Z,2.电能表的分类及命名规则,基本电流和最大电流：直接接入式电能表的基本电流是确定电能表有关特性的电流值(Ib)，对互感器接入式电能表来说，基本电流也就是其额定电流(In)；最大电流是指能够满足准确度要求的电流最大值。如10-40A或者10（40）A表示四倍率电表。仪表常数：表示电能表记录的电能与相应的测试输出值之间的关系的值。智能电能表中一般此值是脉冲数，常数单位是每千瓦时脉冲数(imp/kWh)。,3.智能电网,2008年末，美国的次级房贷危机引发了世界金融危机，作为应对金融危机的一项举措，智能电网建设成为全球发展电力工业的焦点。国家电网公司在2009年初，提出了建设智能电网的构想，并于2009年5月公布了坚强智能电网建设计划。,3.智能电网,智能电网，就是将各种能源资源的开发利用，发电、蓄能、输电、配电、用电以及终端用户的各种电气设备和用电设施，通过数字化、信息化网络有机连接在一起，为电力终端用户提供全面服务，为社会充分、合理利用各种能源资源，节能减排，促进低碳经济发展，提供强有力的基础设施和技术支撑。,3.智能电网,与传统的电网相比有以下特点：1)各种分布式的绿色、可再生能源以及储能设备可以方便的接入电力系统。2)开放式的电力市场，允许用户根据价格信息和鼓励的其他用电方式多方面制定购电方案；电力调度部门将在确保安全的基础上，提供经济调度，节能调度方案，电网运行效率显著提高。,3.智能电网,3)类似于大面积停电的恶性事故基本不再发生。4)局部区域范围的电力中断即便发生，也将会得到快速恢复，基本不影响用户正常用电。5)用户可以对供电电能品质提出要求，并获得相应的保障。6)用户可以享受到定制的增值服务。,3.智能电网,支撑智能电网达到以上目标的关键技术包括以下几个方面：1)高品质的基础电力设施。2)集成通信技术。3)高级计量体系。4)高级管理及服务系统。,4.智能电能表,作为智能电网的组成部分，电能表及高级计量体系被赋予了新的使命。在电能表制造行业的关注支持下，历时一年，国家电网公司于2009年9月发布了智能电能表系列企业标准。该系列标准共12本，包括：Q/GDW 354-2009 智能电能表功能规范 Q/GDW 355-2009 单相智能电能表型式规范 Q/GDW 356-2009 三相智能电能表型式规范 Q/GDW 357-2009 0.2S级三相智能电能表技术规范,4.智能电能表,Q/GDW 358-2009 0.5S级三相智能电能表技术规范Q/GDW 359-2009 0.5S级三相费控智能电能表(无线)技术规范Q/GDW 360-2009 1级三相费控智能电能表(无线)技术规范Q/GDW 361-2009 1级三相费控智能电能表(载波)技术规范Q/GDW 362-2009 1级三相费控智能电能表技术规范Q/GDW 363-2009 1级三相智能电能表技术规范Q/GDW 364-2009 单相智能电能表技术规范Q/GDW 365-2009 智能电能表信息交换安全认证技术规范,4.智能电能表,在国家电网公司的企业标准中，对电表做了如下几种划分：按照等级划分，包含了0.2S、0.5S、1级和二级。按照符合开关划分，有内置和外置负荷开关。按照通信方式划分，有载波、GPRS无线、RS-485总线。按照费控方式划分，有本地费控和远程费控。,4.智能电能表,功能要求：计量功能：具有正方向有功电能量和四象限无功电能量的计量功能，并可以据此设置组合有功和组合无功电能量；具有分时计量功能，有功、无功电能量可对尖、峰、平、谷等各时段电能量及总电能量进行累计、存储；需量测量功能：可在约定的时间间隔内（一般为1个月），测量单向或双向最大需量，分时段最大需量及其出现的日期和时间；时钟功能：日历、计时、闰年可自动转换；费率和时段功能：至少可以设置尖、峰、平、谷四个费率；全年至少可以设置两个时区；24小时内至少可以设置8个时段；支持节假日和公休日特殊费率时段的设置；应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。,4.智能电能表,清零功能：包括电表清零和需量清零。电表清零功能可以清除电能表内存储的电能量、最大需量、冻结量、事件记录等数据；需量清零功能可清空电能表内当前的最大需量及发生的日期、时间等数据。清零操作应有防止非授权人操作的安全措施。数据存储功能：至少存储12个结算日的单向或双向电能量和各费率电能数据。至少存储上12个结算日的单向或双向最大需量、各费率最大需量及其出现的日期和时间数据；数据转存分界时刻为月末的24时（月初零时），或在每月的128号内的整点时刻；月末转存的同时，当月的最大需量值自动复零。在电能表电源断电的情况下，所有与结算有关的数据至少保存10年，其他数据至少保存3年。冻结功能：包括定时冻结、瞬时冻结、日冻结、约定冻结和整点冻结五类。定时冻结功能可按照约定的时刻及时间间隔冻结电能量数据。瞬时冻结指在非正常情况下，冻结当前的日历、时间、所有电能量和重要测量量的数据。日冻结要求存储每天零点时刻的电能量。约定冻结应在新旧两套费率/时段转换、阶梯电价转换或电力公司认为有特殊需要时，冻结转换时刻的电能量以及其他重要数据。整点冻结要求存储整点时刻或半点时刻的有功电能量。,4.智能电能表,事件记录功能：记录各相失压的总次数，失压发生时刻、结束时刻及对应的电能量数据等信息。记录各相断相的总次数，断相发生时刻、结束时刻及对应的电能量数据等信息。记录各相失流的总次数，失流发生时刻、结束时刻及对应的电能量数据等信息。记录全失压发生时刻、结束时刻及对应的电流值；全失压后程序不应紊乱，所有数据都不应丢失；电压恢复后，电能表应正常工作。记录电压（电流）逆相序的总次数、发生时刻、结束时刻及其对应的电能量数据。记录掉电的总次数，以及掉电发生和结束的时刻。,4.智能电能表,记录需量清零的总次数，以及需量清零的时刻和操作者代码。记录编程总次数，以及编程的时刻、操作者代码和编程项的数据标识。记录校时总次数（不包含广播校时），以及校时的时刻和操作者代码。记录各相过负荷总次数、总时间以及过负荷的持续时间。记录开表盖总次数，开表盖事件的发生、结束时刻。永久记录电能表清零时间的发生时刻及清零时的电能量数据。记录远程控制拉、合闸事件，记录拉、合闸事件发生时刻和电能量等数据。支持失压、断相、开表盖等重要事件记录主动上报。,4.智能电能表,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；电能表底层通信协议遵循DL/T 645-2007多功能电能表通信协议及其备案文件。RS-485通信接口必须和电能表内部电路实行电气隔离，并有失效保护电路，通信速率可设置且缺省值为2400b/s。应具备调制型或接触式红外接口；调制型红外接口的缺省通信速率为1200b/s。电能表可配置窄带或宽带载波模块，如采用外置即插即用型载波通信模块的电能表，载波通信接口应有失效保护电路；在载波通信时，电能表的计量性能、存储的数据和参数不应受到影响和改变。,4.智能电能表,信号输出功能：应具备与所计量的电能量（有功/无功）成正比的光脉冲输出和电脉冲输出；通过多功能信号输出端子可输出时间信号、需量周期信号和时段透切信号。显示功能：具备自动循环和按键两种显示方式。自动循环显示时间间隔可在520s内设置；按键显示时，LCD应启动背光，带电时无操作60S后自动关闭背光。显示内容分为数值、代码和符号三种。电能表可显示电能量、需量、电压、电流、功率、时间、生育金额等各类数值，数值显示位数不少于8位，显示小数位可以设置。显示符号包括功率方向、费率、编程状态、电池欠压、故障等。显示代码包括显示内容编码和出错代码；电能表如果发生出错故障，显示器应立即停在该代码上。显示内容可通过编程进行设置。,4.智能电能表,测量功能：可测量总的及各分相的有功功率、无功功率、功率因数、分相电压、分相电流、频率等因数。安全保护功能：电能表应具备编程开关和编程密码双重防护措施，以防止非授权人进行编程操作。费控功能：费控功能的实现分为本地和远程两种方式。本地方式通过CPU卡、射频卡等固态介质实现，远程方式通过公网、载波等虚拟介质和远程售电系统实现。负荷记录功能：按照DL/T 645-2007定义的“电压、电流、频率”、“有、无功功率”、“功率因数”、“有、无功总电量”、“四象限无功总能量”、“当前需量”六类数据，对这六类数据项任意组合。负荷记录间隔时间可在160min范围内设置。阶梯电价功能：具有两套阶梯电价，并可在设置时间点启用另一套阶梯电价计费。,4.智能电能表,停电抄表功能：在停电状态下，可通过按键或非接触方式唤醒电能表，唤醒后可通过红外通信方式抄读表内数据。报警功能：报警事件包括失压、失流、过载、功率反向（双向表除外）、电池欠压等；应有发光或声音报警输出。安全认证功能：通过固态介质或虚拟介质对电能表进行参数设置、预存电费、信息返写和下发远程控制命令操作时，需通过严格的密码验证或者ESAM模块等安全认证，以确保数据传输安全可靠。,4.智能电能表,计量芯片 单相电能计量芯片 ADE7756（ADI）CS5463A（Cirrus Logic）SA9903B（SAMES）FM7755（复旦微电子）BL0921（贝岭）,4.智能电能表,MCU 瑞萨单片机 R8C/Tiny 系列 PIC单片机 microchip公司 MSP430单片机 德州仪器（TI）MZ系列单片机 飞思卡尔半导体 FM3308 复旦微电子,谢谢！,
